• Preface (Special Issue)

    The Special Issue on Critical Minerals

    핵심광물 특별호 발간에 맞추어

    Seong-Jun Cho

    조성준

    우리는 광물의 수요가 늘어 광물가격이 상승하는 시기를 슈퍼사이클이라 부릅니다. 20세기 이래로 4번의 슈퍼사이클이 도래했는데, 전쟁의 특수를 제외하면, 메이저 국가들의 산업화, 도시화가 광물자원의 … + READ MORE
    우리는 광물의 수요가 늘어 광물가격이 상승하는 시기를 슈퍼사이클이라 부릅니다. 20세기 이래로 4번의 슈퍼사이클이 도래했는데, 전쟁의 특수를 제외하면, 메이저 국가들의 산업화, 도시화가 광물자원의 슈퍼사이클을 초래했고, 이때 필요한 광물이 발전을 위한 석탄, 인프라를 위한 철, 구리 등입니다. 그런데 지금 핵심광물의 수요급증의 원인은 파리협약 이후 신기후 체제 이행에 따른 청정에너지 전환이 그 원인으로 전 세계 글로벌 정책 변화에 따른 결과이고, 필요한 광물도 그간 주목 받지 못했던 희소금속들이 대부분이며, 부산물로만 생산되는 것들도 많습니다. IEA 2021년 보고서에 따르면 2020년 대비 2040년에 리튬은 42배, 흑연은 25배, 코발트는 21배, 니켈은 19배, 희토류는 7배가 필요한 걸로 보고되었습니다. 이러한 급속한 수요증가를 광물자원업계는 경험해 본 적이 없습니다. 이전의 슈퍼사이클의 주역인 철, 구리, 석탄은 지각에 비교적 풍부하고, 인류의 역사와 함께 했었기에 탐사부터 원료 소재화까지 기술적 완성도가 매우 높은 광물들입니다. 하지만 핵심광물은 주역이 되었던 적이 없어 탐사부터 소재화까지의 공급망에 결손된 기술이 많은 광물입니다. 그렇기에 기술 개발이 전제되어야 엄청난 수요증가를 담보해 낼 수 있습니다. 저는 이를 기술혁신 기반의 자원개발이라고 부릅니다. 핵심광물분야는 호주나 캐나다등 광업 선진국도 이제 시작하는 단계라 오히려 이 분야에 먼저 연구를 시작한 한국이 기술 경쟁력을 가지고 있습니다. 핵심광물 특별호는 이러한 한국의 경쟁력과 앞으로의 자원개발 방향을 가늠할 수 있는 시금석이 될 것입니다. 핵심광물 국가 정책과 거버넌스에 대한 고찰, 디지털 트윈, AI, 드론등을 이용한 최첨단 탐사, 리튬, 희토류, 바나듐, 텅스텐 등 핵심광물 중에서도 필수적인 광물의 확보 방안, 그리고 새로운 리튬 솔루션으로 전세계가 주목하고 있는 DLE(Direct Lithium Extraction)기술 등 핵심광물 확보를 위한 기술적인 방안들이 망라되었습니다. 서두에 광물자원업계는 이러한 급속한 수요증가를 경험해 본 적이 없다고 했습니다. 하지만 에너지분야까지 확장하면 우리에게는 석유라는 경험이 있습니다. 자동차 등 이동수단 시장의 급속한 발전과 이 수요에 대응하기 위해 석유업계는 천부지층 석유에서 대륙붕으로 심해로 셰일가스까지 기술혁신을 거듭하며 고갈되지 않는 매장량을 만들었습니다. 지금 이러한 기술혁신이 광물자원분야에 필요한 시점입니다. 그리고 이 핵심광물 특별호는 광물자원개발 기술혁신에 대한 우리의 다짐을 선언하는 시발점이 될 것으로 기대합니다. - COLLAPSE
    31 October 2023
  • Research Paper (Special Issue)

    Leaching Behavior of Rare Earth Elements from Waste NdFeB Magnets Utilizing Deep Eutectic Solvents

    공융용매를 활용한 폐 NdFeB자석으로부터 희토류 침출 거동

    Rina Kim, Seojin Heo, Ho-Sung Yoon, Chul-Joo Kim, Sugyeong Lee and Kyeong Woo Chung

    김리나, 허서진, 윤호성, 김철주, 이수경, 정경우

    The leaching behavior of a rare earth element, neodymium, from waste NdFeB magnets using deep eutectic solvents (DESs) was investigated. Eight different …

    폐 NdFeB 자석으로부터 공융용매를 활용한 희토류 침출 거동 연구를 수행하였다. 8개의 공융용매를 제조하여 Nd2O3, Fe, Fe2O …

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    The leaching behavior of a rare earth element, neodymium, from waste NdFeB magnets using deep eutectic solvents (DESs) was investigated. Eight different DESs were prepared for leaching tests. The basic tests were conducted on Nd and Fe compounds, Nd2O3, Fe, and Fe2O3. Using GUC-LAC, ChCl-LAC, and EG-MA, Nd2O3 was leached by 64–100%. With the three DESs, Fe exhibited a leaching efficiency of over 94% in all DESs, while that of Fe2O3 remained low at <7%. Based on the results, leaching tests were conducted on NdFeB magnets with and without oxidative roasting. The leaching efficiencies of Nd and Fe significantly decreased after the roasting, at 27% and 4.7%, respectively. This was attributed to the formation of NdFeO3 during the roasting. Therefore, to selectively recover Nd from NdFeB magnets, the application of the appropriate pre-treatment method is necessary, prioritizing the separation of individual oxides to Nd2O3 and Fe2O3.


    폐 NdFeB 자석으로부터 공융용매를 활용한 희토류 침출 거동 연구를 수행하였다. 8개의 공융용매를 제조하여 Nd2O3, Fe, Fe2O3 등 Nd, Fe 화합물에 대한 기초 침출 거동 실험을 우선 수행하였다. Nd2O3에 대한 침출 결과 GUC-LAC, ChCl-LAC, EG-MA 등 3가지 공융용매를 침출제로 사용 시 64-100%의 Nd 침출율을 획득하였다. 해당 3개의 용매를 사용하여 Fe, Fe2O3에 대한 침출을 수행한 결과, Fe는 모든 용매에서 94% 이상의 높은 침출율을 나타낸 반면, Fe2O3는 용매에 상관없이 침출율이 7% 이하로 낮게 나타났다. 기초 연구 결과를 토대로 NdFeB 자석에 대해 산화배소 유무에 따른 침출 실험을 수행한 결과 산화배소 후 NdFeO3 복합 산화물 형성으로 인해 Nd, Fe의 침출율이 각각 27%, 4.7%로 전처리하지 않은 자석의 침출에 비해 현저히 낮은 수준을 나타내었다. 따라서 NdFeB 자석에서 Nd를 선택적으로 회수하기 위해서는 적절한 전처리 방법의 적용을 통해 Nd2O3 및 Fe2O3와 같이 각 산화물로의 상분리가 우선 진행되어야 함을 확인하였다.

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    31 October 2023
  • Technical Report (Special Issue)

    Introduction to LCT (Li-Cs-Ta) Type Pegmatite Exploration Technology to Secure Raw Minerals (Li) for Batteries

    배터리 원료 물질(리튬) 확보를 위한 LCT(Li-Cs-Ta)형 페그마타이트 탐사기술 소개

    Sunjin Lee, Il-Hwan Oh, Sang Joon Pak and Chul-Ho Heo

    이선진, 오일환, 박상준, 허철호

    The occurrence mode of lithium, a critical element in the battery industry, can be categorized into three types. Among these, the hard …

    배터리 필수 원자재인 리튬은 성인에 따라 세 유형(경암형;hard rock-type, 염수형;brine-type, 점토형;clay-type)으로 구분되며, 이중, 경암형인 LCT(Lithium-Cesium-Tantalum)형 페그마타이트는 생산 및 개발 효율 측면에서 가장 …

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    The occurrence mode of lithium, a critical element in the battery industry, can be categorized into three types. Among these, the hard rock-type, particularly the LCT (Lithium-Cesium-Tantalum) pegmatites, stands out for its exceptional cost-effectiveness and developmental efficiency. LCT pegmatites originated from S-type granites; they exhibit compositional characteristics consistent with fertile granite and are enriched in Li, Cs, Be, Sn, Ta>Nb, B, P, and F. Leveraging these geochemical attributes, LCT pegmatites can be effectively explored by considering distinct factors such as the distribution of source rocks, geotectonic environment, and age dating. Current research deals with LCT pegmatites located in Uljin, South Korea, employing appropriate exploration methods including geophysical exploration and structural and geochemical analysis. The future objective involves constructing a 3D subsurface orebody model through the spatial integration of data derived from various exploration methods.


    배터리 필수 원자재인 리튬은 성인에 따라 세 유형(경암형;hard rock-type, 염수형;brine-type, 점토형;clay-type)으로 구분되며, 이중, 경암형인 LCT(Lithium-Cesium-Tantalum)형 페그마타이트는 생산 및 개발 효율 측면에서 가장 우수하다. LCT형 페그마타이트 탐사는 근원암(퇴적기원의 화강암)과 희유원소(Li, Cs, Ta, Be, Sn, Ta>Nb, B, P, F 등) 부화특성, 근원 화성암체의 분포, 지구조적 환경파악 및 지질연대 측정 등의 연구를 바탕으로 적절한 탐사기법이 적용되어야 하며, 이행 과정은 다음과 같다: 1) 사전 문헌조사, 2) 광역 지리정보 취득 및 대상지 위치 선정, 3) 지질조사 및 광물학적 정보 취득, 4) 리튬 페그마타이트의 정밀 지화학 분석 및 성인연구. 국내 LCT형 페그마타이트 광상은 경상북도 울진군에 부존하여, 산출특성을 고려한 다양한 탐사기법(광역 지구물리, 지화학 탐사, 구조지질, 정밀화학분석)을 적용한 연구가 진행되고 있어, 향후 탐사자료에 기반한 3차원 광체 모델 구축으로 리튬 잠재자원량을 예측하고자 한다.

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    31 October 2023
  • Technical Report (Special Issue)

    Lithofacies Boundary Estimation with MWD data in Nickel Laterite Deposits

    니켈 라테라이트 광상에서 MWD 자료를 이용한 암상 경계 추정

    Young Su Kim and Seung Heo

    김영수, 허승

    The boundaries between limonite, saprolite, and bedrock, typifying the main lithofacies of nickel laterite deposits, were estimated by analyzing the trend and …

    니켈 라테라이트 광상의 시추 조사 과정에서 획득한 MWD 자료에 대한 경향성 및 상관관계분석을 통해 광상을 구성하는 주된 암상인 리모나이트와 사프로라이트, 그리고 기반암의 …

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    The boundaries between limonite, saprolite, and bedrock, typifying the main lithofacies of nickel laterite deposits, were estimated by analyzing the trend and correlation of measurement while drilling (MWD) data obtained during drilling in the deposit. The MWD data corresponding to the drilling work were used to estimate the boundaries. The boundary between the saprolite and bedrock was estimated using the change in the average penetration rate, calculated from the slope of the trend line of the drilling distance over time. The boundary between limonite and saprolite was estimated using “pressure-lift” and “pressure-rotate” data from MWD data, where the sign of the correlation value varied by lithofacies. By comparing the results of the lithofacies boundary estimation using MWD data with those of laboratory X-ray fluorescence analysis, the applicability of the reported method for estimating the lithofacies boundary using MWD data acquired during field exploration was validated.


    니켈 라테라이트 광상의 시추 조사 과정에서 획득한 MWD 자료에 대한 경향성 및 상관관계분석을 통해 광상을 구성하는 주된 암상인 리모나이트와 사프로라이트, 그리고 기반암의 경계를 추정하였다. 동일한 시추공에서 획득된 MWD 자료 중 지층 굴진 과정에서 측정된 자료만을 추출하여 암상 경계 추출에 사용하였다. 사프로라이트와 기반암의 경계는 시간별 굴진거리의 추세선 기울기로부터 계산된 평균 굴진 속도의 변화 양상을 이용하여 추정하였다. 리모나이트와 사프로라이트의 경계는 MWD 자료 중 암상별로 상관관계값의 부호가 다른 ‘들어올리는 압력’과 ‘회전 압력’ 자료를 이용하여 추정하였다. MWD 자료를 이용한 암상 경계 추정 결과를 실험실 XRF 분석 결과를 이용하여 도출한 암상 분류 결과와 비교함으로써, 현장에서 측정된 MWD 자료를 이용한 암상 경계면 추정 방법의 유효성을 검토하였다.

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    31 October 2023
  • Technical Report (Special Issue)

    Building a Mineral Resources Data Platform for Critical Mineral Exploration

    핵심광물 탐사 기반 구축을 위한 광물자원 데이터 플랫폼 구축

    Chang Won Lee, Eunseok Bang and Gye-soon Park

    이창원, 방은석, 박계순

    The increasing importance of addressing the climate crises through carbon neutrality is accelerating the transition to cleaner energy, such as in the …

    탄소 중립을 통한 기후 위기 대응의 중요성이 높아짐에 따라 전기와 같은 친환경 에너지로의 전환이 빨라지고 있다. 이로 인해 전기화에 필수적인 배터리 원료와 …

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    The increasing importance of addressing the climate crises through carbon neutrality is accelerating the transition to cleaner energy, such as in the case of electricity. This has led to a surge in demand for critical minerals, such as battery materials, that are essential for electrification, and rare earth elements (REE) that are essential for high-tech industries. Therefore, securing a stable supply chain of critical minerals is essential for a country's sustainable development. To build a foundation and database for exploration of critical minerals that do not have established ore genesis models and specialized exploration technologies yet, KIGAM has developed a mineral resources data platform that can increase exploration efficiency and share exploration data anywhere in the world, and its features are introduced here.


    탄소 중립을 통한 기후 위기 대응의 중요성이 높아짐에 따라 전기와 같은 친환경 에너지로의 전환이 빨라지고 있다. 이로 인해 전기화에 필수적인 배터리 원료와 첨단 산업에 필수적인 희토류와 같은 핵심광물에 대한 수요가 급증하고 있다. 따라서 핵심광물 공급망의 안정적 확보는 국가의 지속 가능한 발전에 있어 매우 중요하다. 이에 한국지질자원연구원은 아직 광상 성인 및 이에 특화된 탐사기술이 확립되지 않은 핵심광물 탐사의 기반 및 DB 구축을 위해 탐사 효율을 높이고 전 세계 어디에서도 탐사 자료를 공유할 수 있는 광물자원 데이터 플랫폼을 개발하였으며 본 논문에 그 내용을 소개하였다.

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    31 October 2023
  • Review (Special Issue)

    Status and Trends of Direct Lithium Extraction Technology

    DLE(Direct Li Extraction) 기술 및 동향

    Junho Shin, Jae-Min Jeong, Jun-Hwan Bang, Jungho Ryu, Sun Kyung Kim and Taegong Ryu

    신준호, 정재민, 류정호, 방준환, 김선경, 류태공

    The commercial supply of lithium has recently reached its limit, prompting active research into the recovery of lithium from low-grade brines, such …

    현재 상업적으로 회수되고 있는 리튬 공급량은 이미 한계에 도달하였고 이를 극복하기 위해 지열수, 유전염호 등과 같은 리튬을 함유한 저농도 염호로부터 리튬을 회수하는 …

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    The commercial supply of lithium has recently reached its limit, prompting active research into the recovery of lithium from low-grade brines, such as geothermal water and oil field brine, which contain lithium. The commercialized process that relies on natural evaporation and concentration, typically applied to high-grade brine, has limitations when applied to low-grade brine. As an alternative, direct lithium extraction (DLE) technology is being proposed. DLE technology employs non-evaporative lithium extraction methods, including precipitation, solvent extraction, and adsorption, to recover lithium from low-grade brines (with lithium concentrations less than 1000 ppm). This technology is gaining importance, because it can overcome the drawbacks of conventional methods, such as lengthy processing time and production limits. This paper discusses the development direction of DLE technology that can ensure environmental and economic feasibility, using an analysis of the current status and trends of lithium recovery technology.


    현재 상업적으로 회수되고 있는 리튬 공급량은 이미 한계에 도달하였고 이를 극복하기 위해 지열수, 유전염호 등과 같은 리튬을 함유한 저농도 염호로부터 리튬을 회수하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 고품위 염호를 대상으로 적용되는 자연증발/농축 기반의 상용화 공정의 경우 저농도 염호에 적용하기에는 한계를 지녀, 이를 대체할 수 있는 DLE(Direct Li Extraction) 기술이 제시되고 있다. DLE 기술은 저품위 염호( Li conc.<1000 ppm)으로부터 리튬을 회수할 수 있는 침전법, 용매추출법, 흡착법 등과 같은 비증발 리튬추출기술을 적용해 리튬을 회수하는 방법으로 기존 자연증발농축법의 단점인 긴 공정시간, 생산량 한계를 극복할 수 있는 기술로써 중요성이 확대되고 있다. 본 논문에서는 리튬회수기술 현황 및 최근 활발히 진행되고 있는 DLE 기술 개발 동향분석을 통해 환경성/경제성을 확보할 수 있는 DLE 기술 개발 방향성을 제시하고자 한다.

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    31 October 2023
  • Review (Special Issue)

    The Current Status and Securing Strategies of Core Mineral Tungsten Resources

    핵심광물 텅스텐 자원의 현황 및 확보전략

    Dohyun Jeong, Seongmin Kim and Hoseok Jeon

    정도현, 김성민, 전호석

    Tungsten is a resource that is widely used as a material for cemented carbide and special steel owing to its characteristics as …

    텅스텐은 전기전도도와 열전도도가 우수하고, 내마모성과 내식성이 강하며, 고온열팽창율이 낮은 고융점 금속이라는 특성으로 인해, 초경합금, 특수강 등의 재료로 많이 활용되고 있는 자원이다. 최근 …

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    Tungsten is a resource that is widely used as a material for cemented carbide and special steel owing to its characteristics as a high-melting-point metal with excellent electrical and thermal conductivity, strong wear resistance and corrosion resistance, and low high-temperature thermal expansion coefficient. Demand is expected to increase as high-tech industries, such as robotics and aerospace engineering, develop in the current era of the Fourth Industrial Revolution. Tungsten minerals with economic development value are scheelite and wolframite, and approximately 73% exist in China, Austria, and Russia, while some are also buried in Sangdong mine, Korea. The interest in securing the resources and the processing technology development of tungsten should be constant, as the domestic supply is totally dependent on imports.


    텅스텐은 전기전도도와 열전도도가 우수하고, 내마모성과 내식성이 강하며, 고온열팽창율이 낮은 고융점 금속이라는 특성으로 인해, 초경합금, 특수강 등의 재료로 많이 활용되고 있는 자원이다. 최근 4차 산업혁명 시대를 맞아 첨단로봇, 항공우주공학 분야와 같은 첨단산업이 발전함에 따라 그 수요가 증가될 것으로 예상된다. 경제적 개발 가치가 있는 텅스텐광은 회중석과 철망간중석이 있으며, 중국, 오스트리아, 러시아에 약 73%가 부존되어 있고, 국내에도 강원도 영월 상동지역에 매장되어 있는 것으로 확인되었다. 현재 텅스텐 자원은 전량 수입에 의존하고 있으며, 가격의 지속적인 상승과 원료 확보가 어려워 지속적인 관심을 가지고 기술 개발이 필요한 실정이다.

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    31 October 2023
  • General Remarks (Special Issue)

    A Comparative Analysis of the Critical Minerals’ Regulatory Framework and Governance in the United States and European Union

    미국과 EU의 핵심광물 공급 정책 및 거버넌스 비교 분석

    Junhyeok Park, Jaehyun Lee and Seong-Jun Cho

    박준혁, 이재현, 조성준

    There has been a significant escalation in the demand for critical minerals, in line with net-zero and energy transition goals, driven by …

    탄소 중립 목표와 에너지 전환으로 인해 전기차와 이차전지, 신재생에너지에 필요한 핵심광물(critical minerals)의 수요가 급증하고 있다. 급격한 수요 증가에 따른 공급부족과 함께 지정학적 …

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    There has been a significant escalation in the demand for critical minerals, in line with net-zero and energy transition goals, driven by the rise of electric vehicles, batteries, and renewable energy. This rapid increase in demand, coupled with geopolitical tensions, is impacting the raw material supply chains of strategic industries. In response, both the US and EU are formulating various legislative measures to ensure a stable supply chain and facilitate their domestic markets. The supply chain for these critical minerals requires close cooperation between various sectors such as industry, diplomacy, and trade, highlighting the need for an effective governance system for successful policy implementation. This study outlines the legislative timelines in the US and EU and examines their governance structures, specifically for the critical mineral supply chain. The comparative analysis presents the current status and challenges of governance, as well as strategies for a robust governance system in South Korea.


    탄소 중립 목표와 에너지 전환으로 인해 전기차와 이차전지, 신재생에너지에 필요한 핵심광물(critical minerals)의 수요가 급증하고 있다. 급격한 수요 증가에 따른 공급부족과 함께 지정학적 긴장 상황이 전략 산업의 원자재 공급망에 영향을 주는 가운데, 미국과 유럽은 안정적인 공급망을 유지하고 내수시장을 활성화하기 위한 다양한 법안을 제정하고 있다. 또한, 핵심광물의 공급망은 산업, 외교, 무역 등 긴밀한 부처간·국가간 협력이 필요한 분야로 효과적인 정책 이행을 위한 거버넌스 체계가 필수적이다. 본 연구에서는 미국과 유럽의 핵심광물 현황과 관련 법안, 공급망 안정화를 위한 정책에 대해 분석하였다. 또한, 미 백악관과 EU 집행위원회가 중심이 되고 있는 미국과 유럽의 핵심광물 정책 거버넌스와 비교하여 한국 거버넌스의 현황과 문제점, 강력한 거버넌스 체계를 위한 전략을 제시하였다.

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    31 October 2023
  • Research Paper

    A Study on Prospective Carbon Dioxide Storage Resources at Hwasun Coal Mine

    화순 탄광의 이산화탄소 탐사 저장자원량 평가

    Sunlee Han, Hyeonyeong Roh, Youngbin Lee, Chanyoung Yun and Youngsoo Lee

    한선이, 노현영, 이영빈, 윤찬영, 이영수

    South Korea's carbon neutrality policies are causing the domestic coal industry to contract, leading to interests in repurposing abandoned coal mines as …

    탄소중립 정책으로 국내 석탄산업이 축소되면서, 폐석탄광을 이산화탄소 지중저장소로 활용하는 대안이 제시되고 있다. 본 연구는 2023년 6월 폐광된 화순탄광의 이산화탄소 저장소로의 활용을 목적으로 …

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    South Korea's carbon neutrality policies are causing the domestic coal industry to contract, leading to interests in repurposing abandoned coal mines as CO2 storage sites. This study investigated the relationship between coal particle size and CO2 adsorption, specifically focusing on the Hwasun coal mine. The findings reveal that smaller coal particles exhibit higher CO2 adsorption capacities, demonstrating substantial storage potential. However, the injection of supercritical CO2 requires a depth of 800 m, whereas the Hwasun coal mine reaches a depth of only 560 m. Therefore, further exploration and capacity assessment are essential. Assuming a 1-m-thick coal layer below 800 m, the CO2 injection well could store 27–320 thousand tons of CO2. Additionally, even in the event of leakage into the lower tunnel, the high CO2 adsorption capacity of coal could effectively mitigate such occurrences.


