서 론

대한민국은 산업화 과정에서 온실가스 다배출 산업인 중화학 공업과 제조업이 발달하였으며, 높은 석탄화력 발전의 비중으로 인해 세계 10위권의 온실가스 다배출 국가로서 국제적인 온실가스 감축의 책임을 무겁게 지고 있다(IEA, 2016a, 2016b, 2017; KEEI, 2016, 2017). 따라서 신기후체제의 출범과 함께 대한민국은 상당한 규모의 온실가스 감축을 실행해야 하는 부담을 갖게 되었다(Kim, 2009; Cho et al., 2016). 대한민국이 온실가스 감축 목표를 달성하기 위해서 다양한 분야에서 다양한 기술을 활용한 온실가스 감축 방안이 수립되고 실천되어야 한다. 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage)은 대한민국이 선택할 수 있는 다양한 온실가스 감축 기술 가운데 가장 핵심적인 대규모 온실가스 감축 기술이다.

탄소 포집 및 저장은 온실가스 감축을 위해 대기 중으로 배출되는 이산화탄소를 직접적으로 포집하여 저장하는 기술이다(IEA, 2005; IPCC, 2005; Holloway, 2006; GGK, 2010; GCCSI, 2015). 지구 대기의 심각한 온실가스 농도증가를 완화하기 위하여 도입되어 전세계적으로 확산되고 있는 친환경 기술이다. 그러나 다른 온실가스 감축기술에 비하여 아직 경제성을 확보하지 못하였으며, 저장 과정에서 발생할 수 있는 지진 유발, 누출, 환경오염 등의 우려로 시민 사회의 수용성을 확보하기가 점점 어려워지고 있어 기술의 미래에 대한 불확실성이 커져가고 있다.

대한민국은 탄소 포집 및 저장 기술을 적용하여 대규모 온실가스 감축을 실현하기 위해 단계적 기술개발 전략을 수립하였다(GGK, 2010; Kwon, 2016). 원천기술 개발과 소규모 실증을 통해 기술력을 성장시켜, 대규모 탄소 포집 및 저장 통합실증을 통해 상용화의 기반을 조성하려는 전략이다(Kwon, 2016). 이러한 전략에 따라 CO₂ 지중저장 기술의 확보 및 실증을 위해 한반도 동남부에 위치한 신생대 포항분지와 장기분지에서 각각 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증과 육상 소규모 CO₂ 지중저장 파일럿 실증 연구가 착실하게 수행되고 있었다(KIGAM, 2014a, 2014b, 2014c; Choi et al., 2015; Kim et al., 2015; KNU, 2016a, 2016b, 2017a, 2017b).

2017년 11월 15일 발생한 규모 5.4의 포항 지진은 포항분지와 장기분지에서 진행되고 있던 CO₂ 지중저장 실증 연구가 지진 유발에 대한 우려로 인해 일시 중지되는 결과를 초래하였다. 2017년 포항 지진은 포항시 북구에서 발생하여 포항시 일원에 큰 피해를 입혔으며, 그 이후 규모 2.0에서 4.6에 해당하는 여진이 100여 차례 발생하고 있어 지진에 대한 공포를 키우고 있다(KMA, 2018). 2017년 포항 지진 발생 직후, 포항에서 진행 중인 지열발전 연구개발 사업이 지진을 유발했다는 주장이 제기되면서, 포항에서 진행 중인 중소규모 CO₂ 저장실증 프로젝트도 향후 지진을 유발할 수 있다는 우려가 언론을 통해 제기되었다.

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 포항 지진 직후, 프로젝트의 안전성 및 지진 유발 가능성에 대한 긴급 진단을 실시하였으며, 지진 유발 가능성 및 누출 발생 가능성에 대한 면밀한 자체 조사에 착수하였다. 포항분지 CO₂ 지중저장 실증 연구사업은 현장 연구행위를 포항 지진 발생 직후 중지하고, 약 7개월간 연구사업의 안전성에 대한 연구팀 자체 정밀 점검 및 조사를 수행하였다. 포항분지 해상 CO₂ 지중저장 실증 연구팀은 포항분지 영일만 해상 CO₂ 지중저장 실증 연구 진행 과정과 연구 내용에 대한 점검 및 조사 결과를 본 논문을 통해 발표하고 포항분지 해상 CO₂ 저장실증 프로젝트의 안전성을 평가하고자 한다. 이러한 과학적인 조사 결과가 포항시나 포항 시민들이 지진에 대한 우려와 공포를 떨쳐내고 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구가 정상적으로 재개될 수 있도록 기여할 수 있기를 기대한다.

포항분지 해상 CO₂ 지중저장 실증연구 주입기간 지진기록 조사

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 2014년 말에 탐사시추를 수행하였으며, 2016년 말에 주입시추를 완료하였다. CO₂ 주입실증을 위한 주입행위는 2017년 1월 12일부터 3월 12일까지 약 3개월간 실시되었다(Table 1).

기상청은 전국에 지진계를 설치하여 규모 2.0 이상의 지진을 기록하고 분석하고 있다. 기상청은 지진 관측을 위해 전국에 156개소의 지진관측소를 설치·운영하고 있으며, 규모 2.0 이상의 지진에 대해서만 자료를 공개하고 있다. 규모 2.0 이하의 지진은 인간이 느낄 수 없는 규모의 미소진동이기 때문에 기상청에서 지진으로 발표하거나 기록하고 있지 않다(KMA, 2018). 한국지질자원연구원도 지진센터를 중심으로 지진계를 운영하고 있으며, 지열발전 연구사업과 관련하여 2011년부터 포항시 일대에 미소진동 센서 9개소를 설치하여 운영 중이다(Fig. 1; Song et al., 2012). 한국지질자원연구원이 설치한 포항시 일대의 지진 관측망 운영은 2016년 1월 29일부터 본격적으로 가동되었다. 지진 관측망은 포항분지 퇴적층의 두꺼운 이암층에 의하여 진동에너지의 감쇄가 발생하기 때문에, 규모 1.0 정도의 진동까지 감지할 수 있는 것으로 알려져 있다.

Fig. 1.

Location map of monitoring station in the Pohang city and Yeongil Bay. The blue square and yellow diamond denote the location for geothermal power station and micro-seismic monitoring station (modified from Song et al., 2012).

기상청 지진 기록 분석

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험 주입 행위가 이루어진 시기에 기상청 지진 기록을 살펴보면 포항시 인근에서 규모 2.0 이상의 지진이 전혀 발생하지 않았다(Table 2; KMA, 2018). 기상청 지진 기록에 따르면, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험 주입 행위가 종료된 이후 약 1달이 경과한 시점인 2017년 4월 15일에 포항시 북구 북쪽 8 km 위치에서 규모 2.0과 규모 3.1의 지진이 발생하였는데, 이 지진들은 포항시 북구에 위치한 지열발전 연구사업의 유체 주입기간에 발생하여, 지열발전 연구사업의 주입 행위로 인한 유발 지진일 가능성이 의심되어, 현재 면밀한 조사가 이루어지고 있다(Table 2).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험 주입 행위가 이루어진 시기에 포항지역에서 명목상 발생한 지진이 존재하는데, 경북 포항시 남구 동남동쪽 43 km 해역에서 2017년 3월 9일에 발생한 규모 2.0의 지진이다(Fig. 2; KMA, 2018). 이 지진은 사실상 포항시에서 43 km나 떨어진 먼 바다에서 발생한 지진으로서 포항시 인근에서 발생한 지진으로 간주하기 어렵다. 기상청 기록으로는 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험 주입 행위가 이루어진 시기와 그 이후 2017년 11월 15일까지 CO₂ 지중저장 실증 부지 인근인 포항시 남구 일대나 영일만 해역에서 규모 2.0 이상의 지진이 발생한 기록은 전무하다(Table 2; KMA, 2018).

Fig. 2.

Location of the Pohang main and after-shocks earthquakes (more than magnitude 2.0) near Yeongil Bay in 2017 (modified from Chang, 2015). The dotted lines denote the distance between injection site and epicenters (modified from KNU, 2018).

2017년 이후 CO₂ 지중저장 실증 부지 인근인 포항시 남구 일대나 영일만 해역에서 발생한 지진 기록을 조사해 보면, 2017년 11월 15일 포항시 북구에서 발생한 규모 5.4의 지진 이후 포항시 북구에서 발생한 100여회의 여진 외에, 포항시 남구 동쪽 9 km 해역에서 2017년 12월 5일에 발생한 규모 2.1의 지진이 존재한다(Fig. 2; KMA, 2018). 2017년 12월 5일 지진은 11월 15일 발생한 본진에서 동남쪽으로 약 13 km 떨어진 곳에서 발생하였고, 같은 단층대에서 발생하지 않았기 때문에 기상청은 11월 15일 포항 지진의 여진이 아닌 새로운 지진으로 해석하였다(KMA, 2018). 12월 5일에 발생한 영일만 해역의 진앙은 지질학적으로 잘 알려진 오천 단층대의 연장부에서 위치하여, 11월 15일 지진으로 인해 오천 단층의 재활성화가 이루어져 발생한 것으로 추정된다(Fig. 2; Cheon et al., 2012).

