지열 발전소의 가스가 지하로 펌핑되고 ​​현무암과 반응하여 미네랄로 전환되는 아이슬란드의 시험장. Juerg Matter, 저자 제공

우리는 CO2 배출량에 대해 진지하게 조치를 취해야 합니다. 재생 가능 에너지원으로 전환하고 에너지 효율성을 높이는 것 외에도 CO2가 대기에 도달하기 전에 일부를 제거해야 합니다. 아마도 인간이 유발한 기후 변화의 영향이 너무 심각해서 우리는 공기 중의 이산화탄소를 포집하여 플라스틱 재료와 같은 유용한 제품으로 변환하거나 안전한 곳에 두어야 할 수도 있습니다.

저를 포함하여 여러 유럽 국가와 미국에서 온 과학자 그룹이 아이슬란드에서 만나 CO2를 땅에 안전하게 버릴 수 있는 방법을 알아냈습니다. 최근에 발표 된 연구, 우리는 아이슬란드의 파일럿 테스트 사이트에서 지하에 CO2를 주입한 지 XNUMX년 후 거의 모든 것이 광물로 전환되었음을 입증했습니다.

미네랄 화

아이슬란드는 매우 녹색 국가입니다. 거의 모든 전기는 다음을 포함한 재생 가능한 자원에서 나옵니다. 지열 에너지. 지표면 아래의 암석에서 나오는 뜨거운 물은 터빈을 구동하는 증기로 변환되어 전기를 생산하다. 그러나 그곳의 지열 발전소는 터빈을 작동시키는 깊은 우물에서 나오는 뜨거운 증기에도 CO2와 때로는 황화수소(H2S)가 포함되어 있기 때문에 CO2(비슷한 석탄 화력 발전소보다 훨씬 적음)를 배출합니다. 이러한 가스는 일반적으로 공기 중으로 방출됩니다.

이 가스를 넣을 수 있는 다른 장소가 있습니까?

전통적인 탄소 격리 깊은 식염수 대수층이나 고갈된 석유 및 천연 가스 저장고에 CO2를 축적합니다. CO2는 매우 높은 압력 하에서 이러한 지층으로 펌핑되며 이미 수백만 년 동안 가스와 유체를 보유하고 있기 때문에 CO2가 새어 나올 가능성은 미미합니다. 연구 나타났습니다.

매일 지진이 화산암(현무암)을 부수는 아이슬란드 같은 곳에서는 이 접근법이 통하지 않을 것입니다. CO2는 균열을 통해 기포가 발생하여 대기 중으로 다시 누출될 수 있습니다.


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그러나 현무암에는 큰 이점도 있습니다. CO2와 반응하여 탄산염 광물로 변환합니다. 이 탄산염은 자연적으로 형성되며 현무암에서 흰 반점으로 발견될 수 있습니다. 반응은 실험실 실험에서도 입증되었습니다.

CO2를 물에 용해

첫 번째 테스트에서는 순수한 CO2를 사용하여 파이프를 통해 약 1,700피트 깊이의 담수를 포함하는 대수층을 두드리는 기존 우물로 펌핑했습니다. 2개월 후 우리는 발전소의 터빈에서 파이프로 연결된 COXNUMX와 황화수소의 혼합물을 주입했습니다. 별도의 파이프를 통해 우리는 또한 물을 우물로 펌핑했습니다.

우물에서 우리는 스파저(수족관의 버블 스톤과 유사한 액체에 가스를 주입하는 장치)를 통해 물에 CO2를 방출했습니다. CO2는 수심의 높은 압력 때문에 물에서 몇 분 안에 완전히 용해되었습니다. 그 혼합물은 대수층으로 들어갔다.

또한 주입된 물과 CO2를 이미 대수층에 있는 것과 구별할 수 있도록 소량의 추적자(가스 및 용해 물질)를 추가했습니다. 물에 용해된 CO2는 천천히 흐르는 지하수에 의해 제거되었습니다.

다운스트림에는 CO2에 무슨 일이 일어났는지 파악하기 위해 샘플을 수집할 수 있는 모니터링 우물을 설치했습니다. 처음에 우리는 일부 CO2와 추적자가 통과하는 것을 보았습니다. 그러나 몇 달 후 추적자가 계속 도착했지만 주입된 CO2는 거의 나타나지 않았습니다.

