탄소 포집 – 해양 심층이 실현 가능한 해결책일까?

이산화탄소(CO2)는 중요한 그리고 가장 흔히 배출되는 온실가스로, 대기 중 열을 가두는 데 도움을 줍니다.이 열을 가두는 가스는 인간과 자연 활동 모두에서 발생합니다. 

자연적인 원천에는 화산 폭발과 동물들이 이산화탄소를 폐기물로 배출하는 과정이 포함됩니다. 한편, 인간 활동으로 인한 CO2 배출에는 산불과 천연 가스, 석유, 석탄과 같은 화석 연료를 추출하고 연소하는 에너지 생산이 포함됩니다. 인간이 배출한 CO2의 약 45%가 실제로 대기 중에 남아 있어 지구 온난화에 크게 기여합니다. 

이산화탄소가 없으면 지구는 매우 추워져 인간이 살 수 없게 됩니다. 그렇지만, 대기 중 이 가스의 농도가 증가함에 따라 현재 평균 지구 온도가 상승하고 있습니다.

2019년에 2019년, 미국만이 에너지 관련 CO2 5,130백만 톤을 배출했습니다 전 세계 배출량은는 33,621.5백만 톤, 미국 에너지 정보청 추정에 따르면.

그 결과, 대기 중 이산화탄소를 포집하고 저장하는 탄소 격리 기술에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이 접근법은 대기 중 CO2 농도를 낮추고 전 세계 기후 변화를 완화하는 것을 목표로 합니다.

이 목표를 지원하기 위한 노력에는 청정 에너지 시스템으로 전환하고 교통 및 건설과 같은 고배출 부문을 탈탄소화하는 것이 포함됩니다. 이러한 이니셔티브 중에서 탄소 격리는 특히 자연 환경과 협력하여 기후 변화를 해결하는 방법으로 돋보입니다.

탄소 격리는 지구 대기에서 탄소를 제거하는 핵심 방법이며, 주로 CO2의 영구 저장에 초점을 맞춥니다. 이 과정은 두 가지 방식으로 이루어질 수 있습니다: 생물학적 및 지질학적.

Geological carbon sequestration involves storing CO2 in underground formations. 미국 지질조사국(USGS)의 2013년 전국 지질 탄소 격리 평가에 따르면, 예상 평균 저장 잠재량은 예상 평균 저장 잠재량은3,000 메트릭 기가톤의 이산화탄소. 이에 따라 조직의 평가에 따르면, 텍사스에서 조지아까지의 해안 분지를 포함한 코스탈 플레인 지역이 CO2 저장 잠재력이 가장 높습니다.

그 방법 중 하나는 실시되는는 그래핀 생산을 통해 이루어지며, 이는 CO2를 원료로 필요로 합니다. 그래핀은 가볍고 유연하며 매우 높은 저항성을 가지고 있어 건설, 에너지, 전자 및 보건 분야에 유용합니다.

그 다음으로는 공기 중 CO2를 포집하여 형태를 바꾸어 새로운 화합물을 만드는 엔지니어링 분자들이 있습니다. 한편 탄소 포집 및 저장(CCS)은 산업 활동에서 발생한 CO2를 포집하고 압축하여 깊은 지하 시설로 운송한 뒤, 최종적으로 암석층에 주입해 영구 저장하는 과정을 포함합니다. 

이산화탄소를 지하 저장소에 주입하면 석유 생산을 촉진하는 이점이 있습니다. 그러나 이 방법에도 단점이 있습니다. 이산화탄소 이동 및 누출, 지하수 오염, 주입과 관련된 지진 위험 등이 발생할 수 있습니다. 또한 세계 여러 지역에는 저장소 주입에 적합한 지질 구조가 부족합니다.