2017년 12월 5일 발생한 포항 영일만 지진은 깊이가 약 11 km에서 발생한 것으로 보고되고 있으며, 진앙의 위치도 포항 해상 CO₂ 지중저장 연구사업의 실증 위치에서 동쪽으로 약 4 km 떨어진 곳이다(Fig. 2; KMA, 2018). 따라서 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험 주입 행위가 2017년 12월 5일 규모 2.1의 지진을 유발했을 가능성은 지진의 발생 시기, 발생 위치, 발생 심도의 차이를 감안하면 매우 희박한 것으로 판단된다(KNU, 2018).

한국지질자원연구원 지진 기록 분석

한국지질자원연구원의 포항 지진 관측망은 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험주입 행위가 이루어진 기간 동안 규모 1.0 이상의 지진을 감지할 수 있는 미소진동 관측망을 이용하여 지진 발생 여부를 관측하였다(Fig. 1). 시험주입 기간의 관측 자료에 따르면, 지진 및 규모 1.0 이상의 미소 진동으로 분석되는 기록은 관찰되지 않는다(Fig. 3). 2017년 11월 15일 발생한 규모 5.4의 포항 지진과 12월 5일 영일만에서 발생한 규모 2.1의 지진 기록은 한국지질자원연구원의 지진 관측망에 명확하게 기록된다(Fig. 3a). 반면에 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험주입 행위가 이루어진 기간 동안의 관측 기록에는 지진으로 해석될 수 있는 이벤트가 기록되어 있지 않다(Fig. 3b). 한국지질자원연구원 포항 지진 관측망 단일 센서 기록에서 약간의 찌그러진 파형은 전기 잡음이나 현장 노이즈이며, 지진이나 미소진동 이벤트는 발생위치와 가까운 관측소로부터 지진파가 감지되어 다수의 관측소에서 일정한 시간차를 보이며 관측이 되는 것이 일반적이다. 또한 미소지진 이벤트는 전기 잡음 및 현장 노이즈와 달리 지진파의 전파 속도 차이에 의해 P파와 S파가 구분되어 나타나는 것을 확인할 수 있다(Fig. 3b). 따라서 한국지질자원연구원의 지진 관측망 측정 기록에서도 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험주입 행위가 이루어진 기간 동안의 지진 및 규모 1.0 이상의 미세진동 이벤트가 관찰되지 않는다(KNU, 2018).

Fig. 3.

(A) Monitoring records of earthquakes occurred on November 15 (magnitude 5.4) and December 5 (magnitude 2.1) in 2017 (modified from KNU, 2018), (B) Monitoring records of earthquakes during injection period (January 12-March 12 in 2017) (modified from KNU, 2018).

CO₂ 지중저장 실증연구 지진 유발 가능성 분석

인공적 유발지진 발생 프로젝트 유형 분석 결과

인간이 지구의 지표나 지하공간에서 수행하는 인공적인 활동이나 작업으로 인해 자연적으로 발생하는 지진이 아닌 인공적으로 발생하는 유발 지진이 자주 발생하고 있다(Foulger et al., 2018). 최근까지 전 세계 705 개의 프로젝트에서 인공 유발지진이 발생한 것으로 보고되었다(Foulger et al., 2018). 이 가운데 가장 많은 인공 유발지진을 발생시킨 프로젝트는 채광 관련 프로젝트로서 705 개 프로젝트 중 267 개의 채광 프로젝트에서 인공 유발지진이 발생하였다(Fig. 4a). 다음으로 저수지 및 댐 관련 프로젝트에서 상당히 많은 168 개의 인공 유발지진이 발생했으며, 석유가스 개발 사업에서도 116 개의 인공 유발지진이 발생하였다(Fig. 4a). 반면에 총 705 개의 인공 유발지진이 발생한 프로젝트 가운데 단 2개의 탄소 포집 및 저장 프로젝트만이 의미 있는 규모의 인공적인 유발지진을 발생시킨 것으로 조사되었다(Fig. 4a; Foulger et al., 2018).

Fig. 4.

(A) Type of human-induced earthquakes and occurring frequency of induced earthquakes (modified from Foulger et al., 2018), (B) Maximum magnitude of earthquakes induced by human activities (modified from Foulger et al., 2018).

전세계에서 발생한 대부분의 인공 유발지진은 규모 4.0 미만으로 발생하고 있으나, 중국에서 댐 건설 과정에서 규모 약 8.0의 지진이 발생한 기록도 있다(Fig. 4b). 인공 유발지진을 발생시킨 탄소 포집 및 저장 프로젝트는 알제리에서 수행된 In Salah 프로젝트로 약 규모 2.0의 유발지진이 기록되었다(Fig. 4b). 기록으로 보면, 탄소 포집 및 저장 프로젝트는 조사 대상이 된 다양한 지표 및 지하공간을 활용한 프로젝트 가운데 가장 낮은 빈도로 유발지진을 야기하였으며, 규모 면에서도 전체 유형 가운데 가장 약한 규모의 유발지진이 발생한 것으로 분석되었다(Fig. 4b; Foulger et al., 2018). 다른 유형의 프로젝트에 비해 탄소 포집 및 저장 프로젝트의 개수가 상대적으로 적기 때문에 유발지진 발생 빈도가 낮을 수 있다는 지적도 제기될 수 있지만, 탄소 포집 및 저장 프로젝트의 경우 장기간 계속적인 주입이 이루어지기 때문에 일회성의 프로젝트에 비해 조사 대상 프로젝트의 개수가 적은 것은 조사 결과의 해석에 큰 문제가 되지 않는다.

대규모 CO₂ 지중저장 사업의 지진유발 가능성에 대한 논쟁 검토

앞에서 살펴본 바와 같이 탄소 포집 및 저장 프로젝트는 상대적으로 유발지진을 발생시킬 가능성이 높지 않다. 그러나 탄소 포집 및 저장 사업이 점점 대형화 되어감에 따라 CO₂ 지중저장 과정에서 심부 지층의 압력 상승이 지속적으로 이루어져 심부 퇴적층 지반의 불안전성이 커질 가능성에 대한 우려가 제기되어 왔다(Zhou et al., 2010; Zhou and Birkholzer, 2011; Rutqvist, 2012). 특히 대륙 지각 내부의 취성 지층에 대규모 CO₂를 장기간 주입할 경우 상당한 규모의 지진을 유발할 가능성이 있다는 주장이 스탠퍼드 대학의 연구팀에 의해 제시되었다(Zoback and Gorelick, 2012). 또한 이 연구팀은 대규모 CO₂ 지중저장 사업의 경우 상대적으로 작은 규모의 지진을 유발하더라도, 이 작은 지진들이 덮개암의 기밀성을 약화시켜 주입된 CO₂ 스트림의 누출을 발생시킬 가능성이 있다고 주장하였다(Zoback and Gorelick, 2012).

이러한 대규모 CO₂ 지중저장 프로젝트의 지진 유발 가능성에 대한 경고에 대하여, 미국 로렌스 버클리 대학 연구팀은 대규모 CO₂ 지중저장 프로젝트는 취성 지층이 아닌 상대적으로 부드러운 연약 퇴적층에서 이루어지며, 기술적으로 지층의 안전성이 깨어지지 않는 범위에서 압력 조절이 가능하며, 덮개암의 누출도 세립질 입자간의 모세관압으로 인해 발생되기 어렵다고 반박하였다(Vilarrasa and Carrera, 2015a).

스탠퍼드 대학의 연구팀은 이러한 반박에 대하여 답변하면서 자신들의 핵심적 문제의식은 대규모 CO₂ 지중저장 프로젝트를 수행하는 경우 유발지진을 발생할 가능성이 있기 때문에 지진 유발 가능성이 거의 없는 안전한 대규모 저장소가 탄소 포집 및 저장 프로젝트로 온실가스 감축을 충분히 책임질 만큼 충분하지 못할 수도 있음을 강조하는 것이라고 주장하였다(Zoback and Gorelick, 2015). 이러한 논쟁 과정에서 스탠퍼드 대학 연구팀은 유발지진을 발생시킬 수 있는 CO₂ 지중저장 프로젝트의 규모를 대규모 CO₂ 지중저장이 장기간 운전하여 저장층의 압력이 지속적으로 상승하는 경우로 제한하였다(Zoback and Gorelick, 2015).

이러한 답변에도 불구하고 로렌스 버클리 대학 연구팀은 스탠퍼드 대학의 연구팀의 답변을 과학적으로 반박하면서, CO₂ 지중저장 과정에서 발생하는 미세진동이 대형 지진 유발은 물론 누출을 발생한 기록도 없다는 것을 강조하고, 오히려 미세진동이 주입성을 향상시킬 수 있다고 주장하였다(Vilarrasa and Carrera, 2015b). 결론적으로 로렌스 버클리 대학 연구팀은 적절한 저장소 선정과 주입 과정에서 압력조절이 이루어질 경우 대규모 저장에서도 의미 있는 규모의 지진 발생을 걱정할 필요가 없다고 주장하였다(Vilarrasa and Carrera, 2015b).

