천연가스·수소 저장량 극대화…GIST, ‘가스하이레이트’ 원천기술 개발

서동주 박사과정생이 가스하이드레이트에서 튜닝 효과를 관찰하기 위해 분광분석을 진행하고 있다.[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 전 세계적으로 탄소중립 실현을 위한 청정에너지에 대한 관심과 수요가 크게 증가하고 있으며, 특히 대체에너지 자원과 환경 문제 해법으로 ‘가스 하이드레이트’가 주목받고 있다.

광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 박영준 교수 연구팀은 천연가스 및 수소와 같은 에너지 가스의 저장량을 극대화할 수 있는 가스 하이드레이트 원천기술을 개발했다.

친환경 소재인 물과 가스로 만들어지는 가스 하이드레이트는 가스 저장, 분리 등 산업적으로 활용 범위가 넓으며, 천연가스 저장 매체로 사용될 경우 액화 및 압축 천연가스 기술보다 상온·저압 조건에서 천연가스를 저장할 수 있어 지구 온난화에 대비하는 차세대 에너지 저장 매체로 주목받고 있다.

저온·고압 조건의 가스 하이드레이트 형성 조건을 완화하기 위해서 열역학적 형성 촉진제를 화학 양론적 농도로 사용할 수 있으나, 이때 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 조절해 하이드레이트의 나노 격자 공간 중 일부를 비우고 이를 가스 분자로 채우되, 열역학적 형성조건을 완화하며 가스 저장량을 향상시킬 수 있는 ‘튜닝 효과(Tuning effect)’가 유용하게 활용될 수 있음을 제안했다.

​튜닝 효과는 천연가스 및 차세대 대체에너지원인 수소 에너지를 저장하는 데 있어 매우 효과적인 접근법으로서, 열역학적 형성 촉진제에 의해 점유되는 하이드레이트 격자 내의 큰 동공들 중 일부가 가스 분자에 의해 점유되면서 유도될 수 있는데, 가스 하이드레이트 기술의 문제점인 극한의 형성 조건을 완화시킴과 동시에 제한된 저장량의 한계점을 극복하여 가스의 저장량을 대폭 향상시킬 수 있다.

박영준 교수는 “에너지 가스 저장 매체로 활용될 때 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있는 가스 하이드레이트의 에너지 저장량을 극대화하기 위해 튜닝 효과를 활용해 원천 기술을 확보했다”면서 “이번 연구 성과는 다가오는 수소 에너지 시대에 높은 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 화학분야 국제학술지 ‘어카운트 오브 케미컬 리서치’와 화학공학 분야 국제학술지 ‘화학 공학 저널’에 각각 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com