생물학적 탄소 격리는 ‘간접’ 또는 수동형 격리라고 불립니다. 이 방법에서는 CO2가 저장됩니다 토양, 숲, 초원, 해양 및 기타 수역과 같은 ‘탄소 싱크’라 불리는 자연 환경에 저장됩니다. 

숲은 실제로 자연 탄소 격리의 가장 좋은 형태 중 하나로 간주됩니다. 결국, 숲은 평균적으로 배출하는 탄소의 두 배를 저장합니다. 광합성 과정에서 CO2는 식물에 결합하고 산소와 교환됩니다. 추정에 따르면 전 세계 CO2 배출량의 1/4 정도가 숲과 함께 초원, 들판, 대초원 등 다른 식생 형태에 격리됩니다.

이제 토양에 대해 말하자면: CO2는 탄산염 형태로 포집되어 저장되며, 칼슘과 같은 원소와 결합하면서 수천 년에 걸쳐 축적됩니다. 비록 CO2가 결국 지구에서 방출되지만, 이 과정은 수천 년이 걸립니다.

수역, 특히 대형 수역에서는 대기 중 CO2 제거량의 1/4을 차지합니다. 주로 해양의 상층부가 탄소를 저장하지만, 과도한 양은 물의 산성화를 초래하고 생물 다양성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

점점 늘어나는 초점은 현재 탄소 격리를 대규모로 실현할 수 있는 기술 개발에 있습니다.

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탄소 격리의 초고속 방법

텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스 연구원들은 대기에서 포집된 탄소를 저장하는 새로운 초고속 방법을 발견했습니다그 탄소를 대기에서 포집한 것입니다. 기존 방법보다 빠를 뿐만 아니라 기존 방법에서 사용되는 유해 화학 촉진제나 기계적 교반 없이도 가능합니다.

ACS Sustainable Chemistry & Engineering에 발표된 이 새로운 연구는 이산화탄소 수화물의 초고속 형성 기술을 개발했습니다.이러한 재료는 독특하고 얼음과 같은 특성을 가지고 있어 해양에 CO2를 매몰하고그들의 대기 중 방출을 방지합니다. ​

“우리는 거대한 도전에 직면해 있습니다 — 대기 중에서 수기가톤 규모의 탄소를 안전하게 제거하는 방법을 안전하게 제거하는 방법 — 그리고 수화물이 탄소 저장을 위한 보편적인 해결책을 제공합니다. 수화물이 탄소 저장의 주요 부분이 되려면, 우리는 이 기술을 빠르고 대규모로 성장시킬 필요가 있습니다.” 

– Vaibhav Bahadur, Walker 기계공학부 교수

연구에 따르면 수화물은 빠르게 성장할 수 있으며 또한 어떠한 화학 물질도 사용하지 않고도 탄소 포집의 환경적 이점을 무효화하는 화학 물질을 사용하지 않습니다. 또한 팀은 이를 대규모 탄소 저장을 위한 매우 효과적인 방법으로 보고 있습니다.기가스케일 탄소 저장.그리고 만약 몇몇 문제점과 이슈가 해결된다면, 수화물은 탄소를 포집하고 저장하는 선호되는 방법이 될 수 있습니다.

팀은 탄소를 포집하기 위해 이러한 수화물을 만드는 것이 단지 느린 과정일 뿐만 아니라 에너지 집약적이라는 점을 언급했습니다, 이는 지금까지 이것이 대규모 탄소 저장의 일반적인 방법이 되는 것을 방해해 왔습니다, 하지만 이제는 달라졌습니다.

새로운 연구에서 연구원들은 최대 6배 수화물 형성 속도 증가를 달성했습니다 기존 방법에 비해. 이 과정의 빠른 속도는와 함께 화학 물질이 없다는 점이을 가능하게 합니다 수화물을 대규모 탄소 저장에 적합하게 합니다.

하지만 무엇이 실제로 화학 물질의 필요성을 없애는지, 이는 향상된 흡수를 가능하게 하고, 에너지 효율성을, 비용 효율성을 제공하는 것이 마그네슘이며, 이는 연구의 ‘비밀 소스’였습니다.

