• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제15권2호
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• pp.67-75
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• 2012

이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS)은 발전소, 제철소 등의 대량의 배출원으로부터 포집된 이산화탄소를 압축공정, 정제공정, 수송공정을 거친 후, 지중의 안전한 지질구조 내에 수백, 수천년 이상 안정적으로 저장하는 기술이다. CCS 공정 중 이산화탄소에는 이산화탄소를 발생시키는 연소공정이나 포집 경제되는 공정에서 유입되는 불순물이 섞임으로서 혼합물을 이루게 된다. 혼합물의 성분으로는 대표적으로 $SO_2$, $H_2O$, CO, $N_2$, Ar, $O_2$, $H_2$ 등이 있으며 위 공정들에서 이산화탄소 혼합물에 포함된 불순물들은 전 공정에 영향을 미치게 된다. 본연구에서는 이산화탄소 혼합물 내 다양한 불순물이 수송공정에 미치는 영향을 실험적으로 평가할 수 있도록 혼합물이송공정 모의실험장치를 설계 제작하였으며 이산화탄소 혼합물의 이송공정에 질소불순물이 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 각 실험조건 마다 증가율의 차이는 있으나 $N_2$비율이 증가할수록 $CO_2-N_2$ 혼합물의 질량유량당 압력강하량 및 비체적이 증가하는 경향을 보였다. 120 bar 및 100 bar 실험조건에서는 혼합물의 상태가 단상 초임계상태이었으며 $N_2$ 조성비 증가에 따른 비체적 및 질량유량당 압력강하 기울기가 크게 변하지 않음을 확인하였다. 70 bar 실험조건에서는 액상, 이상, 기상으로 혼합물의 상이 바뀌었으며 각 상에 따라 질량유량당 압력강하 및 비체적의 기울기가 달라짐을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제33권2호
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• pp.335-353
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• 2023

본 논문은 고준위방사성폐기물 처분시설 부지선정 과정의 해외사례를 알아보고, 각 나라별 부지선정 과정 각 단계에서 고려되는 항목을 알아보는 데 중점을 두었다. 부지선정 과정은 지역 주민들의 의견이 반영되는 시기와 각 나라별 지질학적 상황에 따라 선별기준이 서로 다르다. 처분 선도국의 경우 부지를 선정하는 방식을 크게 세 가지로 나누어 볼 수 있는데, 첫 번째는 정부 주도의 부지선정 후 주민동의를 통해 부지를 선정하는 방식이고, 두 번째는 기존 조사자료를 바탕으로 배제지역을 제외한 후 지역사회와의 지속적인 소통을 통해 부지를 선정하는 방식이고, 세 번째는 자발적 참여 의사를 밝힌 지역사회를 대상으로 부지선정을 하는 방식이다. 첫 번째 방식에 해당하는 미국의 경우 총 6단계의 부지선정 단계를 통해 네바다주의 Yucca Mountain을 최종 처분부지로 선정하였으나 주지사와 환경단체의 반대로 중단된 상태이다. 두 번째 방식에 해당하는 스웨덴, 스위스, 독일의 경우 총 3단계의 부지선정 단계를 통해 부지를 선정한다. 스웨덴과 스위스는 부지선정을 완료했으며 독일은 현재 3단계 중 1단계의 Step 2를 진행 중이다. 세 번째 방식에 해당하는 영국의 경우 총 6단계의 부지선정 단계를 계획하여 선정 과정을 진행하다가 지역사회의 참여저조로 중단되었으며, 그 이후 지역사회와 협력하기 위한 프로세스를 추진 중이다. 우리나라의 경우에는 2030년부터 원전 내 사용후핵연료 임시 저장시설이 포화 되기 시작하므로 부지선정 추진이 필요하다. 법과 제도를 확정하는 것을 우선으로 하여, 부지선정을 추진하고 이 과정에서 투명한 절차로 과학적 근거에 기반하여 지역사회와의 지속적인 소통을 통해 부지선정을 추진해 나가야 할 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제30권2호
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• pp.149-163
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• 2020

