제2장 국내외 기술개발 현황 31

그림 1. Northern Lights의 잠재적 CO₂ 공급원 31

그림 2. 영국 산업 배출 허브 및 클러스터 32

그림 3. Zero Carbon Humber 프로젝트 타임라인 32

1. 서해 및 남해 대륙붕 시추암편 암상 분석 34

그림 1. 군산분지의 지질구조도(변현숙 외, 2013) 34

그림 2. 탄성파 탐사 및 시추공 위치(Shinn et al., 2010) 34

그림 3. 주요 정단층으로 둘러 쌓여있는 반지구 형태의 소분지(Shinn et al., 2010) 35

그림 4. 제주분지 남단 탄성파 단면(Kwon and Boggs, 2002) 35

그림 5. 서해 대륙붕 백악기-제3기 심부퇴적분지(Shinn et al., 2010) 36

그림 6. 탄성파 탐사라인과 탐사 시추공의 위치 36

그림 7. 군산분지 5개 시추공의 암층서와 연대 37

그림 8. 군산분지 내의 시추공 간의 층서 대비(변현숙 외, 2013) 37

그림 9. 남해 대륙붕 분지 분포 (고창성 외, 2016) 39

그림 10. 탄성파 탐사 및 시추공 위치(Lee et al., 2014) 39

그림 11. Dragon-1, 옥돔-1, 거북-1 시추공 위치 39

그림 12. 남해 대륙붕 시추공의 암층서와 연대(김성희&손병국, 2013) 40

그림 13. Inga-1 지질시대 대비(변현숙 외, 2013) 42

그림 14. IIC-1X 지질시대 대비(변현숙 외, 2013) 42

그림 15. Dragon-1의 데이터 요약(after 오재호 외, 1994) 44

그림 16. 전처리 이전시료 관리 현황 47

그림 17. 전처리 이후시료 관리 현황 47

그림 18. 시추암편 전처리 절차 48

그림 19. Inga-1의 Unit A의 사암과 이암의 구성비 50

그림 20. Inga-1의 Unit B의 사암과 이암의 구성비 50

그림 21. Inga-1의 Unit C의 사암과 이암의 구성비 51

그림 22. Inga-1의 Unit D의 사암과 이암의 구성비 51

그림 23. Inga-1의 Unit E의 사암과 이암의 구성비 52

그림 24. Inga-1의 Unit F의 사암과 이암의 구성비 52

그림 25. Inga-1의 Unit G의 사암과 이암의 구성비 52

그림 26. Inga-1의 Unit H의 사암과 이암의 구성비 53

그림 27. Inga-1의 Unit I/J의 사암과 이암의 구성비 53

그림 28. Dragon-1의 Unit 4a의 사암과 이암의 구성비 58

2. 서해 및 남해 시추공 시추암편 물성 분석 61

그림 1. 해수로 포화된 퇴적층의 각 성분의 정의 61

그림 2. (a) Auto Gas Pycnometer, (b) 내부 flow diagram (PENTAPYC 5200e) 63

그림 3. 남해 시추공 위치 및 광구(한국자원연구소, 1997) 64

그림 4. JDZ V-1 공의 주상도(오재호 외, 1994) 67

그림 5. 잉어-1 공 심도에 따른 (a) 암석밀도 변화 및 (b) 단위중량의 변화 69

그림 6. 잉어-1 공의 (a) 깊이에 따른 공극률 변화 및 (b) 하중에 의한 퇴적층의 압밀 70

그림 7. (a) 깊이에 따른 밀도 변화, (b) 암종에 따른 광물밀도 변화 73

그림 8. (a) 깊이에 따른 공극률의 변화, (b) 각 암종의 연직응력에 따른 공극률의 변화 74

그림 9. 깊이에 따른 밀도변화. 건조밀도(ρd), 습윤밀도(ρb), 광물밀도(ρs) 순으로 커진다 75

