석유나 석탄에 비해 이산화탄소 발생량이 적고, 엄청난 매장량으로 인해서 미래의 에너지로 각광받는 가스하이드레이트*1. POSTECH 연구팀이 작은 수정을 이용해 이 가스하이드레이트 상용화에 필수적인 기술을 전혀 새로운 방식으로 접근, 기존 방식에 비해 30배 가량 가속시킬 수 있는 연구성과를 내놔 미국과 캐나다 등에서 크게 주목을 끌고 있다.
 
화학공학과 이건홍 교수, 이보람 박사·전상민 교수팀은 최근 가스하이드레이트 기술에서 핵심적인 기술로 연구되고 있는 상평형*2 측정의 새로운 방법을 발표했다.
캐나다 에너지 컨설팅 회사 ‘리뉴어블 에너지 글로벌 이노베이션(Renewable Energy Global Innovation)’이 중요 논문으로 선정, 소개하며 학계의 화제를 모으고 있는 이 기술은 기존의 열역학을 사용하는 방법과 달리 수정진동자(Quartz Crystal)*3을 이용해 상변화*4에 따른 진동주파수와 저항 변화를 측정하는 혁신적인 방법이다.
 
가스하이드레이트의 형성은 가스의 조성, 온도와 압력에 영향을 받는다. 특히, 가스하이드레이트 관련 공정의 경제성은 압력에 좌우되므로, 압력을 낮출 수 있는 첨가제에 따른 상평형의 변화를 측정하는 기술은 가스하이드레이트 분야의 핵심적인 기술이다.

기존에 사용되어온 열역학 기반의 측정방식은 정확성은 좋지만, 시간이 너무 많이 필요하다는 단점이 있었다. 하지만 POSTECH 연구팀이 개발한 새로운 기술은 정확성을 유지하면서도 기존의 방식보다 30배나 빠르게 측정할 수 있어 새로운 표준기술로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
 
이 기술은 가스하이드레이트 분야에서 세계 최고의 위치를 차지하고 있는 미국 콜로라도 광업대학(Colorado School of Mines)의 하이드레이트연구소(Center for Hydrate Resarch)가 기술 이전을 희망해왔고, 미국 에너지 사업을 총괄하는 에너지국(Department of Energy․DOE) 산하 국립 에너지기술연구소(National Energy Technology Laboratory)에서도 크게 관심을 보이고 있는 것으로 알려졌다.
 
이건홍 교수는 “가스하이드레이트는 청정에너지 뿐 아니라 이산화탄소 저장이나 수소 저장 등 중요한 활용 분야가 많아, 정확하고 빠르게 하이드레이트의 상평형을 측정해내는 기술은 특히 중요한 기술”이라며 “이번 연구성과가 기존 기술과 더불어 가스하이드레이트의 빠른 상용화에 기여할 수 있기를 바란다”고 밝혔다.

1. 가스 하이드레이트
천연가스가 저온․고압 상태에서 물과 결합해 형성된 고체 에너지원으로 러시아, 알래스카 등 심해저에 주로 분포하고 있다. 이 형태로 저장된 메탄의 양이 석유나 천연가스, 석탄을 합한 양의 2~3배에 달하는 것으로 알려져 있다. 특히 메탄은 연소시 발생하는 이산화탄소 양이 20%나 적어 화석연료의 대체 청정에너지로 관심을 모으고 있다.
 
2. 상평형(相平衡)
온도와 압력에 따른 물질의 상태 관계.
 
3. 수정 진동자
수정(水晶)은 특별한 각도로 잘라내 압축하거나 늘리면 전기를 띄게 되며, 여기에 전압을 가하면 휘는 성질을 가진다. 이 성질을 이용해 판 모양으로 절단한 것으로, 연구팀은 이를 이용해 질량 변화를 측정하는 계측용 소자를 만들어 연구에 활용했다.

4. 상변화 (相變化)
물질이 하나의 상에서 다른 상으로 변화하는 것을 말한다. 예를 들면 기체가 온도를 내리면 액체로 변화하는 것, 액체의 온도를 내리면 고체로 변화하는 것은 모두 상변화다.