KAIST, 해저 점토질서 `불타는 얼음` 생성원리 밝혀냈다

물분자 전기장에 의해 분극화땐
결정핵 생성속도 약 6배 빨라져

국내 연구진이 '불타는 얼음'으로 불리는 천연가스 하이드레이트가 바다 속 점토질 퇴적토에서 다량으로 생성되는 원리를 규명했다.

KAIST(총장 신성철) 권태혁 건설및환경공학과 교수팀은 점토 광물이 하이드레이트 생성을 촉진한다는 것을 실험적으로 규명했다고 5일 밝혔다.

해저의 퇴적토나 2년 이상 토양이 얼어있는 영구동토층 등에서 주로 발견되는 하이드레이트는 메탄 등의 천연가스가 물 분자로 이뤄진 얼음과 비슷한 결정구조에 갇혀있는 고체물질이다. 흔히 불타는 얼음으로 불리는 이 물질은 막대한 매장량으로 인해 차세대 대체 에너지로 주목받고 있다.

점토질 퇴적토에서는 가스 하이드레이트 생성이 어렵다는 것이 일반적인 이론이다. 그러나 최근에는 전 세계적으로 해저 점토질 퇴적층에서 다량의 가스 하이드레이트가 발견되고 있어 기존 이론과 상반된 현상에 대한 원인을 규명하는 것이 과제로 남아 있다.

연구팀은 물에 전기장을 가해 점토 표면과 같이 물 분자들의 분극화를 구현한 뒤 물 분자들의 가스 하이드레이트 결정 생성 속도를 측정했다. 그 결과 점토 표면과 비슷한 크기의 전기장을 물에 적용했을 때 가스 하이드레이트 결정핵 생성 속도가 약 6배 이상 빨라지는 것을 관찰했다. 이는 물 분자가 전기장에 의해 분극화되면 분자 간 수소 결합이 부분적으로 약해지고 내부에너지가 감소되기 때문인 것으로 밝혀졌다.

권 교수는 "이번 연구를 통해 점토질 퇴적토에서 가스 하이드레이트가 많이 발견되는 이유에 대해 좀 더 이해할 수 있게 됐다"며 "멀지 않은 미래에 인류는 가스 하이드레이트를 에너지 자원으로 생산하고 소비할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구결과는 환경 분야 국제 학술지 '환경 과학과 기술'(Environmental Science & Technology)에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@