그림 10. 깊이에 따른 광물밀도. 이암과 사암에 비하여 석탄의 밀도가 현저히 작다 76

그림 11. 깊이 및 유효연직응력에 따른 공극률의 변화. JDZ V-1 공 및 JDZ VII-2 공 모두 선상지에서의 퇴적환경을 보여 준다 77

그림 12. 암종별 유효연직응력에 따른 공극률의 변화 77

3. 서해 잉어-1 공의 시추암편 공극크기분포도 및 모세관압 분석 81

그림 1. Porosimeter 장비(AutoPore IV) 81

그림 2. 매질내 공극 타입별 개념도 및 penetrometer 모습 81

그림 3. (a) 잉어-1 공의 단위층 E와 F층의 24개 시추암편에 대한 공극크기분포도. (b)-(f) 공극크기분포도의 특성에 따라 5개 타입으로 구분함(범례는 시추암편의... 83

그림 4. (a) 잉어-1 공의 단위층 E와 F층의 24개 시추암편에 대한 포화도에 따른 모세관압. (b)-(f) 공극크기분포도의 특성에 따라 5개 타입으로 구분함(범례는... 84

4. 서해 군산분지 CO₂ 저장용량 평가 85

그림 1. 선행 연구에서 제안한 군산분지 CO₂ 지중저장 후보지, 폐쇄형(좌) 및 개방형 구조(우) 분포도(한국지질자원연구원, 2014a) 85

그림 2. 군산분지내 발달하는 소분지와 흑산분지 위치(좌), 군산분지 개략적인 지질 구조(우) (modified from Shinn et al., 2010) 86

그림 3. 군산분지 중앙 소분지의 단면 해석(Shinn et al., 2010), 단면 위치는 그림 2의 붉은색 점선 참고 87

그림 4. CO₂ 지중저장용량 평가 워크플로우 87

그림 5. 군산분지 기반암 심도(좌), 백악기-에오세 지층 3차원 지질격자 볼륨(우) 88

그림 6. 군산분지 시추공 감마선(GR) 검층, 셰일체적(PVsh), 공극률(PHIT_NS, PHIT_S), N/G, 시추암편 암상 단위 도시 89

그림 7. 군산분지 동 소분지의 개략적인 지질단면, CO₂ 저장/이동 모식도 91

그림 8. 잉어-1 공을 지나가는 탄성파 단면 해석 94

5. 남해 대륙붕 소분지 및 현무암 대지 저장용량 평가 99

그림 1. 물리탐사선 탐해2호 활용 심부 탄성파 탐사 모식도 99

그림 2. 탄성파 자료 전산처리 모듈 구성 101

그림 3. 측선 17CCS-108A의 표본 음원(1, 1001, 2001, 3001번째 음원)에서의 탄성파 기록 102

그림 4. 17CCS-108A 측선의 저급 겹쌓기 단면(좌) 및 적색 사각형 영역의 확대된 단면(우) 102

그림 5. 17CCS-108A 측선의 전산처리 및 참반사보정 적용 단면(좌) 및 적색 사각형 영역의 확대된 단면(우) 103

그림 6. 남해 대륙붕 현무암 대지 탄성파 단면 및 현무암 대지 구조 내 CO₂ 지중저장 개념도 105

그림 7. 남해 대륙붕 해저광구도 및 탐사측선. 청색박스: 현무암 대지 분포지역, 적색박스: 소분지 분포지역 106

그림 8. 남해 대륙붕 기반암 구조도 및 현무암 대지 분포도. 청색박스: 현무암 대지 분포지역, 적색박스: 소분지 분포지역 107

그림 9. 남해 대륙붕 현무암 대지 제1지역. (a) 2D 탄성파 단면도, (b) 현무암 대지 분포도 108

그림 10. 남해 대륙붕 현무암 대지 제1지역 (a) 시간-심도 관계, (b) 심도별 온도, 압력 조건 109

그림 11. 남해 대륙붕 현무암 대지 제1지역 PZ-1 시추공 주변구조(I-A) 분포도 및 3D 지질모델링 결과. (a) 시간 구조도, (b) 3D 현무암 분포도, (c) 3D 지질모델, (d)... 110

