• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권4호
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• pp.191-198
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• 2008

$CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 이용하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리 공정 중 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 $CO_2$를 포집하는 포집공정, 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 이송하는 수송공정, 이를 깊이 800m 이상의 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장하는 저장공정 등 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하고 이들이 압축 및 수송공정에 미치는 영향 등을 평가하였다. 이와 같은 연구결과에 근거하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 압축 및 수송 공정 설계 시 유용한 열역학 상태방정식을 제안하였다. 상태방정식 계산결과 간의 비교 및 영향 평가를 위하여 순수 단일성분 $CO_2$와 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송거동을 분석하였다. 순수 단일성분 $CO_2$의 압축 및 수송공정 계산결과에는 이상기체 상태방정식을 제외한 상태방정식 간에 큰 차이가 존재하지 않으나, NO, Ar 그리고 $O_2$ 등이 포함된 순산소 연소 석탄 화력발전소에서 포집된 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정에는 PR 계열의 상태방정식과 BWRS 상태방정식에서 커다란 차이가 나타났다. 즉, 8bar 이상의 압력, $30^{\circ}C$ 내외의 온도 영역에서 $CO_2$ 혼합물을 서로 다른 상태로 예측하였다. 이러한 불순물의 영향으로 인하여 $CO_2$ 혼합물의 압축 및 수송공정 설계에 PR계열의 PRBM 상태방정식의 적용이 BWRS식 적용보다 유용하다고 판단된다.

• 한국가스학회지
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• 제16권3호
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• pp.35-41
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• 2012

전 세계적으로 주목받는 탄소 포집 및 저장 기술(CCS)은 현재 많은 연구가 이루어져서 대규모 탄소 포집이 가능한 시점에 있다. 이에 대규모 이산화탄소 포집에 적합한 저장 기술 또한 주목을 받고 있는데, 그 중 하나가 이산화탄소 원유 회수증진 공정($CO_2$-EOR)이다. 이는 이산화탄소의 지중저장은 물론 원유 회수를 증가시키므로, 환경적인 측면과 경제적인 측면을 모두 만족시킬 수 있는 방법이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 다공성 매질인 저류층을 통과하는 원유와 이산화탄소 혼합유체의 흐름을 모델링하고, 모델링을 통해 이산화탄소 저장 및 원유 회수 증진의 효과를 보이고자 하였다. 혼합유체를 모델링하기 위해 Darcy-Muskat의 법칙으로부터 확산성, 점도 변화를 추가 고려하여 저류층 내 압력과 포화도를 계산하였고, 수치 해석적 모델링을 위해서 유한체적법(finite volume method)을 이용하였다. 그 결과, 저류층 내 원유와 물, 이산화탄소를 주입했을 경우 각 주입물질별 시간에 따른 압력과 포화도의 변화를 예측할 수 있었고, 이산화탄소 주입 방법이 물을 주입하는 방법보다 원유 회수 측면에서 더 유리한 것을 확인할 수 있었다.

• 지질공학
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• 제28권2호
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• pp.207-215
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• 2018

지구온난화 문제가 인류 생존을 위협하는 중대한 이슈로 떠오르면서 세계 각국은 온실가스 감축에 적극 나서고 있다. 대표적 온실가스인 이산화탄소($CO_2$)는 석탄, 석유와 같은 화석연료를 연소하는 과정에서 대량으로 방출되고 있다. $CO_2$를 포집하고 저장하는 CCS ($CO_2$ Capture & Storage) 기술은 온실가스 저감의 대표적 기술로 세계 각국에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구는 대규모 $CO_2$ 배출원에서 포집된 $CO_2$를 대상으로, 국내 최초로 해상에서 지중저장을 하기 위한 고압 주입설비의 설계 및 구축에 관한 연구다. 이를 위해 2017년초 $CO_2$ 지중 주입설비가 구축되었으며 포항시 영일만 해상 플랫폼에서 $CO_2$ 시험주입을 국내 최초로 성공하였다. 그 결과 해상주입을 위한 주입설비의 운전 요구조건과 $CO_2$ 주입 특성이 파악되었고 주입장치 운영에 관한 노하우도 얻게 되었다. 시험주입에서 얻어진 결과는 향후 장치개선과 scale-up에 활용될 예정이다.

