CCS (Carbon dioxide Capture and Storage) is a means of mitigating the contribution of $CO_2$ to the Greenhouse gas, from large point sources such as power plants and steel companies. CCS is a process whereby $CO_2$ is captured from gases produced by fossil fuel combustion, compressed, transported and injected into deep geologic formations for permanent storage. CCS applied to a conventional power plant can reduce $CO_2$ emissions to the atmosphere by approximately 80~90% compared to a plant without CCS. The IPCC estimates that the economic potential of CCS will be between 10% and 55% of the total carbon mitigation effort by year 2100. In this paper, overseas sites where CCS technology is being applied and technical development trends for CCS are briefly reviewed.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.18
no.6
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pp.617-625
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2012
This study examines the current status and policy development of Carbon Dioxide Capture and Storage(CCS), which is a technology to mitigate climate change, in Korea and foreign countries. It also analyzes IEA CCS regulatory framework as a guideline and provides limitations and implications for marine geological storage in the Republic of Korea. Although CCS master plan is established at national level, related laws are not amended and detailed polices are not yet provided. Established 'Intergovernmental CCS committee' lacks its cooperative mechanism and flexibility. Only limited and segmented economic analyses are performed and funding for large scale of CCS project is not secured. In addition, information sharing is limited and public awareness activities are insufficient. Therefore, this paper provides some policy suggestions on establishing a legal framework based on the 'Marine Environmental Management Act', strengthening the role of intergovernmental CCS committee, conducting CCS economic analysis based on various scenarios, providing economic incentives and public participation strategies, and establishing a specialized agency for information sharing.
The Korean government attempts to reduce $CO_2$ emissions by 37% to 314.7 Mt $CO_2$, down from the estimated 850.6 Mt $CO_2$ until 2030 in order to confront green house effect. In this context, in 2014, Korean government launched $CO_2$ Storage Environmental Management Research (K-COSEM) Center for carrying out pilot-scale research on $CO_2$ leakage from underground $CO_2$ storage facilities. For the detection of $CO_2$ leakage, it is necessary to identify hydrologeological and geophysical characteristics of the subject area. In the study site of Naesan-ri, Daeso-myeon, Eumseong-gun, Chungbuk Province, two times injection tests (June 28-July 24, 2017 and August 07-September 11, 2017) of $CO_2$ and $SF_6$ dissolved waters, respectively, was conducted to understand the leakage behavior of $CO_2$ from underground. The injection well was drilled to a depth of 24 m with a 21-m casing and screen interval of 21~24 m depth. Two times resistivity surveys on August 18, 2017 and September 1, 2017, were conducted for revealing the flow of the injected water as well as the electrical properties of the study site. The study results have shown that the high-resistivity zone and the low-resistivity zone are clearly contrasted with each other and the flow direction of the injected water is similar to natural groundwater flow. Besides, the low resistivity zone is widely formed from the depth of injection to the shallow topsoil, indicating that the weathered zone of high permeability has high $CO_2$ leakage potential.
Development of Carbon Capture and Storage (CCS) technique is becoming increasingly important as a method to mitigate the strengthening effects of global warming, generated from the unprecedented increase in released anthropogenic CO2. In the recent years, the characteristics of basaltic rocks (i.e., large volume, high reactivity and surplus of cation components) have been recognized to be potentially favorable in facilitation of CCS; based on this, research on utilization of basaltic formations for underground CO2 storage is currently ongoing in various fields. This study investigated the feasibility of underground storage of CO2 in basalt, based on the examination of the CO2 storage mechanisms in subsurface, assessment of basalt characteristics, and review of the global research on basaltic CO2 storage. The global research examined were classified into experimental/modeling/field demonstration, based on the methods utilized. Experimental conditions used in research demonstrated temperatures ranging from 20 to 250 ℃, pressure ranging from 0.1 to 30 MPa, and the rock-fluid reaction time ranging from several hours to four years. Modeling research on basalt involved construction of models similar to the potential storage sites, with examination of changes in fluid dynamics and geochemical factors before and after CO2-fluid injection. The investigation demonstrated that basalt has large potential for CO2 storage, along with capacity for rapid mineralization reactions; these factors lessens the environmental constraints (i.e., temperature, pressure, and geological structures) generally required for CO2 storage. The success of major field demonstration projects, the CarbFix project and the Wallula project, indicate that basalt is promising geological formation to facilitate CCS. However, usage of basalt as storage formation requires additional conditions which must be carefully considered - mineralization mechanism can vary significantly depending on factors such as the basalt composition and injection zone properties: for instance, precipitation of carbonate and silicate minerals can reduce the injectivity into the formation. In addition, there is a risk of polluting the subsurface environment due to the combination of pressure increase and induced rock-CO2-fluid reactions upon injection. As dissolution of CO2 into fluids is required prior to injection, monitoring techniques different from conventional methods are needed. Hence, in order to facilitate efficient and stable underground storage of CO2 in basalt, it is necessary to select a suitable storage formation, accumulate various database of the field, and conduct systematic research utilizing experiments/modeling/field studies to develop comprehensive understanding of the potential storage site.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.39
no.3
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pp.149-154
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2017
We investigate the availability of $CO_2$ ocean storage by means of chemical conversion of $CO_2$ to the dissolved inorganic carbon (mainly the bicarbonate ion) in seawater. The accelerated weathering of limestone (AWL) technique, which is accelerating the natural $CO_2$ uptake process through the chemical conversion using limestone and seawater, was proposed as an alternative method for reducing energy-related $CO_2$ emission. The method presented in this paper is slightly different from the AWL method. It involves reacting $CO_2$ with seawater and quicklime obtained from alkaline wastes to produce the bicarbonate-rich solution over 100 times more than seawater, which could be released and diluted into the ocean. The released dense bicarbonate-enriched water mass could subside into the deeper layer because of the density flow, and could be sequestrated stably in the ocean.
