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수소하이드레이트의 탄생과 그의 수소저장 물질로서의 가능성

전문가 제언: ○ 연료전지의 적용을 휴대용전원, 발전용과 자동차용으로 나눌 때 전자의 2개 군은 자동차분야보다 상용화가 10년 정도 더 빨리 이루어진다고 과학자들이 보고 있다. 후자의 자동차용은 수소를 온보드 저장기술이 관건인데 이 과정의 기술적 어려움으로 상용화 시기가 늦춰지고 있다.

○ 이글에서 논의되는 메탄하이드레이트는 차세대 환경 친화적 에너지자원으로 급부상하고 있다. 1970년대 들어오면서 심해저와 영구동토지역에서 천연상태의 메탄 하이드레이트가 발견되었으며 거대 규모의 세계 메탄 하이드레이트 총 매장량 약 10조 톤을 확보하고 상업적 생산기술 개발에 박차를 가하고 있다. 우리나라 동해 울릉분지에도 메탄 하이드레이트의 부존 가능성이 간접적으로 확인되어 잠정적 매장량 약 6억 톤으로 추정되며 이는 앞으로 30년간 사용이 가능한 양이라고 자원연구소의 보고서에 나와 있다.

○ 이글의 가스하이드레이트는 저온고압력 하에서 물 분자가 수소결합을 하여 나노사이즈의 케이지구조(호스트격자)를 만들고 그 가운데 기체분자/원자가 게스트로 포접 된 화합물로 대표적인 것이 메탄하이드레이트이다. 이러한 구조에서 저압합성과 흡탈착의 신속성 등이 해결해야 할 과제이다. 수소의 포접수화물(clathrate hydrate)은 수소의 저장능을 갖기 위해서는 2개상이한사이즈의 케이지를 가져야한다. 그런데 극히 높은 압력(2kbar)이 저장재료를 만드는데 소요되어 실용화와 거리가 있다.

○ 이의 개선을 위하여 KAIST의 Lee 등은 THF를 함유하는 2원 클라스레이트하이드레이트 수소저장능력을 저압안정성을 유지시키는 가운데 큰 것과 작은 케이지 양쪽으로 들어가게 하는 수소게스트의 조성을 조정함으로써 적정압력 하에서 4wt%까지 증가시킨 것을 보고하였다. 조정메커니즘은 수용성 하이드레이트 촉진제와 여러 가지 작은 가스 게스트를 사용하는 보통의 편리한 것이었다. 심층 분석 기술과 물성의 규명을 통한 좋은 결과가 있기를 기대한다.

저자: Hiroyasu Shimizu
자료유형: 학술정보