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주입정

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목차

1. 개요

주입정은 폐기물 처리, 석유 및 가스 생산, 환경 정화, 대수층 재충전, 지열 에너지 활용 등 다양한 목적으로 사용되는 우물이다. 폐기물 처리 목적으로는 폐수를 암석의 불투수층에 주입하여 지표수 오염을 방지하며, 석유 및 가스 생산에서는 유전 압력 유지 및 오일 흐름 개선을 위해 활용된다. 또한, 토양 및 지하수 오염 정화, 지하수 함양, 지열 에너지 추출에도 사용된다. 미국에서는 주입정 활동이 안전한 식수법에 따라 규제되며, EPA는 주입정 유형을 Class I부터 VI까지 분류한다. 주입정은 유발 지진의 원인이 될 수 있다는 연구 결과가 있으며, 특히 석유 산업의 폐수 주입이 지진 활동 증가와 연관될 수 있다는 점이 지적된다.

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주입정
개요
유형유체 주입 장치
설명유체를 지하 깊숙이 주입하는 데 사용되는 장치
관련 용어시추공
유정
지하수
수압 파쇄
상세 정보
목적폐수 처리
수압 파쇄
지열 발전
탄소 격리
석유 회수 증진
환경 영향지진 유발 가능성
지하수 오염 가능성

2. 주입정의 종류 및 용도

주입정은 여러 가지 목적으로 사용된다.


  • '''폐기물 처리'''


처리된 폐수는 지표수 오염을 방지하기 위해 암석의 불투수층 사이에 주입될 수 있다. 주입정은 일반적으로 주입수가 주변 환경과 혼합되는 것을 방지하기 위해 깊은 고도까지 단단한 벽 파이프로 건설된다.[1] 주입정은 대수층에 도달하기 전에 폐수를 처리하기 위해 지구를 필터로 사용하며, 주입수를 넓은 지역으로 분산시켜 환경적 영향을 줄인다.

미국에서는 화학 제조업체, 정유 공장, 식품 생산자 및 시립 폐수 처리 공장과 같은 산업에서 약 800개의 심부 주입 폐기물 처리정을 사용하고 있다.[2] 미국에서 석유 및 가스 추출정에서 생성되는 대부분의 생산수도 심부 주입정에 폐기된다.[3]

폐수 주입정에 대한 비판자들은 잠재적인 지하수 오염에 대한 우려를 제기한다. 일부 주입 폐기물이 지하수에 미치는 영향은 완전히 이해되지 않았으며, 과학 및 규제 기관이 2012년 현재 680,000개가 넘는 우물이 있는 미국에서 폐기 관행의 급속한 확장을 따라가지 못했다고 주장한다.[4]

주입정의 대안으로는 처리된 폐수를 수용수로 직접 배출, 재사용을 위한 석유 시추 및 프래킹 생산수 처리, 관개 또는 가축 급수를 위한 처리수 활용, 또는 산업 폐수 처리 공장에서의 물 처리가 있다.[5] 직접 배출은 물을 넓은 지역에 분산시키지 않으며, 환경적 영향은 강의 특정 부분과 하류 지역 또는 연안 수역에 집중된다. 생산수가 염분이 있는 경향이 있는 지역에서는 광범위한 관개가 일반적이지 않으며,[5] 이 관행은 종종 비용이 많이 들고 지속적인 유지 보수와 많은 전력 소비가 필요하다.[6]