스탠퍼드 대학의 연구팀과 로렌스 버클리 대학 연구팀의 학술적 논쟁을 요약하면, 백만 톤 급 이상의 대규모 CO₂ 주입이 장기간 수행될 경우 의미 있는 규모의 지진이나 그로 인한 누출이 발생할 수 있다는 우려에 대하여, 대규모 CO₂ 주입의 경우도 그러한 심각한 누출이 발생할 수 없다는 반론이 이루어진 학술적 논쟁이다(Zoback and Gorelick, 2012, 2015; Vilarrasa and Carrera, 2015a, 2015b). 이러한 논쟁을 통해 CO₂ 지중저장 사업에서 적절한 저장소 선정과 압력 조절이 이루어지면, 대규모 저장도 안전하게 이루어질 수 있다는 결론에 도달한 생산적인 논쟁 사례이다.

이러한 논쟁 이후 실질적으로 CO₂ 지중저장을 수행하는 연구자들에게 압력 조절은 가장 기본적인 연구 주제이며, 저장소 운영과정에서 준수해야 하는 표준이 되었다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구도 다양한 방법으로 안정 주입 압력 범위를 파악하여 저장 설계를 수행하였고, 덮개암 기밀성 연구 및 현장 실험도 충실하게 수행하였다(KNU, 2016a; Chang et al., 2016).

무엇보다도 스탠퍼드 대학 연구팀은 백만 톤급 이상의 대규모 저장을 수 년 이상 진행할 경우의 위험성을 강조하고 있지만, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 연간 1만 톤을 약 2년간 주입하는 소규모 시험 실증으로서 대규모 저장사업과 규모면에서 비교 대상이 되지 않는다. 그럼에도 불구하고 CO₂ 지중저장의 안전성을 확보하기 위해 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 저장소 선정 및 특성화 연구와 지진, 단층, 파쇄, 누출과 관련된 연구를 선진 수준으로 충실하게 진행하였으며, 위에 언급한 논문들의 종합적 결론처럼, 안전한 CO₂ 지중저장이 이루어질 수 있는 정해진 범위에서 압력 조절을 수행하면서 시험 주입을 실시하였다.

CO₂ 주입 과정에서 덮개암의 파쇄가 발생할 수 있는 조건

파쇄압은 저장소 상부 덮개암 파쇄가 발생하는 압력으로 공내수압시험(extended leak-off test: XLOT)을 통해 저장소 파쇄압을 측정하였다(Addis et al., 1998; Gjønnes et al., 1998; White et al., 2002; Zoback et al., 2003; KNU, 2016a). 시험을 위하여 세 번의 물 주입(주입률: 24 cm3/sec)을 수행하였고, 첫 번째 물 주입에서 시험구간(심도 700 m) 압력이 약 17 MPa까지 증가한 후 지층이 파열되었으며, 두 번째와 세 번째 물 주입에서는 약 13 MPa까지 증가한 후 지층이 파열된 최고 압력 결과를 보였다(Fig. 5).

Fig. 5.

Schematic design of leak-off test and the results from in situ test at the depth of 700 m below sea floor. The peak of dotted line indicates that the fracturing needs more than 17 Mpa (after Chang et al., 2016).

저장층의 심도(750 m)를 고려하여 환산한 파쇄압력은 18.2 MPa로 주입공 주변으로 자연균열이 존재하지 않는 안정적인 주입공 상태를 가정할 때의 값이다(Table 3). 앞에서 살펴본 것처럼 탄성파 탐사 및 시추 자료 분석결과 주입공 주변에 단층이나 파쇄대가 존재하지 않는 비교적 안정된 상태이기 때문에, 18.2 MPa을 기계적으로 최대한 상승시킬 수 있는 주입공 기저부에서의 압력 한계값으로 설정하였다(KNU, 2016a). 따라서 주입공 내 CO₂ 스트림의 수력학적 압력(hydraulic pressure)을 저장층 심도인 750 m에서 4 MPa로 가정할 때, 본 연구과제 주입공 상부설비(wellhead)에서의 압력 한계값은 14.2 MPa이 된다(Table 3).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서 해상 플랫폼 주입설비의 메인펌프가 발생시킬 수 있는 기계적 최대 압력값은 11 MPa이다(KNU, 2016a; Lee et al., 2017). 만약 11 MPa 이상의 압력이 발생하면 본 연구과제의 메인펌프는 작동을 자동적으로 중단하도록 설계되었다(KNU, 2016a; Lee et al., 2017). 이것은 안전한 CO₂ 지중저장 실증을 위해 연구팀이 선택한 적극적인 압력제어 방안이다.

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 구조해석 연구팀은 주입공 주변의 지층이 자연균열이 발달하지 않는 안정한 상태로 해석하였지만, 지질학적 연구 방법론으로 볼 때, 주입공 주변으로 자연균열이 존재하고 불안정한 주입공 상태일 가능성을 배제할 수 없다. 주입공 주변으로 자연균열이 존재하고 불안정한 주입공 상태라면, 공내수압시헙결과 저장층 심도에서 13.9 MPa의 파쇄압력을 보이며, 이 값이 불안정한 주입공 상태에서의 압력 한계값이 된다(Table 3). 주입공 내 CO₂ 스트림의 수력학적 압력(hydraulic pressure)을 4 MPa로 적용할 때, 실증 플랫폼 탑사이드에 위치한 주입공 상부설비(wellhead)에서의 압력 한계값은 9.9 MPa이 된다(Table 3). 따라서 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서는 주입운영 상 주입공 상부설비에서의 주입압력이 9.9 MPa을 초과하지 않도록 저장소 운영규칙(operation manual)을 설정하여 안전한 압력제어를 실행하고 있다(KNU, 2016a).

파쇄압력 가운데 가장 보수적인 파쇄 압력은 시추공 내 수압을 제거하는 과정에서 초기 응력에 의해 인장파괴 균열이 닫히는 순간의 압력, 즉 균열닫힘압력(shut-in pressure, ISIP)과 균열폐쇄압력(fracture closure pressure, FCP)을 통해 정의한다(Zoback et al., 2003; Haimson and Cornet, 2003). 균열닫힘압력과 균열폐쇄압력은 석유업계에서 시추 이수밀도 산정 시 이용되는 파쇄압력으로서 이 압력 아래에서는 지층압의 상승으로 인해 지층이 파쇄되지 않는다고 공학적으로 해석한다.

공내수압시험의 심도 700 m에서 수행된 두 번째, 세 번째 물 주입에서 균열닫힘합력과 균열폐쇄압력은 11.7 MPa과 12.2 MPa의 값으로 측정되었으며, 이 값을 이용하여 산정한 저장층 심도 750 m에서의 압력 한계값은 12.9 MPa로 추정된다(Table 3). 지중에서의 응력 특성 상 심부로 갈수록 압력이 증가하는 경향이 있어 실제 저장소 심도에서는 다소 파쇄압력이 높아지기 때문에, 본 공내수압시험을 통해 측정된 가장 보수적인 파쇄압력(균열닫힘압력과 균열폐쇄압력의 평균인 12.0 MPa)이 저장층 심도 750 m에서는 0.9 MPa이 증가한 12.9 MPa로 적용될 것으로 분석되었다(Table 3; KNU, 2016a; Lee et al., 2017).

앞에서와 같은 방법으로 주입공 내 CO₂ 스트림의 수력학적 압력(hydraulic pressure)을 4 MPa로 적용할 때, 본 연구과제 주입공 상부설비(wellhead)에서의 가장 보수적인 압력 한계값은 8.9 MPa이 된다(Table 3). 이 한계 압력을 초과하지 않으면 지층압의 상승으로 파쇄가 발생하지 않는다고 가정할 수 있는 가장 보수적인 압력 값이다. 따라서 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서는 저장소 운영규칙에서 가장 보수적인 한계 압력값인 8.9 MPa을 실질적인 운영 한계 압력값으로 설정하였으며, 실제 운영에서도 이 압력조절 규칙을 준수하면서 주입을 실행하였다(KNU, 2016a; Lee et al., 2017).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 여기에 더하여, 실제 시험주입에서는 압력조절에 대하여 더욱 보수적인 기준을 설정하여 운영하였다. 시험주입 과정에서의 최대 주입압력은 운영규칙의 한계압력값인 9.9 MPa로 설정하지 않고, 가장 보수적인 한계 압력값인 8.9 MPa보다도 0.8 MPa 낮은 8.1 MPa로 설정하였다. 이에 따라 주로 6.0-8.0 MPa의 범위에서 압력을 조절하면서 시험주입을 수행하였으며, 주입압력의 상승도 단계적으로 진행하여 저장층에 압력 자극을 최소화하였다(KNU, 2016a; Lee et al., 2017).

