이산화탄소 수송 및 저장 모범 사례

유해한 CO₂ 온실가스(GHG)가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하기 위해 CCUS를 통해 산업 배출을 관리하는 방법이 점점 더 보편화되고 있습니다. 이 방법은 이산화탄소 배출이 많은 프로세스에서 규제 목표를 달성할 수 있다는 점에서 아주 매력적입니다. 특히 프로세스 효율 개선이나 재생 에너지원을 통해 온실가스 배출을 줄일 수 있는 기회가 제한적인 경우에 유용합니다.

효율적인 탄소 포집 방법의 개발에 많은 관심이 집중되고 있지만, 가치 사슬의 다운스트림에서도 많은 활동이 이루어지고 있습니다. 이산화탄소 가스를 포집한 후에는 압축 과정을 거쳐 액체 상태로 만들어야 합니다. 그런 다음 사용 또는 저장을 위해 엄선된 장소로 안전하게 수송합니다. 거리, 지리, 기존 인프라, 환경 영향, 수송 비용 등 다양한 요소를 고려해야 합니다.

현재 주로 사용되는 세 가지 수송 방법은 파이프라인, 육로 차량 그리고 해상 선박입니다. 각 방법마다 더 적합한 상황과 그렇지 못한 상황이 있습니다. 접근 방식에 관계없이 제대로 기능하는 물류를 구축하려면 혁신적인 솔루션과 강력한 인프라를 구축해야 배출 감축 전략으로서 CCUS의 장기적인 성공을 보장할 수 있습니다.

파이프라인은 장거리, 특히 육로를 통해 대량의 CO₂를 수송하는 데 가장 많이 사용되고 경제적으로도 가장 실행 가능성 높은 옵션에 속합니다. 경우에 따라 기존 천연가스 파이프라인을 이산화탄소 수송을 위해 용도를 변경함으로써 기존 인프라를 활용하는 경제적인 솔루션을 구현할 수도 있습니다. 이 방법은 또한 새로운 시설 건설로 인한 환경 영향을 최소화합니다.

그러나 이산화탄소 수송을 위해 파이프라인의 용도를 변경하는 방법은 신중하게 평가해야 합니다. 이산화탄소의 다양한 특성(주로 부식성 및 고압 요구사항)과의 적합성을 보장하기 위해 변경이 필요할 수 있습니다. 천연가스 파이프라인은 90 bar (1,300 psi)로 제한되는 경우가 많지만, 이산화탄소는 장거리 수송을 위해 최대 150 bar (2,175 psi)가 필요한 경우도 있습니다.

트럭과 철도는 특히 파이프라인 인프라가 제한적인 지역이나 단거리에서 소량의 CO₂를 수송할 때 유연한 옵션을 제공합니다. 트럭과 철도의 활용성이 높기 때문에 포집 장소와 지역 저장 시설 간에 이산화탄소를 수송하기에 좋습니다. 또한 다양한 배출원에서 소량 포집한 다음 대량 수송을 위해 중앙 허브로 수송할 수도 있습니다. 그러나 CO₂ 수송을 위해 육로 차량, 특히 트럭에 의존하면 장거리 수송에 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 교통 혼잡과 디젤 연료 배출에도 일조하게 됩니다.

이산화탄소를 안전하고 효율적으로 수송하려면 규정과 순도 기준을 준수해야 합니다. 구체적인 규정은 지역마다 다르지만 이산화탄소는 고농축 위험 물질로 분류됩니다. 이산화탄소의 수송에는 각 지역의 천연가스에 적용되는 규정과 유사한 규정이 적용됩니다. 이러한 안전 취급 규정은 파이프라인 무결성, 누출 방지, 비상 대응 프로토콜 등의 내용을 다룹니다.

또한 CO₂ 순도는 최종 사용 분야와 수송 안전을 위해 매우 중요합니다. 물, 황화수소, 질소 산화물 같은 불순물은 화학 반응, 부식, 제품 결함을 일으킬 수 있습니다.

수송된 이산화탄소는 산업 프로세스에서 사용하거나, 대기 중으로 방출되지 않도록 안전하게 저장해야 합니다. 가장 빈번하게 선정되는 저장 장소는 동굴 지질층이지만, 심해 격리도 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다.

