"불타는 얼음' 생성 원리 규명했다?!
"불타는 얼음' 생성 원리 규명했다?!
  • 박연수
  • 승인 2018.03.07 10:26
  • 조회수 5961
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

KAIST 건설및환경공학과 권태혁 교수 연구팀이 일명 '불타는 얼음'으로 불리는 천연가스 하이드레이트가 바다 속 점토질 퇴적토에서 다량으로 생성되는 원리를 규명했습니다. 이번 연구는 점토 광물이 하이드레이트 생성을 촉진한다는 것을 실험적으로 규명하고 점토질 퇴적층에서 하이드레이트의 존재에 대한 새로운 원리를 제시했다는 의의를 갖습니다. 이번 연구는 환경 분야 국제 학술지 <Environmental Science & Technology> 2월 3일자 온라인 판에 게재됐습니다.

 

(좌측) 전기장 하 분극된 물분자의 가스 하이드레이트 결정 생성 실험. (우측) 점토 표면의 약하게 분극된 물분자들의 가스 하이드레이트 생성 촉진 모식도. 출처: KAIST
(좌)전기장 하 분극된 물분자의 가스 하이드레이트 결정 생성 실험. (우)점토 표면의 약하게 분극된 물분자들의 가스 하이드레이트 생성 촉진 모식도. 출처: KAIST

해저의 퇴적토나 영구동토층에서 주로 발견되는 천연가스 하이드레이트는 메탄 등의 천연가스가 물 분자로 이뤄진 얼음과 비슷한 결정구조에 갇혀 있는 고체물질입니다. 흔히 불타는 얼음으로 불리는데요. 이 물질은 막대한 매장량 덕분에 차세대 대체 에너지로 주목받고 있죠.

 

점토질 퇴적토에서는 가스 하이드레이트 생성이 어렵다는 게 일반적인 이론입니다. 그러나 최근에는 전 세계적으로 해저 점토질 퇴적층에서 다량의 가스 하이드레이트가 발견되고 있어 기존 이론과 상반된 현상에 대한 원인을 규명하는 과제가 남아 있었습니다.

 

불타는 얼음!? 출처: pixabay
불타는 얼음!? 출처: pixabay

특히 점토광물 표면은 음전하를 띄고 있는데요. 이 전하들이 점토 표면에 흡착된 물 분자에 상당한 전기적 힘을 가해 분극화시킵니다. 또한 점토 표면의 음전하를 상쇄하기 위해 주변에 많은 양이온들이 존재하게 되죠. 따라서 보통 조건의 물 분자와 분극화된 조건의 물 분자들의 하이드레이트 결정 생성 양상을 비교하는 것이 연구의 핵심입니다. 그러나 점토 주변에 자연적으로 존재하는 양이온들 때문에 지금까지는 실험 연구를 수행할 수 없었죠.

 

연구팀은 기존 연구의 한계 극복을 위해 물에 전기장을 가해 점토 표면과 같이 물 분자들의 분극화를 구현한 뒤 물 분자들의 가스 하이드레이트 결정 생성 속도를 측정했습니다. 그 결과 점토 표면과 비슷한 크기의 전기장(104V/m)을 물에 적용했을 때 가스 하이드레이트 결정핵 생성 속도가 약 6배 이상 빨라지는 것을 관찰했습니다. 이는 물 분자가 전기장에 의해 분극화되면 분자 간 수소 결합이 부분적으로 약해지고 내부에너지가 감소되기 때문인 것으로 밝혀졌습니다.

 

(좌측) 물분자 분극화 현상에 의한 가스 하이드레이트 생성 촉진 반응. (우측) 가스 용해 전 물분자 분극화 현상에 의한 가스 용해 방해 및 이에 따른 하이드레이트 생성 억제 반응. 출처: KAIST
(좌)물분자 분극화 현상에 의한 가스 하이드레이트 생성 촉진 반응. (우)가스 용해 전 물분자 분극화 현상에 의한 가스 용해 방해 및 이에 따른 하이드레이트 생성 억제 반응. 출처: KAIST

연구팀은 전기장이 하이드레이트 생성을 촉진함을 실험적으로 규명하는데 성공했습니다. 이를 통해 점토광물의 존재가 하이드레이트 생성을 방해하는 것이 아니라 특정 조건에서는 오히려 하이드레이트 생성을 촉진함을 밝혀냈습니다. 권 교수는 “이번 연구를 통해 점토질 퇴적토에서 가스 하이드레이트가 많이 발견되는 이유에 대해 좀 더 이해할 수 있게 됐다”며 “머지 않은 미래에 인류는 가스 하이드레이트를 에너지 자원으로 생산하고 소비할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했습니다.



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.