단층과 같은 지층의 변동이 발생하기 위해 압력의 상승 자체는 물론 압력상승을 유발한 유체의 주입량 및 주입 심도도 매우 중요한 요소가 된다(Gemmer et al., 2012; IEAGHG, 2013; Rutqvist, 2012; Vilarrasa and Carrera, 2015a, 2015b). 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 경우 총 시험주입량이 약 100톤으로서 매우 적으며, 주입 심도도 750~810 m로서 매우 얕기 때문에, 상식적인 수준에서 규모 5.4에 해당하는 지진 및 단층을 유발할 정도의 주입행위로 생각되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 압력제어를 매우 중요한 안전성 확보를 위한 연구로 판단하여, 국내 최초로 공내수압시험을 수행하여 안전한 CO₂ 지중저장을 위한 한계 압력을 실제 공내수압시험 측정값을 사용하여 설정하였다(Table 3; KNU, 2016a; Lee et al., 2017). 또한 이를 다양한 방법으로 확인하기 위해, 실험 및 모사 방법으로 추가적인 연구를 수행하여 공내수압시험 측정값이 매우 신뢰할 수 있는 한계 압력임을 재확인하였다(KNU, 2016a; Lee et al., 2017).

위의 연구 결과를 요약하면, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 주입공 주변 저장층은 상대적으로 안정한 균열 특성을 가지고 있다고 해석된다. 그러나 극단적인 조건을 적용하여 주입공 주변에 매우 불안전한 단층이 존재하더라도, 현재의 주입압력과 압력조절 조건에서는 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 주입행위로 인하여 단층의 재활성화로 인한 지진 발생 가능성은 매우 희박하다고 할 수 있다.

CO₂ 주입 과정에서 가장 가까운 단층의 재활성화 압력

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구팀은 포항 영일만 해역 YIB-2 구역에 대한 에어건 탄성파 탐사 자료 해석을 통해, YIB-2 구역에 존재하는 단층 구조를 분석하였다(Fig. 6a). 탄성파 탐사 자료의 처리 및 해석으로부터 지하지질구조 및 단층들을 파악하였으며, 구조분석 결과 저장층과 상부 덮개층, 하부 퇴적암 및 기반암을 절단하여 발달한 총 6개의 정단층(WF1, WF2, EF1, EF2, EF3, EF4)이 확인되었다(Fig. 6a; Lee et al., 2017). 정단층의 주향은 북북동-남남서 방향이고, 경사는 약 70~80°로 고각이며, 포항 영일만 CO₂ 지중저장 주입공 인근에는 심부 단층과 연결된 활성단층이 확인되지 않는다(Fig. 6b) 주입공에서 가장 인접한 심부 단층은 소규모로 발달하는 연장성이 불분명한 심부 단층 EF2가 주입공에서 약 530 m 거리에 존재하고 있으며, 연장성이 분명하고 단층 규모가 작지 않은 심부 단층 EF1이 주입공에서 약 450 m 거리에 북북동-남남서 방향으로 발달하고 있다(Fig. 6a).

Fig. 6.

(A) Structure map showing the synclinal structure and major faults recognized around the injection well, PHIW-1 (modified from Lee et al., 2017), (B) Distance from the PHIW-1 well to adjacent faults, EF1 (450 m) and EF2 (530 m) (modified from Kim et al., 2018a).

단층 재활성화 압력은 CO₂ 지중저장 후보지에 단층들이 존재 할 경우 CO₂ 주입으로 인해 과도하게 공극수압이 상승하여 단층을 재활성화 시키는 압력이다(Streit and Hillis, 2004; Rutqvist et al., 2007; Vidal-Gilbert et al., 2009, 2010; Cappa and Rutqvist, 2011a, 2011b; Rinaldi et al., 2014; Rinaldi et al., 2015; Rutqvist et al., 2016; Vilarrasa et al., 2016). 기존 단층의 재활성화는 단층의 투수성을 증가시켜 주입된 혹은 저장된 CO₂ 스트림의 누출과 미소지진을 발생시킬 수 있기에 후보지 선정 단계에서 후보지에 존재하는 단층의 재활성화 압력 분석을 수행하였다(Fig. 7). 단층 재활성화 압력 분석의 중요한 인자인 마찰계수(friction coefficient: µ)를 0.25, 0.6을 적용하여 임계공극수압변화량을 계산하였다(Table 4).

Fig. 7.

Critical pressure perturbations for the case μ=0.25 (open squares) and for the case μ=0.6 (closed squares) for all the faults around the injection well (PHIW-1) in Pohang Basin (Lee et al., 2017).

포항분지 CO₂ 지중저장 실증부지에 존재하는 6개의 단층 중 WF2와 EF3단층에서 재활성화 가능성이 높은 것으로 나타나며, 마찰계수(friction coefficient: µ) 0.25(보수적인 물성값)인 경우, WF2 단층은 초기공극수압에서 CO₂ 주입으로 인한 공극수압 상승이 약 2.8 MPa 이상이면 단층 재활성화를 유발하게 된다. 마찰계수(friction coefficient: µ) 0.6(일반적인 물성값)인 경우, 임계공극수압변화량이 10 MPa 이상이면 단층 재활성을 유발하게 되며, 이 경우 EF3 단층이 가장 취약하다. 주입정과 가장 가까이에 발달하고 있는 EF1, EF2 단층의 임계공급수압변화량은 µ=0.25인 경우 7.1 MPa, 7.6 MPa, µ=0.6인 경우 14.7 MPa, 14.6 MPa로 평가되었다(Table 4; Lee et al., 2017).

위의 연구 결과에 따르면, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 주입공 인근에 분포하는 단층은 직선 거리로 최소 450 m 이상 떨어진 위치에 존재하며, 이 단층의 단층 재활성화 압력은 주입 전 공극수압을 7.5 MPa로 가정할 때, 보수적인 마찰계수를 적용한 경우에도 저장층 기저부에서 14.6 MPa 값을 보인다. 이를 주입공 상부설비에서의 주입압으로 환산하면 10.6 MPa이 한계 주입압력이 된다(Table 4). 본 연구과제에서 플랫폼 탑사이드의 메인펌프 기계적 주입 한계압력이 11.0 MPa이고 실제 운영 압력이 6-8 MPa이다(KNU, 2016a). 실제로 주입된 CO₂ 스트림에 의한 저장층의 공급압의 상승은 주입공에서 멀어지면서 압력강하가 발생하기 때문에 EF1이나 EF2 단층이 위치한 지점에서 저장층의 공급압이 14.6 MPa을 초과할 가능성은 거의 없다. 따라서 가장 보수적인 마찰계수값을 적용한 경우에도 본 연구과제에서 주입공에서 가장 가까운 EF1이나 EF2 단층을 재활성화 시킬 가능성은 거의 없는 것으로 판단된다(Table 4).

저장층 압력 상승으로 인한 단층 재활성화의 입장에서 가장 위험 요소가 큰 단층은 주입공 서쪽에 분포하는 WF2 단층이나 동쪽에 위치하는 EF3 단층이다(Fig. 6a). 이 단층들의 경우 2.8 MPa 이상의 압력상승이 발생할 경우 가장 보수적인 관점에서는 단층 재활성화가 발생할 수 있다(Table 4). 그렇기 때문에 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서는 주입공의 위치를 WF2 단층이나 EF3 단층에서 가능하면 멀리 떨어진 위치에 주입공을 위치시켰고, 실제로 두 단층 모두 주입공에서 직선거리로 1 km 이상 떨어진 위치에 존재한다(Fig. 6a). 또한 주입공의 위치는 남북방향으로 발달한 두 개의 배사구조 사이의 골(trough) 동쪽에 위치하게 하였기 때문에, 주입된 CO₂ 스트림이 동쪽 배사구조 쪽으로 이동하도록 하여 압력 상승 효과가 WF2 단층이나 동쪽 배사구조 반대 측면에 위치한 EF3 단층에 미치지 않도록 설계하였다(Fig. 8; KUN, 2018).

Fig. 8.

Seismic interpretation, showing top and base of the storage formation and the migration direction of the injected CO₂ stream to the up-dip part (modified from KNU, 2018).

초기 CO₂ 주입 시뮬레이션을 통해 약 2만톤의 CO₂ 스트림을 주입하였을 경우 직선 거리로 500 m 이상을 이동하지 않고 저장층에 머무르면서 트랩되는 것으로 분석된 바 있다(KNU, 2016a; Lee et al., 2017). 이 연구 결과에 따라 주입공에서 1 km 이상 떨어진 WF2 단층과 EF3 단층까지 압력상승 효과가 전달되지 못할 것으로 판단하였으나, 좀 더 정확한 CO₂ 스트림의 확산과 이로 인한 저장층의 압력 상승 효과를 파악하기 위해 여러 가지 시나리오와 주입 조건을 전제하여 정밀한 시뮬레이션을 수행하였다(Table 5).

