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지구 온난화를 막기 위한 첫걸음
  • 작성자관리자-홍보실
  • 작성일시2020/06/01 10:56
  • 조회수2609

이제 지구 온난화는 미래 과제가 아닌 현실의 문제가 되었다반복되는 폭염과 이상기후 현상을 직접 겪으며 기후변화의 심각성을 다시 한번 체감하게 된다지구 온난화를 일으키는 주범으로 손꼽히는 온실가스그중에서도 이산화탄소는 가장 많은 지분을 차지하고 있다이산화탄소 감축을 위한 다양한 연구들이 시도되고 있는 가운데한국지질자원연구원에서는 산업 분야에서 배출된 이산화탄소를 포집하여 지층에 저장하는 방법을 연구 중이다김성일 박사와 윤병준 박사는 함께 힘을 모아 이산화탄소를 지층에 저장할 때 발생할 수 있는 미소 진동을 예측해 대응하는 모니터링 기술을 개발하고 있다.





지구 온난화를 막기 위한 첫걸음


윤병준 박사 · 김성일 박사 석유해저연구본부




탄성파 연구자와 머신러닝 연구자의 만남

기후변화로 인해 발생하게 되는 여러 현상은 인류에게 재앙이 될 수 있다. 지구의 경고를 겪으며 세계 각국은 지구 온난화 문제를 해결하고 기후변화를 최소화하기 위해 많은 노력과 시간을 들이고 있다. 특히 온실가스의 주범인 이산화탄소 배출을 감소시키고, 또 이미 배출된 이산화탄소를 제거하기 위해 다양한 시도를 하고 있다. 한국지질자원연구원에서 진행 중인 이산화탄소지중저장처리연구 역시 이런 시도 중 하나다.

2011년 연구원에 입사한 후 이산화탄소 지중저장 연구에 매진하고 있다는 윤병준 박사. 그 중에서도 땅속에 주입된 이산화탄소가 잘 저장되어 있는지 지켜볼 수 있는 미소 진동 모니터링 기술을 개발하고 있다. 미소 진동 모니터링 기술은 이산화탄소의 거동을 파악함으로써 이산화탄소를 주입했을 때 안전성을 평가하는 지표가 된다.

땅속에 물을 주입하는 것 같은 인위적인 행위를 할 경우 암석에 존재하는 틈을 통하거나, 암석을 깨면서 지하로 전파하게 됩니다. 이때 발생하는 작은 미소 진동 이벤트들을 측정해서 주입하는 유체의 유동 양상을 관찰하여 환경에 어떤 변화를 일으키는지 관찰합니다.”

특히 미소 진동 이벤트 자료 처리의 효율성 관점에서 측정된 이벤트 자료를 어떻게 효율적으로 처리할 수 있는지를 검토 하고 이벤트들이 발생한 위치와 규모, 또 전체적인 발생 양상을 파악하고 연구한다. 기존에는 이런 진동을 연구하기 위해 고가의 지진계나 점 센서 등을 사용했는데, 현재는 관측기술이 발전하면서 통신용으로 쓰는 광케이블을 이용하는 DAS(Distributed Acoustic Sensing) 기술을 사용해 측정한다. DAS 기술의 특징은 케이블의 모든 점들이 센서의 역할을 하며 하나하나가 진동을 측정할 수 있다는 점이다. 이렇게 수집한 대량의 데이터를 처리하려다 보니 기존에 사용했던 알고리즘이나 소프트웨어로는 한계가 있었다. 좀 더 효율적으로 데이터를 처리하는 방법이 필요했다. 석유공학에 인공지능 머신러닝 기법을 접목하는 연구를 진행하는 김성일 박사가 미소 진동 모니터링 기술 개발에 참여하게 된 이유이다.




연구원에 입사해 일 년이 조금 넘는 시간 동안 김성일 박사는 석유공학 전반에 머신러닝을 접목하는 연구를 수행했다. “머신러닝은 말 그대로 컴퓨터가 주어진 학습자료들을 이용하여 학습해 관심 인자를 예측하거나 모델링 하는 것입니다. 사실 머신이 러닝(learning)하게 해야 하는데, 제가 머신보다 더 많은 러닝을 하고 있다는 점에서 아직은 배울 것들이 많다는 것을 시사하는 것 같습니다.”

전공도 기존에 해왔던 연구도 다른 두 사람은 서로가 서로에게 부족한 부분을 채워주며 같은 목표를 향해 나아가는 중이다. 윤병준 박사가 탄성파를 이용해 자료를 수집하면 김성일 박사가 머신러닝 기법을 통해 그 정보들을 처리해 나가는 방식이다. 현재 기본적인 양의 데이터로 머신러닝을 해보는 테스트를 진행했고, 가능성을 확인했다.

 




함께 만들어 나가는 길

국내의 이산화탄소 지중저장 분야 연구는 2009년부터 본격적으로 시작된 이후, 2017년에 해상 실증부지에서 세계 3번째로 소규모 주입 및 실증을 마친 단계라고 한다. 현재는 파리 협정 이후 지속 가능한 성장과 저탄소 시대를 위해 수립한 정보의 녹색성장 5개년 계획에 의거하여, 2030년까지 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술을 이용한 이산화탄소 연간 400만톤 감축 목표를 달성하기 위한 대규모 저장소를 확보하는데 매진하고 있다.

