가스하이드레이트에 이산화탄소 가두는 기술… 최적의 주입 농도 찾았다!

탄소중립대학원 서용원 교수팀은 가스하이드레이트 객체 치환 기술에서 주입 기체 속 이산화탄소 농도별 치환 거동과 메커니즘을 실험적으로 밝혀내고, 천연가스 생산과 이산화탄소 포집을 최대화 할 수 있는 주입기체 농도를 제시했다. 가스하이드레이트 객체 치환 기술은 가스하드레이트 속 천연가스를 뽑아 내고, 그 자리를 온실가스인 이산화탄소로 채우는 기술이다.

서 교수팀은 배가스를 대상으로 이번 실험을 진행했다. 배가스는 배기관이나, 공장 굴뚝에서 연소반응을 거쳐 나오는 질소와 이산화탄소가 혼합된 가스다. 배가스를 활용하면 이산화탄소를 별도로 걸려내는 공정 없이 바로 가스하이드레이트에 주입할 수 있지만 질소가 가스하이드레이트 내부 자리를 이산화탄소 대신 차지하는 현상이 있어 이 분야에 대한 추가적 연구가 필요했다.

[연구그림] 연소 후 배가스를 이용한 객체 치환 시뮬레이션

연구팀은 다양한 농도의 배가스를 사용하여 객체 치환 거동, 천연가스 생산량 및 이산화탄소 저장량 등을 실험적으로 측정하였고, 이를 바탕으로 주입 기체 농도별로 하이드레이트에 저장되는 이산화탄소 농도 비율의 상관관계식을 발견했다. 이를 통해 CO₂의 농도가 64%일 때 천연가스 생산과 CO₂저장 간의 효율이 최적화되는 된다는 분석 결과를 내놨다.

제1저자인 목정훈 UNIST 박사(現 경기대학교 교수)는 “이번 연구 결과는 전세계에 분포하는 천연가스 하이드레이트를 청정 에너지원뿐만 아니라 온실가스 저장체로 활용하기 위한 가이드라인을 제공할 것으로 기대된다.”고 말했다.

이번 연구에는 이종혁, 최원종 연구원이 함께 참여했다.

연구결과는 그린 에너지 기술 분야 최고 권위 저널인 ‘리뉴어블 앤 서스태인어블 에너지 리뷰’ (Renewable & Sustainable Energy Reviews)에 10월 10일 온라인 게재돼 정식 출판을 앞두고 있다.