이산화탄소를 지질층에 저장할 때는 지하 깊숙한 곳, 대개 지하수위보다 1킬로미터 이상 아래에 있는 선정 장소에 이산화탄소를 주입하고 모니터링합니다. 선정 장소는 일반적으로 고갈된 유전 및 가스전, 깊은 염수 대수층, 채굴할 수 없는 석탄층 등 기존의 지하 저류층입니다. 이러한 다공성 암석층은 일반적으로 비다공성 "덮개암"으로 덮여있어 CO₂가 새어나가지 못합니다.

지하 저장은 수천 년 동안 이산화탄소를 격리하는 안전한 방법을 제공해 왔습니다.미국 지질조사국(USGS)은 미국에 약 3,000메트릭 기가톤의 이산화탄소를 저장할 수 있는 지질층이 있다고 추정합니다. 그러나 적합한 저장 장소를 선정하려면 광범위한 지질 조사와 모델링을 통해 지질층의 무결성을 보장해야 합니다. 이 과정은 또한 지진 유발과 지하수 자원에 미치는 영향 같은 잠재적 위험을 최소화하는 것을 목표로 합니다.

지중 저장이 당분간은 가장 실행 가능성 높은 옵션으로 남아 있겠지만, 연구자들은 대안이 될 만한 방법을 계속 모색하고 있습니다. 예를 들어, 광물 탄산화는 이산화탄소를 지구의 원소와 반응시켜 안정적인 탄산염 광물을 형성함으로써 자연적인 지질학적 과정을 모방하여 탄소를 장기간 효과적으로 가두는 방법입니다. 장기 저장은 유망하지만, 이 방법은 상당한 에너지가 필요하고 비용, 확장성, 자원 접근 측면에서 어려움이 있습니다.

또는 해저 아래의 암석층에 이산화탄소를 주입할 수도 있습니다. 예를 들어, 유럽의 북해는 광대한 사암층에 약 1,000억 톤의 이산화탄소를 저장할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 이는 전 세계에서 배출되는 모든 이산화탄소의 약 3년치에 해당하는 양입니다.

프로세스 효율성, 안전성 및 환경 무결성을 보장하기 위해서는 올바른 계기를 사용한 정확한 측정과 모니터링이 전체 CCUS 체인에 걸쳐 반드시 필요합니다. 안전한 수송과 정확한 상거래를 위해서는 수송 중에 이산화탄소 압력, 온도, 유량 및 품질을 파이프라인과 터미널에서 측정해야 합니다.

어떤 저장 방법을 선택하든지 장기적으로 장소 무결성을 보장하고 CO₂가 대기로 다시 누출되는 것을 방지하려면 종합적인 모니터링이 필요합니다. 저장소의 이산화탄소를 효과적으로 추적하려면 이산화탄소의 이동 및 거동 정보를 지속적으로 파악할 수 있는 첨단 기술과 정밀한 가스 감지 시스템이 필요합니다. 정확하고 연속적인 측정을 통해 잠재적인 이상 징후와 누출을 조기에 감지하여 신속하게 알리면 담당자가 적시에 개입하여 환경 위험을 최소화할 수 있습니다.

이산화탄소를 포집한 다음에는 목적지와 수송 수단을 결정해야 합니다. 온실가스 배출을 줄이는 데 필요한 수송 및 저장 인프라를 확장하려면 공공과 민간 이해관계자 모두의 지속적인 연구와 투자가 필수적입니다. 이를 통해 CCUS 장비의 기술력과 경제성이 향상되면 산업계 전반에 걸쳐 도입될 것입니다.

산업 제품 프로세스 스트림에서 CO₂를 포집하는 것은 CCUS 가치 사슬에서 중요한 첫 단계입니다. 그러나 장기적인 성공은 안전하고 효율적이며 지속 가능한 수송, 활용 및 영구 저장 솔루션을 개발하는 데 달려 있습니다. 가장 유력한 수송 수단으로는 파이프라인, 육로 차량, 해상 수송이 있으며, 저장에는 지질층이 가장 적합합니다.

효율성을 높이고 다른 옵션을 개발하려면 정부, 프로세스 제조업체, 연구자, 지역사회가 협력해 기술적, 경제적, 규제적, 사회적 과제를 해결해야 합니다. 하지만 이러한 역량에 투자하는 것은 향후 수십 년 동안 온실가스 감축에 CCUS가 미치는 긍정적인 영향을 확대시켜 산업계가 보다 지속 가능한 미래를 만들기 위한 탄소중립 목표를 달성하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.