This study proposed CO2 intermediate storage and injection facilities for ship based CCS to solve ship`s flexible transport system, economy and geological reservoir condition problem. Using this concept, proposed many design alternatives. Proposed design alternatives were total 4, floating ISIF*, hanging ISIF, submerged TLP ISIF and seabed ISIF. Floating ISIF was structure which CO2 storage tank location was on the sea level, and hanging ISIF was storage tank hanging on the floater. Submerged TLP ISIF was modified existing TLP to storage CO2 into middle of the sea, finally seabed ISIF was storage tank installed sea floor.
Conceptual design did each design alternative. And based on conceptual design of design alternatives, through the evaluation process take one practical design solution. Final goal was did detailed design process of practical design solution.
본 연구를 통하여 이산화탄소 포집 및 저장 (CCS)에 관해 알아보았다. 기존에 존재하는 배를 이용한 ship based CCS 에 대해 자세히 알아보고 그곳에서 생길 수 있는 문제에 대하여 연구를 하였다. 생길 수 있는 문제점으로는 주입을 위해서 배가 주입을 하는 동안 주입설비 옆에서 계속적으로 기다려야 하는 점, 이는 적은 부피의 이산화탄소 운반선의 경우는 큰 문제가 되지 않지만 추후 거대한 이산화탄소 운반선이 등장할 경우에는 매우 큰 문제가 생길 수 있다. 두 번째 문제점으로는 주입의 경우 reservoir 의 formation 에 따라서 injection rate 가 달라지게 되는데 injection rate 에 따라서 운반선이 주입설비 옆에서 예상시간보다 오랫동안 정박해 있을 경우에 경제적으로 많은 피해를 입게 되는 것이다. 세 번째로는 이산화탄소 주입의 경우는 단순히 주입으로 끝나는 것이 아닌 주입 후 계속적인 모니터링을 통하여 안정성을 평가하고 계속 주입할 것인지, 아니면 주입을 그만둘 것인지에 대해서 평가를 해야 한다는 것인데, 이 주입의 경우 하나의 체계적인 모델이 없다는 것이다. Ship base CCS 의 한국 내에 적용을 위하여 ship based CCS 에서 생길 수 있는 문제점들을 해결할 수 있는 해양 중간 저장 및 주입 설비에 관한 개념을 구상하였다.
해양 중간 저장 및 주입 설비는 앞서 생길 수 있는 문제점들을 해결할 수 있도록, 이송과 저장의 중간단계에 설치되어 이송되어 오는 이산화탄소를 중간 저장을 하게 된다. 중간저장장치로 이산화탄소를 옮긴 운반선은 다시 이산화탄소 source 가 있는 곳으로 항해를 한다. 중간저장장치에 저장된 이산화탄소는 주입설비와 연계하여 저장소의 condition 에 따라서 적절한 주입률로 저장을 하게 된다. 이렇게 된다면 앞서 말한 3 가지의 문제점을 해결 할 수 있다. 해양 중간 저장 및 주입 설비를 몇 가지의 대안으로 나누었다. 설치되는 위치와 형태에 따라서 floating ISIF, hanging ISIF, submerged TLP ISIF, 그리고 seabed ISIF 총 4 가지로 나누었다.
Floating ISIF 는 바다 위에 설치되는 ISIF 로 적은 pump 압력조건으로 이산화탄소를 reservoir에 주입할 수 있다는 장점이 있는 반면에 고압의 이산화탄소를 저장하기 위한 많은 개수의 압력용기를 필요로 한다는 단점이 있다. Hanging ISIF 는 바다 중간에 설치되는 저장탱크를 바다 위에 떠 있는 부유 체가 매달고 있는 형태의 ISIF 이다. floating 과 submerged 형식의 장점을 가져온 것으로 추후 이동이 가능하다는 것과 압력용기의 사용이 없어도 된다는 장점이 있는 반면에 tether 를 쓰거나, 부력 체와 무게 추를 사용해야 한다는 단점이 있다. Submerged TLP ISIF 는 기존에 존재하는 TLP 를 변형하여 바다 중간에 저장탱크를 세우는 ISIF 이다. 압력용기를 사용 안 해도 되고 외부 파도나 바람 등의 영향을 적게 받는 장점이 있지만 tether 를 이용하여 storage tank 의 위치를 유지하는 positioning 의 어려움이 있다. Seabed ISIF 는 해저 면에 설치되는 ISIF 로 일반 용기의 사용과 값싼 concrete 를 사용 가능한 장점이 있는 반면, 정기적인 검사, 설치의 어려움 등의 단점이 있다.
최종적으로 가장 현실성 있는 대안으로 seabed ISIF 가 선정이 되었다. 다른 3 가지의 대안들에 비하여 현실적으로 사용이 가능하다. 이산화탄소를 다루는 구조물인 만큼 안정성 등에 있어서 많이 문제시 되었고, 육지가 아닌 해상에서 작업이 이뤄지는 만큼 바다에서 파도나 바람 등의 영향이 많아서 작업을 하지 못하게 될 경우가 있다. Seabed ISIF 의 경우는 이러한 안정성 및 외부 영향조건 등에 대해서 다른 대안들에 비해 높은 점수를 받아서 최종적으로 선정되게 되었다.
