해저 화산을 CO2 저장소로?
- 지구환경 / 문광주 기자 / 2023-05-31 14:35:47
3'20" 읽기
- 사화산의 현무암은 온실가스를 '석화'할 수 있다.
- 현무암의 CO2 결합은 아이슬란드의 파일럿 플랜트에서 수년 동안 성공적으로 테스트
- CO2가 광물에 더 빨리 통합될수록 모든 것이 더 안전해져진다.
- 단단히 묶여 있으면 영구적으로 유지돼
CO2로 무엇을 할 것인가? 이것은 앞으로 수십 년 동안 중요한 질문이 될 것이다. 기후 변화를 멈추기 위해서는 온실가스를 점점 더 걸러내고 배기가스나 공기로부터 분리해야 하기 때문이다. 그러나 CO2 포집을 통해 포획된 온실가스를 영구적으로 회수하려면 추가 처리 또는 영구 저장이 필요하다. 그러나 현재 몇 가지 CCU(Carbon Capture and Utilization) 방법만이 충분히 실현가능하고 효율적인 것으로 간주된다.
CO2 흡수제로서의 화산 현무암
CO2의 유망한 저장 방법은 온실가스의 "석화"이다. CO2는 자연적으로 발생하거나 인위적으로 생성된 고체 및 암석의 특정 광물에 결합되어 있다. 공극 공간에서 가스를 흡수한 다음 가스와 반응하여 방해석, 백운석 및 마그네사이트와 같은 탄산염을 형성할 수 있는 화산 현무암이 특히 유망한 것으로 간주된다. 현무암의 CO2 결합은 아이슬란드의 파일럿 플랜트에서 수년 동안 성공적으로 테스트되었다.
이제 뉴 리스본(New Lisbon) 대학의 리카르도 페레이라(Ricardo Pereira)와 그의 동료 다비드 감보아(Davide Gamboa)는 CO2의 소위 현장 광물화에 대한 또 다른 가능성을 제안했다. 즉, 사화산을 CO2 저장소로 사용하는 것이다. 이들은 퇴적암이나 다른 암석층에 저장하는 것보다 몇 가지 이점을 제공한다고 연구원들은 설명했다.
해저 화산은 유리한 조건을 제공한다.
한편, 해저 화산의 현무암에는 특히 많은 양의 칼슘, 마그네슘 및 철이 포함되어 있으며 따라서 탄산염으로의 CO2 반응을 촉진하는 요소가 있다. 이는 탄산염으로 전환되는 시간을 단축하는 데 도움이 된다. "미네랄 탄산화에 대한 정말 흥미로운 점은 시간 요소다"며 “CO2가 광물에 더 빨리 통합될수록 모든 것이 더 안전해진다. 단단히 묶여 있으면 영구적으로 유지된다”고 감보아는 설명했다.
반면에 해저 화산의 구조는 CO2를 더 쉽게 유입하고 안전하게 저장할 수 있도록 한다. 온실 가스는 배출구를 통해 화산 내부로 펌핑될 수 있다. 이것은 CO2의 광물화에 필요한 다공성 화산 현무암이 발견되는 곳이다. 바깥쪽에는 투과성이 낮은 암석과 침전물층이 일반적으로 화산 내부를 밀봉해 아직 묶이지 않은 가스가 빠져 나가는 것을 방지한다. 이것이 아이디어다.
시험 사례로 포르투갈 해상 화산
페레이라와 감보아는 사화산인 폰타넬라스(Fontanelas)라는 특정 사례를 사용해 모든 것이 실제로 작동할 수 있는지 조사했다. 이곳은 포르투갈 해안에서 약 100km 떨어진 리스본과 비슷한 수준이며 정상은 해발 약 1,500m 아래에 있다. 지진 조사와 암석 샘플의 도움으로 연구원들은 화산의 내부 구조, 현무암층의 다공성 및 암석 구성을 결정했다.
결과:
이 근해 화산의 현무암은 CO2 결합에 매우 적합하며 최대 40%의 기공 공간을 가지고 있다. 따라서 많은 양의 이산화탄소를 흡수하여 점차 광물화할 수 있다. 화산에서 채취한 샘플은 화산 현무암의 탄화 작용이 미미하지만 이미 그곳에서 일어나고 있음을 보여주었다. 연구원들에 따르면 이는 추가적으로 도입된 CO2의 광물화도 성공적일 것이라는 지표다. 화산의 측면은 또한 Pereira와 Gamboa가 발견한 것처럼 펌핑된 CO2의 제어되지 않은 가스 배출을 방지할 수 있을 만큼 충분히 밀도가 높다.