1990년대 초부터 하와이주 마우이 카운티는 라하이나 폐수 재활용 시설 아래에 주입하는 하루 3백만에서 5백만 갤런의 폐수를 둘러싸고 갈등을 겪어 왔다. 이 물이 해안으로 흘러나와 녹조 현상 및 기타 환경 피해를 유발한다는 주장이 제기되었다. 약 20년 후, 여러 연구에서 주입수의 절반 이상이 인근 연안 수역에 나타나는 것으로 나타나 환경 단체에 의해 소송이 제기되었다. 2001년 동의 명령은 카운티가 하와이 보건부로부터 수질 인증을 받도록 요구했지만, 2010년까지 이를 이행하지 못했다.[7] 이 사건은 미국 제9 순회 항소 법원과 미국 대법원을 거쳐 진행되었다. 2020년, 대법원은 ''마우이 카운티 대 하와이 야생동물 기금'' 판결에서 주입정이 청정수법에 따라 "직접 배출의 기능적 등가물"이 될 수 있으며, 이러한 유형의 우물이 허가를 받아야 하는 경우 규정을 제정하기 위해 EPA가 법원과 협력하도록 지시했다.[8]

  • '''석유 및 가스 생산'''


천연 가스 및 석유 생산에 주입정이 사용된다.[9] 증기, 이산화 탄소, 물 및 기타 물질을 유전을 유지하기 위해 주입하여 유전 압력을 유지하거나, 오일을 가열하거나 점도를 낮추어 인근 생산정으로 흐르도록 할 수 있다.[9]

  • '''환경 정화'''


주입정은 환경 정화에도 사용되며, 토양 오염 또는 지하수 오염을 정화하는 데 사용된다.[10] 주입정을 통해 깨끗한 물을 대수층에 주입하여 지하수 흐름의 방향과 속도를 변경할 수 있으며, 하류의 추출정으로 흐르게 하여 오염된 지하수를 더 빠르고 효율적으로 제거할 수 있다.[10] 토양에 갇혀 접근하기 어려운 복잡한 탄화수소 및 기타 오염 물질은 반응성이 높은 가스인 오존에 의해 분해될 수 있는데, 주입정은 오존화 시스템을 활용한 토양 오염 정화에도 사용될 수 있다.[10] 이는 영향을 받는 지역을 파내는 것보다 비용 효율적일 수 있으며, 건물 건설로 인해 파기가 비실용적일 수 있는 도시 환경에서 특히 유용하다.[10]

  • '''대수층 재충전'''


최근 주입 또는 침투를 통해 자연 대수층을 재충전하는 방법이 세계에서 가장 건조한 지역인 MENA 지역(중동 및 북아프리카)에서 더욱 중요해졌다.[11]

지표수 유출은 드라이 웰이나 저수지로 기능하도록 개조된 황무지 우물로 재충전될 수 있다.[12] 이러한 하이브리드 우수 관리 시스템은 재충전 우물이라고 불리며, 대수층 재충전과 식수 공급을 동시에 수행할 수 있다는 장점이 있다. 기존 인프라를 활용할 수 있으며, 개조 및 운영에 거의 노력이 필요하지 않다. 우물 샤프트에 고분자 덮개(호일)를 삽입하는 것만큼 간단하게 활성화 할수 있다. 바닥으로의 넘침을 전달하기 위한 수직 파이프는 성능을 향상시킬 수 있다. 우물 주변 지역은 깔때기 역할을 하며, 이 지역이 잘 관리된다면 물은 저수지에 들어가기 전에 정화가 거의 필요하지 않을 것이다.[13]

  • '''지열 에너지'''


주입정은 지표면 아래의 뜨겁고 다공성 암석층에서 지열 에너지를 활용하기 위해 사용된다. 땅속에 유체를 주입하여 가열한 다음 인접한 정에서 유체, 증기, 또는 이 둘의 조합으로 추출한다.[14][15] 가열된 증기와 유체는 지열 발전이나 지열 난방에 직접 사용될 수 있다.[16]

2. 1. 폐기물 처리

처리된 폐수는 지표수 오염을 방지하기 위해 암석의 불투수층 사이에 주입될 수 있다. 주입정은 일반적으로 주입수가 주변 환경과 혼합되는 것을 방지하기 위해 깊은 고도까지 단단한 벽 파이프로 건설된다.[1] 주입정은 대수층에 도달하기 전에 폐수를 처리하기 위해 지구를 필터로 사용하며, 주입수를 넓은 지역으로 분산시켜 환경적 영향을 줄인다.