마그네슘(Mg)은 낮은 밀도와 낮은 녹는점, 높은 화학 반응성을 가진 반짝이는 회색 금속으로, 다른 원소와 자연적으로 결합하여 존재합니다. 이 금속은 화학 물질의 필요성을 없애는 트리거 역할을 합니다. 마그네슘을 추가함으로써 지원됩니다 특정 반응기 구성에서 고유량으로 이산화탄소를 기포화함으로써. 여기서 반응기 압력이 격리 속도의 주요 요인입니다.

따라서 마그네슘이 존재하는 상황에서 지속적인 가스 유입 및 유출의 고유량에 기반한 CO2 격리 속도 향상은 순 가스 소비에 의해 이루어집니다. 이 방법은 가스‑물‑수화물 인터페이스를 지속적으로 재생함으로써 성장 속도를 높입니다.

이 기술을 구현하기 쉬운 이유는 해수와도 잘 작동한다는 점이며, 이는 담수를 만들기 위해 복잡한 담수화 과정을 필요로 하지 않음을 의미합니다. 염수를 사용한 거품의 빠른 형성은 기술의 경제적 성과를 크게 향상시킬 것이라고 팀은 말합니다. 연구를 이끈 바하두르에 따르면:

“수화물은 해저가 안정된 열역학적 조건을 제공하여 분해로부터 보호하기 때문에 매력적인 탄소 저장 옵션입니다.” 

이러한 방식으로 탄소 저장은 본질적으로 해안이 있는 모든 국가에서 사용할 준비가 되어 있습니다. 따라서 이 탄소 저장 방법을 “전 세계적으로 더 접근 가능하고 실현 가능하게 만들며, 지속 가능한 미래 달성에 한 걸음 더 다가가게 합니다,” 라고 그는 덧붙였습니다.

연구원들에 따르면, 이 거품은 CO2를 운송하고 격리하는 새로운 접근 방식을 가능하게 할 것입니다. 그러나 이 발전의 의미는 탄소 격리뿐만 아니라 더 넓은 분야에 걸쳐 있습니다.​수화물의 초고속 형성은 가스 분리 분야에도 적용될 수 있습니다및 저장 및 담수화에 활용될 수 있습니다.

이러한 방식으로 새로운 기술은 다양한 산업에 다목적 솔루션을 제공합니다. 따라서, 연구원들은 이 기술과 관련된 두 개의 특허를 출원했으며, 또한 이를 상용화하기 위한 스타트업 설립도 고려하고 있습니다.

모든 이니셔티브가 성공하는 것은 아니다 

환경 탈탄소화의 중요성을 감안할 때, 과학자와 세계 지도자들은 기후 목표 달성을 위해 다양한 방법과 새로운 기술을 탐구하고 있습니다. 

지난 해, 과학자들은 발견했습니다 시칠리아 근처 화산 섬 해안에서 CO2를 “놀라울 정도로 빠르게” 섭취하는 미생물을. 이 미생물은 2022년 9월에 처음 발견되었으며, “광합성을 통해 CO2를 소비하는 데 매우 효율적”이며, 알려진 다른 남조류보다 빠릅니다. 과학자들은 미생물 과정이 기술적 개입보다 자본 효율성이 훨씬 높다고 밝혔으며그리고 또한 “본질적으로 확장 가능”하며 “개방형 연못부터 바이오리액터까지 다양한 환경에 배치될 수 있다”고 말했습니다.

몇 달 전, 미국 국립표준기술연구소(NIST) 과학자들은 보고했습니다 공기 중 탄소를 포집하고 제거하는 데 사용되는 물질(흡착제)의 성능을 측정하기 위한 고정밀 테스트 장비를 개발하고 있습니다. 이 장치는 NIST가 직접 공기 포집(DAC) 산업을 위한 연구 등급 테스트 물질(RGTM) 흡착제를 만들 수 있게 해줍니다. 이는 기업들이 흡착제를 테스트하고 규모를 확대하기 전에 효능을 검증할 수 있게 합니다.