In this study, a series of autoclave experiments were conducted in order to investigate the geochemical and mineralogical effects of carbon dioxide on deep subsurface environments. High pressure and temperature conditions of $50^{\circ}C$ and 100 bar, which are representative environments for geological $CO_2$ sequestration, were created in stainless-steel autoclaves for simulating the interactions in the $scCO_2$-groundwater-mineral reaction system. Zeolite, a widespread mineral in Pohang Basin where many researches have been focused as a candidate for geological $CO_2$ sequestration, and groundwater sampled from an 800 m depth aquifer were applied in the experiments. Geochemical and mineralogical alterations after 30 days of $scCO_2$-groundwater-zeolite sample reactions were quantitatively examined by XRD, XRF, and ICP-OES investigations. The results suggested that dissolution of zeolite sample was enhanced under the acidic condition induced by dissolution of $scCO_2$. As the cation concentrations released from zeolite sample increase, $H^+$ in groundwater was consumed and pH increases up to 10.35 after 10 days of reaction. While cation concentrations showed increasing trends in groundwater due to dissolution of the zeolite sample, Si concentrations decreased due to precipitation of amorphous silicate, and Ca concentrations decreased due to cation exchange and re-precipitation of calcite. Through the reaction experiments, it was observed that introduction of $CO_2$ could make alterations in dissolution characteristics of minerals, chemical compositions and properties of groundwater, and mineral compositions of aquifer materials. Results also showed that geochemical reactions such as cation exchange or dissolution/precipitation of minerals could play an important role to affect physical and chemical characteristics of geologic formations and groundwater.
This study is to identify the mineralogical properties of caprock samples from drilling cores of the Pohang basin, which is the research area for the demonstration-scale CO2 storage project in Korea. The interaction of water-rock-gas that can occur due to CO2 injection was identified using geochemical modeling. Results of mineralogical studies, together with petrographic data of caprock and data on the physicochemical parameters of pore water were used for geochemical modeling. Modelling was carried out using the The Geochemist's Workbench 14.0.1 geochemical simulator. Two steps of modeling enabled prediction of immediate changes in the caprocks impacted by the first stage of CO2 injection and the assessment of long-term effects of sequestration. Results of minerlaogical analysis showed that the caprock samples are mainly composed of quartz, K-feldspar, plagioclase and a small amount of pyrite, calcite, kaolinite and montmollonite. After the injection of carbon dioxide, the porosity of the caprock increased due to the dissolution of calcite, and dawsonite and chalcedony were precipitated as a result of the dissolution of albite and k-feldspar. In the second step after the injection was completed, the precipitation of dawsonite and chalcedony occurred as a result of dissolution of calcite and albite, and the pH was increased due to this reaction. Results of these studies are expected to be used as data to quantitatively evaluate the efficiency of mineral trapping capture in long-term storage of carbon dioxide.
This study aims to identify the mineraloical and petrographical characteristics of caprock from drilling cores of Pohang basin as a potential $CO_2$ storage site. Experiments and modeling were conducted in order to investigate the geochemical and mineralogical caprock effects of carbon dioxide. A series of autoclave experiments were conducted to simulate the interaction in the $scCO_2$-caprock-brine using a high pressure and temperature cell at $50^{\circ}C$ and 100 bar. Geochemical and mineralogical alterations after 15 days of $scCO_2$-caprock-brine sample reactions were quantitatively examined by XRD, XRF, ICP-OES investigation. Results of mineralogical studies, together with petrographic data of caprock and data on the physicochemical parameters of brine were used for geochemical modeling. Modelling was carried out using the The Geochemist's Workbench 11.0.4 geochemical simulator. Results from XRD analysis for caprock sample showed that major compositional minerals are quartz, plagioclase, and K-feldspar, and muscovite, pyrite, siderite, calcite, kaolinite and montnorillonite were included on a small scale. Results from ICP-OES analysis for brine showed that concentration of $Ca^{2+}$, $Na^+$, $K^+$ and $Mg^{2+}$ increased due to dissolution of plagioclase, K-feldspar and muscovite. Results of modeling for the period of 100 years showed that the recrystallization of kaolinite, dawsonite and beidellite, at the expense of plagioclase and K-feldspar is characteristic. Volumes of newly precipitation minerals and minerals passing into brine were balanced, so the porosity remained nearly unchanged. Experimental and modeling results indicate the interaction between caprock and $scCO_2$ during geologic carbon sequestration can exert significant impacts in brine pH and solubility/stability of minerals.
Min, Il Hong;Huh, Cheol;Choe, Yun Seon;Kim, Hyeon Uk;Cho, Meang Ik;Kang, Seong Gil
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.19
no.4
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pp.286-296
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2016
Offshore CCS technology is to transport and inject $CO_2$ which is captured from the power plant into the saline aquifer or depleted oil-gas fields. The more accumulated injected $CO_2$, the higher reservoir pressure increases. The increment of reservoir pressure make a dramatic change of the operating conditions of transport and injection systems. Therefore, it is necessary to carefully analyze the effect of operating condition variations over the injection period in early design phase. The objective of this study is to simulate and analyze the $CO_2$ behavior in the transport and injection systems over the injection period. The storage reservoir is assumed to be gas field in the East Sea continental shelf. The whole systems were consisted of subsea pipeline, riser, topside and wellbore. Modeling and numerical analysis were carried out using OLGA 2014.1. During the 10 years injection period, the change of temperature, pressure and phase of $CO_2$ in subsea pipelines, riser, topside and wellbore were carefully analyzed. Finally, some design guidelines about compressor at inlet of subsea pipeline, heat exchanger on topside and wellhead control were proposed.
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