그림 12. 남해 대륙붕 현무암 대지 제1지역 유사구조(I-B) 분포도 및 3D 지질모델링 결과. (a) 시간 구조도, (b) 3D 현무암 분포도, (c) 3D 지질모델, (d) 음파검층에... 110

그림 13. 남해 대륙붕 제주도 동부 현무암 대지 제2지역 CO₂ 지중저장용량 분석결과. (a) 탄성파 단면도, (b) 현무암 대지 분포도, (c) 3D 지질격자 모델 및 전체... 111

그림 14. 남해 대륙붕 현무암 대지 제2지역 (a) 시간-심도 관계, (b) 심도별 온도, 압력 조건 112

그림 15. 남해 대륙붕 제주도 동부 현무암 대지 제2지역 3D 지질격자 모델링 결과. (a) 3D 지질격자 모델 및 전체 암석 체적, (b) 총 공극률 113

그림 16. 남해 대륙붕 드래곤 소분지 CO₂ 지중저장용량 분석결과. (a) 드래곤 소분지 분포도, (b) 2D 탄성파 단면도 및 분지 퇴적층서, (c) 3D 지질격자 모델 및... 114

그림 17. 남해 대륙붕 남해도 소분지 CO₂ 지중저장용량 분석결과. (a) 남해도 소분지 분포도, (b) 2D 탄성파 단면도, (c) 3D 지질격자 모델 및 전체 암석 체적... 115

그림 18. 남해 대륙붕 PZ-1 시추공 물리검층오류 수정 117

그림 19. 남해 대륙붕 Domi-1 시추공 물리검층 자료누락구간 수정 117

6. 서해 및 남해 대규모 CO₂ 지중저장 후보지 우선순위 평가 119

그림 1. (a) CSLF에서 제안한 저장용량 평가 피라미드. (b) 호주 CO2CRC에서 제안한 저장용량 평가 피라미드 119

그림 2. 우선순위 평가 대상 소분지 및 지역. S = Subbasin 122

그림 3. (a) 군산부지 주요 단층(흰색 선) 분포도, (b) 시추공에서의 동심원 거리, (c) 최근 30년 동안 발생한 규모 2.0 이상 지진 진원지로부터의 동심원 거리, (d)... 126

7. 국내 대륙붕 대규모 CO₂ 지중저장 경제성 분석 136

그림 1. 거시경제 모형의 개념도 136

8. 대규모 CO₂ 주입에 따른 분지규모 압력 변화 양상과 기작 141

그림 1. 수치모델링에 적용된 저장층의 개념 모형; (a) 균질한 매질 및 정상성 불균질성 매질에서의 압력 상승 모델에 사용된 개념모형, (b) 100만 톤/년에서의... 141

그림 2. 염수의 장기 주입에 따른 주입정 및 경계부에서의 시간에 따른 압력 변화(a)와 공간적 압력 변화(b) 142

그림 3. 염수의 장기 주입에 따른 주입정 및 경계부에서의 시간에 따른 압력 변화 145

그림 4. 염수의 장기 주입에 따른 공간적인 압력 및 압력 구배의 변화, (a) 최상부 압력, (b) 저장층 중간심도(-925)의 압력, (c) 저장층 최하부의 압력, (d) 최상부의... 145

그림 5. 물의 압축률(β)(a)과 혼합유체 압축률(β′)(b)을 이용한 압축단계에서의 겉보기 압축률과 Dp/Dt의 관계 146

그림 6. 물과 이산화탄소의 온도 및 압력에 따른 압축률 변화 147

그림 7. 물과 이산화탄소의 온도 및 압력에 따른 밀도(a) 및 동점성도(b)의 변화 149

그림 8. 최상부(a), 저장층 중간심도(-925)(b) 및 저장층 최하부(c)에서의 가스포화도와 압력 구배 간의 변화 150

그림 9. 제안된 압력 상승 예측 모델과 TOUGH2 모델링 결과의 비교. TOUGH2 모델링 결과는 실선, 제안된 모델은 점선으로 압력의 변화(a)와 공간에 대한 압력... 155

