KIGAM 한국지질자원연구원

CO2처분연구실 박권규 박사

  땅 속에 이산화탄소를 저장하는 기술, CO2 지중저장 기술이 온실가스를 감축할 수 있는 해결책으로 각광 받고 있다. 

CO2를 지중저장하기 위해서는 가장 먼저 ‘부지’를 선정해, 지중저장에 적합한지 검토해야 한다. 

CO2 저장 능력을 비롯해, 지중저장에 유리한 지층인지 평가하는 것이다. 

그렇다면 땅 속을 어떻게 관찰할 것인가. 이때 필요한 기술이 ‘육상 탄성파 탐사’다.

땅에 인위적인 진동을 가해 나타나는 현상을 바탕으로 지층 구조와 단층을 확인하는 것이다.

 CO2처분연구실 박권규 박사는 현재 지중저장에 유리한 부지를 선정하기 위해 육상 탄성파 탐사를 실시하고 있다. 

이를 통해, CO2 지중저장이 가능한 부지를 선정하고, 모니터링하기 위한 연구에 박차를 가하고 있다.

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지층 구조를 규명하는 육상 탄성파 탐사

CO2를 저장하기 위해서는 부지 선정이 중요하다. 다양한 요건이 갖춰져야 하는데, 특히 많은 양을 저장해야 하기 때문에 지하에 빈 공간이 많아야 한다. 박권규 박사는 CO2 지중저장 부지 선정을 위해 ‘육상 반사법 탄성파 탐사’를 수행한다. 지표에 인위적인 진동을 가하면 땅 속으로 전파된다. 진동은 반사되어 다시 지표로 올라오는데, 그 진동을 매질(어떤 파동 또는 물리적 작용을 한 곳에서 다른 곳으로 옮겨주는 매개물)로 하여 지층 구조는 어떻게 생겼고 단층은 어디에 있나를 규명하는 연구 방법이다.

“지질층서, 지질구조를 규명하는 하나의 방법이죠. 특히 반사파를 이용한 ‘반사법 탄성파 탐사’는 석유, 가스 자원 탐사를 위한 가장 중요하고 기본적인 탐사 방법입니다. 또한 지중저장된 CO2의 분포 및 거동을 모니터링할 수 있는 기술 개발에도 참여하고 있죠.”

지난 20~30년간 한국의 육상 탄성파 탐사는 주로 SOC(Social Overhead Capital) 사업을 위한 지반 조사 목적으로 진행됐다. 200~300m 정도의 지하 구조를 규명하는 ‘천부 굴절법 탄성파 탐사’ 중심이었다. 이에 반해, 심부(500m 이상 깊이)에 대한 육상 반사법 탄성파 탐사는 매우 취약 분야였다. 우리나라 지상(地上)은 결정질 암반을 많이 포함하고 있어, 육상 반사법 탐사를 적용하기에 어려움이 많았던 것. 또한 지형의 기복이 심해 자료 획득에도 어려움이 많았다. 이런 상황에서 2008년부터 CO2를 땅 속에 저장하는 기술 즉, CO2 지중저장 기술이 주목받기 시작했다. 이산화탄소를 땅 속 깊은 곳에 저장해야하니, 부지 선정이 무척 중요하게 여겨진 것. 외국의 경우 가스 유전 개발 경험이 많아 땅 속을 측정해 그곳이 안전한지 판단할 수 있는 기술이 발달했다. 하지만 우리나라는 석유, 가스 개발 경험이 없었기 때문에 땅 속 지질 구조 규명을 위한 기술 개발이 없었다. 이때 육상 반사법 탐사의 필요성이 증대했다.

“CO2 지중저장에 대한 관심이 높아지면서, 심부 지질 구조 규명을 위한 심부 육상 반사법 탐사의 필요성이 제기되었죠. 대내외적인 환경 변화 그리고 CO2 지중저장에 대한 필요성이 증가하면서 필연적으로 육상 반사법 탐사를 수행하게 되었습니다.”

<암석 내 CO2 유동 실험 시스템. 박권규 박사는 육성 탄성파 탐사 기반을 수행하기 위해 연구영역을 확대해 나갈 예정이다>

실패와 성공은 한 끗 차이

육상 반사법 탄성파 탐사는 자료 획득, 자료 처리, 자료 해석의 과정을 거친다. 또한 자료처리 기법, 모델링, 역산 기법 개발, 탄성파 해석 기법 등 여러 분야에 걸쳐 세분화되어 있다.