• 청정기술
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• 제27권4호
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• pp.367-371
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• 2021

순산소 석탄 화력 발전 시스템은 CO₂ 가스 회수 및 저장 기술(CCS: carbon capture & storage)의 하나로 순산소와 재순환된 연소가스를 이용하여 석탄 연소를 수행하는 기술이다. 이는 이산화탄소와 질소가 혼합된 배출 가스를 생산하는 기존의 공기 연소 시스템과 달리 공기 중의 산소를 먼저 분리하여 생산된 순산소와 재순환된 연소 가스를 이용하여 석탄을 연소하면 이산화탄소와 질소를 분리하는 후처리 공정 없이 이산화탄소만으로 이루어진 배출 가스를 생성하여 이의 저장을 용이하게 하는 기술이다. 본 연구에서는 O₂/CO₂ 혼합 모의 가스를 이용하여 순산소 연소 시 발생되는 대기오염물질인 NO, SO₂의 생성 특성을 살펴보았다. 반응 온도를 900 ℃ ~ 1200 ℃, 산소 분율을 30% ~ 50%로 변화시키면서 실험한 결과 생성 가스 내 NO 및 SO₂의 농도는 반응 온도와 산소 분율이 증가할수록 증가하는 현상을 나타내었으며 CO₂의 분율도 증가하는 현상을 나타내었다. 순산소 연소에서 30% O₂/CO₂를 이용한 연소와 air 조건인 21% O₂/N₂ 연소에서 NO 발생을 비교한 결과 양쪽 모두 반응 온도에 따라서 NO 발생이 증가하게 되며 순산소 연소 조건에서 air 연소에 비하여 약 40 ~ 80 ppm까지 NO 발생이 낮아지는 현상을 나타내었다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제5권4호
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• pp.337-341
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• 2019

In this study, the effects of two materials, active alumina and CaO based inorganic binder, which cause the side reaction on the K₂CO₃-based solid CO₂ sorbents was investigated. K₂CO₃-based solid sorbents called KAM series was prepared by spray drying method and then measured its physical properties and CO₂ sorption capacity. Among the KAM series sorbents, KAM(0.5) maintained high CO₂ sorption capacity of 7.6 wt% after 3 cycle of sorption/regeneration reaction and showed very low attrition loss as low as 3.1 % which was measured by ASTM D5757-95.

• 한국해양학회지:바다
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• 제19권2호
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• pp.147-154
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• 2014

해양 환경에서 세균은 다양한 생지화학적 순환에 있어서 중요한 역할을 수행하고 있으며, 그들의 다양성에 대한 정보는 생태계에서 세균의 생지화학적 기능을 이해하는데 중요하다. 본 연구는 $CO_2$ 해양지중저장의 후보지인 동해 남부해역의 표층 퇴적물과 퇴적물 위의 저층 해수에서 최신 연구 기법인 pyrosequencing을 통하여 세균의 계절적 다양성을 분석함으로써, 동해 퇴적물 세균상의 특성을 이해하고자 하였다. 퇴적물에서는 대부분의 시기에 Gammaproteobacteria가 우점한 반면, 저층 해수에서는 Alphaproteobacteria가 우점하여 두 서식처에서 세균의 다양성은 큰 차이를 보였다. 또한 속 수준의 다양성 분석에서도 저층 해수에서는 대부분의 시기에 SAR11 그룹에 속하는 Pelagibacter가 가장 우점한 반면, 퇴적물 시료에서는 Gammaproteobacteria에 속하는 미동정 속이 가장 우점하였다. 그러나 두 서식처 모두에서 5% 이상의 점유율을 보인 속의 수는 10 속 미만으로 소수였으며, 낮은 점유율을 갖는 많은 종류의 세균들이 군집 내에 공존하는 공통적인 특성이 나타났다. 본 연구의 세균 다양성 연구는 동해 저층 해수 및 퇴적물의 세균 다양성에 대한 특성의 이해와 더불어 $CO_2$ 해양지중저장 사업의 진행에 따른 세균의 다양성 및 기능 변화에 대한 사전 자료 및 해역이용영향평가 배경 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권4호
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• pp.690-695
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• 2012