본격적인 저장실증을 통해 주입된 CO₂ 스트림의 확산거리 분석

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 구조 분석결과 EF1 단층은 주입정과 약 450 m 떨어져 있으며, EF2 단층은 주입정과 약 530 m 떨어진 곳에 위치한다(Fig. 6a). 단층 재활성화에 가장 취약한 WF2 단층과 EF3 단층은 주입정과 1 km 이상 떨어져 있다(Fig. 6a). 주입된 CO₂ 스트림의 확산과 저장층의 공급압 상승효과에 대하여 다양한 시뮬레이터와 다양한 주입 조건 하에서 시뮬레이션을 수행하였다(Table 5).

본 연구의 CO₂ 주입 시뮬레이션에 따르면, 일일 40 ton/day 주입 시 시뮬레이션 최대 확산거리가 248 m, 시뮬레이션 평균 210 m로 추산되었다(Table 5). 이 경우 주입된 CO₂ 스트림의 확산으로 인한 저장층 공급압은 주입공으로부터 100 m 지점에서 7.6-9.9 MPa 범위의 값을 보일 것으로 예측되었으며, 최대 확산 거리에서의 저장층 공급압은 평균적으로 약 0.5 MPa이 떨어진 7.5-9.3 MPa 범위의 값을 보일 것으로 예상되었다(Table 5).

이러한 시뮬레이션의 결과를 요약하면, 본 연구에서 주입정 상부설비에서의 주입압 6-8 MPa로, 일일 최대 40 ton/day의 주입량으로 연간 250일씩, 2년간 총 2만톤의 CO₂를 주입할 경우, 주입된 CO₂ 스트림의 최대 확산거리가 주입공으로 부터 250 m를 넘지 않으며, 그 지점에서의 저장층 공급압도 10 MPa을 넘지 않을 것으로 예상된다(Table 5). 이러한 연구 결과는 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 지중저장 실증 행위가 예정대로 이루어질 경우에도 주입된 CO₂ 스트림이 가장 가까운 단층에 도달하지 못하며, 주입된 CO₂ 스트림의 최대 도달 거리인 주입공에서 최대 약 250 m 지점에서의 저장층 공급압이 저장지역 전체에서 가장 취약한 단층(본 연구과제 주입공에서 1 km 이상 떨어진 WF2 단층과 EF3 단층)을 재활성화 시킬 수 있는 압력보다 이미 낮아지기 때문에, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구로 인한 포항 영일만 지역의 단층 재활성화 가능성이 거의 없는 것으로 판단된다(Kim et al., 2018a, in press).

CO₂ 지중저장 실증연구 누출 발생 가능성 분석 및 대응 시스템 평가

CO₂ 지중저장을 통해 온실가스 감축을 실현할 경우 가장 중요하게 강조되고 있는 것이 주입된 CO₂ 스트림의 누출을 방지하는 것이다(Li and Liu, 2016). 사실 CO₂ 가스는 대기 중에 수 백 ppm이 평균적으로 혼합되어 있어 법정 폐기물 내지 대기오염물질로 간주되지 않는다. 그러나 대기 중의 CO₂ 농도가 퍼센트(%) 단위로 존재하게 되면, 인간이 호흡에 곤란을 느끼고 심한 경우 사망에 이를 수도 있기 때문에 주입된 CO₂ 스트림의 누출은 철저하게 차단하고 지속적인 모니터링을 수행해야 한다(EPA, 2000; Li and Liu, 2016).

CO₂ 지중저장 과정에서 주입된 CO₂ 스트림의 누출 가능성이 전혀 없는 프로젝트는 존재하지 않는다. 아무리 완벽하게 누출을 차단한다고 해도, 예상하지 못한 규모의 지질학적 이벤트나 운영 과정에서의 인적 요소에 의해 누출이 발생할 수도 있다. 중요한 것은 지질학적으로 누출이 발생할 가능성이 매우 적은 지층을 저장소로 선정하고, 인적 요소에 의해 대규모 누출이 발생하지 않도록 누출 방지 시스템을 구축하고 저장소를 지속적으로 감시하고 모니터링 하는 것이다.

누출 위험성이 최소화 될 수 있는 저장 지층의 선정

포항분지 심부 퇴적층이 CO₂ 지중저장에 적합할 것으로 간주되어 온 것은 포항분지 기저부의 심부퇴적층이 다공질 조립질 퇴적체이며, 이를 피복하고 있는 퇴적층이 덮개암으로서 기능할 수 있는 치밀한 불투수층인 세립질 이암층으로 이루어져 있기 때문이다(Fig. 9; Chang et al., 2016; Lee et al., 2017). 이 세립질 이암층의 두께가 포항분지 영일만 해역에서 평균적으로 약 600 m 이상이 된다. 본 연구과제 저장소 인근에서 저장층의 덮개암을 구성하는 이 세립질 이암층의 평균 투수율은 1 mD 미만으로 매우 치밀하며, 두께도 700 m 이상으로 주입된 CO₂ 스트림의 덮개암 지층을 통한 누출을 불가능하게 만들고 있다(Fig. 9; KNU, 2016a; Chang et al., 2016).

Fig. 9.

Columnar sections measured from the PHEW-1 core (ca. 1000 m thick) (modified from Choi, 2018).

일반적으로 CO₂ 지중저장의 경우 저장층과 덮개층을 관통하는 단층이나 파쇄대는 주입된 CO₂ 스트림의 누출 통로가 될 수 있다(Li and Liu, 2016). 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 실증 저장소의 경우 탄성파 탐사자료, 시추코어 및 물리검층 자료 분석을 통해 주입공 근처에서 단층이나 파쇄대가 확인되지 않는다(Fig. 10). 앞에서 살며본 것처럼 저장층과 덮개층을 관통하는 단층대는 총 6개가 확인되지만, 가장 가까운 단층이 주입공으로 부터 약 450 m 떨어져 있다(Fig. 6a). 주입공 인근의 나머지 단층들은 주로 화산암으로 이루어진 음향기반암층과 최하부 기저부 저장층에서 확인되는 기저부 단층으로서 저장층과 덮개층을 관통하는 단층이 아닌 것으로 해석된다(Fig. 10). 시추코어 및 물리검층 자료에서 확인되는 셰일층의 절리는 셰일의 특성으로 발달하는 수평 절리로서 수직적 유체 이동을 발생시키지 않는 수평 파쇄대로서 주입된 CO₂ 스트림의 누출경로가 될 수 없는 것으로 해석된다(KNU, 2018).

Fig. 10.

Results of structural analysis around the injection well (PHIW-1) showing intensive fault activities within basement rocks in Yeongil Bay (modified from KNU, 2018).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서는 탄성파 탐사자료를 기반으로 단층대를 분석하였으며, 탄성파 탐사자료의 해석은 주관적일 수 있다. 따라서 실증 저장소 인근에 인지하지 못한 단층대가 존재할 가능성을 배제할 수 없으며, 따라서 확인되지 않은 단층대가 존재할 경우를 대비하여 단층대의 발달 특성과 응력장의 관계를 분석하여 주입된 CO₂ 스트림의 누출성과의 관계를 알아보고자 하였다(KNU 2016b, 2017a; Chang et al., 2016).

포항분지 영일만 해역에서 저장층과 덮개층을 관통하는 단층대의 발달 방향은 대부분의 경우 NNE-SSW 방향을 보인다(Fig. 6a). 영일만 심부 지층의 응력장과 균열의 전단강도 등을 고려하여 영일만 일대의 포항분지 퇴적층을 대상으로 CO₂ 주입에 따른 저장소 역학적 안정성을 분석하였다(Fig. 11). 저장층 주변에 분포하는 단층의 자세를 고려하여 현생 응력조건 하에서 단층들의 전단성향을 분석한 결과, 대부분 주응력방향과 수직 방향인 NNE–SSW 방향의 주향으로 발달하고 있다(Fig. 11). 이러한 경향은 현재 확인되고 있는 대부분의 단층이 닫힘 단층으로 해석되어 CO₂ 누출로부터 상대적으로 안전한 것으로 판단되며, 만약 인지되지 않은 단층대가 존재하더라도 단층의 발달 방향이 NNE-SSW 방향일 가능성이 크기 때문에 닫힘 단층으로 기능할 가능성이 더 클 것으로 판단된다(Kim et al., 2018b, in press).

Fig. 11.

Analytic result of shear propensity of the storage and peripheral fault cracks in the Yeongil Bay (modified from Chang et al., 2016).

요약하면, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 주입된 CO₂ 스트림의 누출을 방지하기 위하여, 덮개층이 치밀하고 두껍게 발달하고 있으며, 저장층과 덮개층을 관통하는 단층대나 파쇄대가 주입공 인근 실증 지역에 발달하지 않으며, 주변 지역의 단층대가 발달하는 방향이 심부 응력장의 주응력 방향과 수직이어서 닫힘 단층의 특성을 가진 저장소를 선정하여 중소규모 CO₂ 주입실증 연구를 수행하고 있다.

