Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers ISSN:2288-0291(Print) 2288-2790(Online) 한국자원공학회지

최근 CCUS(Carbon Capture, Utilization & Storage) 기술은 CO₂를 고부가가치 산업 원료로 전환하여 자원화할 수 있다는 점에서 탄소 중립 실현을 위한 핵심 전략 기술로 주목받고 있다. 특히, 광물탄산화(Mineral Carbonation) 기술은 CO₂를 열역학적으로 안정된 탄산염 광물 형태로 전환함으로써 저장성이 우수하고 이산화탄소의 재유출 위험이 낮다는 장점이 있다. 본 연구에서는 폐광 지역의 복구 및 CO₂ 지중 저장을 목적으로, 석탄화력발전소 부산물인 비산재를 활용한 광물탄산화 기반 폐광산 채움재를 개발하고, 이를 실증하였다. 실내 및 현장 시험을 통해 채움재의 지반 보강 효과와 시공성을 검증하였으며, 지하 석회석 광산의 테스트 베드에 적용하여 현장 적용성을 평가하였다. 본 연구에서 개발된 폐광산 채움재는 향후 탄소 중립에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 육상 설치·운송 제약을 고려한 8 tCO₂/day급 모듈형 CO₂ 포집 시스템(MCC)을 대상으로 KoSol-6 흡수제를 적용한 습식 아민 공정을 Aspen Plus v14 rate-based 모델로 모사·분석하였다. 저단수(각 5단) 직렬 흡수–탈거 구조에서도 약 91% CO₂ 포집 효율 확보가 가능했으며, L/G ratio 2.6(kg LA/Nm³ FG)에서 약 2.36 GJ/tCO₂의 최소 재생 에너지가 도출되었다. 흡수탑 중간 냉각 영향은 제한적이었고, RA 분할 주입은 탈거 열부하 분포에 영향을 주는 주요 운전 변수로 확인되었다. 본 MCC 공정은 기존 플랜트형과 유사한 에너지 성능 확보 가능성을 보이며 중·소규모 분산 배출원 적용을 위한 모듈형 CO₂ 포집 설계 및 실증 기초 자료로 활용 가능하다.

본 연구는 CCS(탄소 포집·수송·저장) 가치사슬 전 단계의 단위비용(USD/tCO₂)을 확률분포로 추정하였다. 문헌·보고서에 산재한 비용 자료를 포집(정유·시멘트·철강·수소·천연가스), 수송(선박·수송관), 저장(폐유·가스전·대염수층) 옵션별로 체계화하고, 구간값과 단일값이 혼재된 값에 상징적 데이터 분석을 적용해 가상 표본을 생성하였다. 후보 분포를 최대우도추정으로 적합한 뒤 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 평균과 분위수를 도출하였다. 이를 천연가스 공정에서 포집한 CO₂를 길이 500 km 수송관으로 폐가스전에 저장하는 사례에 적용한 결과, 총 CCS 비용은 평균 94.78 USD/tCO₂(P10 69.66, P50 84.33, P90 129.81 USD/tCO₂)로 추정되었다. 본 연구는 확률분포 기반 비용 벤치마크로 초기 CCS 기획 단계에서 비용 변동 범위를 포함한 투자 의사결정을 지원할 수 있다.

본 연구는 군산분지 암석 물성을 기반으로 구축한 균질 저장층 모델을 활용하여 저투과성 저장층에서의 CO₂ 주입성을 정량적으로 평가하였다. Case 1에서는 누적 주입량 극대화를 목표로 단위 두께당 최적 CO₂ 주입량과 유효 상한 투과도를 산정하였고, Case 2에서는 저장층 최대 허용 압력에 도달하지 않으면서 연속 주입이 가능한 최소 주입성 확보 투과도를 도출하였다. 또한 공극률-투과도 상관식 적용 여부에 따른 주입성 차이를 비교하고 압력 민감도를 분석하였다. 상관식 미적용 시 최적 주입량은 약 20 mD에서 수렴하며 유효 상한 투과도는 약 3 mD로 나타났으나, 공극률-투과도 상관성 적용 시 공극률 증가로 주입성이 향상되어 유효 상한 투과도는 약 47 mD로 상승하였다. 최소 주입성 확보 투과도는 주입량 증가에 비례하고 허용 압력 증가에 반비례하였으며, 투과도는 주입성 성립 여부, 압력은 누적 주입량을 결정하는 핵심 변수로 확인되었다. 이러한 지표 도출 방법론은 저투과성 저장층의 CO₂ 주입 가능성 평가 및 운영 조건 설정에 유용한 지침을 제공한다.

