북극권 플랜트 건설 위한 혁신적 저온 지반 기술 개발
영하 10℃ 환경에서 안정성 확보한 다짐 기술 선보여
2024-12-03 김수정
이번 기술 개발은 북극권의 풍부한 비전통오일 자원 개발에 대한 관심이 고조되는 가운데 이뤄졌다. 전문가들에 따르면, 북극권 비전통오일의 가채매장량은 약 9조 배럴로, 전통오일의 2배 이상에 달한다. 특히 캐나다는 전 세계 오일샌드 매장량의 71.6%를 보유하고 있으며, 일일 생산량이 300만 배럴에 이르는 것으로 알려졌다.
그러나 오일샌드가 풍부한 캐나다 애서배스카 지역은 혹독한 기후 조건으로 인해 개발에 어려움을 겪어왔다. 이 지역은 겨울철 최저기온이 영하 20℃까지 떨어지며, 지반의 동결과 융해가 반복되어 지표면의 융기와 침하가 빈번히 발생한다.
건설연 북방인프라특화팀의 김영석 선임위원은 "특히 오일샌드 매장지역에는 동결·융해에 민감한 유기질토가 많이 분포되어 있어, 겨울철 지표면의 변화가 일반 지반보다 더 크게 나타납니다"라고 설명했다.
이러한 문제를 해결하기 위해 건설연 연구팀은 저온 환경에서도 유기질 지반의 다짐을 확보할 수 있는 기술과 동결·융해를 고려한 지반 거동 시뮬레이션 모델을 개발했다.
연구팀은 영하 20℃까지 온도 조절이 가능한 냉동 체임버에서 실내 다짐시험을 수행했다. 이 과정에서 -4℃에서 다짐 곡선을 확보할 수 있는 실내 다짐시험 장비를 자체 개발하는 성과를 거뒀다.
더불어 경기도 연천군에 위치한 건설연 SOC실증연구센터에 실규모의 현장 다짐시험장을 구축했다. 이를 통해 동절기 캐나다 유기질 지반을 조성하고, 최대 영하 10℃의 저온 환경에서 동결·융해에 따른 지표면 융기 및 장기 침하 특성을 평가했다.
연구팀은 또한 동결·융해를 고려한 지반 거동 시뮬레이션 모델을 구축했다. 이 모델은 실제 측정된 온도 데이터를 적용해 현장의 저온 환경을 100% 재현할 수 있다는 장점이 있다.
건설연은 이번 연구 성과의 실용화를 위해 SOC실증연구센터에서 현장 실증을 계획하고 있다. 더불어 한국지질자원연구원, 캐나다 현지 자원개발 업체인 PetroFrontier Corp.와의 국제공동연구를 통해 개발 기술의 캐나다 현장 실증도 검토 중이다.
박선규 건설연 원장은 "이번 연구를 통해 동절기 토공사의 공사기간을 확보하기 위한 핵심 기술을 개발했습니다"라며 "우리나라 기업들의 미래 북극권 플랜트 건설 신시장 개척에 기여할 수 있게 되었습니다"라고 밝혔다.
이번 연구는 국토교통부의 재원으로 국토교통과학기술진흥원의 지원을 받아 수행되었으며, 오일 생산플랜트의 패키지화 설계 및 통합실증 기술개발 프로젝트의 일환으로 진행되었다.