미국에서는 화학 제조업체, 정유 공장, 식품 생산자 및 시립 폐수 처리 공장과 같은 산업에서 약 800개의 심부 주입 폐기물 처리정을 사용하고 있다.[2] 미국에서 석유 및 가스 추출정에서 생성되는 대부분의 생산수도 심부 주입정에 폐기된다.[3]

폐수 주입정에 대한 비판자들은 잠재적인 지하수 오염에 대한 우려를 제기한다. 일부 주입 폐기물이 지하수에 미치는 영향은 완전히 이해되지 않았으며, 과학 및 규제 기관이 2012년 현재 680,000개가 넘는 우물이 있는 미국에서 폐기 관행의 급속한 확장을 따라가지 못했다고 주장한다.[4]

주입정의 대안으로는 처리된 폐수를 수용수로 직접 배출, 재사용을 위한 석유 시추 및 프래킹 생산수 처리, 관개 또는 가축 급수를 위한 처리수 활용, 또는 산업 폐수 처리 공장에서의 물 처리가 있다.[5] 직접 배출은 물을 넓은 지역에 분산시키지 않으며, 환경적 영향은 강의 특정 부분과 하류 지역 또는 연안 수역에 집중된다. 생산수가 염분이 있는 경향이 있는 지역에서는 광범위한 관개가 일반적이지 않으며,[5] 이 관행은 종종 비용이 많이 들고 지속적인 유지 보수와 많은 전력 소비가 필요하다.[6]

1990년대 초부터 하와이주 마우이 카운티는 라하이나 폐수 재활용 시설 아래에 주입하는 하루 3백만에서 5백만 갤런의 폐수를 둘러싸고 갈등을 겪어 왔다. 이 물이 해안으로 흘러나와 녹조 현상 및 기타 환경 피해를 유발한다는 주장이 제기되었다. 약 20년 후, 여러 연구에서 주입수의 절반 이상이 인근 연안 수역에 나타나는 것으로 나타나 환경 단체에 의해 소송이 제기되었다. 2001년 동의 명령은 카운티가 하와이 보건부로부터 수질 인증을 받도록 요구했지만, 2010년까지 이를 이행하지 못했다.[7] 이 사건은 미국 제9 순회 항소 법원과 미국 대법원을 거쳐 진행되었다. 2020년, 대법원은 ''마우이 카운티 대 하와이 야생동물 기금'' 판결에서 주입정이 청정수법에 따라 "직접 배출의 기능적 등가물"이 될 수 있으며, 이러한 유형의 우물이 허가를 받아야 하는 경우 규정을 제정하기 위해 EPA가 법원과 협력하도록 지시했다.[8]

2. 2. 석유 및 가스 생산

천연 가스 및 석유 생산에 주입정이 사용된다.[9] 증기, 이산화 탄소, 물 및 기타 물질을 유전을 유지하기 위해 주입하여 유전 압력을 유지하거나, 오일을 가열하거나 점도를 낮추어 인근 생산정으로 흐르도록 할 수 있다.[9]

2. 3. 환경 정화

주입정은 환경 정화에도 사용되며, 토양 오염 또는 지하수 오염을 정화하는 데 사용된다.[10] 주입정을 통해 깨끗한 물을 대수층에 주입하여 지하수 흐름의 방향과 속도를 변경할 수 있으며, 하류의 추출정으로 흐르게 하여 오염된 지하수를 더 빠르고 효율적으로 제거할 수 있다.[10] 토양에 갇혀 접근하기 어려운 복잡한 탄화수소 및 기타 오염 물질은 반응성이 높은 가스인 오존에 의해 분해될 수 있는데, 주입정은 오존화 시스템을 활용한 토양 오염 정화에도 사용될 수 있다.[10] 이는 영향을 받는 지역을 파내는 것보다 비용 효율적일 수 있으며, 건물 건설로 인해 파기가 비실용적일 수 있는 도시 환경에서 특히 유용하다.[10]