본 연구는 중력이 상대투과도–포화도 관계에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 이를 위해 길이 1 m의 컬럼을 제작하였으며, 대리유체를 이용하여 정상상태 상대투과도 실험을 수행하였다. 실험은 상향 및 하향 유동 조건에서 세 가지 고유투수계수와 세 가지 총 유량 조건에서 실시하였다. 측정된 상대투과도 곡선은 중력에 기인한 방향 의존성을 나타내었다. 하향 유동의 경우 유동 전면이 상대적으로 안정화되며 비습윤상 포화도가 비교적 균일하게 유지된 반면, 상향 유동에서는 유동 불안정성이 증대되어 포화도의 공간적 변동성이 증가하였다. 끝점 상대투과도(비습윤상/습윤상) 분석 결과, 비습윤상 끝점 상대투과도는 정상상태에서 형성되는 유동 경로의 연결성에 의해 주로 지배되는 것으로 확인되었다. 반면, 습윤상 끝점 상대투과도는 잔류 비습윤상 포화도가 유사한 조건에서도 흡수 과정에서 고립된 비습윤상 클러스터의 공간적 분포가 습윤상의 연결성을 제약함에 따라 증가할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 상대투과도 곡선이 중력의 영향으로 유동 방향에 따라 달리 나타남을 보여주며, 저류층 규모 모델에서 방향 의존성 고려의 필요성을 시사한다.

본 연구에서는 성공적인 이산화탄소 지중저장을 위해 덮개암의 물성 평가가 필수적임에도 불구하고, 덮개암인 셰일 시료 확보가 제한적이라는 한계를 보완하기 위해 단일 3D 디지털 암석 데이터로부터 3D 데이터를 증강하는 SinGAN (Single Image GAN) 기반 방법을 제안한다. 물성 평가에 필요한 최소 데이터 크기인 대표요소체적(REV)은 공극 크기 분포와 공극 구형도 분포의 수렴성을 기준으로 결정하였으며, REV를 만족하는 부분 체적(sub-volume) 데이터를 학습하여 다수의 3D 디지털 암석 데이터를 생성하였다. 생성 데이터는 공극 특성·연결성 지표 및 저차원 분석을 통해 검증하였고, 원본 지표가 생성 데이터 분포 범위 내에 포함되며 공극 특성 분포가 학습 데이터와 유사함을 확인하였다. 본 결과는 제한된 시료 환경에서도 덮개암 셰일의 공극 구조를 대표하는 다수의 디지털 암석 데이터를 확보하여 나노 규모 물성의 통계적 분포를 구축할 수 있음을 보여주며, 향후 해당 분포를 상위 스케일 모델에 반영하는 업샘플링 절차를 통해 실험실 규모의 유효 물성 산정으로 확장할 수 있는 기반을 제공한다.