본 연구에서는 지리정보시스템 환경에서 지하매설물 정보를 이용하여 토립자 유실을 고려한 도시 지반 함몰 취약성을 평가하였다. 지하 환경에서 물의 흐름이나 지하수위 변화에 의한 토립자 유실은 지하공동의 발생과 확장을 유도하고, 이는 지반함몰 발생에 직접적인 원인이 된다. 토립자 유실은 지하 환경에 따라 그 정도가 달라질 수 있기 때문에 본 연구에서는 지하매설물 2종(상수도 관망, 하수관로)과 지하철 선로 권역별로 지반함몰에 영향을 주는 인자를 각각 4개씩 선정하였다. 로지스틱 회귀분석 기법을 이용하여 지하매설물 및 지하철 선로 권역 별로 지반함몰 이력과 영향인자 간의 상관성을 분석하고 회귀식을 도출하였으며, 이를 토대로 3개의 지반함몰 취약성 지도를 작성하였다. 본 연구 결과는 도시 지반함몰 위험 예·경보 시스템 구축을 위한 지반함몰 고위험지역 및 지반 안전 상시 모니터링 지역 선정 근거에 대한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.

• 자원환경지질
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• 제54권4호
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• pp.409-425
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• 2021

이산화탄소가 지구온난화를 초래하는 대표적인 온실가스로 지목되면서 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위하여 많은 노력들이 진행되어 왔다. 그러한 노력들 중 특히 CO₂ 포집 및 지중 저장기술(carbon dioxide capture and storage, CCS)이 감축 목표량을 달성하기 위해서 필수적으로 고려되고 있다. 그러나 이러한 지중 저장기술이 상용화되기 위해서는 안전성이 보장되어야 한다. 특히 이산화탄소 누출이 농경지에서 발생할 경우에는 작물 생장과 관련되어 많은 문제를 야기할 수 있다. 이에 본 연구에서는 지중 저장지로부터 누출된 이산화탄소가 토양 비옥도에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 인위적인 이산화탄소 누출 시험을 수행하였으며, pH, 양이온치환용량, 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총 질소, 질산태 질소, 암모니아태 질소, 총 인, 유효태 인산, 총 황, 유효태 황, 유효태 붕소 등과 같은 토양의 화학적 특성들을 비옥도 지시 인자로 선정하였다. 누출 시험은 비경작지 토양 한 종류와 경작지 토양 두 종류(옥수수와 콩 재배)를 대상으로 이루어졌다. 비경작지 토양은 거친 모래가 많은 사질토양으로 공극률은 42.6%로 조사되었으며, 경작지 토양인 옥수수 재배 토양은 양질 사토(loamy sand)로 공극률이 46.8%이었다. 콩과식물(soybean) 재배 토양은 옥수수 재배 토양과 동일한 양질 사토로서 공극률이 48%로 조사되었다. 누출시험을 위해 6개의 인공누출 칼럼 장치를 이용하여 이산화탄소를 주입하였다. 이산화탄소 주입은 비경작지와 경작지 토양의 경우 각각 60일과 70일 동안 진행하였다. 이산화탄소 누출 후 비경작지 및 경작지 토양에 대하여 각각 12, 14일 간격으로 1 공극 부피의 인공강우 모사 시험을 수행한 후 용출액과 토양 시료를 채취하여 비옥도 지시 인자를 분석하였으며, 이산화탄소 누출 전후 변화 양상을 비교 평가하였다. 토양 내 잔류 교환성 양이온, 전기전도도, 토양 유기물 함량, 총질소, 총인 등은 이산화탄소의 영향을 크게 받지 않은 것으로 나타났다. 그러나 질산태 질소, 암모니아태 질소, 유효 인산, 유효 황, 유효 붕소 등은 감소하는 경향을 보였으며 이에 의해 토양 비옥도를 저하시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 토양의 완충능력 때문에 pH의 변화가 없었지만, 이산화탄소가 장기간 누출된다면 pH의 감소에 의한 토양 산성화가 초래될 가능성이 있을 것으로 예측된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.243-269
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• 2021

2010년대 이후 고준위 방사성폐기물 심층처분, 지하 CO₂ 저장과 시추공 조사 기반 심지층 특성화를 대상으로 한 연구 및 실용화 프로젝트의 사회적 중요성이 점차 높아지고 있다. 이와 관련하여, 대심도 암반의 수리 특성에 대한 정량적이고 신뢰성있는 정보를 얻을 수 있는 현장 시험 기술의 필요성도 크게 증가하고 있다. 수년간의 연구 개발을 통해 자체 기술력으로 설계, 제작된 핵심 장치들을 기반으로 대심도 시추공 수리특성 조사 시스템(DHTS)을 독자적으로 구축하였다. 이 시스템을 사용하여 경주시 중생대 화강암과 퇴적암 지역에 위치한 심도 1 km 급 시추공 2개소에서 고정밀도 정압 주입시험을 성공적으로 수행하였다. 현장 시험에서 미세 유량 주입/조절 모듈을 사용하여 0.01 l/min 미만의 매우 낮은 유량 측정이 가능하였다. 본 논문에서는 DHTS의 주요 특성을 소개하고 대심도 저투수성 암반 환경 하에서 수행된 고정밀도 시험 결과에 대해 간단히 논의하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제33권2호
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• pp.133-140
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• 2023

