불타는 얼음과 석탄의 비밀, 차세대 청정 에너지원 ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’

안녕하세요, 오늘은 차세대 청정에너지 자원으로 주목받고 있는 ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’에 대해 알아보려고 합니다. 이 두 가지 자원은 모두 천연가스의 한 형태로, 석탄이나 물과 결합하여 특정한 환경에서 생성되는 고체 또는 기체입니다. 이들은 지구상에 막대한 양이 존재하며, 환경 친화적이고 경제적인 에너지원으로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 이들을 개발하고 활용하기 위해서는 여러 가지 기술적인 어려움과 문제점을 극복해야 합니다. 이 글에서는 ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’의 개념과 구조, 특성, 개발 현황과 전망, 그리고 이들을 비교하는 내용을 다루어 보겠습니다.

1. 하이드레이트의 개념과 구조

하이드레이트란 물과 기체가 결합하여 형성되는 고체 물질로, 물 분자가 기체 분자를 감싸는 케이지 구조를 가집니다. 이러한 케이지 구조는 저온과 고압의 조건에서만 안정하게 유지될 수 있습니다. 하이드레이트는 여러 가지 기체와 결합할 수 있는데, 그 중에서도 천연가스의 주성분인 메탄과 결합한 하이드레이트를 ‘가스하이드레이트’라고 합니다. ‘가스하이드레이트’는 드라이아이스와 비슷한 외관을 가지고 있으며, 불을 붙이면 타는 성질이 있어 ‘불타는 얼음’이라고도 불립니다. ‘가스하이드레이트’는 주로 영구 동토나 심해저와 같은 저온과 고압의 환경에서 발견됩니다. ‘가스하이드레이트’의 매장량은 세계의 천연가스 자원의 약 2배에 달한다고 추정됩니다.

2. 하이드레이트의 특성

‘가스하이드레이트’는 다음과 같은 특성을 가집니다.
- ‘가스하이드레이트’는 1m3의 부피에 약 164m3의 메탄가스를 함유하고 있습니다. 즉, ‘가스하이드레이트’는 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다.
- ‘가스하이드레이트’는 저온과 고압의 조건에서만 안정하게 존재할 수 있습니다. 따라서 ‘가스하이드레이트’를 채취하거나 운반하기 위해서는 온도와 압력을 조절하는 기술이 필요합니다.
- ‘가스하이드레이트’는 환경 친화적인 에너지원으로 간주됩니다. ‘가스하이드레이트’를 연소하면 이산화탄소와 물이 생성되는데, 이산화탄소의 배출량은 석탄이나 석유에 비해 적습니다. 또한 ‘가스하이드레이트’는 석탄층에 이산화탄소를 주입하여 메탄가스를 탈착시키는 공법을 통해 이산화탄소의 저감 효과도 기대할 수 있습니다.

3. 석탄층 메탄가스(CBM, Coal Bed Methane)

석탄층 메탄가스(CBM, Coal Bed Methane)는 석탄층에서 생성되는 천연가스를 말합니다. 석탄은 식물성 유기물이 지하심부에서 열과 압력을 받아 탄화과정을 거치면서 만들어진 자원입니다. 이 과정에서 석탄층 내부의 미세공극 표면에 메탄가스가 흡착되거나, 석탄 공극 내에 유리가스로 존재합니다. 석탄층 메탄가스는 석탄의 탄화 단계에 따라 다양한 양과 품질을 가지는데, 일반적으로 갈탄에서 아역청탄, 역청탄 단계에서 가장 많이 생성됩니다. 석탄층 메탄가스의 매장량은 세계의 천연가스 자원의 약 10%에 해당한다고 추정됩니다.

4. ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’ 비교

‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’는 모두 천연가스의 한 형태로, 석탄이나 물과 결합하여 특정한 환경에서 생성되는 고체 또는 기체입니다. 그러나 이들은 다음과 같은 차이점을 가집니다.
- ‘가스하이드레이트’는 물과 기체가 결합하여 형성되는 고체 물질로, 저온과 고압의 조건에서만 안정하게 유지될 수 있습니다. ‘석탄층 메탄가스’는 석탄층에서 생성되는 기체 물질로, 석탄의 탄화 단계에 따라 다양한 양과 품질을 가집니다.
- ‘가스하이드레이트’는 주로 영구 동토나 심해저와 같은 저온과 고압의 환경에서 발견됩니다. ‘석탄층 메탄가스’는 석탄이 존재하는 지역에서 발견됩니다. 따라서 ‘가스하이드레이트’는 채취하거나 운반하기 위해서는 온도와 압력을 조절하는 기술이 필요하고, ‘석탄층 메탄가스’는 석탄층의 투수성과 흡착성을 고려하는 기술이 필요합니다.
- ‘가스하이드레이트’는 1m3의 부피에 약 164m3의 메탄가스를 함유하고 있습니다. ‘석탄층 메탄가스’는 1m3의 부피에 약 10m3의 메탄가스를 함유하고 있습니다. 즉, ‘가스하이드레이트’는 ‘석탄층 메탄가스’보다 훨씬 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다.
- ‘가스하이드레이트’는 환경 친화적인 에너지원으로 간주됩니다. ‘가스하이드레이트’를 연소하면 이산화탄소와 물이 생성되는데, 이산화탄소의 배출량은 석탄이나 석유에 비해 적습니다. 또한 ‘가스하이드레이트’는 석탄층에 이산화탄소를 주입하여 메탄가스를 탈착시키는 공법을 통해 이산화탄소의 저감 효과도 기대할 수 있습니다. ‘석탄층 메탄가스’는 석탄의 부산물로 간주되며, 석탄층에서 방출되면 온실가스로 작용합니다. 따라서 ‘석탄층 메탄가스’는 환경오염의 원인으로 간주될 수 있습니다. 하지만 ‘석탄층 메탄가스’를 적절하게 개발하고 활용하면 석탄층의 안정성을 높이고, 석탄의 탈탄화를 촉진하며, 온실가스의 배출을 줄일 수 있습니다.

5. ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’의 개발 현황과 전망

- ‘가스하이드레이트’는 세계적으로 신 에너지원으로 각광받고 있으며, 미국, 일본, 캐나다, 인도, 중국 등 여러 나라에서 탐사, 시추, 시험생산 등의 연구개발을 진행하고 있습니다. 한국에서도 동해지역에서 가스하이드레이트의 부존 가능성을 확인하고, 매장량 평가와 시험생산을 위한 계획을 수립하고 있습니다.
- ‘석탄층 메탄가스’는 미국에서 이미 상업적으로 생산되고 있으며, 석탄보유국인 중국, 호주, 인도, 캐나다 등에서도 개발이 활발하게 이루어지고 있고, 한국에서는 석탄층 메탄가스의 개발타당성과 경제성을 평가하고, 삼척탄진에서 심부시추를 통한 탐사 개발을 추진하고 있습니다.
- ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’는 모두 천연가스의 한 형태로, 환경친화적이고 광범위하게 분포하는 에너지자원입니다. 하지만 가스하이드레이트는 저온과 고압의 조건에서만 안정하게 유지될 수 있으므로, 채취하거나 운반하기 위해서는 온도와 압력을 조절하는 기술이 필요합니다. 석탄층 메탄가스는 석탄층의 투수성과 흡착성을 고려하는 기술이 필요하며, 또한 두 가스자원 모두 지질구조와 해양환경에 민감하므로, 안전하고 효율적인 개발을 위해서는 지질재해와 기후변화에 대한 연구도 필요합니다.

결론

이 글에서는 차세대 청정에너지 자원으로 주목받고 있는 ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’에 대해 알아보았습니다. 이 두 가지 자원은 모두 천연가스의 한 형태로, 석탄이나 물과 결합하여 특정한 환경에서 생성되는 고체 또는 기체입니다. 이들은 지구상에 막대한 양이 존재하며, 환경 친화적이고 경제적인 에너지원으로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 이들을 개발하고 활용하기 위해서는 여러 가지 기술적인 어려움과 문제점을 극복해야 합니다. 이들은 저온과 고압, 또는 석탄층의 투수성과 흡착성과 같은 특수한 조건에서만 안정하게 존재할 수 있으며, 지질구조와 해양환경에 민감하게 반응합니다. 또한 이들은 온실가스의 배출이나 해저 사면사태와 같은 환경적인 위험도 내포하고 있습니다. 따라서 이들을 안전하고 효율적으로 개발하고 활용하기 위해서는 지속적인 연구와 개발, 그리고 국제적인 협력이 필요합니다. ‘가스하이드레이트’와 ‘석탄층 메탄가스’는 인류의 에너지 문제를 해결할 수 있는 희망의 빛이 될 수 있을 것입니다.

 

 
 

"이 포스팅은 쿠팡 파트너스 활동의 일환으로, 이에 따른 일정액의 수수료를 제공받습니다."