CO₂ 지중저장에서는 포집 및 운송 인프라의 특성상 저장소에서의 일정한 주입유량을 장기간 유지하는 운영 전략이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 운영 조건을 반영하여 대수층을 대상으로 주입정 위치와 일정 주입유량을 단계적으로 최적화하는 방법을 제시하였다. 먼저 최대 허용 주입압력 조건하에서 다단계 격자 시스템을 적용하여 주입정 위치를 탐색하였고, 이후 해당 위치에서 허용 압력 범위를 만족하는 최대 일정 주입유량을 반복 시뮬레이션을 통해 결정하였다. 제안된 방법을 적용하여 유체투과도 차이를 반영한 고주입지수 및 저주입지수 대수층 모델에서 주입정 수 증가에 따른 CO₂ 저장용량 변화를 비교하였다. 그 결과, 제안된 방법은 압력 제약 조건을 만족하는 범위 내에서 최적 주입정 위치와 일정 주입유량을 효과적으로 도출할 수 있음을 확인하였다. 또한, 고주입지수 모델에서는 주입정 추가에 따른 저장용량 증가가 약 6%에 그친 반면, 저주입지수 모델에서는 약 56% 증가하였다. 이는 대수층 주입특성에 따라 적정 주입정 수와 배치 전략이 달라져야 함을 보여준다.

본 연구는 탄소세 정책을 고려하여 CO₂ 기반 SAGP(steam and gas push)공법의 적용 타당성을 전산시뮬레이션으로 평가하였다. BlackGold 광구 대상 연구 결과, steam-assisted gravity drainage공법은 상부 열유실문제로 cSOR(cumulative steam-oil ratio)이 4.90까지 증가하는 한계를 보였다. 반면, SAGP공법(CO₂ 0.5 mol%)은 스팀챔버 상단에 열전도도가 낮은 비응축가스층을 형성하여 cSOR을 2.27로 개선하였다. 또한 알버타주 탄소세 인상 시나리오를 반영한 NPV(net present value) 기반 경제성 평가 결과, SAGP공법은 NPV를 74.2% 향상($32.46 MM)시키면서도 온실가스 배출강도(carbon emission intensity)를 27.5% 저감(0.37 tonCO₂eq/m³)하였다. 이를 통해 CO₂ 기반 SAGP공법이 강화되는 탄소규제환경에서 경제성과 친환경성을 동시에 확보하는 지속 가능한 대안임을 확인하였다.

탄소중립 달성을 위한 핵심 기술로 이산화탄소 포집·저장·활용 기술이 주목받고 있으며, 그중 비전통자원은 대규모 이산화탄소 지중 저장과 자원 회수증진이 가능한 대상으로 평가받고 있다. 이에 본 연구에서는 셰일 및 치밀 저류층, 석탄층에 대한 해외 사례 분석을 통해 자원별 최신 연구 동향과 핵심 메커니즘을 고찰하였다. 셰일 저류층과 석탄층은 경쟁 흡착이, 치밀 저류층은 균열 및 모세관압을 고려한 유체 거동 제어가 주요 기작이다. 이러한 복합적인 다상 유동과 암석 및 유체 간 상호작용을 규명하기 위해 미세 공극 구조, 불균질성, 지구역학적 거동 등 지층의 특성을 반영한 수치 모델링이 필수적으로 활용되고 있음을 확인하였다. 향후 비전통자원에서의 이산화탄소 저장 상용화를 위해서는 실험실 규모를 넘어선 현장 실증 연구와 장기 모니터링 전략 수립이 요구되며, 이는 국내 탄소중립 실현을 위한 중요한 기술적 제언이 될 것이다.

한국은 기후 위기 대응과 2050 탄소중립 달성의 주요 수단으로 이산화탄소 포집∙수송∙저장 및 활용에 관한 법률(CCUS법)을 제정하고, 2025년부터 본격적인 시행에 들어갔다. 본 논문에서는 법률의 제정 경과와 주요 조항을 분석하여 법의 정책적, 산업적 의의를 고찰하고, 법 시행 이후의 과제를 도출하였다. CCUS법은 이산화탄소를 폐기물이 아닌 활용 가능한 자원으로 규정하고, 전 주기에 걸친 통합적 거버넌스를 구축했다는 점에서 중요한 의의가 있다. 또한, 집적화단지 지정, R&D 실증 특례, 전문기업 확인 제도 등 산업 육성을 위한 진흥법적 성격도 갖추고 있다. 그러나 법률의 제정이 곧 성공적인 생태계 조성을 담보하는 것은 아니다. 이에 본 논문에서는 국내 CCUS 생태계 구축을 위해 향후 수립될 제1차 기본계획과 제도 운용에 있어 고려해야 할 과제를 함께 제시하였다.