그림 10. 저장층의 크기 및 공극의 압축률(α)에 따른 경계까지 압력 전파 소요 시간(tbnd) 155

그림 11. R=15km, Ø=0.15, α=1.0×10-9 pa-1인 경우 CO₂ 주입 시 주입된 CO₂의 확장에 따른 압력(a), 가스 포화도(b), 압력구배(c) 및 총유동성(d)의 변화 157

그림 12. 30년간 CO₂ 주입 후 CO₂-H₂O 간의 상변화율 및 이에 따른 공극 내 압력 상승 저감 효과 158

그림 13. 30년간 CO₂ 주입에 따른 압축에 의한 저장층 압력 상승폭(a), 염수-CO₂ 간의 상변화에 의한 압력 상승 저감폭(b) 및 압력 상승 저감률(c) 159

1. 코어 스케일 CO₂ 저장능력 분석 연구 162

그림 1. 테스트베드 사이트 위치 및 주입정, 관측정의 지질주상도 162

그림 2. 온도, 압력 조건에 따른 상-다이어그램 및 CO₂의 점성도와 밀도 변화 162

그림 3. 코어유동 통합스캔 시스템 (좌) 코어유동시스템; (우) 스캔시스템 163

그림 4. CO₂ 주입시험에 의한 포화도 변화 165

그림 5. (a) 주입실험동안 측정된 압력차; (b) 7개 영역에서 측정된 PV에 따른 CO₂ 포화도 변화 165

그림 6. 물 주입시험에 의한 CO₂ 포화도 변화 166

그림 7. 물 주입시험에 의한 코어의 수직방향으로 평균한 CO₂ 포화도 변화 167

그림 8. 초기포화-잔류포화 상관 커브 및 잔류포획능 168

그림 9. (a) 2차원 모델. (b) 불균질성. (c) CO₂ 포화도 분포 모델링 결과 169

그림 10. 압력변화에 영향을 미치는 12개 주요인자들의 민감도 분석 결과 170

그림 11. CO₂ 포화도에 영향을 미치는 12개 주요인자들의 민감도 분석 결과 171

그림 12. 히스토리매칭 결과. (a) 코어 양 끝단에서의 시간에 따른 압력차 (△P) 매칭, (b) 6개 영역에서의 시간에 따른 CO₂ 포화도 변화 매칭 172

그림 13. 현장규모 모델링 결과. (a) 불균질한 매질의 투과계수 분포. (b) 세가지 케이스별 시간에 따른 공저압력 변화도. (c) 세 가지 케이스별 CO₂ 플룸 분포도 173

2. 단층 역학물성 분석 연구 − 포항센터 실증부지 잠재 단층 175

그림 1. (a) TB3공의 주상도, (b) 포항센터 실증부지의 3차원 지구조 모델, (c) 단층을 보여주는 TB3의 시추코어 175

그림 2 전단시험 장비와 sample assembly 176

그림 3. 실내전단시험에 사용된 velocity step schedule 177

그림 4. TB3공으로부터 획득한 단층비지의 입도 분석결과 178

그림 5. TB3공으로부터 획득한 단층비지의 전단시험 결과 179

그림 6. Rate- and State-dependent friction law로 기술되는 마찰거동(a)과 이를 통한 실험결과의 curve-fitting 예(b) 180