하나의 화산에서 포르투갈 산업이 배출한 양
그러한 해저 화산에 저장할 수 있는 CO2의 양은 상당할 것이다. 탄산염 광물"이라고 팀을 꾸렸다. 이 양의 CO2는 24년에서 125년 동안 포르투갈의 총 산업 CO2 배출량에 해당한다.
그러한 해저 화산에 저장할 수 있는 CO2의 양은 상당할 것이다. "화산과 그 내부 구조에 대한 우리의 분석은 이 하나의 분출구가 새로운 탄산염 광물의 형태로 1.2~8.6기가톤의 CO2를 저장할 수 있는 잠재력을 갖고 있다"라고 팀은 말했다. 이 양의 CO2는 24년에서 125년 동안 포르투갈의 총 산업 CO2 배출량에 해당한다.
두 지질학자에 따르면 그들의 결과는 이 멸종된 해저 화산과 아마도 다른 많은 화산이 탄소 포집 및 저장(CCS)에 적합하다는 것을 시사한다. "우리는 포르투갈을 포함한 대부분 국가가 경제를 탈탄소화할 방법을 찾고 있다는 것을 알고 있다"고 Pereira는 말한다. "우리의 메시지는 그러한 해상 화산이 문제를 해결하는 도구 중 하나가 될 수 있다는 것이다.“
(Geology, 2023; doi:10.1130/G50965.1)
출처: Geological Society of America / 미국지질학회
- 사화산의 현무암은 온실가스를 '석화'할 수 있다.
- 현무암의 CO2 결합은 아이슬란드의 파일럿 플랜트에서 수년 동안 성공적으로 테스트
- CO2가 광물에 더 빨리 통합될수록 모든 것이 더 안전해져진다.
- 단단히 묶여 있으면 영구적으로 유지돼
해저 화산을 CO2 저장소로?
사화산의 현무암은 온실가스를 '석화'할 수 있다.
해저 CO2 흡수기:
해저에 있는 사화산(死火山)은 이산화탄소 저장 시설 역할을 할 수 있으며, 말 그대로 기후 가스를 석화시킬 수 있다. 따라서 포르투갈 연안에 있는 근해 화산 폰타넬라스(Fontanelas)만 해도 최대 8.6기가톤의 CO2를 안전하게 흡수해 탄산암으로 변환할 수 있다. 이 양은 수십 년 동안 포르투갈의 산업 온실가스 배출량에 해당한다. 지질학 저널의 팀에 따르면 다른 사화산도 적절한 조건을 제공할 수 있다.
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| ▲ 이 두 해저 사화산은 CO2 흡수원 역할을 할 수 있다. 현무암이 탄산염 형태로 온실 가스를 영구적으로 결합하기 때문이다. © NOAA Vents Program |
CO2로 무엇을 할 것인가? 이것은 앞으로 수십 년 동안 중요한 질문이 될 것이다. 기후 변화를 멈추기 위해서는 온실가스를 점점 더 걸러내고 배기가스나 공기로부터 분리해야 하기 때문이다. 그러나 CO2 포집을 통해 포획된 온실가스를 영구적으로 회수하려면 추가 처리 또는 영구 저장이 필요하다. 그러나 현재 몇 가지 CCU(Carbon Capture and Utilization) 방법만이 충분히 실현가능하고 효율적인 것으로 간주된다.
CO2 흡수제로서의 화산 현무암
CO2의 유망한 저장 방법은 온실가스의 "석화"이다. CO2는 자연적으로 발생하거나 인위적으로 생성된 고체 및 암석의 특정 광물에 결합되어 있다. 공극 공간에서 가스를 흡수한 다음 가스와 반응하여 방해석, 백운석 및 마그네사이트와 같은 탄산염을 형성할 수 있는 화산 현무암이 특히 유망한 것으로 간주된다. 현무암의 CO2 결합은 아이슬란드의 파일럿 플랜트에서 수년 동안 성공적으로 테스트되었다.