주입공 완결과 주입 설비의 누출 방지 시스템

일반적으로 CO₂ 지중저장 과정에서 누출이 발생할 경우 주입공을 통한 누출의 가능성이 가장 높다고 평가되고 있다. 따라서 방대한 CO₂ 지중저장 기술 가운데 주입공 완결이 가장 중요한 요소 기술로 인식되고 있다. 그러나 국내의 경우 석유가스개발 현장이 제한적이고, 기타 높은 기술력을 필요로 하는 시추공 완결 현장이 없었기 때문에, CO₂ 지중저장 실증을 위한 주입공 완결 기술력이 부족한 현실이다.

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 주입공 완결의 경우 국내에서 개발 가능한 기술은 자립화하고, 국내에서 단기간에 확보가 어려운 기술은 해외에서 도입하는 전략을 수립하고 기술개발을 수행하였다. 이러한 전략 하에서, 케이싱, 튜빙, 스크린, 시멘팅은 국내 기술로 자립화하였으며, 팩커와 주입공 상부설비인 크리스마스 트리는 해외에서 제작하였다(KNU, 2015; Kwon, 2016; Won et al., in press). 다만 팩커와 크리스마스 트리도 국내 기술력으로 기본 설계를 수행하여 자립화 정도를 높이고자 하였다.

국내에서 CO₂ 지중저장 실증을 수행할 경우 주입공 완결 과정에서 가장 문제가 되는 기술이 천공(perforation) 기술이다. 천공의 경우 국내 기술력으로는 주입공 손상의 위험이 있고, 해외 기술력의 경우 예산의 압박으로 인해 도입이 불가능한 상황이다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 천공 공정을 생략하고, 이를 주입 구간 슬롯 케이싱으로 대체하는 결정을 내렸다(Fig. 12a). 시공 상의 어려움이 있었지만, 슬롯 케이싱의 활용으로 주입공 주입 구간 완결 공정이 단순해졌으며, 따라서 주입 구간 완결 실패로 인한 주입공을 통한 CO₂ 누출이 가능성을 상당히 줄일 수 있게 되었다(Fig. 12b; Won et al., in press).

Fig. 12.

Fig. 12. (A) Slot casing (modified from Won et al., 2018), (B) Slot casing installation (modified from Won et al., 2018), (C) Nondestructive test (modified from Won et al., 2018), (D) Cementing construction (modified from Won et al., 2018), (E) Check valve (modified from Moon et al., 2018), (F) Leak monitoring (modified from Won et al., 2018), (G) Leakage blocking system (modified from Won et al., 2018).

CO₂ 스트림이 직접 움직이는 배관 및 튜빙의 연결은 용접 전문가를 고용하여 연결 부위를 용접하여 누출의 가능성을 최소화하였다. 용접의 치밀성과 견실성을 확인하기 위해 용접 공정마다 비파괴 견실성 검사를 수행하였다(Fig. 12c).

CO₂ 지중저장을 위한 주입공 완결에서 시멘팅 기술의 중요성은 더 이상 말할 나위가 없다(Bai et al., 2015). 주입공에서 케이싱, 튜빙, 팩킹, 스크린, 공벽 등에서 누출이 발생할 수 있는 모든 간극을 시멘팅 하여야 하며, 이 시멘트가 부식되지 않고 그 견실성을 CO₂ 지중저장 과정에서 지속적으로 유지해야 한다. 시멘팅 공정에서 시멘트의 재질 결정과 시멘팅 기술자의 경험이 매우 중요한데, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 국내 해양 시추에서 시추공 완결을 위해 시멘팅을 시공한 경험을 가진 최고 전문가를 고용하여, 시멘팅의 견실성, 내산성, 내부식성을 갖출 수 있도록 G-CLASS 시켄트와 포틀랜드 시멘트를 적절하게 배합하여 시공하였다(Fig. 12d). 또한 이 시멘팅 공정의 견실도를 확인하기 위해 시멘트의 견실성과 내산성을 주입공 실험을 통해 재확인하였다(Won et al., in press).

마지막으로 주입공과 주입설비의 누출 방지 시스템의 핵심은 차단 체계이다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 안전한 CO₂ 지중저장을 위한 전 공정의 기술을 개발하는 연구과제로서 CO₂ 주입과정에서 불가피한 누출이 발생할 경우 이를 신속하게 차단할 수 있는 시스템을 개발하여 실증 저장소 현장에 적용하였다.

포항 영일만 해상 플랫폼의 CO₂ 주입 설비는 온도 및 압력이 급격한 상승을 대비하여 안전 사양이 구비되어 있으며, 시스템적으로는 경고 및 차단(Alarm & Interlock) 시스템이 갖추어져 있고, 하드웨어적으로 이상 압력 상승 시 설정 압력 이하로 설비 압력을 낮추기 위한 안전밸브(Safety V/V)와 승압된 CO₂ 스트림의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브(Check V/V)가 설치되어 있다(Fig. 12e). 또한 포항 영일만 해상 플랫폼의 주입공과 저장 플랜트 주입설비 구간마다 CO₂ 감지 센서를 설치하여 실시간 CO₂ 누출 모니터링을 수행하고 있으며, 누출 감지 시 CO₂ 주입이 즉시 자동적으로 중단되도록 설계되어 설치되었다(Fig. 12f).

포항 영일만 해상 플랫폼의 CO₂ 주입공에 설치된 감지 센서에서 CO₂ 누출이 감지되는 경우 CO₂ 주입이 즉시 중단됨은 물론이고 주입공 상부의 크리스마스 트리 및 케이싱 연결부로부터 CO₂ 누출을 차단할 수 있는 시스템도 갖추어져 있다(Fig. 12g). 필요시 주입공이 대규모 CO₂ 누출의 통로가 되지 않도록 주입공 상부의 크리스마스 트리를 즉시 주입공에서 차단하고 밀봉을 통해 폐쇄할 수 있도록 설계하고 설치하였다(Won et al., in press; Moon et al., in press).

저장소 감시와 모니터링 시스템

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 주입공과 저장 플랜트에서 실시간으로 누출 모니터링을 수행하여 누출 감지 시 CO₂ 주입이 즉시 자동적으로 중단되도록 설계되었으며, CO₂ 누출에 대비하여 주입공과 인접한 단층면 및 해상 플랫폼 주변 저장 실증 지역에서 지구물리 모니터링, 수리지화학 모니터링, 유기물 모니터링, 온도-압력 모니터링 등을 수행하고 있다(Fig 13). 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 CO₂ 누출로 인한 해양 생태계 피해 및 대기 중 CO₂ 농도 변화가 발생하지 않도록 매뉴얼과 프로토콜에 따라 주입량과 주입 압력을 신중하게 조절하며 저장소를 운영할 계획이며, CO₂ 주입 및 누출에 관련된 모니터링 정보를 실시간으로 공개할 예정이다.

지구물리 모니터링은 주입된 CO₂ 스트림의 장기 거동이나 상당 규모의 누출을 파악하기 위해 수행한다(Giese et al., 2009; NETL, 2017). 간접적인 모니터링 방법이지만, 광역적인 CO₂ 스트림의 거동을 파악할 수 있으며, 누출 경로를 정확하게 추적할 수 있는 장점도 있다(IPCC, 2005; Giese et al., 2009; NETL, 2017). 다만 약 1만톤 이하의 소규모 주입량은 탐지가 쉽지 않기 때문에 소규모 주입의 경우 모니터링이 쉽지 않은 단점도 가지고 있다. 최근에는 지구물리 모니터링의 해상력을 높이기 위한 기술개발이 집중적으로 이루어지고 있으며, 특히 음파 수진기를 해저면에 설치하여 잡음을 획기적으로 감소시키는 방법으로 지구물리 모니터링이 발전해 가고 있다(Mànuel et al., 2012). 이렇게 해저면에 음파 수진기를 설치하여 탄성파 탐사자료를 취득하는 방법을 해저면 탄성파 탐사(Ocean Bottom Sensor (or Seismometer) Survey)라고 부르며, 이 탐사법을 활용한 모니터링을 해저면 탄성파 모니터링(OBS monitoring)이라고 부른다(Orcutt and Kennett, 1976; Bohnenstiehl and Dziak, 2009; Mànuel et al., 2012).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서는 전통적인 방법인 지구물리 탐사선을 활용한 해양 4차원 지구물리 모니터링을 기본으로 하면서, 독자 개발한 해저면 탄성파 모니터링 시스템을 활용하여 4차원 해저면 모니터링을 병행하여 수행할 계획이다. 연구팀이 독자 개발한 해저면 탄성파 모니터링 시스템의 해저면 음파 수신기는 하이드로폰과 지오폰의 장점을 결합한 것으로 세계 최초로 천해에서 사용이 가능하도록 개발된 해저면 탄성파 탐사 음향 수진기이다(Fig. 13a). 이 해저면 탄성파 탐사 음향 수신기는 2채널 및 4채널용으로 개발하였고, 2016년에 수행한 성능 시험 탐사에서 기존의 해상 스트리머 수신기를 이용한 탐사보다 품질이 우수한 분해능을 가지고 있음을 확인하였다(Fig. 13b).