Soil erosion can cause scouring and failures of underwater structures, therefore, various soil improvement techniques are used to increase the soil erosion resistance. The microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) method is proposed to increase the erosion resistance, however, there are only limited experimental and numerical studies on the use of MICP treatment for improvement of surface erosion resistance. Therefore, this study investigates the improvement in surface erosion resistance of sands by MICP through laboratory experiments and numerical modeling. The surface erosion behaviors of coarse sands with various calcium carbonate contents were first investigated via the erosion function apparatus (EFA). The test results showed that MICP treatment increased the overall erosion resistance, and the contribution of the precipitated calcium carbonate to the erosion resistance and critical shear stress was quantified in relation to the calcium carbonate contents. Further, these surface erosion processes occurring in the EFA test were simulated through the coupled computational fluid dynamics (CFD) and discrete element method (DEM) with the cohesion bonding model to reflect the mineral precipitation effect. The simulation results were compared with the experimental results, and the developed CFD-DEM model with the cohesion bonding model well predicted the critical shear stress of MICP-treated sand. This work demonstrates that the MICP treatment is effective in improving soil erosion resistance, and the coupled CFD-DEM with a bonding model is a useful and promising tool to analyze the soil erosion behavior for MICP-treated sand at a particle scale.

• 한국지구과학회지
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• 제45권4호
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• pp.363-376
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• 2024

Alluvial beds are intimately associated with electrical properties related to soil types, including clay mineral content, porosity, and water content. The hydraulic property governs water movement and storage in alluvial beds. This study revealed electrical resistivity and hydraulic properties in space and time in relation to the hydrogeological data, groundwater pumping, and rainfall infiltration into the alluvial bed located in Daesan-myeon, Changwon City. An electrical resistivity survey with electrode spacings of 2 and 4m using a dipole-dipole array indicates that electrical resistivity changes in the alluvial bed depend on groundwater pumping and rainfall events. Additionally, rainfall infiltration varies with hydraulic conductivity in the shallow zone of the alluvial bed. The 2 m electrode spacing survey confirms that electrical resistivity values decrease at shallow depths, corresponding with rainfall and increased water content in the soil, indicating rainfall infiltration approximately 1-2 m below the land surface. The 4m electrode spacing survey reveals that hydraulic conductivity (K) values and electrical resistivity (ρ) values display an inverse relationship from the surface to the water table (approximately 9 m) and at deeper levels than the water table. Notably, ρ values are impacted by pumping around the depth of the water table at 9 m. This study suggests that time-lapsed electrical resistivity surveys in space and time could be effective tools for detecting the impact of rainfall and pumping, as well as hydraulic conductivity in shallow alluvial beds.

• 지질공학
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• 제30권2호
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• pp.147-160
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• 2020

지표 미고결퇴적층의 불포화 수리전도도는 지표 퇴적층의 물리적 성질과 함수비에 좌우된다. 지금까지 지표 미고결퇴적층의 불포화 수리전도도에 대하여 많은 연구가 수행되어왔다. 그러나 불포화 균열암반에 대한 수리전도도에 대해서는 상대적으로 연구가 적은 편이다. 중·저준위 방폐물의 표층처분시설 건설과 관련하여, 본 연구에서는 국내 방사성폐기물 처분부지 내 균열 혼펠스 암반에 대하여 반 게누텐 불포화함수(α, n)와 현장시험에서 얻어진 수리전도도를 서로 비교·분석하였다. 현장수리시험과 실내수리시험이 동시에 이루어진 지하수공 3공의 10개 구간에 대한 현장 수리전도도와 반 게누텐 매개변수에 대한 상관성 분석 결과, 현장 수리전도도와 매개변수α의 상관계수는 0.7607로 양의 상관관계를 보이며, 현장 수리전도도와 반 게누텐 형상관련 매개변수 n의 상관계수는 -0.8720으로 음의 상관관계를 보였다. 그러므로 이 연구는 불포화 균열 혼펠스에서 현장수리전도도와 실내수리시험에 의한 불포화함수의 관계를 확인하였다.