본 연구는 KRS+ 기반 심층처분장에서 굴착손상영역(EDZ) 길이가 처분공 주변의 열·역학적 거동과 안정성에 미치는 영향을 3차원 유한요소해석으로 평가하였다. 냉각 이후 붕괴열을 체적 열원으로 고려한 시간의존 열 해석을 수행하고, 산정된 온도장을 일방향 연성 방식으로 준정적 역학해석에 연계하였다. EDZ는 건전암 대비 열전달 특성과 역학 물성이 저하된 손상대로 모델링하였으며, Mohr-Coulomb 기반 응력비를 이용해 파괴 근접도를 정량적으로 평가하였다. 해석 결과, EDZ 길이는 온도 분포와 응력 재분배 양상에 영향을 주었고, 완충재·뒤채움재 경계 및 코너부 등에서 위치별 민감도 차이가 두드러졌다. 또한 EDZ 길이 변화에 따른 취약 구간의 상대적 변화가 확인되어, 설계 변수화와 장기 안전성 평가 시 EDZ의 범위에 대한 고려가 필요함을 시사한다.

킥(kick)은 의도하지 않은 유체가 시추공으로 유입되는 현상이다. 킥을 방지하고 킥이 유입된 상황에서는 킥을 최대한 빠르게 감지하고 제어하며 안전하게 제거하는 모든 과정을 유정제어(well control)라 한다. 다양한 시추상황에서 발생하는 유정제어 시 킥의 거동을 파악하고 숙지하는 것은 안전하고 경제적인 시추를 위해 필수적이며, 유정제어 중 중요인자를 제시하는 것은 신속하고 정확한 유정제어의 관점에서 중요하다. 본 연구에서는 수성이수 기반 유정제어 모델을 개발하였다. 개발한 모델을 통해 다양한 상황에서 5개의 시추운영인자(킥 지층 압력, 킥 유체 종류, 이수 밀도, 킬유량, 지열구배)에 따른 최대 킥 부피 및 최대 초크압력에 대한 민감도분석을 수행하였다. 이를 통해 킥 제거 시 우선적으로 고려해야 할 인자를 제시할 수 있다.

본 연구는 에너지 전환 국면에서 핵심광물 가격 변동이 한국 제조업 설비투자에 미치는 동태적 영향을 VAR 모형을 통해 분석하였다. 실증 분석 결과, 광물 가격 변동 충격이 설비투자에 미치는 통계적으로 유의한 즉각적 효과는 확인되지 않았으며, 투자의 변동성은 주로 자체 충격과 관성에 기인하는 것으로 나타났다. 인과성 검정에서도 국내 투자가 아닌 글로벌 거시 변수가 광물 가격을 주도하는 외생적 특성이 확인되었다. 이는 광물 가격 변동의 충격이 설비투자를 직접적으로 위축시키기보다는 불확실성을 증폭시켜 기업의 의사결정을 지연시키는 간접적 압력으로 작용함을 시사한다. 따라서 정책 대응은 단기적 효과보다는 불확실성 관리와 조정 비용 완화에 초점을 맞춰야 한다.

본 연구는 중국 우강지역 신시생대 호상철광상을 대상으로 철함유 광물의 수열 산화 반응을 통한 수소 생성 잠재력을 규명하였다. 자철석과 철 규산염 광물이 혼재된 호상철광상 시료와 고순도 괴상 자철석을 대상으로 오토클레이브 수열 반응 실험(150°C/30일, 230°C/22일)을 수행하였다. 실험 결과, 모든 시료에서 수소 생성이 확인되었으며 온도 상승에 따라 생성량이 증가하였다. 특히 고순도 자철석 시료는 230°C 조건에서 약 335 ppm의 수소를 생성하였으며, XRD 분석 결과 자철석이 적철석으로 전이되는 산화반응과 정량적으로 상관관계가 있음을 확인하였다. 또한, 자철석 함량이 낮은 시료에서도 유의미한 양의 수소가 검출되었다. 본 연구는 호상철광상이 높은 수소 생성 잠재성을 지님을 실험적으로 확인하였으며, 자철석 함량과 반응 온도가 수소 생성 효율을 제어하는 핵심 인자임을 시사한다.

