<사진. CCS의 개념도
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

세계 최초로 실제 해역에서 해저 밑 이산화탄소 누출 실험

- 이산화탄소 회수 및 저장 기술의 신뢰 구축

“해역을 이용한 이산화탄소 저장의 환경영향평가에 관한 연구 네트워크: Carbon dioxide Captureand Storage Environmental Assessment -Joint Participants Network(CCSEA-JPN) 에 참가하는 공익재단법인 지구환경산업기술연구기구 CO2저장연구그룹인 큐슈대학 카본 뉴트럴 에너지 국제연구소, 주식회사 환경종합테크노스, 일반재단법인 전력중앙연구소 지구공학연구소, 도쿄대학 대학원 신영역창성과학연구소, 독립행정법인 산업기술종합연구소 환경관리기술연구부문은 영국 QICS 프로젝트 컨소시엄과 공동으로 세계에서 처음으로 실제 해역에서의 해저 밑으로부터의 이산화탄소 누설실험을 실시하여 해양환경에 대한 영향과 그 회복과정에 관한 평가에 성공하였다.

인위적인 해저 밑에서의 이산화탄소 누출실험에 의한 영향은 상당히 적고, 바로 회복하는 것을 나타내었다. Nature Climate Change에 국제과학자팀에 의한 세계 최초의 인위적인 해저밑에서의 이산화탄소 누출실험에 의한 연구성과가 제시되었다 CCS 기술에 대해서는 저장한 이산화탄소가 누출되지 않을까 하는 우려가 있다. 이 혁신적 연구는 이러한 우려에 대하여 이산화탄소 회수 및 저장(CCS)기술의 신뢰성을 검증하는 것을 목표로 실시되었다. 실제 해역의 소규모 이산화탄소 누출실험을 수행하고, 누출이벤트의 검출, 모니터링방법의 유효성을 검증함과 함께 해저 및 해수 중의 물리, 화학, 생물학적 환경으로의 영향이 상세히 조사되었다. 본 연구로 실시된 규모의 누출에 의한 환경영향은 소량으로 좁은 범위에 한정되며, 누출을 멈추면 화학적, 생물학적 영향은 급속히 회복한다는 것을 분명히 밝혔다.

QICS(Quantifying and Monitoring Potential Ecosystem Impacts of Geological Carbon Storage) 프로젝트는 플라즈마해양연구소의 Jerry Blackford 박사를 프로젝트 리더로 하고, 영국연구위원회(Research Councils UK), 영국자연환경조사국(Natural Environment Research Council), 스코틀랜드정부 및 일본의 복수 기관에서 자금을 받고 있다. 영국 및 일본의 다수 연구기관이 2012년에 스코틀랜드의 오반에 가까운 Ardmucknish만에서 인위적으로 이산화탄소 누출실험을 공동으로 실시하였다. 실시에서 스코틀랜드해양과학협회(Scottish Association for Marine Science, SAMS)가 현장실험의 정리와 조정을 수행하였다.

4.2톤의 이산화탄소(가스난방을 하는 영국의 1가정에서 연간 이산화탄소 배출량보다도 적다)를 근해 350m, 해저 및 11m에 있는 누출 사이트용으로 지상의 연구실에서 암반을 굴삭한 보링공을 통하여 37일간에 걸쳐 주입하였다. 연구자들은 우선 어떠한 이산화탄소가 해저의 퇴적층 및 그 상부의 해중으로 이동하는가를 모니터하였다. 그 후 12개월간 화학센서, 기포의 음향조사와 다이버에 의한 샘플채취 등 여러 가지 방법을 조합하여 주변해역의 화학적, 생물학적 영향을 평가하였다. 화학센서와 기포음향 조사기술의 조합은 누출의 검출과 누출이 없는 것을 보증하는 최선의 모니터링기술이라는 것을 나타내었다.

이 모의적 누출은 동일 규모의 이산화탄소 누출의 영향이 한정이라는 것을 나타내고 있다. 이산화탄소에 의한 해저와 해수 중의 화학적 변화는 이산화탄소 누출 종반 가까이에서 발생하였으나, 이들 영향은 이산화탄소 누출 정지 후 17일 이내에 원래의 상태로 되돌아갔다. 누출의 초기단계에서는 생물학적 영향은 볼 수 없었다. 누출기간의 종반과 누출종료 후 빠른 단계에서 미생물의 다양성과 해저에 생식하는 생물군집 구조의 변화가 관찰되었으나, 이들의 영향은 유해하지 않으며, 장기간 계속되지 않고 수 주간에 완전히 회복하였다.

Blackford 박사는 “이러한 지식은 기후변화 완화대책의 하나로서 CCS를 적절히 보급하기 위하여 필요한 지식 기반의 향상, 특히 법률로 의무화한 환경 모니터링의 실제적 실시요건을 검토할 때 도움이 된다. 실험결과에서 소규모 누출은 유해한 것은 아니라는 것을 나타냈으나, 대량의 이산화탄소가 누출되는 경우 아마도 영향이 클 것으로 생각하고 있다. 해역의 해수유동은 중요하며, 보다 강한 해수가 혼합되면 이산화탄소가 보다 빠르게 확산하므로 영향은 보다 작고 이전보다 빠르게 회복할 것”이라고 말한다.

실제 CCS사업에서 해저 아래 1km에 있는 저류층에서 이산화탄소의 누출은 일어나기 어렵다고 생각된다. 그러나 본 연구에서는 해저 밑 1km에 있는 저류층의 건전성에 대해서는 검토하고 있지 않으며, 만일을 상정한 “What if”, 해저에서의 누출시나리오에 답하는 조사를 수행하였다.

리스크 전략을 책정하는 CCS 조업자에 대한 제언은 다음과 같다.

- CCS 사이트에서는 만일 누출 이벤트가 있는 경우에 이산화탄소 확산을 촉진하는 동적인 수역을 선정해야만 한다.
- 포괄적인 베이스라인 조사, 퇴적물구조와 그 구성물질, 해수의 화학적 특성, 생물학적 군집구조 및 해중 음의 종합적인 조사가 모니터링의 효율을 최대화하기 위하여 필요하다.
- pH센서와 기포 음향센서의 조합은 누출의 조기검출을 최대한으로 하여 누출이 일어나지 않았다는 것을 상호 보증한다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr