탄소, 포집 및 격리: 완벽한 장소 선택에 대한 압박

이산화탄소의 지질격리(GS)(즉, CCS[탄소 포집 및 격리]의 "S")는 인위적인 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 상당한 잠재력을 지닌 즉시 이용 가능한 기술입니다. 하지만 셰익스피어의 말을 대충 인용하자면 문제가 있습니다. 수십 년 동안 땅에 액체를 주입한 경험을 통해 근본적인 진실이 밝혀졌습니다. 즉, 주입 장소가 동일하지 않다는 것입니다. 유체 및 암석 특성의 가변성(종종 돌을 던져 측정할 수 있는 거리에 걸쳐), 주입정 구성의 차이, 대조되는 운영 관행으로 인해 주입된 유체가 지하 형성물을 통해 이동하는 방식, 해당 유체가 어떻게 이동하는지에 큰 차이가 발생할 수 있습니다. 이미 지하수가 차지하고 있는 이 공극 공간에 유체를 주입하면 어떤 부주의한 영향이 발생할 수 있습니까? 모든 위치, 모든 프로젝트, 모든 우물에는 고유한 특성이 있습니다. 이산화탄소의 안전하고 장기적인 지하 처리를 보장하기 위해서는 계획부터 건설, 주입, 현장 폐쇄까지 현장별 조건에 대한 철저한 이해가 필수적입니다. 다행스럽게도 GS의 관심 분야에는 지하 주입 제어(UIC) 클래스 II 유정과 같은 지하 및 운영 통찰력에 대한 데이터가 풍부한 소스가 있습니다.

이는 빅인 2021년 미국의 대규모 직접배출시설(즉, 연간 25,000톤 이상의 CO2e를 배출하는 시설)에서 27억톤의 온실가스(GHG)가 대기 중으로 배출된 것으로, 미국 전체 온실가스 대기 배출량의 약 절반입니다. 텍사스, 루이지애나, 인디애나, 펜실베니아, 플로리다, 오하이오, 캘리포니아 등 7개 주에서는 각각 1억 톤 이상의 CO2e를 배출했는데, 이는 미국 전체 대규모 직접 배출 시설의 43%를 차지합니다. 일리노이주와 앨라배마주를 목록에 추가하면 이 9개 주가 전체 대규모 시설 배출량의 50%를 차지합니다(그림 1).

주에서 가장 큰 GHG 배출국인 텍사스는 이러한 대규모 직접 배출 시설에서 발생한 2021년 총 배출량의 약 6분의 1(4억 6600만 톤의 CO2e)을 차지했습니다. 텍사스 GHG 배출 전체(약 90%가 이산화탄소)를 포집하여 주입하고 초임계 유체(즉, 임계 온도(CO2의 경우 88°F)보다 높은 온도의 유체)로 저장하는 경우 임계 압력(CO2의 경우 1,070psi)보다 높은 압력, 액체와 같은 밀도 및 기체와 같은 점도를 가지며, 이는 대략 50억 bbl(또는 대략 2000억 갤런)이 지하에 격리된 것과 동일합니다. 이는 엄청나게 큰 숫자처럼 보일 수 있습니다. (그리고 그렇습니다) 2021년에 석유 및 가스 운영과 관련된 물 93억 bbl이 텍사스에 주입되었다는 점을 고려하면, 전체적으로 볼 때 현재 전국의 연간 석유 및 가스 물 주입 규모는 대략 다음과 같습니다. 대규모 직접 배출원에서 나오는 온실가스의 영구적인 지질학적 저장에 필요합니다. 이러한 용적적 관점에서 GS는 대기 탄소 배출을 줄이기 위한 의미 있고 현실적인 도구입니다.

A 집단법 1980년대 초, 미국 환경 보호국(EPA)은 지하 유체 주입을 규제하기 위해 안전한 식수법 및 자원 보존 및 복구법에 따라 공포된 지하 주입 제어(UIC) 프로그램에 대한 초기 요구 사항을 확립했습니다. 프로그램이 시작된 이래 지하 식수원(USDW)을 보호하고 인체 건강에 부정적인 영향을 방지할 목적으로 다양한 위험 및 비유해 폐기물 주입을 관리하기 위해 6개의 우물 등급이 확립되었습니다. 현재 전국적으로 UIC 우물은 75만개 이상이다.

가장 최근의 UIC 유정 등급인 Class VI는 GS의 CO2 주입을 규제하기 위해 2010년에 설립되었으며 모든 UIC 유정 등급 중 가장 엄격한 허용 요건을 갖추고 있습니다. 핵심 UIC 클래스 VI 규정은 주입으로 인한 압력 증가로 인해 USDW가 위험에 처할 가능성이 있는 GS 프로젝트 주변 지역인 검토 영역(AoR)을 설명하는 것입니다. AoR 경계는 내부 유체와 주입된 유체, 주입 형성 및 주변 제한 영역의 물리적, 화학적 특성에 대한 자세한 설명을 통합하여 지하 표면의 유체 흐름 및 압력 전파에 대한 매우 복잡한 계산 모델의 예측을 기반으로 합니다. AoR 내에서 주입층 밖으로 유체 이동을 위한 잠재적인 도관을 식별해야 하며 주입된 유체와 변위된 공극수가 USDW에 영향을 미치지 않도록 필요에 따라 시정 조치를 취해야 합니다. 그리고 현재 UIC 클래스 VI를 적극적으로 주입하는 유정은 단 하나뿐이지만 기술 검토 중인 허가가 100개가 넘습니다. 이 숫자는 인플레이션 감소법 통과 및 GS에 대한 재정적 인센티브 확대 이후 급속도로 증가하고 있습니다(그림 2). .