2. 4. 대수층 재충전

최근 주입 또는 침투를 통해 자연 대수층을 재충전하는 방법이 세계에서 가장 건조한 지역인 MENA 지역(중동 및 북아프리카)에서 더욱 중요해졌다.[11]

지표수 유출은 드라이 웰이나 저수지로 기능하도록 개조된 황무지 우물로 재충전될 수 있다.[12] 이러한 하이브리드 우수 관리 시스템은 재충전 우물이라고 불리며, 대수층 재충전과 식수 공급을 동시에 수행할 수 있다는 장점이 있다. 기존 인프라를 활용할 수 있으며, 개조 및 운영에 거의 노력이 필요하지 않다. 우물 샤프트에 고분자 덮개(호일)를 삽입하는 것만큼 간단하게 활성화 할수 있다. 바닥으로의 넘침을 전달하기 위한 수직 파이프는 성능을 향상시킬 수 있다. 우물 주변 지역은 깔때기 역할을 하며, 이 지역이 잘 관리된다면 물은 저수지에 들어가기 전에 정화가 거의 필요하지 않을 것이다.[13]

2. 5. 지열 에너지

주입정은 지표면 아래의 뜨겁고 다공성 암석층에서 지열 에너지를 활용하기 위해 사용된다. 땅속에 유체를 주입하여 가열한 다음 인접한 정에서 유체, 증기, 또는 이 둘의 조합으로 추출한다.[14][15] 가열된 증기와 유체는 지열 발전이나 지열 난방에 직접 사용될 수 있다.[16]

3. 규제 및 환경 문제

미국에서 주입정 활동은 안전한 식수법(SDWA)에 따라 미국 환경 보호청(EPA)과 주 정부에서 규제한다.[1] 주 정부는 안전한 식수법(SDWA)의 "주 정부 주요 집행 책임" 조항에 의거, 제안된 UIC 프로그램을 EPA에 제출하여 주요 집행 책임을 맡을 수 있다.[17] 34개 주가 Class I, II, III, IV 및 V 주입정에 대한 UIC 우선 집행 권한을 부여받았다.[18] EPA는 승인된 UIC 프로그램이 없는 주에 대해 적용할 프로그램을 제정하며,[19] 식수원을 보호하기 위해 지하 주입 통제(UIC) 규정을 발표했다.[20][21]

EPA 규정은 6가지 유형의 주입정을 정의한다.[1] Class I 우물은 도시 및 산업 폐기물을 식수원 지하에 주입하고, Class II 우물은 석유 및 가스 생산 관련 액체(수압 파쇄 폐기물 포함)를 주입한다. Class III 우물은 용액 채광에 사용되는 액체를 식수원 지하에 주입한다. Class IV 우물은 유해 폐기물을 지하수원 위나 안에 주입했으나, EPA는 1984년에 사용을 금지했다.[22] Class V 우물은 Class I~IV에 포함되지 않는 비유해 주입에 사용되며, 폭풍우 배수 우물과 정화조 침출수 처리장 등이 해당된다. Class VI 우물은 탄소 포집 및 저장을 위해 이산화탄소를 주입하는 데 사용된다.[1] 2010년 Class VI 도입 이후 2022년 현재 일리노이주에 2개의 Class VI 우물만 건설되었고, 다른 4개의 승인된 프로젝트는 건설되지 않았다.[23]

3. 1. 규제 현황

미국에서 주입정 활동은 안전한 식수법(SDWA)에 따라 미국 환경 보호청(EPA)과 주 정부에서 규제한다.[1] 주 정부는 안전한 식수법(SDWA)의 "주 정부 주요 집행 책임" 조항에 의거, 제안된 UIC 프로그램을 EPA에 제출하여 주요 집행 책임을 맡을 수 있다.[17] 34개 주가 Class I, II, III, IV 및 V 주입정에 대한 UIC 우선 집행 권한을 부여받았다.[18] EPA는 승인된 UIC 프로그램이 없는 주에 대해 적용할 프로그램을 제정하며,[19] 식수원을 보호하기 위해 지하 주입 통제(UIC) 규정을 발표했다.[20][21]

