안녕하세요. 뭉커입니다!
오늘은 '가스 하이드레이트'라는 물질에 대해 알아보려고 합니다.
가스 하이드레이트는 어떤 물질인지,
어떠한 가치를 가지는지 간략하게 알아봅시다!
1. 가스 하이드레이트 (Gas Hydrate)
혹시 '가스 하이드레이트'라는 물질을 들어보셨나요?
아마 '불 타는 얼음' 이라고 하면 들어보셨을거에요!
가스 하이드레이트 (Gas Hydrate) 란,
결정성 고체 화합물로,
낮은 온도와 높은 압력, 즉 저온 고압 조건에서
주체(host)인 물 분자들이 수소 결합을 통해 만들어지는 3차원 결정격자(crystal lattice) 내부인 동공(cage)에 객체(guest) 분자가
물리적으로 포획되어 있는 물질 중 객체가 저분자량의 기체 (이산화탄소, 질소, 수소 등) 로 이루어져 있는 물질입니다.
말이 좀 어렵죠..?
하나 씩 풀어서 해석해보겠습니다.
결정격자(crystal lattice)라는 것은
일정하게 배열되어 있는 원자들을 임의로 선을 그어 연결 시켰을 때 생기는 결정 모양을 뜻합니다.
그림과 같이 일정하게 배열되어 있는 8개의 원자들을 선으로 그으면
정육면체 모양의 결정이 나오게 되는데
이러한 결정모양을 결정격자라고 하는 것 입니다.
주체(host)와 객체(guest)는 무엇일까요?
또 동공(cage)는 무엇일까요?
뭔가 영어뜻에서 감이 잡히지 않나요?
주체(host)는 결정격자를 이루고 있는 물질입니다.
위의 그림을 예시로 들면 만약 정육면체의 주체가 물이 된다면 결정을 이루는 8개의 분자는 물분자가 된다는 뜻입니다.
동공(cage)이란
결정격자를 형성할 때 생기는 내부 공간을 뜻합니다.
객체(guest)란 동공에 포획되어 있는 물질을 뜻합니다.
이제 뜻을 풀어서 종합시켜보게 되면
가스 하이드레이트라는 것은
저온 고압 조건에서 물 분자들이 수소 결합을 통해서 내부 공간이 생성되는 어떤 결정체를 만들게 되는데
그 내부 속에 저 분자량을 가지는 이산화탄소, 수소 등이 물리적으로 포획 되어 있는 결정성 고체 화합물이
바로 가스 하이드레이트입니다.
가스 하이드레이트는
기본 골격이 물 분자로 이루어져있기 때문에
구조적으로는 얼음과 매우 유사하다는 특징이 있습니다.
2. 가스 하이드레이트의 특징
가스 하이드레이트가 가지는 몇가지 특징에 대해 알아보겠습니다.
(1) 단위 부피당 기체 저장량이 높다.
- 차지하는 공간에 비해 저장할 수 있는 기체의 양이 높아 저장이나 수송과정에서 큰 효율성을 가지게 됩니다
(2) 원하는 기체를 선택적으로 포획할 수 있다.
- 필요로 하는 기체를 선택하여 포획이 가능합니다.
(3) 결정화 과정에서 구조 내에 포함되지 않는 불순물이 제거된다.
- 결정화 과정에서 불순물이 제거 되어 원하는 기체를 얻기가 매우 수월합니다.
3. 가스 하이드레이트의 가치
가스 하이드레이드는 미래를 책임지는 청정에너지 자원으로 꼽히고 있습니다.
이유가 무엇일까요?
(1) 대체 가능한 풍부한 양
가스 하이드레이트는 세계 곳곳에서 발견되고 그 양이 어마어마하다고 합니다.
또한 고압조건에서 생성된 물질이기 때문에 기체 사용을 위해
가스 하이드레이트를 분해시키면 압력에 의해 묶여있던 기체가 풀려나
원래에 차지했던 부피보다 150배~200배 가량 커진다고 합니다.
어마어마한 양이죠.
(2) 비용 절감
천연가스를 저장하거나 수송하려면
LNG와 같이 영하 162도까지 냉각을 시키거나
CNG와 같이 엄청난 고압으로 압축을 해야하는데
비용적 부담이 있는 방법입니다.
하지만 이 천연가스들을 하이드레이트 구조 내에 저장을 하게 되면
상대적으로 낮은 온도와 압력에서 저장이 가능해
비용 절감에 우수한 성과를 보이고 있습니다
(3) 안정성
CNG 같은 경우는 엄청난 고압에서 보관을 하는 방법이기 때문에
기계적 결함이 생기면 폭발의 위험성이 있습니다.
하지만 하이드레이트는 그러한 위험에서 벗어날 수 있고
또한 하이드레이트가 가지고 있는 물성인
자기보존효과(Self - presercation effect)에 의해
안정성이 더 보장되고 있습니다.
지금까지 가스 하이드레이트에 대해 알아보았습니다.
아직은 효율성에서 한계가 있지만 연구를 통해 많이 개선되었으며
지속적인 개발을 통해 후에 엄청난 효과를 불러올 것이라고 전문가들은 이야기하고 있습니다.
가스 하이드레이트 연구가 잘 진행되어
큰 파장이 불어오면 좋겠습니다.
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