그림 7. Curve fitting 후, friction parameter 그래프(a-b 와 전단변위의 관계, Dc 와 전단변위의 관계) 181

그림 8. TB3공 579 m에서 채취된 시료에 10 MPa의 수직응력을 가해 진행된 전단시험샘플의 전자주사현미경(SEM)사진 자료 182

3. 토양 CO₂ 모니터링 연구 − 포항센터 실증부지 배경 모니터링 183

그림 1. 다양한 CO₂ 누출 가능 경로(Zhang et al., 2004) 183

그림 2. 비포화대 가스 농도 측정 지점 및 CO₂ flux 측정 지점 184

그림 3. QMS의 분석원리 184

그림 4. 포항센터 비포화대 CO₂의 분석 방법별(GC-CRDS) 비교 185

그림 5. 포항센터 비포화대 CO₂의 분석 방법별(GC-QMS) 비교 185

그림 6. 포항센터 실증부지 토양 CO₂의 농도와 탄소동위원소(δ13CCO2) 관계. 점선은 대기와의 혼합선 186

그림 7. 포항센터 실증부지 토양 가스 채취 심도와 δ13CCO2의 관계. 점선은 부의 관계를 나타내는 시료군 186

그림 8. 포항센터 실증부지에서 측정된 비포화대 CO₂ 농도와 CO₂ flux의 관계 187

그림 9. 2016년 5월과 2017년 1월 포항센터 실증부지에서 측정된 비포화대 CO₂ 농도의 변화와 CO₂ flux의 변화의 관계 187

그림 10. SCM 측정 결과 189

그림 11. KIGAM 포항센터에서 SCM으로 측정된 계절별 1일간 CO₂ 농도 190

그림 12. 같은 시기의 대기 온도와 상대습도 (RH) 190

그림 13. 2017년 1월에 SCM으로 측정된 CO₂ 농도 190

그림 14. 2017년 3월에 SCM으로 측정된 CO₂ 농도 190

4. 비포화대를 통한 CO₂ 누출 자연유사 연구 192

그림 1. 중국 Qinghai 탄산수 산출지역 토양의 CO₂ flux와 H₂O flux. 2개의 지점에서 이상값을 나타내고, 두 지점은 모두 폐공된 관정 주변임 (after Schroder et al., 2016) 192

그림 2. 대평 지역 토양 가스 성분 및 flux 측정 지점 193

그림 3. 비포화대 CO₂와 탄소동위원소를 나타낸 Keeling plot 195

그림 4. 연구지역 비포화대 CO₂의 분포 195

그림 5. 대평 지역 M17 지점의 CO₂ 플럭스와 CO₂ 농도(a), 대기 수분농도(b), 대기온도(c) 195

그림 6. 비포화대 CO₂ 농도 및 지표 CO₂ 농도의 변화(a). CO₂ 플럭스와 비포화대 CO₂ 농도 및 지표 CO₂ 농도의 상관관계 196

그림 7. 대평지역 2019년 토양가스 정밀조사 결과 비포화대 CO₂ 농도와 δ13CCO2 197

그림 8. 14C와 δ13CCO2의 상관관계 197

그림 9. 세종시 대평 탄산수 산출 지역의 비포화대 CO₂ 기원 및 유동 개념도 197

그림 10. 초기 pH에 따른 CO₂ 탈기에 의한 탄소동위원소 변화 계산 결과 198

그림 11. 탄산수의 탈기 실험 모식도 198

그림 12. CO₂ 탈기에 의한 탄소동위원소 변화 실험 결과 199

5. 역학적 자극에 따른 근지표 CO₂ 거동 변화 평가 예비 실험 202

그림 1. 역학적 자극에 따른 근지표 CO₂ 거동 변화 평가 예비 실험 202

그림 2. 역학적 자극에 따른 근지표 CO₂ 거동 변화 평가 예비 실험 결과. (a) CO₂ flux와 대기압, (b) 대기 온도, (c) CO₂ 농도의 변화 203

그림 3. 역학적 자극에 따른 근지표 CO₂ 거동 변화 평가 예비 실험 결과. (a) CO₂ flux와 대기압, (b) 대기 온도, (c) CO₂ 농도의 관계 204