어디로 가고 있었습니까? 모니터링 우물에 있는 펌프가 주기적으로 작동을 멈췄고 펌프를 표면으로 가져왔을 때 흰색 결정으로 덮여 있는 것을 발견했습니다. 우리는 결정을 분석했고 우리가 추가한 일부 추적자를 포함하고 있다는 것을 발견했으며 무엇보다도 대부분 탄산염 광물로 밝혀졌습니다! 우리는 CO2를 암석으로 바꿨습니다.

물에 용해된 CO2는 대수층의 현무암과 반응했고 CO95의 2% 이상이 고체 탄산염 광물로 침전되었습니다. 이 모든 일이 예상보다 훨씬 빠르게 XNUMX년 이내에 일어났습니다.

이산화탄소에서 돌로 2 6이것이 CO2를 제거하는 가장 안전한 방법입니다. 그것을 물에 녹임으로써 우리는 이미 CO2 가스가 암석의 균열을 통해 표면을 향해 부글부글 끓는 것을 방지합니다. 마지막으로 자연 조건에서 움직이거나 녹지 않는 돌로 변환합니다.

이 접근법의 한 가지 단점은 CO2와 함께 물을 주입해야 한다는 것입니다. 그러나 광물 형태의 물에서 CO2가 매우 빠르게 제거되기 때문에 이 물은 지하 하류에서 다시 펌핑되어 주입 지점에서 재사용될 수 있습니다.

다른 곳에서 작동합니까?

우리의 것은 소규모 파일럿 연구였으며 문제는 이러한 반응이 미래에도 계속될 것인지 아니면 지하 현무암 돌의 기공과 균열이 결국 막혀 더 이상 CO2를 탄산염으로 전환할 수 없게 될 것인지 여부입니다.

우리의 아이슬란드 지열 발전소 다른 인근 위치를 사용하여 실험을 시작한 이후 몇 년 동안 주입되는 가스의 양이 여러 번 증가했습니다. 막힘은 아직 발생하지 않았으며 곧 거의 모든 폐가스를 현무암에 주입할 계획입니다. 이 과정은 또한 독성 및 부식성 가스인 황화수소가 대기로 들어가는 것을 방지할 것입니다. 이 황화수소는 특유의 썩은 달걀 냄새 때문에 현재 발전소 근처에서 낮은 수준으로 검출될 수 있습니다.

아이슬란드에서 발견되는 매우 반응성이 강한 암석은 지구상에서 매우 흔합니다. 대륙의 약 10%와 거의 모든 해저가 현무암으로 이루어져 있습니다. 즉, 이 기술은 지열 발전소의 배출에 국한되지 않고 화석 연료 발전소와 같은 다른 CO2 소스에도 사용될 수 있습니다.

프로세스의 상업적 실행 가능성은 여전히 ​​다른 위치에서 확립되어야 합니다. 탄소 광물화는 발전소 운영에 비용을 추가하므로 모든 형태의 탄소 격리와 마찬가지로 이를 실현하려면 경제적 인센티브가 필요합니다.

사람들은 해안 근처에 살기를 좋아하고 많은 발전소가 고객 근처에 건설되었습니다. 아마도 이 기술은 해안 지역 인근 연안 현무암층에서 CO2 배출을 저감하는 데 사용될 수 있습니다. 물론 CO2와 함께 주입할 물이 부족하지는 않을 것입니다.

우리가 기후 변화의 피해를 과소평가하여 미래에 대기 중 CO2 수준을 낮추어야 한다면 해양 플랫폼에서 바람이나 태양열 장치를 사용하여 공기에서 CO2를 포집한 다음 CO2를 아래의 현무암층에 주입할 수 있습니다.

아이슬란드에서 입증된 탄소 광물화는 우리 탄소 문제의 해결책의 일부가 될 수 있습니다.

대화저자에 관하여

마틴Martin Stute 컬럼비아 대학교 환경 과학 교수. 하이델베르크 대학에서 그의 논문 연구 주제는 지하수 흐름의 역학을 연구하기 위한 새로운 추적자 기술과 고기후 기록 보관소로서의 지하수 사용에 중점을 두었습니다.

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