몇몇 전문가 그룹은 이산화탄소를 지하 어느 곳에 어떻게 저장하는지 결정할 수 있는 정교한 컴퓨터 모델을 개발하고 있다. 이런 방식으로 이산화탄소를 저장하는 노력은 파괴적인 기후변화를 회피하기 위한 신기술 개발 경쟁의 하나이다.
Environmental Science and Technology지에 게재된 두 가지 새로운 모델((DOI 10.1021/es801135v; 10.1021/es800403w)은 이산화탄소의 장기저장에 대한 문제점을 조금씩 해소해 주고 있다. 첫 번째 모델은 버려진 유정(oil well)에 저장된 이산화탄소가 누출되는 것을 조사하는 것이고, 두 번째 모델은 이산화탄소의 포집, 주입 및 저장에 관한 전체 과정을 포함함으로써 과학자와 정책결정자가 잠재적 저장 장소의 비용과 누출위험에 대해 빠른 평가를 할 수 있도록 하고 있다.
두 가지 논문 모두 탄소 포집 및 저장(이하 CCS)프로젝트를 기반으로 한 것으로, CCS는 발전소와 같은 배출 지점으로부터 이산화탄소를 포집하여 지하, 특히 대수층과 침전층에 우선적으로 저장하는 기술이다. 파일럿 CCS 프로젝트는 현재 독일, 노르웨이, 캐나다, 알제리 및 미국에서 진행되고 있다.
첫 번째 논문(제목: Model for CO2 Leakage Including Multiple Geological Layers and Multiple Leaky Wells)은 프린스턴대학과 노르웨이의 베르겐대학 Jan Nordbotten이 이끄는 국제팀에 작성한 것으로, 버려진 유정이 북미 전역에 걸쳐 스위스 치즈와 같은 구멍을 갖는 형태를 하고 있기 때문에 이를 통해 이산화탄소가 누출될 수 있음을 발견하였다.
기본적으로 대수층에서 이산화탄소가 누출되는 것은 사람이 엘리베이터에 탑승하는 것과 같다. 대수층은 빌딩의 서로 다른 층과 같은 것으로, 각 대수층은 지표로 연결되어 있으며 일부 이산화탄소는 대수층으로 유입되고 일부는 유정에 계속 머물게 될 것이다. 지하 해저장소는 스위스 치즈 형태로부터 기인하는 문제점을 회피하게 해 줄 것이지만, 해양으로 이산화탄소를 주입하는 것은 대수층에 하는 것보다 더 많은 비용이 소요된다.
두 번째 논문(제목: A System Model for Geologic Sequestration of Carbon Dioxide)은 로스알라모스연구소와 국립에너지기술연구소가 수행한 것으로, CO2-PENS라고 불리는 모델을 설명하고 있다. 이 모델은 전체 시스템 수준으로 접근한 것으로, 표면 주입으로부터 누출, 비용 및 위험분석을 다루고 있다.
연구팀은 두 곳의 실험지역을 평가하였는데, 하나는 얕고 나머지 하나는 깊은 형태였다. 예상과는 달리, 높은 배관설치 비용에도 불구하고 깊은 곳에 저장하는 것이 더 경제적인 것으로 나타났다. 차갑고 얕은 지역에서는 이산화탄소가 걸쭉한 액체와 같은 거동을 하기 때문에 동량의 이산화탄소를 주입하기 위해서는 더 많은 유정이 필요하게 된다. 깊은 곳의 경우는, 가열한 꿀과 같이 유동 특성이 향상된다. 게다가, 지하의 높은 압력은 지하의 단층이나 균열에 스트레스를 가하는 위험으로부터 벗어날 수 있도록 한다.
이 연구는 미국 에너지부가 지질학적 격리의 위험성을 평가하기 위한 프로그램 중 하나이다. 에너지부는 지하에 이산화탄소를 1백만 톤 이상 주입할 수 있는 일곱 군데를 선정하는 프로그램을 계획하고 있다(Regional Carbon Sequestration Partnerships).
두 가지 모델 모두 자세한 공정 계산을 통하지 않고 단순화된 접근을 시도하고 있다. 이것들이 과학적으로 보수적 개념이지만, 직접적이고 상대적으로 단순하면서도 실제로는 빠른 방법이라고 독일 슈투트가르트대학의 Rainer Helmig는 평가하고 있다. Helmig는 이산화탄소 격리모델 전문가이며 CO2-SINK라고 불리는 프로젝트를 수행하고 있다. 지금까지 독일의 자그마한 지하 저장고에 6만 톤의 이산화탄소를 주입한 바 있다.
연구자들은 모델과 소규모 파일럿 연구가 대규모 상업화 전에 위험성을 사전에 예측할 수 있도록 하는데 일부 도움이 될 것으로 보고 있다. 비록 향상된 오일 회수가 이산화탄소의 표면주입에 대한 유용한 자료를 제공해 주지만, CCS를 위한 필요한 대규모 용량을 위해서는 새로운 방법과 이해가 필요하다고 밝히고 있다.
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