Over the last decades, geological carbon storage (GCS) has emerged as an essential strategy to sequester or store captured carbon dioxide (CO$_2$). The GCS strategy involves the injection of CO$_2$ into deep geological formations and its ensuing storage within a porous media, where the interfacial tension (IFT) between CO$_2$ and indigenous pore fluids, as well as the contact angle (CA), governs the efficiency of CO$_2$ storage. This study focuses on enhancing CO$_2$ storage efficiency by reducing the capillary factor through the alteration of the IFT and CA using Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), an anionic surfactant, and quartz, Mancos shale, and Berea sandstone as the surfaces to determine CA. High-pressure and high-temperature experiments were conducted in the range of 1-12 MPa and 25-80°C, employing techniques such as pendant and rising drop for IFT measurement and sessile and tilting plate for CA analysis. Results show that at 40°C, the IFT reduces by 10.5 mN/m (59% decrease) at 10 MPa, with an estimated critical micelle concentration (CMC) of approximately 60% of the original CMC. At 80°C, the IFT decreases by 47% at 10 MPa, with a CMC of around 70% of the original value. Continuing with the CA, all the substrates are originally water-wet exhibiting values of static CA between 19° and 28°, with a slight increase in CA when increasing pressure and negligible effect of temperature. Dynamic angles (i.e., advancing and receding angles) of Mancos shale and Berea sandstone show a similar trend, contrary to the experimental results corresponding to the quartz substrates. After the addition of SDS, the three substrates show a more water-wet state, being the quartz samples the most affected. When computing the capillary factor, SDS shows its capability to enhance the injection and storage of CO$_2$, quantified through the sweep efficiency going from 27% to 39% at the point of maximum reduction of the capillary factor.

지난 수십 년 동안, 지질 탄소 저장(Geological Carbon Storage, GCS)은 포획된 이산화탄소(CO$_2$)를 흡착하거나 저장하는 필수적인 전략으로 각광받아왔다. GCS 전략은 CO$_2$를 깊은 지질 계층에 주입한 다음 다공성 매체 내에 저장함으로써 이루어지며, 이때 CO$_2$와 자연 발생한 모공액 사이의 계면 장력 (Interfacial Tension, IFT)과 접촉 각도 (Contact Angle, CA)가 CO$_2$ 저장 효율을 조절하는 역할을 한다. 본 연구에서는 음이온 계면활성제인 로릴 황산 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate, SDS)와 quartz, Mancos shale 및 Berea sandstone을 표면으로 사용하여 IFT와 CA를 조절함으로써 CO$_2$ 저장 효율을 향상시키고자 하였다. 이를 위해 1–12 MPa와 25–80°C 범위에서 고압 및 고온 실험을 수행하였으며, IFT 측정에는 pendant 및 rising drop 기법을, CA 분석에는 sessile 및 tilting plate 기법을 사용했다. 연구 결과에 따르면, 40°C에서 10 MPa에서 IFT는 10.5 mN/m (59% 감소)로 감소하였으며, 추정된 임계 미셀 농도(Critical Micelle Concentration, CMC)는 기존 CMC의 약 60% 수준이었다. 80°C에서 10 MPa에서 IFT는 원래 값의 약 47% 감소하였으며, 기존 CMC의 약 70% 수준이었다. CA에 대해선, 모든 기판은 원래 상태로 물성을 나타내며, 정적 CA 값은 19°에서 28° 사이에 분포하였다. 압력이 증가할수록 CA는 약간 증가하며, 온도의 영향은 미미했다. Mancos shale과 Berea sandstone의 동적 각도 (즉, 진전 각도 및 후퇴 각도)는 유사한 경향을 보이며, 이는 quartz 기판에 대한 실험 결과와는 반대의 경향성을 보인다. SDS의 첨가 이후, 세 가지 기판 모두 보다 수성 상태를 나타내며, 그 중에서도 quartz 샘플이 가장 큰 영향을 받았다. capillary factor를 계산할 때, SDS는 CO$_2$ 주입 및 저장을 향상시킬 수 있으며, 이는 capillary factor의 최대 감소 지점에서 sweep efficiency가 27%에서 39%로 증가하는 것으로 확인되었다.