가스 하이드레이트는 순수한 물이 이루는 격자구조 내에 다양한 가스분자들이 선택적으로 포획되어진 고체상의 화합물로, 최근 이산화탄소를 포집, 수송, 저장 하는 CCS (Carbon Capture and Storage)기술에 이를 응용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가스 하이드레이트를 적용한 CCS 기술의 핵심은 효과적으로 $CO_2$ 하이드레이트를 제조하는 기법의 개발이며, 본 연구에서는 초음파 노즐을 이용하여 수십 나노미터 직경의 미세수적을 통해 고속의 $CO_2$ 하이드레이트 제조기술 개발하였고, 이 과정의 특성을 파악해 보았다. 주파수 2.4 MHz의 초음파 노즐을 이용하여 미세직경의 수적을 분무하고 이송가스(carrier gas)로 $CO_2$를 적용, 미세 수적과 $CO_2$가 동시에 급속 냉각되는 저온 반응기에 도입되어 다공질 얼음입자가 직접 평균 $10.7{\mu}m$ 직경의 $CO_2$ 하이드레이트로 생성되는 연속공정을 개발하였다. 미세직경 얼음입자를 시작물로 하여 정압조건에서 $CO_2$ 하이드레이트가 생성되도록 하며 가스포집량을 측정, 그의 가스 포집속도를 알아본 결과, 미세직경이며 동시에 다공 얼음이 제공하는 높은 기-고 접촉면적으로 인해 가스 하이드레이트 생성에 매우 적합한 것을 알 수 있었으며, 제조된 $CO_2$ 하이드레이트의 자기보존효과(self-preservation effect)를 실험으로 확인함으로서 $CO_2$ 가스의 수송에도 이용 가능함을 알 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제56권3호
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• pp.311-330
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• 2023

CO₂ 배출량 증가로 인한 지구온난화 심화에 대한 주요 대책으로 CO₂를 포집하여 지중에 저장하는 이산화탄소 포집·저장(Carbon capture storage, CCS) 기술이 주목받고 있다. 최근 현무암의 거대한 체적, 높은 반응성, 풍부한 양이온 함량 등의 특성이 CO₂ 포획 및 저장 기작에 유리하게 작용한다는 사실이 부각되면서, 현무암층을 대상으로 하는 CO₂ 지중저장이 다양한 분야에서 연구되고 있다. 본 연구에서는 CO₂ 지중저장 기작, 현무암의 특성과 더불어 국외 연구 사례들을 조사 및 분석하여, 현무암 CO₂ 지중저장에 대한 타당성을 검토하였다. 조사한 사례들은 수행 방법을 기준으로 실험, 모델링, 현장 실증 연구로 분류하였다. 연구 사례별 실험 조건의 경우 온도는 20 ~ 250 ℃, 압력은 0.1 ~ 30 MPa, 암석-유체 간 반응 시간은 수 시간에서 4년까지 넓은 범위에서 진행되었다. 모델링 연구에서는 현무암 CO₂ 지중저장 후보지와 유사한 모델을 구축하여 CO₂-유체 주입 전∙후 유체역학적 및 지화학적 요인들에 대한 변화를 살펴본 사례가 다수였다. 검토 결과, 현무암은 잠재 CO₂ 저장용량이 크고, CO₂ 광물화 반응이 빠르기 때문에 현무암 CO₂ 지중저장시 온도와 압력 및 지질구조와 같은 환경적인 제약이 적다. 현장 실증 사례인 CarbFix project, Wallula project가 성공적으로 수행되어 실증 수행가능성 또한 높게 평가되고 있다. 그러나 현무암 대상 CO₂ 지중저장에서 신중히 고려해야 할 점도 존재한다. 광물화 기작이 현무암의 조성, 주입 지역의 특성 등 여러 요인에 따라 결과가 상이하게 나타나고, 탄산염과 규산염 광물 등의 침전으로 인해 관정 주입성(injectivity) 저하가 발생할 수 있다. CO₂ 주입 시 저장층 내 압력 증가가 발생할 수 있으며 암석-CO₂-유체 반응 과정에서 지중환경 오염의 위험성도 존재한다. 유체에 CO₂를 용해시켜 주입하기 때문에 기존 방식과 다른 지중 모니터링 기술 또한 요구된다. 따라서, 현무암에서의 CO₂ 지중저장을 안정적이고 효율적으로 수행하기 위해서는 적합한 대상 지역을 선별하고, 해당 지역에 대한 여러 자료를 구축하여 이를 기반으로 한 다양한 실험, 모델링, 현장 실증 등의 체계적인 연구 수행이 필요하다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제11권4호
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• pp.181-190
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• 2008

