사용자:Sirius alpa/연습장

격리

${\ce {CO2}}$의 영구적인 보관을 위하여 다양한 형태가 고안되었다. 이러한 형태에는 다양한 심층 지질 구조에 가스 저장과 (식염수 형태와 소모된 가스 공간 포함) 안정적인 탄산염 형성을 위한 금속 산화물과의 ${\ce {CO2}}$ 반응을 이용한 고체 저장이 포함된다. 과거에는 ${\ce {CO2}}$를 바다에 저장할 수 있다고 제안되었지만, 이는 해양의 산성화를 악화시킬 것이며 런던 협약 및 OSPAR 협약에 따라 불법이 되었다. 해양 저장은 더 이상 실행 가능하지 않은 것으로 간주된다.

지질 저장

지질 격리라고도 하는 이 방법은, 일반적으로 초임계 형태의 이산화탄소를 지하 지질에 직접 주입하는 방법이다. 유전, 가스전, 식염수 지층, 채광할 수 없는 석탄층, 식염수로 채워진 현무암 지층이 저장 장소로 제안되었다. 다양한 물리적 특징(예:불침투성 덮개암) 및 지구-화학적 포획 메커니즘은 표면으로의 ${\ce {CO2}}$ 노출을 막는다.

${\ce {CO2}}$가 석탄의 표면에 붙기 때문에 채굴할 수 없는 탄층을 사용하여 ${\ce {CO2}}$를 저장할 수 있다. 그러나 기술의 가능성은 석탄층의 투과성에 달려있다. 과정에서 석탄은 이전에 흡수한 메탄을 방출하고 메탄을 회수할 수 있다.(enhanced coal bed methane recovery) 메탄 판매는 ${\ce {CO2}}$저장 비용의 일부를 상쇄하는데 사용될 수 있다. 그러나 생산된 메탄을 태우면 ${\ce {CO2}}$격리의 이점이 일부 무효화된다.

식염수 형태는 고도로 광물화된 염수가 포함되어 있으며 지금까지 인간에게 유익하지 않은 것으로 간주되어 왔다. 식염수 대수층은 몇 가지 화학 폐기물 저장에 사용되었다. 식염수 대수층의 주요한 이점은 잠재적 저장 부피가 크고 자연적으로 발생한다는 점이다. 식염수 대수층의 주요한 단점은 특히 유전에 비하여 알려진 것이 거의 없다는 것이다. 수용 가능한 양을 알아내기 위한 지구-물리학적 조사가 제안되어 있어 대수층 구조에 대한 불확실성이 크다. 유전이나 석탄층 저장과 달리 어떠한 부산물도 저장 비용을 상쇄하지 않는다. 구조적 트래핑, 잔류 트래핑, 용해도 트래핑 및 미네랄 트래핑과 같은 트래핑 메커니즘은 ${\ce {CO2}}$를 지하에 고정시키고 누출 위험을 감소시킨다.

이산화탄소 분해 조류 및 박테리아

지구-화학적 주입의 대안은 이산화탄소 분해 능력을 갖춘 조류나 박테리아가 있는 용기에 이산화탄소를 저장하는 것이다. 이론적 이산화탄소 저장 용기 안에 이산화탄소 대사 박테리아인 Clostridium thermocellum을 이용하는 것이 이상적일 것이다. 이 박테리아를 이용하면 이론적 이산화탄소 저장 용기의 과압을 방지할 수 있다.

광물 저장

이 과정에서, ${\ce {CO2}}$는 이용 가능한 산화물과 발열반응을 일으켜 안정적인 탄산염(예:방해석, 마그네사이트)을 생성한다. 이 과정은 수년에 걸쳐서 자연적으로 발생하며 많은 양의 표면 석회암을 생성한다. 감람석을 사용하는 아이디어는 지구-화학자 Olaf Schuiling에 의하여 추진되었다. 반응 속도는 촉매를 사용하거나 높은 온도 및 압력에서 반응하거나 미네랄 전처리를 통하여 빠르게 할 수 있지만, 이 방법은 추가적인 에너지가 필요할 수 있다. IPCC는 광물 저장을 이용하는 CCS발전소는 CCS를 사용하지 않는 발전소보다 60-180%의 에너지가 더 필요하다고 추정한다.

