지스트, 천연가스 저장량 극대화 기술 개발 박영준 지구·환경공학부 교수 연구팀 발견 에너지 가스 저장…친환경 소재 활용 기대 김다이 기자

2023년 11월 14일(화) 18:46

광주과학기술원(지스트)은 14일 “박영준 지구·환경공학부 교수 연구팀이 천연가스 및 수소와 같은 에너지 가스의 저장량을 극대화할 수 있는 가스 하이드레이트 원천기술을 개발했다”고 밝혔다.

친환경 소재인 물과 가스로 만들어지는 가스 하이드레이트는 가스 저장, 분리 등 산업적으로 활용 범위가 넓으며, 특히 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 위해 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 유도, 가스 하이드레이트 기술의 문제점인 극한의 형성 조건을 완화시킴과 동시에 제한된 저장량의 한계점을 극복해 가스의 저장량을 대폭 향상시킬 수 있다.

연구팀은 열역학적 형성 촉진제를 공융점 아래의 농도에서 사용하되 공융점과 인접한 농도에서 하이드레이트를 형성할 경우, 튜닝 효과가 유도된 하이드레이트는 화학양론적 농도로 형성된 하이드레이트 대비 가스 저장량이 대폭 향상됨을 확인했다.

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”며 “이번 연구 성과는 다가오는 수소 에너지 시대에 높은 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다. /김다이 기자