석유전 또는 가스전을 보유하고 있는 국가의 경우에는 석유/가스를 생산한 후의 빈 공간(공극)에 이산화탄소를 주입해 저장하는 방식을 택할 수 있다. 하지만 우리나라에는 석유, 가스전이 없으므로 대규모로 이산화탄소를 저장하기에 적합한 장소를 먼저 선정해야 한다. 현재 후보지들을 선별한 상태로 어느 곳이 최적의 장소인지 평가를 진행하고 있으며, 포항 지진 이후 대두된 안전성 평가 및 주민 수용성 확보를 위한 모니터링 기술 연구도 활발히 진행되고 있다.

땅속에 이산화탄소를 저장하는 일은 필연적으로 미소 진동 이벤트를 발생시키게 된다. 이산화탄소가 땅속에 들어가게 되면 유체의 압력이 발생하게 된다. 이때 지층 내의 파쇄대 같은 암석 사이의 이미 존재하는 길을 통해 유체와 압력이 전파하거나, 미소한 균열을 만드는 과정에서 미소 진동 이벤트가 유발되게 된다. 미소 진동 모니터링 기술을 이용하여 미소 진동 이벤트의 수준을 적절한 수준으로 제어하여 이산화탄소가 땅속으로 주입될 때 일어날 수 있는 위험을 미리 차단하고, 미소 진동 이벤트들의 위치를 계산하여, 이산화탄소가 퍼진 범위를 추정하여 저장된 뒤, 안전하게 머물고 있는지를 평가 할 수 있다. 윤병준 박사와 김성일 박사는 미소 진동 모니터링 기술 개발을 통해 이산화탄소지중저장연구가 현실화되기 위해 필요한 밑그림을 함께 그려나가고 있는 셈이다.

이산화탄소 저감을 위한 연구를 해오면서 지구 온난화에 대한 두 박사의 마음속 생각들이 궁금했다. 두 사람이 공감하는 부분은 이산화탄소지중저장연구가 탄소 저감에 도움이 될 것이라는 점이다. 윤병준 박사의 경우 처음 입사했을 때만 해도 환경보전에 관한 연구를 해야겠다는 생각이 있었던 것은 아니었다고 한다. 하지만 연구의 일원으로 참여하게 되면서부터 많은 관심을 갖게 되었다고 한다.

처음 입사했을 때 CO2실의 일원으로 참여하게 되었어요. 탄성파탐사를 통해 지중저장이 가능한 부지 특성화 작업을 다수 진행했고, 미소 진동 모니터링연구에도 참여하게 되었습니다. 저희가 하는 미소 진동 모니터링연구는 발생된 이산화탄소를 감축하기 위한 노력 중 하나입니다. 지구 온난화를 막기 위해서는 근본적으로 이산화탄소의 발생 자체를 막을 수 있는 연구 개발도 더욱 활발하게 진행되어야 한다고 생각해요.”

윤 박사는 이번에 코로나19 사태를 겪으면서도 느끼는 바가 많았다고 전한다. 공장들이 가동을 멈추면서 미세먼지가 줄어드는 현상 등을 보면서 자연환경과 관련된 문제는 기술의 발전도 중요하지만, 무엇보다 인간의 생활 방식 자체가 변해야 한다는 생각이 들었다고 한다. 물론 생활의 변화를 만들어내기 위해서는 기술의 뒷받침이 필요하고, 그 기술 개발의 역할을 수행하는 주체 중 하나로서, 책임감을 느끼며 최선을 다하겠다고 다시 한 번 다짐했다고 한다.

김성일 박사 역시 평소 환경이슈에 대해 잘 알고 있었던 것은 아니지만 연구를 하면서 관련된 지식을 공부하고, 관련된 생각을 하게 되면서 환경에 대해 고민해 볼 수 있는 기회를 갖게 되었다고 한다. “지구온난화를 완화하면서도 사람들이 지속가능한 시스템에서 살 수 있도록 가능한 시도들이 이루어져야 한다고 생각합니다. 저희가 연구하고 있는 이산화탄소지중저장도 그런 방법 중 하나가 될 수있습니다. 단순히 이산화탄소를 땅 속에 저장하는 것에서 끝나는 것이 아니라 이와 동시에 석유생산을 증진시키는 연구가 진행되고 있습니다. 환경보전과 경제성의 두 마리 토끼를 한 번에 잡는 것이죠.”

일상생활에서 발생하는 이산화탄소를 제로화할 수 없는 것이 현실인 만큼 과학적, 공학적 시도를 통해 지속가능한 최고의 방법을 찾아내는 것이 중요하다는 것이다.




작년에 운이 좋게 신진연구자상을 수여했다는 김 박사는 올해는 우수연구자상 수상을 목표로 더욱 열심히 연구에 매진할 계획이라고 한다. 특히 윤병준 박사와 함께 협업해 논문을 발표하고 싶다고 한다. 윤병준 박사 역시 김성일 박사와 함께 협동해 꾸준하게 연구 결과를 축적하여 세상에 조금이나마 보탬이 될 수 있게 하는 것이 목표이다. 비록 미약하고 별것 아닌 것 같아 보이는 시작일지라도 차근차근 과정이 쌓이고 한 발 한 발 나아가다 보면 언젠가는 원하는 목표에 도달할 것이라며 각오를 다지는 두 사람. 서로를 믿고 의지하며 나아가는 그들의 걸음이 올 한해 아름다운 결실을 거두길 응원한다.

 

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