도쿄대, 감람석의 CO₂ 광물화 속도 예측 모델 제시…칼슘 함유 광물 반응 설명

도쿄대 연구팀이 감람석 표면의 반응을 반영해 이산화탄소(CO₂)가 광물 속에 고정되는 속도를 예측하는 모델을 발표했다. 칼슘 함유 감람석의 실험실 반응을 설명한 연구로, 지하 저장소에서 같은 속도로 CO₂가 고정된다는 뜻은 아니다.

도쿄대 공학계 연구팀은 16일 칼슘을 포함한 감람석이 마그네슘 함유 감람석보다 빠르게 반응하는 이유를 설명하는 모델을 공개했다. 연구 결과는 14일 국제학술지 《네이처 커뮤니케이션스》에 발표됐다. 이 연구는 CO₂를 광물과 반응시켜 탄산염 형태로 묶어두는 '광물화'의 속도 예측에 초점을 뒀다.

광물 표면 반응을 계산에 더했다

기존 지구화학 모델은 용액 속에서 광물이 녹아 나오는 과정만으로 빠른 광물화 실험 결과를 재현하기 어려웠다. 연구팀은 감람석 표면의 산소가 CO₂와 직접 반응하는 경로를 계산에 넣고 원자 단위 모의실험과 반응 속도 모델을 연결했다.

논문에 따르면 칼슘 함유 감람석에서는 이 표면 반응이 칼슘 이온의 용출에 필요한 에너지 장벽을 60% 낮추는 것으로 계산됐다. 모델의 이온 방출 속도는 표면 반응을 고려하지 않을 때보다 100만 배 빨랐다. 이는 현장의 저장량이 100만 배 늘어난다는 의미가 아니라 특정 반응 경로를 비교한 계산 결과다.

연구팀은 새 계산값이 1기압 CO₂ 조건에서 칼슘 함유 감람석이 몇 시간 안에 전환된 기존 실험 결과와 부합한다고 밝혔다. 도쿄대는 약 2시간 걸린 실험을 기존 모델이 수천 시간으로 예측했다고 설명했다. 모델이 실험을 재현한 것과 실제 지층에서의 저장 성능을 입증한 것은 별개다.

자연 암석으로 옮길 때는 조건 달라

2023년 《커뮤니케이션스 어스 앤드 인바이런먼트》에 실린 별도의 원자 단위 계산 연구도 칼슘과 마그네슘 감람석의 용출 경로와 속도에 차이가 있다고 보고했다. 다만 그 연구 역시 모의실험이어서 광물 성분·압력·유체 흐름이 다른 현장 조건을 대신하지는 않는다.

도쿄대는 이번 모델을 암석층 규모의 모의실험과 결합하면 저장 후보지 평가에 쓸 수 있을 것으로 봤다. 현재 결과만으로 자연 현무암 지층의 CO₂ 고정 시간이나 상업적 비용을 산정할 수는 없다. 연구에는 에너지 기업 에네오스 엑스플로라가 참여하고 연구비를 지원했다.

대표 이미지: AI 생성 이미지 / 데이마크

원문: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/en/press/pr2026-10-16-001
논문: https://www.nature.com/articles/s41467-026-78548-z
비교 연구: https://www.nature.com/articles/s43247-023-01028-5