기후변화 및 교토의정서상의 온실가스 의무감축요구에 대응하기 위하여 발전소 및 제철소 등 대규모 발생원에서부터 포집한 $CO_2$를 파이프라인이나 선박 등을 통해 수송하고, 이를 해저 지질구조내 대규모로 수백-수천년 이상 장기간 저장 및 관리하는 $CO_2$ 해양지중저장기술이 국내외적으로 주목 받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장 처리 시스템 설계를 수행하는데 있어 전산모사를 통한 공정 설계는 필수적이다. 즉, 수치 모델링을 통하여 $CO_2$ 해양지중저장 처리에 필요한 일련의 공정을 열역학 상태방정식 등을 이용하여 모사하는 것이다. 본 논문에서는 $CO_2$ 해양지중저장 처리를 위한 공정 설계에 사용되는 열역학 상태방정식들을 비교 분석하였다. 또한, 상태방정식 계산결과의 정확성을 평가하기 위하여 실험으로부터 구해진 데이터와 비교를 수행하였다. 이상기체 상태방정식과 SRK식은 $29.85^{\circ}C$, 60 bar 이상에서 밀도를 전혀 예측하지 못하였으며, 고온 고압의 초임계 상태에서 100% 내외의 오차를 보였다. BWRS 식은 임계온도 근처인 $29.55^{\circ}C$, 임계압력 근처인 $60{\sim}80\;bar$ 사이의 영역에서 실험값을 전혀 예측하지 못하고 최대 100%의 차이를 보였다. $CO_2$ 해양지중저장 처리의 저장지 조건인 온도 $31.1^{\circ}C$ 이상, 압력 73.9 bar 이상의 초임계 상태에서 PR 식과 PRBM 식은 실험값을 비교적 잘 예측하였다. 따라서 $CO_2$ 해양지중저장처리 공정 중 고온, 고압 영역에서는 상기 상태방정식을 이용한 공정 설계가 유용하다고 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권12호
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• pp.8870-8878
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• 2015

이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture&Storage, CCS)은 대규모 배출원으로부터 이산화탄소를 포집하여 지중의 안전한 지질구조에 수천년 이상 안정적으로 저장하는 기술이다. 포집된 이산화탄소에는 필연적으로 불순물이 포함되어있으며, 특히 연소과정에 투입되는 공기를 구성하는 대표적인 물질들인 질소, 산소, 아르곤 등이 유입될 수 있다. 이러한 불순물들은 포집 이후의 전체 공정에 다양한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 이산화탄소 혼합물의 관내유동에 다양한 불순물이 미치는 영향을 평가할 수 있는 실험 장치를 설계 및 제작하였으며 특히 이산화탄소 혼합물의 관내유동에 있어 아르곤 불순물이 미치는 영향을 평가하였다. 즉, 이산화탄소-아르곤 혼합물 2상유동의 압력강하와 유동양식을 실험적으로 분석하였으며, 이를 다양한 압력강하 모델 및 상관식과 비교하여 추후 이산화탄소 혼합물 관련 공정 설계 시 참고할 수 있는 기초 데이터를 제시하고자 하였다.