“우리나라는 자료를 현장에서 직접 획득할 수 있는 기본 인프라가 부족해 컴퓨터를 활용하는 연구가 주를 이뤄왔습니다. 어느 정도 세계적인 수준에 도달한 상태이지만, 이미 30여 년간 다양한 노하우를 축적한 국외 연구에 비해서는 아주 초기 단계에 있습니다. 따라서 저를 비롯한 팀원들은 자료 획득부터 해석까지 현장에서 탐구 가능한 연구 기반을 마련하고자 합니다. 이렇게 마련한 연구 기반을 세계적인 수준으로 끌어올리는 일이 1차 목표입니다.”

하지만 현재 우리나라는 자료를 현장에서 직접 획득할 수 있는 환경이 매우 열악한 상황. 지표 반사법 탐사의 경우 1km 이상의 측선 확보가 어렵다. 우리나라 지형 특성 상 농경지와 산이 많아 기복이 심하기 때문이다. 또한 국민들에게는 생소한 개념이라 이를 설득할 수 있는 기반도 부족한 실정. 이처럼 해결해야 할 어려움들이 많지만, 박권규 박사는 혁신적인 아이디어를 발굴해 개척해나갈 예정이다. 난관에 부딪히며 때로는 실패도 경험하고 실망으로 점철되기도 했다. 하지만 언젠가 ‘성공’할 것이란 믿음과 의지는 결국 박권규 박사를 웃음 짓게 했다. 박권규 박사는 현장 모니터 상에서 심부 반사파를 처음 확인했을 때가 가장 뿌듯했던 순간으로 기억된다.

<땅에 인위적인 진동을 가해 나타나는 현상을 바탕으로 지층구조와 단층을 확인 할 수 있다>

“심부 반사파를 현장 모니터 상에서 처음 확인한 순간이 가장 기억에 남네요. 심부 육상 탄성파 탐사 장비도입의 필요성을 역설해, 연구원에서 어렵게 장만한 시스템을 가지고 경상 분지에서 탐사를 수행했어요. 제 모든 지식과 경험을 도입해 자료를 얻었죠. 하지만 눈에 띄는 반사파를 확인하지 못해 거의 연구를 포기하는 지경까지 이르렀을 때였습니다. 사표까지 내려고도 했어요. 경상분지의 지질 특성 상 반사 이벤트 확인이 어려운줄 알았지만, 결과를 확인할 수 없으니 심한 자괴감에 빠져있었어요. 그 후 포항분지에 측선을 설치하고 첫 번째 시험 송신을 했어요. 그때 모니터에 나타난 탄성파 기록은 누가 봐도 분명한 반사파 이벤트였죠. 그걸 확인한 순간은 정말 말로 표현하기 힘든 순간이었습니다.”

“그리고 이건, 제 선배님의 이야기인데요. 저희 작업이 거의 밖에서 이루어지다보니 흙과 먼지로 지저분한 상태일 때가 많아요. 작업을 끝내고 공원에서 쉬고 있었는데 엄마와 아이가 함께 지나가면서 이런 말을 하더래요. ‘너 공부 안 하면 저 사람처럼 된다.’ 그만큼 반사파를 확인하기 위한 우리의 여정이 얼마나 힘든지를 보여주는 이야기에요.”

또 다른 도전을 위한 도약

지난한 연구 과정을 거쳐 현재 CO2 지중저장 파일럿 설치 장소로 장기 분지가 선정되었다. 박권규 박사를 비롯한 육상 탄성파 탐사 팀은 탄성파 모니터링 기법을 활용해, 장기 분지 심부의 이산화탄소 분포를 탐지하고 움직임을 평가할 예정이다. 또한 박권규 박사는 국내 육성 탄성파 탐사 기술의 기반 확대를 끊임없이 노력하고자 한다. 이를 위해서 현재 보유하는 대규모 육상 반사법 탐사 장비, VSP 장비를 국내 중소규모의 지질 조사 업체와 공유해 공동 연구 또한 도모할 계획이다.

“최근 이슈가 되고 있는 도심지 싱크홀, 석회암 및 광산 지역의 지반 침하 문제를 해결할 수 있는 모니터링 기술 개발 연구도 추진 중에 있습니다. 이러한 연구들이 성공적으로 완료된다면, 국민의 안전한 삶이 보장 받을 수 있지 않을까요”