이번 달에 호주 연구원들은 제안했습니다 태양 에너지를 이용해 광산 폐기물에서 탄소를 포집하고 저장하는 방안을. 현재 그들은 광물 탄산화를 통한 탄소 포집 및 저장 공정을 위해 사파이어 활성화를 위한 집중 태양열 사용에 대한 최초 평가와 분석을 진행하고 있습니다.

과학자들은 온실 가스를 직접 고체 연료로 전환하는 방법을 발견하고 있으며, 이는 사용될 수 있습니다 가정 난방이나 산업 전력에 활용됩니다. 예를 들어, MIT와 하버드 대학 연구원들은 개발했습니다 그리고 가스를 포집하고 전기화학적으로 분말로 전환하는 과정을 시연했습니다. 이 고체 포름산염은 실험실에서 연료 전지를 통해 전기를 생산하는 데 사용됩니다.

따라서 탄소 포집 및 저장에 대한 관심이 크게 증가했으며, 많은 연구와 자금이 투입되었습니다. 그러나 모든 이니셔티브가 성공한 것은 아닙니다. 그 대표적인 예가 미국 기반 기후 스타트업인 Running Tide입니다.

Running Tide의 탄소 제거 과정에서는 부유식 목재 부표 네트워크가 해조류의 “마이크로 포레스트”를 형성하여 “공기와 물에서 탄소를 흡수”하고 석회석을 “해수 표층의 산성 완화제로” 사용합니다. 해조류는그 후 절단되어 바다에 가라앉으며, 그곳에서 CO2를 흡수하고 수천 년 동안 깊이 매장됩니다.

회사 웹사이트에 따르면, 두 가지 경로를 통해 25,000톤의 탄소를 제거한 것으로 보고되었습니다:

• 해양 알칼리성 강화
• 바이오매스 침강

Running Tide는 또한 탄소 크레딧을 판매하는데, 이는 빠른 순환에서 제거된 1톤의 탄소를 나타냅니다. 약 1년 전, 이 스타트업은 개방 해양 프로젝트에서 최초의 탄소 제거 크레딧을 제공했으며, 해당 크레딧은 전자상거래 대기업 Shopify에 선판매되었습니다. 이후 Microsoft (MSFT ) 도 이 스타트업으로부터 탄소 크레딧을 구매했습니다.

6월에, 이 스타트업은 운영을 종료한다고 발표했습니다. Running Tide의 설립자이자 CEO인 Mark Odlin이 LinkedIn 게시물에서:

“안타깝게도, 오늘 우리는 필요한 긴급성을 가지고 작업을 지속할 적절한 자금을 확보하지 못했기 때문에 Running Tide의 전 세계 운영을 종료하는 절차를 시작합니다.”

게시물에 따르면, 탄소 시장은 자발적이며 “대규모 탄소 제거를 지원하는 데 필요한 수요대규모 탄소 제거”라고 덧붙이며, “우리의 무결성은 우리가 승리 조건을 달성했는지 여부에 따라 판단될 것이며, 그 외에는 아무것도 고려되지 않을 것입니다.”

그는 게시물에서 이 스타트업이 “개방 해양에서 가장 큰 성공적인 탄소 제거 프로젝트를 수행했으며,” 또한 “가장 낮은 비용, 가장 혹독한 환경, 최고 수준의 품질 기준을 만족시켰다”고 주장했습니다.