6. CO₂ 주입/관측 시나리오 설계 연구 206

그림 1. 포항센터 현장 수리시험 및 추적자 시험 절차도 206

그림 2. 포항센터 내 현장 시험정 위치 207

그림 3. 포항센터 실증부지 내 주입시험 계획(안) 208

그림 4. 1차년도 현장 시험 계획(안) (a)과 현장 상황 점검 후 수정/시행 중인 현장 시험 절차. 수정된 현장 시험 절차 중 회색으로 표기된 부분은 현장 상황에... 208

그림 5. Injection falloff test에 따른 압력(오렌지색) 유량(파란색) 변화 209

그림 6. 개념 모형과 주입정 및 양수정 위치 210

그림 7. 각 시나리오별 염수 양수량과 시기; (a) scenario 1, (b) scenario 2, (c) scenario 3 211

그림 8. 각 시나리오별 이산화탄소 누출, 최종압력 및 최대압력 비교 212

그림 9. 각 시나리오별 가스상, 수용액상 이산화탄소량과 부피 212

1. 현무암 광물 탄산화 반응 실험 결과 213

그림 1. (a) 시료채취 위치, (b) 세원산업의 전경, (c) 제주도 지질도(박기화 외, 1998), (d) 채취된 시료의 절단면 213

그림 2. 현무암의 성형시료 214

그림 3. 광물탄산화 반응시스템 215

그림 4. 현무암의 편광현미경적 특성 216

그림 5. X-선 회절분석 결과: (a) 치밀질 현무암, (b) 다공질 현무암 216

그림 6. SiO₂ vs Na₂O + K₂O 다이아그램(Le Bas et al., 1986) 217

그림 7. X-선 회절 분석 결과: (a) pH 9, (b) pH 12 218

그림 8. X-선 회절 분석 결과: (a) 활성화 결과, (b) 활성화된 시료에 대한 탄산화 219

그림 9. 다양한 농도의 flux를 혼합한 현무암 시료의 가열 후 형상 (가열온도: 750 ℃, 가열시간: 2시간) 220

그림 10. Flux의 농도 및 온도 변화에 따른 현무암의 비정질화 실험 산물에 대한 X-선회절 분석 결과. 비정질화 실험 전 초기물질: (a) 현무암 시료, 750 ℃로 가열... 221

그림 11. 비정질화 실험 후 얻어진 시료에 대한 광물탄산화 실험결과 222

그림 12. 간접법에 의한 광물탄산화 후 얻어진 산물에 대한 X-선 회절분석 결과: (a) 용출실험 후 잔사, (b) 1차 침전반응(Fe 등 기타 불순물), (c) 2차 침전반응... 224

그림 13. 탄산화 반응기간에 따른 현무암 시료의 변질 양상 225

그림 14. 6개월 동안의 반응 후 얻어진 현무암 시료의 위치별 변질양상 225

그림 15. 6개월 동안의 반응 후 얻어진 현무암의 탄산화 생성물 및 수반 광물에 대한 X-선 회절분석 결과 226

그림 16. 가스켓 재질 (Cu)의 변질산물인 azurite (blue color) 226

그림 17. 현무암의 광물탄산화 산물인 마그네사이트의 (a) FE-SEM image 및 (b) EDS 분석결과 227

그림 18. 광물탄산화 반응 후 시료 조건에 따른 화학조성의 변화 229

그림 19. Carbon dioxide phase diagram 231

그림 20. Photograph of emission experiments of CO₂ gas from the autoclave with rapid cooling (upper) and slow cooling (lower) 232