Fig. 13.

(A) Schematic design of Ocean Bottom Seismometer systems of two and four channels developed Pohang Basin by small-scale offshore demonstration project (modified from Park et al., 2018), (B) Enhanced seismic data processing quality of OBS seismic data and track design for OBS surveys (modified from Park et al., 2018).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서는 지구물리 모니터링과 함께 천부 퇴적층 시추공 모니터링을 주기적으로 실시할 계획이다. 주입공에서 주입된 CO₂ 스트림이 주입 과정에서 천부 지층으로 누출되는지의 여부를 모니터링하기 위하여 천부 시추공을 주기적으로 확보하여 수리지화학 모니터링을 실시하는 새로운 해저면 모니터링 시스템을 개발하였다(Fig. 14a). 천부 퇴적층 시추공 수리지화학 모니터링은 전통적인 수리지화학 모니터링 항목 외에도 유기물과 형광물질을 탐지하여 퇴적층 내의 CO₂ 농도 및 특성 변화를 정밀하게 추적하는 시스템도 적용할 예정이다(Fig. 14b).

Fig. 14.

(A) On board piston-coring on Tamhae-Ⅱresearch vessel (modified from KNU, 2017a), (B) Pore water sampling for geochemical analyses in Pohang Offshore Storage Project (modified from Park et al., 2018).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 전통적인 방식의 해상 4차원 지구물리 탄성파 모니터링을 기본으로, 선진 모니터링 기술인 해저면 4차원 지구물리 모니터링 시스템과 천부 퇴적층 시추공 수리지화학 모니터링 기술을 개발하여 새롭게 적용함으로써 신뢰도 높은 모니터링 시스템을 구축하였다(KNU, 2016a). 이러한 모니터링 시스템을 사용하여 2016년 말에 주입 전 기저 모니터링(pre-injection baseline monitoring)을 완수하였고, 개발된 모니터링 시스템의 성능을 계속해서 향상시키고 있다(KNU, 2016a, 2017a).

CO₂ 지중저장 과정에서 가장 중요한 모니터링이 주입공의 및 관측공에서의 온도 및 압력 모니터링이다(NETL, 2012, 2017). 온도 및 압력 모니터링은 주입공에서의 압력 조절의 필수 자료이며, 온도 및 압력 자료를 기본 자료로 사용한 유체 특성 모델링을 통해 CO₂ 스트림의 상변화를 추정하여 저장소 운영의 기초 자료로 활용하게 된다(NPD, 2013). 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 온도 및 압력 모니터링의 중요성을 인식하고 2쌍의 광섬유 온도 센서를 주입공 튜빙에 설치하였으며, 팩커에도 정밀한 온도 센서를 설치하여 주입공 기저부에서의 압력을 실시간으로 기록하고 있다(Fig. 15a). 압력 센서의 경우 주입공 상부설비(wellhead)와 기저부에서 압력을 측정하고 있는데, 아쉽게도 케이싱에 설치한 주입공 기저부 압력 모니터링 센서가 현재 미작동 상태이다. 이러한 기저부 압력 센서의 고장은 주입공이나 생산정에서 자주 발생하고 있는데, 이를 보완하고 기저부 압력 모니터링을 안정적으로 수행할 수 있도록, 주입공 튜빙 내부에 설치하고 회수하여 교체할 수 있는 신개념의 고감도 압력 센서의 개발을 수행 중에 있다(Fig. 15b; KNU, 2017b; Park et al., in press).

Fig. 15.

(A) Operational system software of CO₂ injection facilities with CO₂ injection pressure control and monitoring control system (modified from KNU, 2016a), (B) Prototype of Bottom Hole Pressure and Temperature sensor (modified from KNU, 2017a).

CO₂ 지중저장 실증연구 누출 위험 평가

2017년 11월 15일 규모 5.4의 지진이 포항 북구에서 발생한 이후, 포항 지역에서는 지진은 물론이고, CO₂ 지중저장 연구로 인해 발생할 수 있는 CO₂ 누출로 인한 피해를 걱정하는 목소리가 커진 상황이다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 앞에서 살펴본 것과 같이 지진 유발 가능성이나 누출 발생 가능성을 최소화하기 위한 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 그러나 예상하지 못한 규모의 지질학적 이벤트나 운영 과정에서의 인적 요소에 의한 CO₂의 누출이 발생할 가능성을 배제할 수 없기 때문에 CO₂의 누출로 인한 피해를 간략하게 평가해 보았다.

최근의 CO₂ 누출 관련 시뮬레이션 연구에 따르면 주입된 CO₂ 스트림의 누출량은 주입량을 연간 100만톤, 75만톤, 50만톤으로 수십년을 주입한 것으로 가정할 때 총 주입량의 19.5%, 11.5%, 2.8% 정도의 양이 투수성이 좋은 단층을 통해 누출될 수 있는 것으로 추산되었다(Table 6; Kang et al., 2015). 시뮬레이션 결론은 주입량이 적을수록 누출되는 양의 비율이 급격하게 줄어든다는 것이며, 저장소 자체에 포획되는 CO₂의 양이 상당하기 때문에 누출되는 총량은 주입량이 3,000만톤에 달하여도 최대 20% 정도일 것으로 예측되었다(Kang et al., 2015). 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에 주입 총량이 2만톤을 넘지 않지만, 수백만톤 이상의 주입량에 적용되는 누출량 추정식을 보수적으로 적용하여도, 총 누출량이 누출률 19.5%일 경우 3,900톤, 11.5%의 경우 2,300톤, 2.8%의 경우 560톤에 불과하다(Table 6). 이러한 포항 실증 저장소에서의 CO₂ 누출이 시뮬레이션처럼 수십 년이 아니라 연구사업 주입 종료 후, 2년 동안 이루어진다고 하더라도, 하루 CO₂ 누출량은 각각의 누출률에 대하여 5.4톤, 3.2톤, 0.8톤 정도가 된다(Table 6).

통계 자료를 살펴보면, 포항시에서 하루에 배출되는 CO₂ 양은 약 80,000톤이고, 포스코에서 배출하는 하루 CO₂ 배출량은 73,000톤에 달한다(ECPI, 2010; Lee et al., 2011; POSCO, 2013; Global energy statistical yearbook, 2006, 2016). 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구에서 주입할 예정인 총 주입량은 CO₂ 스트림 2만 톤이다. 주민이 거주하지 않은 영일만 포스코 인근 해역에 위치한 실증 저장소의 지리적 특성을 감안할 때, CO₂ 누출이 발생하더라도 2년 동안 누출될 경우 하루 최대 5.4톤, 1년 동안 누출될 경우 하루 최대 약 11톤 정도로 추산되는 CO₂ 누출량이 포스코의 하루 CO₂ 배출량과 비교할 때, 인간이나 생태계에 추가적인 피해를 발생시킬 것으로 생각되지 않는다.

과학적으로 불가능한 일이지만 포항 영일만 실증 저장소에서 2년 동안 주입된 CO₂ 스트림 2만톤이 주입이 종료된 직후, 최악의 지질학적 이벤트에 의해 하루에 모두 누출된다고 전제하여도 포스코의 하루 CO₂ 배출량의 1/4에 해당하는 양이다. 실제 포항에서는 포스코의 공장 가동 현황 변동에 따라 이 정도의 CO₂ 배출량 변화가 빈번하게 일어나고 있음에도 인간과 생태계에 심각한 피해를 야기하고 있다는 보고는 없다.

본 논문은 포항 영일만에서 추진하고 있는 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구가 매우 적은 양의 CO₂를 주입하는 소규모 연구개발 사업이기 때문에 CO₂ 누출을 경시해도 무방하다고 주장하는 것이 아니다. 소규모 연구개발 사업에서 CO₂ 누출을 방지하고 차단할 수 있는 기술을 확보해야 대규모 CO₂ 지중저장 사업을 안전하게 추진할 수 있는 기술적 기반이 마련된다. 따라서 규모와 상관없이 CO₂ 지중저장 행위는 CO₂ 누출이 발생하지 않도록 최선을 다해야 한다. 다만, 지금까지 수행된 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 내용이나 향후 이루어질 CO₂ 주입 규모로 볼 때, CO₂ 누출로 인한 피해를 지나치게 우려하여 포항 영일만에서 추진 중인 CO₂ 지중저장 실증 연구가 중단되는 것보다, 누출과 관련된 연구를 충실하게 수행하여, 누출방지기술과 위기관리 능력을 향상시키는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

CO₂ 지중저장 실증연구 시설 안전성 분석

해상 플랜트 내진 설계

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 포항 영일만 해상 플랫폼의 내진 설계는 최신 항만 및 어항 설계기준(2014)과 항만 및 어항시설의 내진설계표준서(1999)를 기준으로 이루어졌다(MOF, 1999, 2014). 해상 플랫폼 설치 지역은 포항 신항 인근이므로 그에 따른 지진 구역 계수는 0.11이고 목표 내구 년수는 10년으로서 위험도 계수 적용 시 확률론적 방법에 따라 기능수행수준(63%) 10년으로 선정할 수 있다(MOLIT, 1997). 그러나 보수적인 접근을 위하여 붕괴방지 및 기능수행수준의 구분 없이 재현주기 500년을 기준(약 2~3%)으로 해상 플랫폼의 내진설계를 실시하였다. 결과적으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 포항 영일만 해상 플랫폼은 규모 6.0의 지진에 안전하도록 내진 설계를 적용하여 제작하고 구축하였다.

