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심해저광물자원활용

HOME > 심해저광물자원 > 심해저광물소개 > 가스수화물

가스수화물

정의

·가스수화물은 지구환경에 대한 중요한 요인으로, 또한 미래의 에너지원으로서 뿐만 아니라 많은분야에서 새로운 기술로 응용될 가능성이 높다. 
·가스수화물은 20년 전까지만 해도 국내에서는 소수의 관련분야 연구자들에게만 알려진 생소한 단어였다. 1990년 후반에 들어오면서 전 세계적으로 선풍적인 주목을 받으면서 갑자기 우리 앞에 등장하게 된 것이다. 가스수화물의 정의  
·가스수화물은 물분자와 가스(주로 메탄)가 섞여서 만들어진 얼음과 비슷한 고체로, 이중 대표적인 것이 메탄수화물(Methane hyadrate)이다. 1810년 영국의 선도적인 화학자인 Humphrey Davy의 실험실에서 처음으로 합성되었다.

·1930년대에 들어서면서 가스수화물은 추운 동토지역에서 천연가스관을 자주 막아버리는 골칫덩어리로 심각한 문제를 일으키는 주범으로 알려지기 시작했다. 이 얼음덩어리가 20세기 중반을 넘어서면서 많은 탐사자료를 통해 여러 영구동토지역과 해양에서 속속히 발견되면서, 지구상 여러 지역에 가스수화물이 광범위하게 분포하고 있다는 사실이 밝혀졌다.

·가스수화물은 저온.고압의 상태에서는 안정하게 얼음과 같은 결빙상태의 고체물질로 존재한다. 따라서 영구동토지역이나 심해저 하부퇴적층으로 온도-압력의 평형이 이루어진 지역에서 가스수화물이 안정하게 존재 할 수 있다. 하지만 지하 심부로 들어 갈수록 압력이 증가하는 반면에, 빠른 지온 상승 때문에 가스수화물이 안정되게 존재할 수 있는 퇴적층의 두께는 일반적으로 지하수백m로 제한된다. 왜 가스수화물인가  
(1) 메탄방출 
만일 온도가 높아지거나 압력이 낮아진다면 고체인 가스수화물은 해리되면서 메탄을 방출하게 된다. (1㎥의 가스수화물은 약 164㎥의 메탄가스를 방출한다.)
메탄은 이산화탄소보다 약 20배의 지구온실 효과를 일으키기 때문에 대기중으로 방출된 메탄은 대기온도를 크게 상승시키는 역할을 하게된다.  
많은 과학자들은 5천5백만년전인 후기 팔레오세에 있었던 극단적인 지구온난화현상이 이런 가스수화물로 부터의 메탄 방출에 의해 발생되었다고 믿고 있다. 
한편 빙하기동안 해수면이 낮아지게 되면 해저면에 대한 압력이 감소하면서 해저지층의 가스수화물층으로부터 막대한 양의 메탄이 방출된다. 이는 대기중에서 온실효과를 일으켜 빙하기를 끝나게 하는 결정적인 작용을 한 것으로 알려져 있다. 
 
  
(2) 천연가스 제공 
연가스는 연소될 때 이산화탄소와 물만을 생성시키는 깨끗한 에너지원이다. 
이산화탄소가 지구온실효과를 일으키는 요인이지만, 같은 양의 에너지를 만들기 위해, 가스수화물에 비해 석유는 1.5배, 석탄은 2배의 이산화탄소를 발생시킨다. 이런 이유로 천연가스의 사용량은 매년 급속히 증가하여 현재 전 지구에서 소모되는 에너지의 약 25%를 차지하고 있다.  
  
(3) 앞으로의 대체에너지 
가스수화물이 개발되어 천연가스를 공급할 수 있게 된다면 이런 에너지 수급문제와 편중문제는 획기적인 전환을 맞이할 것이다. 가스수화물은 지구상 많은 나라의 해역과 알라스카, 캐나다, 러시아의 영구동토층에서 발견되고 있다. 가스수화물의 기원  
가스수화물의 기원은 두가지로 설명될 수 있는데 
첫 번째는 해저 미생물의 발효에 의해 발생되는 생물분해(biogenetic)기원
두 번째는 가스와 생물의 유해가 지층 속에서 열과 압력을 받아 발생되는 열분해(thermogenic)기원으로 나눌 수 있다. 
전세계적으로 가스수화물이 부존된 지역에서 심해시추와 코어자료에 의해 확인된 천연가스 수화물은 대부분은 생물분해에 의해 형성된다.

