(왼쪽부터)  박영준 교수, 서동주 박사과정생, 이윤석 박사, 이승인 박사과정생(지스트 제공)/뉴스1

탄소중립 실현을 위한 대체에너지 자원과 환경 문제 해법으로 '가스 하이드레이트(gas hydrate)'가 주목받고 있는 가운데 국내 연구진이 이와 관련된 원천기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 지구·환경공학부 박영준 교수 연구팀이 천연가스 및 수소와 같은 에너지 가스의 저장량을 극대화할 수 있는 가스 하이드레이트 원천기술을 개발했다고 14일 밝혔다.물과 가스로 만들어지는 가스 하이드레이트는 액화 및 압축 천연가스 기술보다 상온·저압 조건에서 천연가스를 저장할 수 있어 지구 온난화에 대비하는 차세대 친환경 에너지 저장 매체로 주목받고 있다.

가스 하이드레이트의 형성 조건을 완화하기 위해서 열역학적 형성 촉진제를 화학 양론적 농도로 사용할 수 있다.

하지만 에너지 가스가 저장될 수 있는 나노 격자 공간의 일부를 차지해 하이드레이트 내 가스 저장량이 감소하는 문제가 발생한다.연구팀은 이를 해결하기 위해 열역학적 형성 촉진제의 농도를 선택적으로 조절, 하이드레이트의 나노 격자 공간 중 일부를 비우고 이를 가스 분자로 채웠다.

그 결과 열역학적 형성조건을 완화하며 가스 저장량을 향상시킬 수 있는 '튜닝 효과(Tuning effect)'가 유용하게 활용될 수 있음을 확인했다.

연구팀은 기존에 확인된 메탄 및 수소와 같은 에너지 가스뿐만 아니라 이산화탄소에 대해서도 처음으로 튜닝 효과를 유도했다.

연구팀은 이러한 튜닝 효과를 산업에 적용하기 위해, 열역학적 형성 촉진제를 활용, 기존 얼음 기반의 가스 하이드레이트에서 연구된 튜닝 효과의 개념을 대량생산에 유리한 물 기반의 하이드레이트로 확장했다.

얼음 기반으로 형성된 하이드레이트의 경우 열역학적 형성 촉진제를 화학 양론적 농도 이하에서 사용한 모든 경우에서 튜닝 효과가 유도된다.

반면 물 기반으로 형성된 하이드레이트는 열역학적 형성 촉진제의 농도가 공융점 이하에서 사용된 경우에만 튜닝 효과가 유도되는 특이점을 확인했다.

박영준 교수는 "높은 에너지 밀도를 확보할 수 있는 가스 하이드레이트의 에너지 저장량을 극대화하기 위해 튜닝 효과를 활용, 원천 기술을 확보했다"며 "다가오는 수소 에너지 시대에 높은 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

박영준 교수가 지도하고 이윤석 박사, 서동주 박사과정생, 이승인 박사과정생이 수행한 이번 연구는 화학 분야와 화학공학 분야 상위 5% 이내의 저명 학술지인 'Accounts of Chemical Research'와 'Chemical Engineering Journal' 에 각각 11월7일, 10월1일 온라인 게재됐다.


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