미국 콜로라도 광업대학과 연구진행, 제1저자로 활약한 논문 ‘에디터 선정 논문’으로 뽑혀
친환경 에너지원 ‘가스 하이드레이트’ 상평형 온도 쉽게 예측하는 열역학 상관관계식 개발
기존 과정 대비 비용과 시간 획기적 개선, 폭발 위험도 저하, 다양한 산업공정 활용 ‘기대’
사정훈 동아대 교수,미국 화학공학회지에 논문 발표
동아대학교(총장 이해우)는 화학공학과 사정훈 교수(사진)가 제1저자로 활약한 논문이 SCI 학술지인 ‘AIChE Journal(미국화학공학회지)’ 에디터 선정 논문에 뽑혀 7월호에 게재됐다고 7일 밝혔다.

미국화학공학회지는 매월 1개호를 출판하는데, 수록된 논문 중 가장 우수한 논문을 편집자가 1건 선정하고 있다.

사 교수는 동아대 화학공학과 BK21 교육연구단과 한국연구재단의 지원을 받아 연구를 수행, ‘억제 시스템의 가스 하이드레이트 상평형 온도 상관관계: IV. 물의 활동도’란 제목의 논문을 발표했다.

사 교수 연구팀은 미국 콜로라도 광업대학 연구팀과 함께 진행한 이번 연구로 ‘억제제가 첨가됐을 때 가스 하이드레이트의 상평형 온도를 아주 쉽게 예측할 수 있는 열역학 상관관계식’을 개발하는 성과를 거뒀다.

연구진은 이번에 직접 개발한 열역학 상관관계식을 바탕으로 ‘상평형 예측 프로그램’을 제작, 전 세계 연구자와 엔지니어에게 무료로 배포하고 있다. 기존 상평형 계산 프로그램보다 훨씬 더 높은 예측 정확도를 보이는 것으로 나타났다.

‘가스 하이드레이트’는 물과 기체가 얼어붙은 결정성 고체 화합물로, 탄소 배출이 적은 차세대 친환경 에너지 자원으로 주목받고 있다.

하지만 천연가스-석유-물이 이송되는 파이프라인 내부에 하이드레이트가 형성되면 이송 효율이 저하되고 폭발 사고로 이어질 수 있다. 따라서 전해질 또는 유기 억제제를 주입하게 된다. 이 때 ‘하이드레이트의 열역학적 상평형 조건을 측정 또는 예측하는 기술’이 핵심으로 꼽히고 있다.

기존 하이드레이트 상평형 측정 과정은 수백 기압에 달하는 높은 압력과 낮은 온도에서 운전되기 때문에 많은 비용과 시간이 소요되고 폭발 위험성이 뒤따르는 문제점이 있었다.

사 교수 팀은 ‘물이 얼어 얼음을 형성하는 과정’과 ‘하이드레이트 결정화 과정’의 유사성에 착안, 억제제를 첨가했을 때 물의 어는점이 내려가는 것을 측정해 물의 활동도를 알아내고 이를 하이드레이트의 상평형 조건 예측에 활용했다.

물의 어는점 변화는 대기압에서 비교적 쉽게 측정할 수 있기 때문에 하이드레이트 상평형 데이터를 얻는 데 요구되는 비용과 시간을 획기적으로 개선할 수 있고, 위험한 고압 실험을 수행할 필요가 없다는 장점이 있다.

이번 연구로 개발한 기술은 억제제의 종류와 농도를 전혀 모르는 경우에도 활용할 수 있기 때문에 산업적으로도 매우 유용할 것으로 기대된다.

사 교수는 “천연가스 및 석유 이송 파이프라인 내 가스 하이드레이트 형성 및 배관 막힘 현상은 1930년대부터 지금까지도 산업계의 매우 중요한 문제인데 이번 연구를 통해 하이드레이트의 열역학적 상평형 측정 및 예측 과정을 획기적으로 개선한 것은 큰 의미가 있다”고 말했다.

그는 이어 “메탄, 천연가스 외에도 이산화탄소, 수소, 질소, 산소 등의 기체 저장·분리 공정의 설계 및 운전에 요구되는 핵심 데이터를 제공할 수 있어 다양한 산업 공정에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

부산=김태현 기자 hyun@hankyung.com