그림 21-1. Result of TG/DSC analysis (rapid cooling) 233

그림 21-2. Result of TG/DSC analysis (slow cooling) 234

2. CO₂ 확산을 이용한 탄산화 상변환(비정질에서 결정질) 과정 실험 및 현상 분석 239

그림 1. 실리콘 (511)면에 평행한 방향으로 절단한 샘플 홀더의 X선 회절분석 결과 239

그림 2. 0.02M NaCl 첨가에 따른 탄산칼슘 합성(5-60 min: 반응 시간, black arrow: 방해석의 주피크) 240

그림 3. 0.02M CaCl₂ 첨가에 따른 탄산칼슘 합성 (5-60 min: 반응 시간, black arrow: 방해석의 주피크) 241

그림 4a. 0.02M NaCl 첨가 후 72시간 반응 시간을 유지한 경우 합성된 방해석의 결정구조 242

그림 4b. 0.02M CaCl₂ 첨가 후 72시간 반응시간을 유지한 경우 합성된 방해석의 결정구조 242

그림 5. 초기 합성 탄산칼슘의 Cryo-TEM image 243

그림 6. High Resolution(왼쪽) 과 FFT(오른쪽) 이미지 243

그림 7. TG-DSC 분석 결과 (검은색 x축: 승온 온도, y축 (검은색): 분석 샘플의 중량 감소 %, y축 (파란색): 열량 변화) 244

3. CO₂-암석-물 반응에 의한 현무암질 응회암의 공극률 변화 246

그림 1. 성형 시료와 CT 촬영 기기 246

그림 2. 반응실험 전(좌)과 후(우)의 SEM 이미지 247

그림 3. 반응 실험 전/후 XRD 결과 247

그림 4. 반응실험 동안 pH, 알칼리도, 양이온 농도 변화 248

그림 5. 탄산염 광물의 포화 지수 계산 결과 249

그림 6. 고해상도 CT 측정 결과 250

4. CO₂ 농도가 현무암-물-미생물 반응에 미치는 영향 예비 연구 253

그림 1. 반응실험 준비(위)와 실험 후(아래) 사진 253

그림 2. 미생물 분석을 위한 시료 처리와 분석 과정 254

그림 3. CO₂ 부분압에 따른 pH와 이온농도 255

그림 4. CO₂ 부분압에 따른 황산염과 유기산의 농도 변화 256

그림 5. 반응 시간에 따른 미생물 종의 변화 256

그림 6. CO₂ 0 psi 시료의 class 수준 군집 변화 257

그림 7. CO₂ 0 psi 시료의 genus 수준 군집 변화 257

그림 8. CO₂ 0 psi 시료의 class 수준 군집 변화 258

그림 9. CO₂ 0 psi 시료의 genus 수준 군집 변화 258

그림 10. CO₂ 20 psi 시료의 class 수준 군집 변화 259

그림 11. CO₂ 20 psi 시료의 genus 수준 군집 변화 259

그림 12. CO₂ 0 psi 시료의 반응 후 관찰되는 FeS 침전물(좌)과 이온 성분 피크(우) 260

그림 13. CO₂ 3 psi 시료의 반응 후 관찰되는 FeS 침전물(좌)과 이온 성분 피크(우) 260

그림 14. CO₂ 0 psi 시료(좌)와 3 psi 시료에서 관찰되는 미생물 사체(우) 261

5. CO₂ 급속 탄산화 제어 인자 도출 지구화학 모델링 265

그림 1. 동일 온도 조건(25 ℃)에서 CO₂ 압력에 따른 pH 변화(좌), 동일 압력조건(10 bar) 에서 온도에 따른 pH 변화(우) 265

그림 2. 25℃-10bar 조건에서 2차 생성 Carbonates(상(좌)), Zeolites(상(우)), Clay minerals (하(좌)). 각 광물 그룹별 생성 농도의 합(하(우)) 266

그림 3. 25℃-100bar 조건에서 2차 생성 Carbonates(좌), Clay minerals(중). 각 광물 그룹별생성 농도의 합(우) 267

그림 4. 80℃-10bar 조건에서 2차 생성 Carbonates(상(좌)), Zeolites(상(우)), Clay minerals (하(좌)). 각 광물 그룹별 생성 농도의 합(하(우)) 267