본 연구는 2022년 글로벌 에너지 위기를 스트레스 테스트로 활용하여 일본 전력 소매시장 자유화의 성과와 한계를 분석하고, 2025년 정부 검증 결과를 토대로 정책적 시사점을 도출하였다. 분석 결과, 소매시장 자유화는 소비자 선택권을 확대하는 성과를 거두었으나, 위기 국면에서는 신전력사업자의 과도한 현물시장 의존과 조달 구조의 비대칭성으로 인해 시장 불안정성이 증폭되었다. 또한 자유요금과 규제요금의 병존 구조는 가격 신호를 왜곡하여 위기 대응력을 약화시켰다. 본 연구는 소매 경쟁 도입만으로는 외부 충격에 대한 공급 안정성과 가격 안정을 담보하기 어려움을 확인하였다. 따라서 향후 전력시장 개편 시에는 단순한 시장 개방을 넘어, 안정적 전력 조달 메커니즘, 합리적 요금 규제 설계, 그리고 공정 경쟁을 감시할 강력한 규제 거버넌스 구축이 필수적임을 제언한다.

1989년 석탄산업합리화정책 시행 이후 강원특별자치도내 태백, 삼척, 영월, 정선의 폐광지역은 급격한 산업 쇠퇴와 함께 인구유출, 고령화 심화, 지역소멸 위기에 직면하였다. 1995년 제정된 ｢폐광지역 개발지원에 관한 특별법｣에 기반하여 대규모 기반시설 확충과 정주여건 개선이 이루어졌으나, 청년층의 유출과 대체산업 발굴의 한계로 지역경제는 여전히 침체 상태에 머물러 있다. 특히 고령화율은 전국 평균을 상회하여 지속가능한 주거환경 조성의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구는 국내외 고령친화형 주거지 재생 사례를 검토하여 도내 폐광지역의 정책적 시사점을 도출하고자 한다. 영국 맨체스터의 고령친화형 도시재생 전략을 비롯한 해외 사례와 국내 도시재생 뉴딜 사례를 분석한 결과, 단순한 기반시설 개선을 넘어 세대통합형 커뮤니티와 고령친화형 개발 모델 구축이 필요함을 제시한다.

본 연구는 전략적 중요성이 증대되고 있는 망간, 크롬, 티타늄, 바나듐 등 핵심 희소금속 자원의 몽골 내 부존 특성을 규명하고, 이를 바탕으로 효율적인 탐사 방향을 제시하는 데 목적이 있다. 몽골은 중앙아시아 조산대의 복잡한 섭입-부가 과정을 통해 형성된 모자이크형 지질 구조를 이루고 있어, 광종별로 상이한 성인과 부존 양상을 보인다. 망간 광상은 화산기원-퇴적형 및 화학적 퇴적형으로, 크롬은 오피올라이트 내 초염기성암과 연관된 포디폼 형태로 산출된다. 또한 티타늄은 염기성 관입암체의 마그마 분화 작용에 기인하며, 바나듐은 유기질 셰일 내 화학적 퇴적작용을 통해 부존한다. 이러한 부존 특성에 기반하여 본 연구는 각 테레인의 지질학적 진화와 광상 성인을 연계한 맞춤형 탐사 전략 수립이 필수적임을 확인하였다. 현재 구축 중인 축척 1:50,000 지질도와 1:200,000 항공지구물리탐사 데이터는 지질 구조와 물리탐사 이상대를 통합적으로 분석하여 신규 유망 지역을 도출하는 핵심 기초 자료로 활용될 것이다. 국내 첨단산업의 안정적인 희소금속 확보를 위해서는 몽골 지하자원 탐사 및 투자에 대한 지속적인 연구와 전략 수립이 요구된다.