해상 플랜트 태풍 및 해일 대응 설계

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 포항 영일만 해상 플랫폼은 100년 주기 파고의 태풍이나 해일을 견딜 수 있도록 설계되었다. 포항 영일만의 태풍에 의한 최대 파고 기록에 따르면 100년 재현주기 최대 파고가 10.6 m로서, 포항 영일만 해상 플랫폼은 최대 파고 10.6 m의 파도나 해일을 견딜 수 있도록 해수면에서 플랫폼 탑사이드 높이를 10.6 m 이상으로 설계하였다(KNU, 2016c). 포항 영일만 해상 플랫폼이 완공된 직후인 2016년 10월 5일, 포항 영일만에 태풍 차바(CHABA)가 직접적인 영향을 주었으며, 태풍 차바로 인한 영일만 해역의 파고가 최대 8.1 m에 근접하였다(KMA, 2016.10). 포항 영일만 해상 플랫폼은 이 파도를 무사히 견디어 냄으로써 100년 주기 태풍이나 해일에도 안전함을 입증하였다.

해상 플랜트 및 주입설비 산업재해 대응 계획

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 포항 영일만 해상 플랫폼 및 주입설비는 산업재해를 비롯한 여러 가지 시설 사고에 대한 안전성 확보를 위해 여러 가지 대응책을 준비하여 대비하고 있다(Fig. 16). 선박 충돌사고를 방지하기 위한 등부표를 3기 설치하였고, 플랫폼 탑사이드에 대각선으로 선박 및 항공기에게 위치 경고가 될 수 있는 등명기를 2기 설치하였다. 또한 해상 플랫폼 상단의 측면 모두에 행상 플랫폼의 용도와 명칭을 명시하여 표식으로 삼게 하고 있다(KNU,2016b).

Fig. 16.

Installation of Safety facility for the offshore platforms in Yeongil Bay (modified from KNU, 2016a).

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 지중저장 실증 저장소 현장 운영팀은 사고발생을 예방하고자 정기적인 안전 훈련을 받고 있다. 현장에서 사고가 발생하는 경우를 대비하여 사고수습 계획을 충실하게 마련하여 안전을 최우선적으로 확보할 수 있게 조치하고 있으며, 작업자의 해상추락, 화재 및 선박 충돌 시 대피 및 대처 방법을 매뉴얼로 만들어 현장 운영팀에게 숙지시키고 정기적으로 훈련을 받을 수 있는 기회를 제공하고 있다. 현장 작업자 개인 안전 조치계획으로 안전모, 구명복을 항시 착용하도록 하고 일일 안전점검 및 안전체조를 실시하고 있다. 추가적으로 선박용 안전장구를 해상 플랫폼에 다수 설치하여 비상 시 연구원들의 안전한 대피를 돕고 있다. 또한 포항 영일만 해상 플랫폼의 현장 작업 시 통선을 해상 플랫폼에 상시 대기시키도록 운영규칙을 만들어, 위급 상황이 발생해도 연구팀이 안전하게 대피할 수 있도록 준비하고 있다.

결 론

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 2016년 말에 해상 플랫폼, 주입공 시추 및 완결, 주입설비 등 CO₂ 지중저장 실증설비 구축을 완료하고, 2017년 1월 12일부터 3월 12일까지 약 100톤의 CO₂를 포항분지 영일만 심부 저장층에 주입하는 시험 주입 현장 실증을 국내 최초로 완수하였다. 2017년 초부터는 국내 CO₂ 주입실증 성공이라는 성과를 기반으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 연간 약 1만 톤 규모로 2년간 총 2만 톤을 포항 영일만 해저 퇴적층 실증 저장소에 주입하는 본격적인 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구를 완수하고자, 연안 및 해저 파이프라인 수송체계와 저장소 운영체계 구축에 착수하였다. 그러나 2017년 11월 15일 포항시 북구에서 발생한 규모 5.4의 지진으로 포항 지역에 막대한 피해가 발생하였고, 이 지진을 포항시 북구에서 수행되고 있던 지열발전 연구사업이 유발했다는 주장이 제기되면서, 포항에서 추진되고 있던 CO₂ 지중저장 연구도 안전성에 대한 우려로 일시 중지되는 상황에 직면하였다.

본 연구는 기상청과 한국지질자원연구원의 지진 기록을 검토하여, 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 시험주입 실증 행위가 이루어진 시기에 포항 지역에서 규모 1.0 이상의 지진이 발생한 바 없음을 확인하였다. 또한 주입 시기, 주입량, 주입 심도, 저장층의 특성, CO₂ 지중저장 행위의 특성 등을 고려할 때, CO₂ 시험주입 실증 행위가 2017년 11월 15일 포항에서 발생한 지진을 유발했을 가능성이 없다고 결론지었다.

추가적으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 지진 유발 가능성과 누출 발생 가능성에 대하여 분석을 실시하였다. 탄성파 탐사자료 및 시추자료를 기반으로 수행한 구조 분석 결과를 기초로 공내수압시험과 단층 재활성화 압력 분석 등을 통해 파악한 포항분지 영일만 실증 저장소의 안전 주입압력 분석 결과는 과학적으로 합리적인 것으로 판단된다. 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 안전 주입압력 분석결과에 따라 6~8 MPa의 범위에서 압력조절을 수행하면서 CO₂ 지중저장 시험주입 실증을 수행하였다. 또한 단층 재활성화 실험 모사 및 주입된 CO₂ 스트림의 확산 시뮬레이션 연구 등을 통하여 현재의 주입압력과 압력조절 조건에서는 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 CO₂ 주입행위로 인하여 단층의 재활성화가 발생하여 지진이 발생할 가능성도 매우 희박하다는 결론에 도달하였다.

본 연구의 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구 프로젝트의 CO₂ 누출 발생 가능성에 대한 검토 결과, 포항 영일만 CO₂ 지중저장 실증 연구의 저장층이 치밀하고 두꺼운 덮개암을 가지고 있으며, 저장소 일대에 발달하고 있는 단층의 영향이 가장 적은 지점에 주입공을 설치하였음을 확인하였다. 또한 본 연구의 안전성 분석 결과, 예측하지 못한 지질학적 이벤트나 저장소 운영 과정에서 인적 요소에 의한 주입된 CO₂ 스트림의 누출이 발생한 경우를 대비하여 수립한 주입공 완결 및 누출 대응 시스템이 적절하게 갖추어져 있다고 판단된다. 저장소 감시 및 모니터링 시스템 역시 주입된 CO₂ 스트림의 거동, 전파, 누출 등을 모니터링 할 수 있도록 적절하게 구성된 것으로 파악된다.

마지막으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 해상 플랫폼 및 주입설비는 재현주기 500년의 기준으로 내진 설계 기준을 적용하였고, 해상 플랫폼의 태풍 및 해일에 대한 안전성 확보를 위해 재현주기 100년의 설계 기준에 따라 설계하고 제작하여, 포항 영일만 해상에 구축하였다. 결과적으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구의 해상 플랫폼 및 주입설비는 2016년 10월에 발생한 태풍 차바의 기록적인 강풍과 높은 파도로부터 피해가 발생하지 않았으며, 2017년 11월 15일 포항 지진에도 손상을 입지 않아 그 안전성이 확인되었다.

포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 만일의 경우 발생할 수 있는 재난 상황에서, 포항 해상 CO₂ 지중저장 플랜트의 안전성을 확보하기 위해 지진, 지진 해일, CO₂ 스트림의 대규모 누출, 태풍 등의 상황에 대비한 대응 계획을 수립하고 매뉴얼화 하여 피해를 최소화할 수 있도록 대응 시스템을 마련하고 있다.

결론적으로 포항분지 해상 중소규모 CO₂ 지중저장 실증 연구는 지진 유발 가능성이나 누출 발생 가능성이 높지 않으며, 만일의 경우 발생할 수 있는 지진이나 누출에 대한 대응 시스템도 적절하게 갖추고 있다고 평가된다. 그럼에도 불구하고 지진이나 누출에 대한 피해가 발생하지 않도록 더욱 면밀하게 조사하고 검토하는 노력을 경주할 필요가 있으며, 연구진의 안전을 위한 안전 교육훈련과 여러 가지 자연재해 및 산업재해에 대한 안전 시스템도 강화될 필요가 있다고 판단된다.