• 지질공학
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• 제26권1호
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• pp.101-115
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• 2016

관정의 시멘팅 재료로 사용될 수 있는 두 시멘트 물질(KS-1 보통 포틀랜드, Class G)의 물/고체(고체=시멘트) 중량비와 첨가제인 비산재의 부피함량 변화에 따른 이들 물질들의 물리역학적 물성 변화를 파악하기 위해 실내물리역학실험을 실시하였다. KS-1 보통 포틀랜드 시멘트의 경우 물/고체(고체=시멘트) 중량비를 변화시키며, Class G 시멘트의 경우 물/고체(고체=비산재+시멘트)을 고정한 채 비산재:시멘트의 부피비를 변화시키며 시료를 제작하였다. KS-1 보통 포틀랜드 시멘트의 경우 물/고체 중량비가 증가할수록, Class G 시멘트의 경우 비산재의 함량이 증가할수록, 공극률 증가, 밀도감소, 음파속도(P, S파) 감소. 탄성상수(영율, 포아송비) 감소, 압축 및 인장강도 저하, 열전도도 감소, 비열 증가의 경향을 보였다. 또한 구속압(σ₃)의 증가와 비산재 함량의 증가는 재료의 소성파괴거동을 초래하였다. 이 실내실험결과를 이용하여, 여러 주입공 페라미터(케이싱, 시멘트층의 두께, 주입압, 주입공 경사방향 및 경사각, 주입공 심도)등을 변화 시키면서, 시멘트층의 안정성 분석을 실시하였다. 분석결과 낮은 주입압과 경사정 혹은 수평정에서는 시멘트층이 안정하였으나, 다른 조건에서는 시멘트층에서 주로 인장파괴가 관찰 되었다.

• 광물과 암석
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• 제34권3호
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• pp.169-176
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• 2021

본 연구는 압력을 이용한 제올라이트 내 중금속 양이온 또는 CO₂ 기체 포집 등의 응용연구를 하기 위한 기초 단계로 제올라이트의 압력 및 압력전달 매개체(Pressure-transmitting medium, PTM)에 따른 결정구조의 변화를 알아보기위한 목적으로 실험을 진행하였다. 천연 제올라이트 멜리노이트(Merlinoite, (K,Ca_0.5,Ba_0.5,Na)₁₀ Al₁₀Si₂₂O₆₄× 22H₂O)와 동일한 골격구조를 가지는 합성 물질인 제올라이트-W(K_6.4Al_6.5Si_25.8O₆₄× 15.3H₂O, K-MER)의 압력 하 압력전달 매개체에 따른 선형 압축률 및 체적 탄성률의 변화에 대한 X선 회절연구를 진행하였다. 합성된 시료는 정방정계에 속하는 I4/mmm 공간군으로 확인되었다. 압력전달 매개체 중 제올라이트의 동공 및 채널을 투과할 수 있는 투과 매개체(Penetrating medium)로 물, 이산화탄소를, 비투과 매개체로 실리콘 오일(Silicone-oil)을 각각 사용하였으며, 상압에서 최대 3 GPa까지 약 0.5 GPa 간격으로 가압하였다. 다이아몬드 고압유도장치 및 방사광 X-선원을 이용하여 압력 하 시료의 분말 회절을 측정하였고, 르바일(Le-Bail)법 및 버치-머내한 상태방정식을 이용하여 격자상수 및 체적탄성률의 변화를 관찰하였다. 모든 실험에서 c축의 선형압축률(𝛽^c)은 0.006(1) GPa^-1또는 0.007(1) GPa^-1의 값을 보여 압력 증가 대비 유사한 압축률을 보인 반면, a축의 압축률(𝛽^a)은 실리콘 오일 실험에서 0.013(1) GPa^-1을 보여 물과 이산화탄소 (𝛽^a=0.006(1) GPa^-1) 실험결과에 비해 압축률이 약 두 배정도 큰 것으로 확인할 수 있었다. 체적탄성률(K₀)은 물, 이산화탄소, 실리콘 오일의 실험에서 각각 50(3) GPa, 52(3) GPa, 29(2) GPa로 도출되었다. 압력 증가에 따른 ac면의 orthorhombicity를 측정한 결과 물과 이산화탄소 실험에서는 0.350~0.353의 비교적 일정한 값을 보였으나, 실리콘 오일의 실험에서는 y = -0.005(1)x + 0.351(1)의 함수를 만족시키며 압력이 증가할수록 값이 점차 작아졌다.