폭발하는 얼음이라 불리는 '수소 하이드레이트' 생성에 성공!
폭발하는 얼음을 새로운 방법으로 만들어 내는 데 성공했는데요.
12월 18일에 'PHYSICAL REVIEW LETTERS'에 게재된 논문에 의하면 수소를 물분자의 울타리 안에 가두는 '수소 하이드레이트'를 저압으로 생성하는 데에 성공했다는 것입니다.
국내 언론에서도 독도 인근해에 불타는 얼음으로 불리는 메탄 하이드레이트가 대량 매장되어 있다고 하는 것을 보셨던 분도 있을 것 같은데요.
이렇게 수소 하이드레이트란 도대체 어떤 물질 일까요?
수소 하이드레이트는 수소와 물의 결정
불타는 얼음으로 알려진 메탄 하이드레이트(메탄 수화물)는 심해의 저온 고압 조건의 환경에서 메탄 분자 주변에 물 분자가 모여 결정화함으로써 형성 되는 것입니다.
결정화해 고체가 된 메탄하이드레이트 안에는 대량의 메탄가스가 포함되어 있어 1입방미터의 결정에서는 160입방미터의 가스를 추출할 수 있습니다 (25℃에서 1기압의 경우).
하지만 하이드레이트화가 가능한 것은 메탄뿐만이 아닙니다.
미래 시대의 연료로써 기대되고 있는 수소도 이론상 하이드레이트화를 통해서 물 분자 내부에 대량으로 가두는 것이 가능해져 수송 및 저장을 위한 필요한 공간을 절약할 수 있습니다.
그러나 기존 기술에서는 하나의 물 분자당 2개의 수소를 가두는 데 38만 기압(38기가파스칼)의 고압이 필요했습니다.
이러한 초고압은 특수한 장치를 갖춘 실험실에서만 성공 가능하며 실제 수송과 저장수단으로써 적용을 할 수는 없습니다.
하지만 이번 연구에서는 3개의 물 분자로 1개의 수소를 가둠으로써 가용 압력을 훨씬 낮게(30분의 1 이하로) 하는데 성공했습니다.
보다 저압 조건에서 물은 위 그림과 같이 수소 분자를 둘러싸는 골격 구조체 처럼 기능합니다.
수소 하이드레이트를 연소시키면?
이번 연구를 통해 수소를 물의 결정에 가두는 기술이 크게 진보했습니다.
앞으로 연구가 진행되면 다루기 쉬운 압력에서 결정화(고체화)한 수소를 저장하는 것도 가능해질 것입니다.
또한 수소 하이드레이트에는 메탄 하이드레이트 에는 없는 깨끗한 특성이 있습니다.
메탄 하이드레이트는 연소를 하면 이산화탄소를 발생시키는 반면에 수소 하이드레이트는 연소 시켜도 발생하는 것은 물 뿐입니다.
현재 수소를 사용한 연료 전지 차량과 발전기가 보급되기 시작하고 있습니다.
수소 사회가 실현되었을 때에는 수소 하이드레이트 가 매우 친숙하게 되어 있을지도 모르겠네요.
원문기사는 아래링크를 참고하세요.
Novel Hydrogen Clathrate Hydrate
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