    탄소중립 정책으로 국내 석탄산업이 축소되면서, 폐석탄광을 이산화탄소 지중저장소로 활용하는 대안이 제시되고 있다. 본 연구는 2023년 6월 폐광된 화순탄광의 이산화탄소 저장소로의 활용을 목적으로 현장 석탄시료에 대한 입자크기와 이산화탄소 흡착량간의 관계를 조사하였다. 그 결과 석탄입자가 작을수록 이산화탄소 흡착량이 증가하였고, 최대흡착량은 67.74에서 262.19 m3/ton로 측정되어 상당히 높은 흡착성을 보이는 것으로 나타났다. 다만, 초임계 상태의 이산화탄소를 주입하기 위해서는 800 m이상의 주입심도가 필요하며, 화순탄광의 경우 주가행심도가 560 m이므로 하부지층에 대한 탐사와 저장지층 흡착 능력 평가, 인근 이산화탄소 배출원과의 연계가 필요하다. 심도 800 m이상에서 화순탄광 석탄층의 두께를 1 m로 가정하면, 주입정 하나당 최소 2.7만 톤에서 32만 톤의 이산화탄소가 저장할 수 있는 것으로 판단되었다. 또한 갱도 하부의 미채광 석탄층 또는 사암층에 이산화탄소를 주입하면 상부로의 누출이 발생한다고 하더라도 석탄의 높은 이산화탄소 흡착성으로 인해 누출을 효과적으로 방지할 것으로 기대된다.

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    31 October 2023
  • Technical Report

    Analysis of Response Characteristics in Borehole Electrical Resistivity Surveys and Their Applications

    시추공 연계 전기비저항 탐사의 반응 특성 및 적용 사례 분석

    AHyun Cho, Seo Young Song, Bitnarae Kim, Jeong-sul Son and Myung Jin Nam

    조아현, 송서영, 김빛나래, 손정술, 남명진

    The direct current electrical resistivity survey or electrical resistivity tomography (ERT) is a geophysical exploration technique employed in various fields, including mineral …

    전기비저항 탐사법은 광물탐사, 환경, 지하 안전 분야 등에서 중요한 물리탐사법으로 활용된다. 주로 지표에서 수행하지만, 깊은 심도의 매질에 대한 고해상도 정보를 얻기 위해 …

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    The direct current electrical resistivity survey or electrical resistivity tomography (ERT) is a geophysical exploration technique employed in various fields, including mineral exploration, environmental studies, and subsurface safety assessments. ERT, primarily conducted at the surface, can also be conducted between adjacent boreholes to yield high-resolution subsurface images at greater depths. Compared to surface exploration methods, cross-hole ERT employs distinct electrode configurations with varying sensitivities, making it crucial to consider these differences in electrode configuration or measurement environment conditions. This study elucidates electrode configurations and subsequently analyzes the characteristics of cross-hole ERT data for each electrode configuration. Following this, we explore the peculiarities stemming from borehole ERT data. We also describe distortions in ERT data caused by survey geometry and provide an examination of potential solutions to mitigate these distortions. Additionally, we introduce several case studies involving borehole ERTs.


    전기비저항 탐사법은 광물탐사, 환경, 지하 안전 분야 등에서 중요한 물리탐사법으로 활용된다. 주로 지표에서 수행하지만, 깊은 심도의 매질에 대한 고해상도 정보를 얻기 위해 시추공 간 또는 지표와 시추공 사이에 토모그래피를 수행하기도 한다. 이러한 시추공 연계 탐사법은 지표 탐사법과 전극 배열법 및 민감도가 다르기 때문에, 전극 배열법이나 측정 환경의 차이로 인해 발생하는 문제점들을 고려해야 한다. 본 연구에서는 기존 시추공 연계 전기비저항 탐사법의 다양한 전극 배열법에 대해서 정리하고 이에 따른 자료 특성을 분석하였다. 또한, 시추공 전기비저항 탐사 자료에서 발생하는 왜곡과 이 영향을 감소시킬 수 있는 해결 방안을 분석하였다. 시추공 전기비저항 탐사를 활용한 연구 사례를 소개하고자 한다.

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    31 October 2023
  • Technical Report

    Geophysical Survey Applications in Underground Research Laboratories and Deep Disposal Sites of Spent Nuclear Fuel

    사용후핵연료 심층처분장 및 지하연구시설에서의 물리탐사 적용

    Hanna Jang, Juyeon Jeong, In Seok Joung, Ahyun Cho, Huieun Yu, Hyung-Mok Kim and Myung Jin Nam

    장한나, 정주연, 정인석, 조아현, 유희은, 김형목, 남명진

    To safely dispose high-level radioactive wastes such as spent nuclear fuel in a repository hundreds of meters deep below the earth’s surface, …

    사용후핵연료 등의 고준위 방사성 폐기물을 안전하게 처리하기 위한, 지하 수백 m 암반내에 격리하는 심층처분장을 안정적으로 운영하기 위해서는 지하연구시설에서 현장 실험을 수행하여 검증하는 …

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    To safely dispose high-level radioactive wastes such as spent nuclear fuel in a repository hundreds of meters deep below the earth’s surface, it is critical to verify the disposal process through onsite experiments in an underground research laboratory (URL). From site selection to operational stages, potential pathways for radioactive nuclide leakage into the ecosystem need to be completely delineated considering factors such as fractures and groundwater flow within the bedrock. For this purpose, geophysical survey techniques, which are non-invasive methods, have been actively researched worldwide. Utilization of various geophysical methods can evaluate geological and hydrogeological settings, thermal effects, engineering barriers etc. Analysis on previous geophysical survey cases conducted for URLs as well as repositories showed that geophysical surveys are sufficiently helpful and effective in assessing and managing deep geological repositories. The analysis can be used as fundamental information for the implementation of domestic disposal facilities.


