The use of CO$_2$ hydrate for underground storage of carbon dioxide has been proposed in a number of locations, including permafrost bedrock, natural gas reservoirs, and under the seabed. Carbon dioxide storage beneath the seabed is favorable due to its large storage volume and reduced environmental impact. However, studies of CO$_2$ hydrate formation in the subsurface of the seafloor are either centered on the deep ocean (3 km~), where the liquid CO$_2$ is denser than water, or as a byproduct of the substitution production of methane gas from methane hydrate. In this study, the formation of CO$_2$ hydrate in the shallow seabed, where methane hydrate is relatively scarce and drilling access is simple, was studied by thermal, hydraulic, and mechanical sequential analysis to analyze the effects of injection strategy and geotechnical conditions on subsea CO$_2$ injection and CO$_2$ hydrate formation. As an application of this study, a preliminary study of an environmentally friendly subsea foundation reinforcement method compared to cement due to changes in ground properties caused by CO$_2$ hydrate formation is proposed.
이산화탄소 지중 저장을 위한 이산화탄소 하이드레이트 형태의 사용은 영구 동토 암반, 천연 가스 추출이 끝난 지역, 해저 지중 등을 배경으로 다양하게 제시되어왔다. 개중 해저 지중에서의 이산화탄소 저장은 넓은 저장 공간과 환경에 미치는 영향 저감으로 인해 유리하다. 그러나 해저 지중에서의 이산화탄소 하이드레이트 형성 연구는 이산화탄소 액체가 물보다 높은 밀도를 가지는 3km 이상 깊이의 깊은 해저를 중심으로 연구되거나, 그와 병행하여 메탄 하이드레이트로부터 메탄 가스를 치환 공법을 통해 추출하는 등 깊은 심도의 해저에 존재하는 메탄 하이드레이트의 누출을 전제로 한다. 이에 본 연구는 메탄 하이드레이트 부존량이 비교적 희박하며 시추 접근이 용이한 얕은 해저에서 이산화탄소 하이드레이트의 형성을 열-수리-역학적 순차 해석으로 연구하여 해저 지중 이산화탄소 주입 및 이산화탄소 하이드레이트 형성과정에 주입 전략과 지반 조건이 미치는 영향을 분석하였다. 나아가 이의 응용으로 이산화탄소 하이드레이트 형성으로 인해 바뀌는 지반 물성으로 시멘트에 비교해 환경적인 해저 기초 보강 공법의 기초 연구를 제안한다.
