한국과학기술원(KAIST), 해저 점토질에서 불타는 얼음 생성원리 규명

한국과학기술원(KAIST), 해저 점토질에서 불타는 얼음 생성원리 규명

천연가스 하이드레이트 

권태혁 교수팀 "특정 조건에선 점토광물이 생성 촉진"

 

    한국과학기술원(KAIST)은 권태혁 건설및환경공학과 교수 연구팀이 바닷속 점토질 퇴적토 내 천연가스 하이드레이트 다량 생성원리를 규명했다고 5일 밝혔다.

KAIST 권태혁 교수(왼쪽)와 박태형 박사과정 [KAIST 제공=매일경제]

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해저 퇴적토나 영구동토층(2년 이상 토양이 얼어 있는 지대)에서 주로 발견되는 천연가스 하이드레이트는 메탄 등 천연가스가 결정구조에 갇힌 고체 물질이다.

물 분자로 이뤄진 얼음과 비슷한 구조를 보여 '불타는 얼음'으로 불리기도 한다.

이 물질은 막대한 매장량 등을 이유로 차세대 대체 에너지로 주목받는다.

최근 전 세계적으로 해저 점토질 퇴적층에서 다량의 가스 하이드레이트가 발견되는데, 그 원인을 규명하는 건 학계 과제 중 하나다.

물 분자 분극화 현상에 의한 가스 하이드레이트 생성촉진 반응(왼쪽)과 가스 용해 전 물 분자 

분극화 현상에 의한 가스 용해 방해 및 이에 따른 하이드레이트 생성 억제 반응 [KAIST 제공=

연합뉴스]

점토광물 표면은 음전하를 띄고 있다. 이 전하는 점토표면에 흡착된 물 분자에 상당한 전기적 힘을 가해 분극화(양극과 음극으로 나뉘는 현상)한다.

점토표면 음전하를 상쇄하기 위해 주변에는 많은 양이온이 존재한다.

일반적인 조건의 물 분자와 분극화된 조건의 물 분자 하이드레이트 결정 생성 양상을 비교하는 게 관련 연구의 핵심이다.

그러나 점토 주변에 자연적으로 존재하는 양이온 때문에 실험 연구를 수행하기는 어렵다고 KAIST 측은 설명했다.

연구팀은 기존 연구 한계 극복을 위해 물에 전기장을 가해 점토표면과 같이 물 분자 분극화를 구현했다.

이어 물 분자 가스 하이드레이트 결정 생성 속도를 측정하는 방식을 썼다.

점토표면과 비슷한 크기의 전기장을 물에 적용했을 때 가스 하이드레이트 결정핵 생성 속도는 약 6배 이상 빨라지는 게 관찰됐다.

이는 물 분자가 전기장 때문에 분극화하면 분자 간 수소 결합이 부분적으로 약해지고 내부에너지가 감소하기 때문이라고 연구팀은 전했다.

점토광물 존재가 하이드레이트 생성을 방해하는 게 아니라 특정 조건에서는 외려 하이드레이트 생성을 촉진한다는 뜻이다.

전기장 하 분극된 물 분자 가스 하이드레이트 결정 생성 실험(왼쪽)과 점토표면의 약하게 

분극된 물 분자 가스 하이드레이트 생성촉진 모식도 [KAIST 제공=연합뉴스]

권태혁 교수는 "점토질 퇴적토에서 가스 하이드레이트가 많이 발견되는 이유에 대해 좀 더 이해할 수 있게 됐다"며 "점토질 퇴적층에서 하이드레이트 존재에 대한 새로운 원리를 제시했다는 데 연구 의의가 있다"고 말했다.

박태형 박사과정이 1 저자로 참여한 연구 논문은 인바이런멘탈 사이언스＆테크놀로지(Environmental Science ＆ Technology) 3일 자 온라인판에 실렸다.

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 walden@yna.co.kr

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