| [미국] 수압파쇄에서 발생하는 환류수를 경제적으로 처리하기 위한 기술
텍사스 대학 샌안토니오캠퍼스(University of Texas at San Antonio, UTSA) 및 SwRI(Southwest Research Institute)의 연구진은 수압파쇄(Hydraulic Fracturing) 기술을 셰일가스 지대에 적용했을 때 발생하는 환류수(Flow-back Water)를 처리할 수 있는 저비용 공정을 개발하기 위해 노력 중이다. 이들 연구진은 200,000달러(약 2억 2천만원)의 연구자금을 지원받고 있다. 이번 연구에 참가하고 있는 연구원들은 효율적인 수처리 방안을 마련하기 위해 바이오 숯(Biochar)이라고 불리는 값싼 목탄(Charcoal) 제품을 내년까지 목적에 맞도록 최적화할 계획이다. 이들은 텍사스 남부에 위치한 이글포드셰일(Eagle Ford Shale) 지대에서 얻어진 환류수 샘플에 대한 테스트를 실시할 예정이다.
환류수를 처리하는 기술은 석유 및 가스 산업에 있어 지속가능성을 유지할 수 있는 중요한 이슈이다. 엄청난 양의 환류수를 처리하는 작업에는 많은 비용이 필요하다. 왜냐하면 단일 정(Single Well)을 이용하기 위해서는 1~5 백만 갤런의 수압파쇄용 유체가 필요하기 때문이다. 또한 환류수에는 염, 탄화수소, 중금속 등이 들어있기 때문에 땅이나 하천 등에 살포하기에는 안전하지 못하며, 환경적 요인을 고려하여야 한다.
UTSA의 기계공학과 교수인 Zhigang Feng과 SwRI의 연구원인 Maoqi Feng은 목재칩(Wood Chip)에서 얻어지는 바이오 숯을 이용하여 기존의 고비용 수처리 공정을 대체할 수 있을 것으로 보고 있다. 이러한 방법은 경제적인 방안일 뿐 아니라 환경친화적이라는 장점이 있다. 바이오매스(Biomass)의 열분해(Pyrolysis) 공정에서 생산되는 바이오 숯은 목탄과 같은 안정한 고체 물질이다. 이 물질은 물을 끌어당기고 유지하려는 속성을 갖고 있어 탄화수소, 유기물, 살충제, 무기금속이온 등과 같은 불순물의 흡수에 유용하다.
연구진은 이번 연구를 통해 바이오 숯을 제조하고 이에 대한 특성을 파악할 계획이다. 그리고 이글포드 셰일 지대에서 얻어진 환류수 샘플에 대해 바이오 숯의 활용가능성을 테스트하고 새로운 수처리 시스템의 컴퓨터 모델링 작업을 실시할 예정이다. 또한 바이오 숯을 활용했을 때 개선 범위에 대한 평가도 진행할 계획이다. 이번 연구가 성공적인 결과를 얻는다면, 연구진은 이 바이오 숯 처리단계가 2 단계로 이루어진 정수처리 단계 중 두 번째 단계에 적용될 것으로 보고 있다. 첫 번째 단계는 파쇄공정으로부터 생산되는 환류수에 포함되어 있는 고체를 제거하기 위한 여과단계이다. 2 단계에 걸쳐 처리된 물은 재활용되거나 안전하게 처분될 수 있다.
UTSA와 SwRI는 차세대 재료, 화학, 화학공학, 에너지, 환경, 제조 등 다양한 분야에 걸쳐 상호조직간 연구를 활발히 진행하기 위해 지난 2010년부터 공동기금 이니셔티브(Joint Funding Initiative)인 Connect 프로그램을 시작하였다.
[원문보기]
UTSA, SwRI researchers developing low-cost method to treat fracking water using biochar
Researchers at The University of Texas at San Antonio (UTSA) and Southwest Research Institute (SwRI) are investing $200,000 in new research to develop a low-cost method to treat flow-back water following hydraulic fracturing. Over the next year, the researchers will optimize an inexpensive charcoal product called biochar for the water treatment solution. It will be tested on water samples from the Eagle Ford Shale.
Flow-back water treatment is currently a critical sustainability issue for the oil and gas industry. By sheer volume, flow-back water is expensive to treat because a single well can require one to five million gallons of fracking fluid. Environmental factors also must be considered because flow-back water includes salts, hydrocarbons and heavy metals, making it unsafe for disposal on land and in streams.
UTSA mechanical engineering faculty member Zhigang Feng and SwRI senior research scientist Maoqi Feng believe that they can alter biochar derived from wood chips to create an economical and environmentally friendly solution. Produced from pyrolysis of biomass, biochar is a stable charcoal-like solid that attracts and retains water, absorbing up impurities such as hydrocarbons, organics, biocides and certain inorganic metal ions.
Over the course of the study, the researchers will isolate, prepare and characterize the biochar; test the biochar on flow-back water samples from the Eagle Ford shale; develop computer models of the biochar water treatment system; and assess the biochar performance for possible improvements.
If successful, they expect the biochar treatment to be the second step of a two-step water purification process. The first step would include filtration to remove the solids in the water remaining from the fracking process. The treated water would then be ready for re-use or safe disposal.
The Connect program, an annual UTSA-SwRI joint funding initiative, was established in 2010 to stimulate inter-organizational research between UTSA scholars and SwRI investigators in fields such as advanced materials, chemistry and chemical engineering, energy, the environment, security and manufacturing.
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