독도 인근 바다에 약 6억 톤가량이 묻혀 있는 지하자원으로 일반 가스의 200배 이상의 효율을 내는 천연가스는 무엇일까요?
어릴 적 교과서에서 한 번쯤 봤을 법한 문제, 다들 정답을 아시나요? 정답은 바로 가스 하이드레이트인데요. 미래 에너지원으로 주목받고 있지만 기술력과 경제성 등 한계점으로 인해 실생활에서 사용이 불가능했던 가스 하이드레이트가 과학 기술의 발전과 함께 실생활에서 사용될 준비를 마쳤다고 합니다.
가스 하이드레이트란 천연가스와 물이 0도 이하인 저온과 30기압 이상인 높은 압력에서 결합하면서 생성되는 고체상태의 물질을 말합니다. 이는 물과 가스의 물리적인 결합으로 생성되며 가스 분자들이 물 분자들과 3차원 격자 구조를 형성합니다. 불을 붙이면 타는 성질이 있어서 불타는 얼음이라고도 불리는 가스 하이드레이트는 고체상태에서 온도나 압력에 대한 조건이 변화하면 가스화되거나 분출되는 특징이 있습니다. 또한 생김새는 드라이아이스와 비슷한 형태를 띠지만 녹으면 바로 기체로 변하는 특성이 있습니다. 이러한 가스 하이드레이트는 90% 이상이 메탄으로 이루어져 있어 메탄 하이드레이트로도 불립니다.
가스 하이드레이트는 만들어지는 방식에 따라 열 기원과 생물 기원으로 나누어집니다.
열 기원이란 땅 속에 묻혀 있던 가스들이 오랫동안 열과 압력에 작용을 받아 열적 분해 작용을 받으면서 생성된 것을 말합니다.
생물 기원이란 심해 퇴적층에서 유기물이 분해되면서 생성되는 가스와 물이 반응하여 생성된 것을 말합니다.
이러한 가스 하이드레이트는 연소할 때 석탄 에너지에 비해 이산화탄소 등 대기 유해 물질이 적게 나온다는 장점이 있어 차세대 청정에너지원으로 각광받고 있습니다. 또한 고밀도 에너지로 1리터당 최대 200리터의 가스가 들어가는데, 이는 고체로 전환되면서 부피가 200분의 1로 압축되기 때문입니다. 가스 하이드레이트의 장점이 이뿐만이 아닙니다. 엄청난 장점을 가진 가스 하이드레이트가 지구 곳곳에 광범위하게 매장되어있으며, 그 양은 인류가 약 500여 년간 사용할 정도로 풍부하다고 합니다.
그렇다면 이러한 가스 하이드레이트는 실생활에서 어떠한 방식으로 사용될 수 있을까요?
첫 번째로 오염수 제염이 가능합니다.
국내 연구진은 2019년 세계 최초로 가스 하이드레이트를 활용한 오염수 제염기술을 개발하는 데 성공했습니다. 가스 하이드레이트의 결정, 분리 과정의 원리를 오염수를 정화하는 방식에 응용한 것입니다. 하이드레이트 결정체가 어는 과정에서 물에 있는 대부분의 오염 물질이 배제되는 원리로 물리적 분리 현상을 활용해서 2차 폐기물 발생이 거의 없으며 1차 제염 과정에서 85% 이상의 핵종이 제거되는 효과가 있다고 합니다. 이는 방사능 오염수 방류에 신속하게 대응할 수 있어 많은 기대를 받고 있습니다.
두 번째로는 특수화재 진압이 가능합니다.
가스 하이드레이트의 장점인 고밀도 에너지를 활용하여 소화탄을 제작할 수 있습니다. 가스 하이드레이트는 별도의 저장공간 없이도 자체만으로도 50~120배 많은 소화 가스를 저장할 수 있습니다. 또한 소화탄은 가스 하이드레이트 결정 구조가 나노미터로 이루어져 있으므로 소화가스를 물리적으로 가둬둘 수 있습니다. 이러한 소화 가스가 들어있는 가스 하이드레이트가 화염과 만나면 녹으면서 물과 소화가스가 동시에 분출되는데, 이때 주위에 있는 열을 흡수하여 초기 화재 진압에 효과적입니다. 이러한 특징을 이용해 소화탄을 제작하여 산불이나 배터리 폭발, 화학공장 화재와 같은 특수화재가 발생했을 시 초기 진압에 유용하며 좁은 공간이나 높은 지대에서 발생한 화재를 진압하는 데도 활용될 예정입니다.
그러나 이러한 장점에도 불구하고 가스 하이드레이트가 갖는 위험성으로 인해 여전히 연구에 조심스러운 부분이 있다고 합니다. 가스 하이드레이트는 시추 과정 중에 메탄이 완벽하게 연소하지 않을 경우 이산화탄소의 10배에 달하는 엄청난 온실효과를 유발할 수 있는 위험이 있습니다. 또한 해저에 묻혀 있는 가스 하이드레이트는 해수면 및 지각 변동에 의해 지반 침하와 해저 붕락이 일어나면서 폭발 사고로 이어질 위험이 있습니다.
가스 하이드레이트는 무궁무진한 가능성을 가진 미래 에너지원인 만큼 다루기도 쉽지 않은데요. 앞으로 국내의 기술력으로 안전하게 가스 하이드레이트의 개발이 이루어지길 휴비스가 응원하겠습니다!
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