회사에 따르면, 일부19,000 톤의 목재 조각을 아이슬란드 연안 해역에 가라앉힌 것으로 보고되었습니다. 이 거대한 투기물은 “완전히 감독되지 않은” 상태였습니다,” 언급했습니다 아이슬란드 주간 신문, Heimildin, 이는 운영 감독이 부족함을 또한 지적했으며, 그리고 회사가 해저에 25,000톤의 탄소를 격리했다는 주장에 대한 검증이 없다는 점을 지적했습니다.

Running Tide의 폐쇄와 그 운영에 대한 의문은그 운영에 대해 보여줍니다 모든 노력과 연구가흥미를 불러일으키지만, 이니셔티브가 항상 실현되는 것은 아니며, 실제 변화를 이루기 위해서는 더 많은 정부 지원과 기술적 돌파구가 필요합니다. 변화.

#1. ExxonMobil (XOM)

해양 기반 탄소 격리 기술은 ExxonMobil (XOM ) 이 기술 리더십을 강화하고 탄소 배출과 관련된 규제 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

재정적으로, 잠재적인 탄소세 부채를 낮추고 탄소 크레딧 판매를 통한 새로운 수익원을 창출함으로써 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 이러한 진전은 ExxonMobil의 환경, 사회, 지배구조(ESG) 등급을 향상시켜 환경에 민감한 투자자들에게 더 매력적으로 만들 수 있습니다. 2023년 매출은 4,137억 달러로 보고되었습니다.

#2. Occidental Petroleum (OXY)

Occidental Petroleum (OXY ) 는 대규모 CCS 프로젝트 개발을 선도하고 있으며, 특히 포집된 탄소를 강화된 석유 회수(EOR) 공정에 통합하는 프로젝트에 주력하고 있습니다. 해양 기반 탄소 격리를 도입함으로써 Occidental은 CCS 이니셔티브를 더욱 다양화하고 지속 가능성 관행을 강화할 수 있습니다. 

재정적으로, 이 기술은 이중 혜택을 제공합니다: 탄소세 부채를 감소시키고 탄소 크레딧을 통한 추가 수익을 창출합니다. 또한, 포집된 탄소를 EOR에 활용하면 석유 회수율을 높여 생산 효율성과 수익성을 향상시킬 수 있습니다. 회사는 2023년 매출이 289억 2천만 달러라고 보고했습니다.

최종 생각

지구 대기의 추가 온난화를 방지하고 기후 변화를 해결하는 것은 전 세계적인 우선 과제입니다. 탄소 배출 연료를 단계적으로 폐지하고 법적 구속력이 있는 순배출 제로 목표를 설정하는 등 다양한 조치가 채택되었습니다. CO2를 포집하고 저장하는 것은 우리 행성의 탈탄소화에 또 다른 중요한 해결책입니다.

This carbon sequestration can be achieved in several ways with ocean depth offering an attractive location to do so. The ocean is a carbon sink, using a biological carbon pump—phytoplankton—to transport surface CO2 to the seabed via the food web, where it is stored long-term. Physical pumps, driven by ocean circulation, also help to sequester dissolved carbon.

그 방대한 저장 용량과 자연적인 CO2 흡수 능력, 그리고 대기와의 격리 특성으로 인해 깊은 해양은 탄소 저장에 널리 사용되는 방법입니다. 기술은 깊은 해양에 직접 CO2를 주입하는 것부터 식물성 플랑크톤 성장을 촉진하기 위한 영양소 추가, 고압·저온을 이용해 고체 수화물을 형성하는 것까지 다양합니다.

하지만 이 접근법은 Running Tide 사례가 보여주듯 도전 과제가 없지 않으며, 산성화, 비용, 모니터링, 검증 및 지속 가능성 등의 문제도 발생합니다.

텍사스 대학교 연구원들이 수행한 것처럼 지속적인 연구와 개발을 통해서만 환경을 해치지 않으면서 탄소를 저장할 수 있는 해결책을 찾을 수 있습니다. 전반적으로 해양 심층은 탄소 격리를 위한 유망하지만 불확실한 옵션을 제공합니다.

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