이제 뉴 리스본(New Lisbon) 대학의 리카르도 페레이라(Ricardo Pereira)와 그의 동료 다비드 감보아(Davide Gamboa)는 CO2의 소위 현장 광물화에 대한 또 다른 가능성을 제안했다. 즉, 사화산을 CO2 저장소로 사용하는 것이다. 이들은 퇴적암이나 다른 암석층에 저장하는 것보다 몇 가지 이점을 제공한다고 연구원들은 설명했다.
해저 화산은 유리한 조건을 제공한다.
한편, 해저 화산의 현무암에는 특히 많은 양의 칼슘, 마그네슘 및 철이 포함되어 있으며 따라서 탄산염으로의 CO2 반응을 촉진하는 요소가 있다. 이는 탄산염으로 전환되는 시간을 단축하는 데 도움이 된다. "미네랄 탄산화에 대한 정말 흥미로운 점은 시간 요소다"며 “CO2가 광물에 더 빨리 통합될수록 모든 것이 더 안전해진다. 단단히 묶여 있으면 영구적으로 유지된다”고 감보아는 설명했다.
반면에 해저 화산의 구조는 CO2를 더 쉽게 유입하고 안전하게 저장할 수 있도록 한다. 온실 가스는 배출구를 통해 화산 내부로 펌핑될 수 있다. 이것은 CO2의 광물화에 필요한 다공성 화산 현무암이 발견되는 곳이다. 바깥쪽에는 투과성이 낮은 암석과 침전물층이 일반적으로 화산 내부를 밀봉해 아직 묶이지 않은 가스가 빠져 나가는 것을 방지한다. 이것이 아이디어다.
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| ▲ Fontanelas 화산의 단면과 CO2 저장에 중요한 기능. © Pereira and Gamboa, 2023/ CC-by-nc 4.0 |
시험 사례로 포르투갈 해상 화산
페레이라와 감보아는 사화산인 폰타넬라스(Fontanelas)라는 특정 사례를 사용해 모든 것이 실제로 작동할 수 있는지 조사했다. 이곳은 포르투갈 해안에서 약 100km 떨어진 리스본과 비슷한 수준이며 정상은 해발 약 1,500m 아래에 있다. 지진 조사와 암석 샘플의 도움으로 연구원들은 화산의 내부 구조, 현무암층의 다공성 및 암석 구성을 결정했다.
결과:
이 근해 화산의 현무암은 CO2 결합에 매우 적합하며 최대 40%의 기공 공간을 가지고 있다. 따라서 많은 양의 이산화탄소를 흡수하여 점차 광물화할 수 있다. 화산에서 채취한 샘플은 화산 현무암의 탄화 작용이 미미하지만 이미 그곳에서 일어나고 있음을 보여주었다. 연구원들에 따르면 이는 추가적으로 도입된 CO2의 광물화도 성공적일 것이라는 지표다. 화산의 측면은 또한 Pereira와 Gamboa가 발견한 것처럼 펌핑된 CO2의 제어되지 않은 가스 배출을 방지할 수 있을 만큼 충분히 밀도가 높다.
하나의 화산에서 포르투갈 산업이 배출한 양
그러한 해저 화산에 저장할 수 있는 CO2의 양은 상당할 것이다. 탄산염 광물"이라고 팀을 꾸렸다. 이 양의 CO2는 24년에서 125년 동안 포르투갈의 총 산업 CO2 배출량에 해당한다.
그러한 해저 화산에 저장할 수 있는 CO2의 양은 상당할 것이다. "화산과 그 내부 구조에 대한 우리의 분석은 이 하나의 분출구가 새로운 탄산염 광물의 형태로 1.2~8.6기가톤의 CO2를 저장할 수 있는 잠재력을 갖고 있다"라고 팀은 말했다. 이 양의 CO2는 24년에서 125년 동안 포르투갈의 총 산업 CO2 배출량에 해당한다.
두 지질학자에 따르면 그들의 결과는 이 멸종된 해저 화산과 아마도 다른 많은 화산이 탄소 포집 및 저장(CCS)에 적합하다는 것을 시사한다. "우리는 포르투갈을 포함한 대부분 국가가 경제를 탈탄소화할 방법을 찾고 있다는 것을 알고 있다"고 Pereira는 말한다. "우리의 메시지는 그러한 해상 화산이 문제를 해결하는 도구 중 하나가 될 수 있다는 것이다.“
(Geology, 2023; doi:10.1130/G50965.1)
출처: Geological Society of America / 미국지질학회
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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