    사용후핵연료 등의 고준위 방사성 폐기물을 안전하게 처리하기 위한, 지하 수백 m 암반내에 격리하는 심층처분장을 안정적으로 운영하기 위해서는 지하연구시설에서 현장 실험을 수행하여 검증하는 과정이 필요하다. 특히, 부지 선정 단계부터 운영 단계에 걸쳐, 심층처분장에서 방사성 핵종이 생태계로 누출되는 주요 경로인 균열 및 지하수 흐름을 파악할 수 있어야 한다. 이를 위해, 지하 매질의 물성을 파악할 수 있는 다양한 물리탐사 기법들을 활용함으로써 심층처분장 및 지하연구시설에서 구조지질학적, 수리지질학적, 열응력 영향, 공학적 방벽 등을 평가할 수 있다. 국내외 지하연구시설에서 수행된 물리탐사 적용 연구의 다양한 사례들을 분석한 결과, 물리탐사는 심층처분장을 안정적으로 관리하고 평가하는 데 있어 충분히 유용하고 효과적임을 알 수 있었다.

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    31 October 2023
  • Technical Report

    A Study on Previous Cases of Seismic Reflection Surveys for Deep Geological Disposal Site Investigations in Crystalline and Sedimentary Host Rocks

    퇴적암반과 결정질암반에서의 심층처분장 부지조사를 위한 반사법탐사 사례 연구

    Hyoung-Seok Kwon, Manho Han, Yoon-Sup Moon, Nam-Young Kong and Seokhoon Oh

    권형석, 한만호, 문윤섭, 공남영, 오석훈

    Crystalline and sedimentary rocks are the preferred host rocks in deep repositories for spent nuclear fuels. This study examined the Swiss case …

    사용후핵연료 심층처분장 처분부지 모암으로 결정질암반과 퇴적암반이 선호되고 있다. 본 연구에서는 퇴적암반에서의 스위스 사례와 결정질암반에서의 스웨덴과 캐나다 사례를 검토하였다. 스위스는 반사법탐사 적용을 통해 …

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    Crystalline and sedimentary rocks are the preferred host rocks in deep repositories for spent nuclear fuels. This study examined the Swiss case of sedimentary rocks and Swedish and Canadian cases of crystalline rocks. In Switzerland, a reflection survey was used to identify the candidate host rock for the disposal site as the Opalinus clay formation and to create images of the boundaries of the Mesozoic sedimentary layers, including the Opalinus clay formation. A 3D reflection survey was conducted to determine the distribution and small-scale faulting of the Opalinus clay formation. Sweden conducted reflection surveys at the Forsmark site to obtain geological information on the deformation lenses within the site and to characterize the geology of the three deformation zones near the site. Canada conducted a reflection survey at the Ignace site to obtain information on its geological structure, including the location and dipping angles of the reflectors distributed in the vicinity of the site.


    사용후핵연료 심층처분장 처분부지 모암으로 결정질암반과 퇴적암반이 선호되고 있다. 본 연구에서는 퇴적암반에서의 스위스 사례와 결정질암반에서의 스웨덴과 캐나다 사례를 검토하였다. 스위스는 반사법탐사 적용을 통해 처분부지 후보모암을 Opalinus clay 지층으로 결정하고 Opalinus clay 지층을 포함한 중생대 퇴적층의 경계를 고분해능으로 영상화하였다. 또한, 3차원 반사법탐사를 적용하여 Opalinus clay 지층의 분포와 소규모 단층 정보를 파악하였다. 스웨덴은 Forsmark 부지에 반사법탐사를 적용하여 부지 내부에 분포하는 변형구조 렌즈에 대한 지질학적인 정보를 파악하였으며, 부지인근에 분포하는 3가지 변형대에 대한 지질구조를 파악하였다. 캐나다는 Ignace 부지에 반사법탐사를 적용하여 부지 인근에 분포하는 반사체의 분포위치, 경사각 등 지질구조에 대한 정보를 파악하였다.

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    31 October 2023
  • Technical Report

    A Numerical Modeling of CO2 Injection into the Depleted Donghae-1 Gas Field

    동해-1 고갈 가스전을 활용한 이산화탄소 주입 시뮬레이션 연구

    Jong-soo Kim, Jaekyoung Cho, Woochan Lee, Euseok Seo, Joohyung Kim, Hoseob Lee a

    김종수, 조재경, 이우찬, 서유석, 김주형, 이호섭, 이혜선

    In this study, we evaluated the storage capacity of carbon dioxide injection into the depleted reservoirs of the Donghae-1 gas field, which …

    이 연구에서는 국내 최초의 CCS 실증사업으로 추진되고 있는 동해-1 고갈 가스전 대상의 이산화탄소 주입에 대한 저장용량 평가를 수행하였다. 기존의 동해가스전 탄성파 자료 …

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    In this study, we evaluated the storage capacity of carbon dioxide injection into the depleted reservoirs of the Donghae-1 gas field, which is being promoted as Korea’s first Carbon Capture and Storage (CCS) demonstration project. A new reservoir model for the Donghae-1 gas field was constructed using existing seismic and well data for the Donghae gas field, through which carbon dioxide injection simulations were performed according to various injection scenarios. As a result of the simulation, it was found that the Donghae-1 gas field has a safe storage capacity of 400,000 tons of carbon dioxide injection per year for up to about 28 years; this is the initial target rate of the CCS demonstration project using the Donghae-1 gas field. These will be used as basic data for the project along with the results of additional research, such as the Geomechanics study.