연구현황

일본

1994년 1994년까지 일본 해역 12개 지역에서 약 100년치의 국내소비량에 해당하는 가스수화물 매장량을 확인하였다.
1995년 1995년부터 일본석유공단, 일본지질조사소, 동경대학교, 10개 이상의 민간 산업체 콘소시움 형성하여 통산성 5개년 단위의 프로젝트가 수행되어 현재는 2단계에 돌입하였다.
1997년 일본의 주도로 캐나다와 미국이 참여한 가운데 세계최초로 가스수화물 연구만을 위해 캐나다 북극 영구동토지역에서 연구공 시추를 실시하여 전 세계의 비상한 관심을 모았다.
1998년 자국의 난카이 Trough에서 해상 시추를 실시
2002년 2002년초에는 다시 캐나다 북극 영구동토지역에서 생산을 목표로 시추를 실시

미국

1994년 1998년부터 국가적인 가스수화물 연구계획과 지원법안이 마련
1995년 미 의회에서 Methane Hydrate Research and Development Act가 통과되면서 제1차 National Methane Hydrate R&D Program이 시작
1997년 2002년에는 17백만불의 예산이 배정. 그동안 환경문제 등으로 개발을 미루었던 알라스카 북극지역에서 현재 시험생산을 위한 시추연구작업이 진행 중

러시아
국제적인 활동의 부족으로 그동안 가스수화물 연구활동에 대한 정보가 외부세계로 많이 알려지지 않았다. 하지만 자국내에 풍부한 가스수화물 부존지역을 가지고 있으며, 가장 먼저 본격적인 가스수화물 연구를 시작한 국가로서 높은 연구수준과 연구인력을 확보하고 있다.

우리나라

1993년 한국해양연구원의 남극연구팀은 세종기지가 위치한 남극반도 해역에서 1993년부터 탐사를 실시하여 가스수화물층 존재의 결정적인 증거인 기저 반사층(BSR : Bottom Simulating Reflector)을 찾아내고, 이 해역에 가스수화물이 광범위하게 분포하고 있음을 밝혔다.
1996년 한국지질자원연구원에서 동해지역의 가스수화물에 대한 연구를 계속해오고 있다. 가스수화물이 매장되었다는 뚜렷한 증거는 확보되지 못한 것으로 알려지고 있지만, 최근 본격적인 연구를 시작함에 따라 좋은 결과를 기대하고 있다.
2002년 일본 요코하마에서 제4차 국제 가스수화물 학회가 개최되어 4편의 논문 발표
2003년 러시아의 오호츠크해 가스수화물 국제공동연구에 참여

·가스수화물의 낮은 집적도(concentration)
석유와 가스는 저장지(reservoir)에 높은 밀도로 모여 있지만, 가스수화물은 매우 낮은 밀도로 지층에 넓게 분포하는 경향이 있다. 세계적인 가스수화물 매장지역인 미국 동부의 Blake Ridge의 경우, 매장량의 규모는 미국 전체 천연가스 매장량의 6배에 달하지만 26,000㎢의 넓은 지역에 가스수화물이 퍼져 있어, 전체 퇴적층 부피의 겨우 2%만을 차지하고 있을 뿐이다.  
·고체상태의 가스수화물의 해리로 막대한 양의 천연가스 분출
시추공의 훼손이나 지층의 붕괴 등 많은 위험성을 수반하게 된다. 
·막대한 비용 수심 500m보다 깊은 대륙붕과 대륙사면에서의 시추 작업과 깊은 수심에서의 시추에 대한 막대한 비용.

전망과대책

·화석에너지 자원의 고갈에 대비하고, 화석에너지 연소시 발생되는 온실가스에 대한 규제조치가 심해짐에 따라 선진각국은 해저에 부존되어 있는 메탄수화물이 중요한 에너지자원으로 각광을 받을 것이다. 이것은 더욱이 폐기물이 없는 청정에너지로써 고밀도 대용량의 자원이다. 
            
·가스수화물 연구와 개발에는 매우 다양한 분야의 연구자들이 참여하여야 한다. 화학, 물리학, 생화학, 지질학, 지구물리학과 같은 자연과학 분야와 화학공학, 석유공학, 기계공학 그리고 시추기술과.같은 공학분야의 참여가 요구된다. 

·국내에서의 가스수화물 연구발전을 위해서는 연구결과와 능력을 공휴할 수 있는 연구 커뮤니티를 활성화하여 능력 있는 연구자들을 참여시키고, 신진전문연구인력을 육성하는 노력이 이루어져야 할 것이다. 그리고 산학연 및 정부가 참여하는 범국가적인 공동 프로젝트가 추진되어야 할 것이다.

자료발췌

해양수산부, 한국해양연구원 발간지 - 해양정책 R&D동향 내 한국해양연구원 극지연구본부 진영근글 한국해양연구원 해양과학총서(http://www.kordi.re.kr/chongseo)
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