국내 연구진이 낮은 압력에서 보다 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 가스 하이드레이트 원천기술을 개발했다. 가스 저장매체인 하이드레이트 활용성이 크게 확대될 전망이다.
포스텍은 이건홍 화학공학과 교수와 이보람 연구교수팀이 가스 하이드레이트에 대량의 수소를 저장할 수 있는 새로운 원천기술을 개발했다고 밝혔다.
가스 하이드레이트는 얼음과 비슷한 결정구조를 가지고 있지만, 내부에 연소 가스가 저장돼 있어 불을 붙이면 불꽃을 내며 탄다. 일명 '불타는 얼음'으로 불리는 고체물질이다.
이 속에 저장하려고 하는 가스의 종류에 따라 하이드레이트를 형성할 수 있는 압력과 온도조건이 결정된다. 특히 수소처럼 크기가 작은 가스를 저장하기 위해서는 1000기압(1톤의 물질이 누르는 수준의 압력)이나 되는 초고압 조건이 필요하고, 열역학적 촉진제를 사용해야만 100기압 정도에서 수소 하이드레이트를 안정화할 수 있다고 알려져 왔다.
하지만 촉진제를 사용하면 하이드레이트 구조 내부에 촉진제가 가스보다 먼저 저장돼 촉진제를 많이 사용하면 가스의 저장공간이 줄어든다. 수소 저장 매체로서 하이드레이트의 실용성이 떨어질수 밖에 없다.
연구팀은 이런 본질적인 한계를 극복하기 위해 '준안정성(Metastability)'에 주목했다. 준안정성은 바닥상태보다 에너지가 높은 상태로 오랫동안 변하지 않고 유지되는 상태다. 이 상태의 물질은 안정하지도 불안정하지도 않은 중간 상태에 위치한다.
이 때 특정 시간이 흐르는 등 한계점 이상의 외부적 요인이 생기면 바로 안정이나 불안정 상태로 변화하게 된다. 연구팀은 이같은 특성을 응용해 가스하이드레이트의 자기보존 효과를 정밀하게 조절하자, 고작 5기압 정도에서 수소와 질소를 하이드레이트 내에 저장할 수 있는 결과를 얻었다. 이는 촉진제를 사용한 것의 20분의 1 수준에 불과하다. 또 10기압으로 올리자 가스 저장량이 기존의 6.2배까지 올라가는 효과까지 얻었다.
이보람 연구교수는 “해수담수화, 해리열 활용 등 국내외로 가스 하이드레이트의 특성을 활용한 여러 연구가 진행되고 있는데, 준안정성 거동을 활용한 연구를 더 진행하면 수소와 같은 가스 저장매체로서 가스 하이드레이트를 활용하는 새로운 패러다임이 나올 것”이라고 설명했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