    이 연구에서는 국내 최초의 CCS 실증사업으로 추진되고 있는 동해-1 고갈 가스전 대상의 이산화탄소 주입에 대한 저장용량 평가를 수행하였다. 기존의 동해가스전 탄성파 자료 및 시추공 자료 등을 활용하여 동해-1 가스전의 신규 저류층 모델을 구축하였으며 이를 활용하여 다양한 주입 시나리오에 따른 이산화탄소 주입 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 수행 결과, 동해-1 가스전을 활용한 CCS 실증사업의 초기 목표인 연간 40만 톤의 이산화탄소를 최대 약 28년간 안정적으로 주입할 수 있는 저장용량을 가진 것으로 나타났으며 지구역학 시뮬레이션 연구 등 추가 연구 결과들과 함께 실증사업의 기초자료로 활용할 예정이다.

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    31 October 2023
  • Review

    Analysis of Carbon Markets of CO2 Storage Projects in Oil and Gas Fields in Canada and the United States

    미국/캐나다 현장의 석유가스전 이산화탄소 저장사업과 연계한 온실가스 감축실적 거래시장 분석

    Eun-Young Ahn

    안은영

    This study analyzes carbon markets in the U.S. and Canada, including enhanced oil/gas recovery (EOR/EGR) projects. The American Carbon Registry (ACR), a …

    본 연구에서 석유/가스 회수증진 사업을 포함한 미국과 캐나다의 탄소시장 현황을 분석하였다. 미국 캘리포니아 배출권 거래제도의 감축실적으로 전환가능한 자발적 탄소시장인 American Carbon Registry …

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    This study analyzes carbon markets in the U.S. and Canada, including enhanced oil/gas recovery (EOR/EGR) projects. The American Carbon Registry (ACR), a voluntary carbon market in California, and the Canadian Alberta Emission Offset System have methodologies for EOR and storage in saline aquifers. ACR also presented EGR. EOR-CCS projects demonstrated significant CO2 reductions, ranging from 1,748 to 7,675 million tons in the U.S. and 30 to 3,040 million tons in Canada. The EOR and hydrogen-production-linked CCS projects are representative CCS projects in Canada. CCS infrastructure construction, R&D, and demonstration projects of oil/natural gas-CCS-hydrogen are actively underway in the net-zero policies by the U.S. and Canada. CCS projects in the U.S. and Canada, which are linked to the supply of natural gas and hydrogen energy in Korea, can secure new overseas energy sources and dispose of the CO2 captured in Korea.


    본 연구에서 석유/가스 회수증진 사업을 포함한 미국과 캐나다의 탄소시장 현황을 분석하였다. 미국 캘리포니아 배출권 거래제도의 감축실적으로 전환가능한 자발적 탄소시장인 American Carbon Registry (ACR)과 캐나다 앨버타 주정부의 온실가스 감축실적 시스템(AEOR)에서 석유회수증진과 염대수층 대상 이산화탄소 저장 방법론을 확인하였다. ACR은 천연가스 저류층도 저장소로 제시하였다. 미국의 종료된 EOR-CCS 사례에서 1,748~7,675백만 톤, 캐나다의 종료/진행 중인 사례에서 30~3,040백만 톤의 막대한 온실가스 감축량을 확인하였다. 석유회수증진 혹은 수소 생산 연계 사업이 캐나다 대표 CCS사업으로 현재도 추진되고 있다. 미국과 캐나다의 넷제로 정책에서도 석유/천연가스 생산과 CCS 및 수소생산과 연계하는 인프라 구축 및 연구개발, 실증사업이 활발히 진행되고 있다. 국내 천연가스, 수소 에너지 공급과 연계한 미국 및 캐나다 대상 CCS사업은 천연가스, 수소의 새로운 국외 공급원을 확보하고 국내에서 포집된 이산화탄소의 국외 처분 또한 가능하다.

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    31 October 2023
  • Erratum

    Erratum: Economic Analysis of Grey and Blue Hydrogen for Carbon and Tax Credits

    정오표: 탄소배출권 및 세액공제에 따른 그레이수소 및 블루수소의 경제성 분석

    Hyunmin Oh, Juhyun Kim, Sangkeon Park, Minwoo Lee and Hoonyoung Jeong

    오현민, 김주현, 박상건, 이민우, 정훈영

    31 October 2023