규모에 따른 광물 탄화의 경제성은 호주, Newcastle에 있는 세계 최초의 Pilot plant 프로젝트에서 시험되고 있다. 광물 활성과 반응을 위한 기술은 GreenMag 그룹과 Newcastle 대학교에서 개발되었으며, 호주 정부 및 New South Wales의 자금 지원으로 2013년까지 운영된다.

2009년, 과학자들은 미국에서 미국의 500년 분량의 이산화탄소를 저장하는데 사용할 수 있는 6000평방 마일(16,000$km^{2}$)의 암석을 지도화 하였다고 보고했다. 미국의 광물 저장에 관한 연구:

자연적으로 발생하는 Mg와 Ca 함유 광물질을 ${\ce {CO2}}$와 반응시켜 탄산염을 형성하는 탄소 격리는 많은 고유의 이점이 있다. 가장 주목할만한 점은 탄산염의 에너지 상태가 ${\ce {CO2}}$보다 낮다는 것이다. 이것이 광물의 탄산화가 열역학적으로 유리하고 자연적으로 발생하는 이유이다(예:지질학적 기간 동안의 암석 풍화). 둘째로, 마그네슘 기반 광물과 같은 원료가 풍부하다. 마지막으로 생성된 탄산염은 의심할 여지없이 안정적이므로 ${\ce {CO2}}$가 대기중으로 재방출되는 것은 전혀 문제가 되지 않는다. 그러나 기존의 탄산화 방식은 주변 온도와 압력에서 느리다. 이러한 노력으로 해결되는 중요한 과제는 광물 저장이 수용 가능한 경제성으로 가능하도록 산업과 환경적으로 실현 가능한 탄산화 방식을 찾는 것이다.

다음 표는 지각의 주요 금속 산화물을 나열한 표이다. 이론적으로 이 광물들 질량의 22퍼센트가 탄산염을 형성할 수 있다.

Earthen oxide	Percent of crust	Carbonate	Enthalpy change (kJ/mol)
SiO2	59.71
Al2O3	15.41
CaO	4.90	CaCO3	−179
MgO	4.36	MgCO3	−118
Na2O	3.55	Na2CO3	−322
FeO	3.52	FeCO3	−85
K2O	2.80	K2CO3	−393.5
Fe2O3	2.63	FeCO3	112
	21.76	All carbonates

Ultramafic 광미는 광산산업에서 온실 가스를 줄이기 위한 인공 탄소 흡수원 역활을 할 수 있는 미세입자 금속 산화물의 공급원이다. 미네랄 탄산화를 통한 수동적 ${\ce {CO2}}$ 격리 가속화는 미네랄 용해 및 탄산염 침전을 향상시키는 미생물 공정을 통하여 이룰 수 있다.

에너지 요건

탄소 저장을 열 발전에 사용할 경우 전기 비용에 $0.18/kWh를 추가되며 재생에너지에 비하여 수익성 및 경쟁 우위에 도달하지 못하게 한다.

CCS 프로젝트 예시

2017년 9월 국제 CCS 학회는 국제 CCS 상태 보고서에서 37개의 대규모 CCS 시설을 확인하였다. 이는 2016년 CCS 보고서 이후로 한개가 감소한 것이다. 이 프로젝트 중 21개가 운영 중이거나 건설 중이며 연간 3천만 톤 이상의 ${\ce {CO2}}$를 포획하고 있다. 최신 정보는 국제 CCS 학회 웹사이트에서 Large Scale CCS facilities를 참조하면 된다. EU 프로젝트에 대한 정보는 Zero Emissions Platform 웹사이트를 참조하면 된다.

국가별

알제리

In Salah CO₂ injection

인살라에는 ${\ce {CO2}}$ 주입으로 운영되는 육상 가스전이 있었다. ${\ce {CO2}}$는 생성된 가스와 완전히 분리되어 1900m 깊이의 Krechba 지질 지층에 다시 주입되었다. 2004년 이래로, 약 3.8Mt의 ${\ce {CO2}}$가 천연가스 추출 과정에서 포집되어 저장되었다. 봉인의 무결성, 모암(caprock)으로의 균열 및 누출, 크레차바층 탄화수소 외부로의 ${\ce {CO2}}$ 이동에 대한 우려로 2011년 6월 주입이 중단되었다. 이 프로젝트는 MMV(Monitoring, Modeling, and Verification) 방식을 선구적으로 사용한 것으로 유명하다.