EPA 규정은 6가지 유형의 주입정을 정의한다.[1] Class I 우물은 도시 및 산업 폐기물을 식수원 지하에 주입하고, Class II 우물은 석유 및 가스 생산 관련 액체(수압 파쇄 폐기물 포함)를 주입한다. Class III 우물은 용액 채광에 사용되는 액체를 식수원 지하에 주입한다. Class IV 우물은 유해 폐기물을 지하수원 위나 안에 주입했으나, EPA는 1984년에 사용을 금지했다.[22] Class V 우물은 Class I~IV에 포함되지 않는 비유해 주입에 사용되며, 폭풍우 배수 우물과 정화조 침출수 처리장 등이 해당된다. Class VI 우물은 탄소 포집 및 저장을 위해 이산화탄소를 주입하는 데 사용된다.[1] 2010년 Class VI 도입 이후 2022년 현재 일리노이주에 2개의 Class VI 우물만 건설되었고, 다른 4개의 승인된 프로젝트는 건설되지 않았다.[23]

3. 2. 유발 지진

중앙 미국의 지진 누적 횟수. 지도 중앙의 빨간색 클러스터는 2009년 이후 활동이 가장 크게 증가한 오클라호마 인근 지역을 보여준다.


2013년 7월 미국 지질조사국(USGS) 과학자 윌리엄 엘스워스(William Ellsworth)의 연구에 따르면 지진과 폐수 주입 시설 간의 연관성이 밝혀졌다.[24] 2010년부터 2013년까지 4년 동안 미국 중부 및 동부 지역에서 규모 3.0 이상의 지진 발생 횟수가 급증했다. 수십 년 동안 꾸준한 지진 발생률(연평균 21회)을 보이던 중, 2001년부터 활동이 증가하여 2011년에는 188건의 지진으로 정점을 찍었으며, 여기에는 오클라호마 역사상 가장 강력한 지진인 오클라호마주 프라하 인근에서 발생한 규모 5.7의 지진이 포함되었다.[24] USGS 과학자들은 일부 지역에서 지진 활동 증가가 심부 폐기물 처리정에 폐수 주입과 일치한다는 것을 발견했다. 주입으로 유발된 지진은 표면 아래 깊숙이 주입된 과도한 유체로 인한 압력 변화로 인해 발생하는 것으로 생각되며, "인공" 지진이라고 불린다.[24] 2016년 9월 3일, 규모 5.8의 지진이 오클라호마주 포니 인근에서 발생했으며, 3시간 반 이내에 규모 2.6에서 3.6 사이의 9번의 여진이 뒤따랐다.[25] 이 지진은 5년 전에 기록된 이전 기록을 깼다. 테네시주 멤피스와 애리조나주 길버트에서도 진동이 감지되었다.[25] 메리 팰린 오클라호마 주지사는 비상사태를 선포했고, 오클라호마 공사 위원회는 지역 폐기물 처리정에 대한 폐쇄 명령을 내렸다.[25][26] 미국 지질조사국 (USGS)이 유발 지진에 대한 다년간의 연구 결과를 2015년에 발표했는데, 1952년 규모 5.5의 엘 리노 지진과 같은 오클라호마의 주요 지진 대부분이 석유 산업의 심부 폐수 주입에 의해 유발되었을 가능성이 있음을 시사했다.[27]

3. 2. 1. 포항 지진과 지열 발전

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4. 대한민국 현황 및 전망

4. 1. 이산화탄소 지중 저장 (CCS)