그림 5. 80℃-100bar 조건에서 2차 생성 Carbonates(상(좌)), Zeolites(상(우)), Clay minerals (하(좌)). 각 광물 그룹별 생성 농도의 합(하(우)) 268

6. 다차원 전산모사를 이용한 CO₂ 탄산화 제어인자 연구 271

그림 1. 현무암내 구성광물(Eggleton et al., 1987; Oelkers et al., 2008) 271

그림 2. (a) Olivine 구조 및 BFDH 계산 결과, (b) termination에 따른 세 가지 종류의 (010)표면, (c) termination에 따른 두 가지 종류의 (100)표면, (d) termination에 따른... 272

그림 3. 2가지 종류의 탄산화 메커니즘 (Longo et al., 2015) 273

그림 4. 물 환경에서의 금속 이온 추출 메커니즘. (a) 반응 단계별 최적화된 분자 구조. (b) 반응 단계별 상대 에너지. 붉은색, 초록색, 금색, 흰색 공은 각각 산소... 273

그림 5. 제어인자에 따른 water dissociation 단계의 에너지 변화. (a) water dissociation 단계 반응 메커니즘. (b) 온도에 따른 반응 메커니즘 변화. (c) 첨가 광물의 종류... 274

그림 6. 온도에 따른 Mg-O bond dissociation 단계의 에너지 변화 (a) Mg-O bond dissociation 단계 반응 메커니즘 (b) 온도 별 반응 에너지 변화. (a)의 원자색은 그림 3과... 275

그림 7. 첨가광물의 종류에 따른 Mg-O bond dissociation 단계의 에너지 변화 (a) 첨가 광물 치환 장소 (b) 첨가광물의 종류 및 농도 별 반응 에너지 변화. 표면에 치환된... 275

그림 8. PNC 형성 용액 모델의 모식도 및 MD 시뮬레이션 시스템. PNC 형성 용액 모델 (좌)에서 가시성을 위해 물 분자를 생략하여 나타냈으며(우), 붉은색, 초록색... 276

그림 9. MgCO₃ 용액 내 CO₃²-과 HCO₃-의 비에 따른 pH 값을 구하기 위한 식(CO₃²-의 pKa = 10.33) 및 pH 값을 나타내는 표. 그래프는 CO₃²-과 HCO₃-의 비에... 277

그림 10. (a) 심부조건 하에서 MgCO₃ 용액으로부터 형성되는 PNC의 시간에 따른 구조. 물 분자는 가시성을 위해 생략하였으며, 붉은색, 초록색, 회색 공은 각각... 278

그림 11. 온도에 따른 PNC 형성 시뮬레이션 결과. (a) 40 ns 동안의 MD 시뮬레이션을 통해 계산된 MgCO₃의 용액 내 분포. 가시성을 위해 물 분자는 생략하였으며... 279

그림 12. 압력에 따른 PNC 형성 시뮬레이션 결과. (a) 40 ns 동안의 MD 시뮬레이션을 통해 계산된 MgCO₃의 용액 내 분포. 가시성을 위해 물 분자는 생략하였으며... 280

그림 13. pH에 따른 PNC 형성 시뮬레이션 결과. (a) 40 ns 동안의 MD 시뮬레이션을 통해 계산된 MgCO₃의 용액 내 분포. 가시성을 위해 물 분자는 생략하였으며... 281

그림 14. (a) 각각 10% 및 20% 농도의 Ca²+ 첨가광물을 포함한 MgCO₃ 용액 내에서 40 ns 동안 형성되는 PNC 구조와 PNC의 확대구조. 주황색 공은 Ca²+을 나타냄... 282

그림 15. (a) 각각 10% 및 20% 농도의 Fe²+ 첨가광물을 포함한 MgCO₃ 용액 내에서 40 ns 동안 형성되는 PNC 구조와 PNC의 확대구조. 푸른색 공은 Fe²+을 의미함... 283