4. 2. 기술 개발 과제

참조

[1] 웹사이트 General Information About Injection Wells http://www.epa.gov/u[...] U.S. Environmental Protection Agency (EPA) 2020-04-20
[2] 웹사이트 Class I Industrial and Municipal Waste Disposal Wells https://www.epa.gov/[...] EPA 2016-09-06
[3] 보고서 Summary of Input on Oil and Gas Extraction Wastewater Management Practices Under the Clean Water Act https://www.epa.gov/[...] EPA 2020-05
[4] 뉴스 Injection Wells: The Poison Beneath Us https://www.propubli[...] 2012-06-21
[5] 간행물 Wastewater from fracking: Growing disposal challenge or untapped resource? https://cen.acs.org/[...] 2019-11-17
[6] 학술지 Evaluation Energy Use for Pumping Irrigation Water https://www.ksre.k-s[...] 2011-02
[7] 웹사이트 Federal Judge Rejects Maui County Arguments on Lahaina Plant Violations http://www.civilbeat[...] Civil Beat 2014-07-09
[8] 웹사이트 Supreme Court Gives Environmentalists Partial Win on Water Law https://www.bloomber[...] 2020-04-23
[9] 웹사이트 Class II Oil and Gas Related Injection Wells. http://www.epa.gov/u[...] EPA 2015-10-08
[10] 문서 EPA Announces Cleanup Plan for Contaminated Soil and Ground Water at Central Islip Superfund Site. http://yosemite.epa.[...] EPA 2003-04-17
[11] 문서 Strategic reserve http://www.h2ome.net[...] H2O magazine 2010-10-16
[12] 웹사이트 Recharging dry wells. https://prototype-cr[...] H2O magazine 2011-05-03
[13] 웹사이트 Recharge wells and ASR. http://www.prototype[...] Prototype-Creation 2011-04-20
[14] 웹사이트 Geothermal Technologies Program: Tapping the Earth's energy to meet our heat and power needs https://www.nrel.gov[...] U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy 2004-04
[15] 학술지 Gold, silver and Other Metals in scale— Puna Geothermal Venture, Hawaii http://pubs.geotherm[...] 2008
[16] 웹사이트 Prospective Direct Use Enterprises in Kapoho, Hawaii https://energy.hawai[...] Hawaii Dept. of Business, Economic Development and Tourism, Strategic Industries Division 2004
[17] 법률 USC 42 300h-1(b)
[18] 웹사이트 Primary Enforcement Authority for the Underground Injection Control Program https://www.epa.gov/[...] EPA 2019-04-15
[19] 법률 USC 42 300h-1(c)
[20] 웹사이트 Underground Injection Control Regulations. http://www.epa.gov/u[...] EPA 2015-10-05
[21] 문서 Technical Program Overview: Underground Injection Control Regulations. http://nepis.epa.gov[...] EPA 2001-07
[22] 웹사이트 Class IV Shallow Hazardous and Radioactive Injection Wells https://www.epa.gov/[...] EPA 2016-09-06
[23] 웹사이트 "CARBON CAPTURE, UTILIZATION, AND STORAGE: CLASS VI WELLS AND US STATE PRIMACY" https://www.mayerbro[...] 2022-06-22
[24] 웹사이트 Man-Made Earthquakes Update http://www.usgs.gov/[...] USGS 2014-01-17
[25] 뉴스 Record tying Oklahoma earthquake felt as far away as Arizona http://hosted.ap.org[...] Associated Press 2016-09-03
[26] 뉴스 USGS calls for shut down of wells, governor declares emergency in wake of 5.6 quake in Oklahoma http://www.enidnews.[...] Enid News & Eagle 2016-09-03
[27] 웹사이트 A Century of Induced Earthquakes in Oklahoma? http://www.usgs.gov/[...] U.S. Geological Survey 2015-10-20
[28] 웹인용 General Information About Injection Wells http://www.epa.gov/u[...] U.S. Environmental Protection Agency (EPA) 2020-04-20
[29] 웹인용 주입정 https://terms.naver.[...] 2023-01-06
[30] 웹인용 지열 발전 https://terms.naver.[...] 2023-01-06
[31] 웹사이트 Class II Oil and Gas Related Injection Wells. http://www.epa.gov/u[...] EPA 2015-10-08
[32] 뉴스 인간이 만든 지진 https://www.sedaily.[...] 2016-04-01


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