□   GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 지구·환경공학부 박영준 교수팀은 NPA(Neopentyl Alcohol)를 포함한 다중 객체 하이드레이트* 시스템에서 객체 분자에 따라 구조가 바뀌는 현상을 최초로 규명했다.

        * 하이드레이트: 저온 및 고압의 조건에서 물 분자의 수소결합을 통해 형성된 격자 구조에 가스가 포집되어 있는 포접 화합물. 해저에 매장되어 있는 천연가스 하이드레이트는 차세대 에너지원으로 주목받고 있으며, 하이드레이트의 열역학적 특성을 이용한 가스 저장, 수송, 및 분리 기술은 다양한 분야에 응용가능하다.

∘ 일반적으로 인위적인 형성제를 이용하여 형성한 하이드레이트는 하나의 구조를 유지하나, 연구팀에서 사용한 NPA를 포함한 다중 객체 하이드레이트 시스템에서는 객체 분자인 메탄, 질소의 경우에는 Fd-3m 의 입방체 구조를 갖는 sII 하이드레이트를, 이산화탄소의 경우에는 Pm-3n 의 입방체 구조를 갖는 sI 하이드레이트를 각각 형성하는 것을 처음으로 확인했다.

∘ 연구팀은 지름 7.76Å의 NPA분자가 sI, sII 하이드레이트의 큰 동공(sI-L), (sII-L)을 점유하는 것을 확인하였는데, 이는 크기 6.5Å 이상의 분자는 sI과 sII 하이드레이트의 큰 동공 안에 들어가지 못한다는 기존의 통념을 뒤집는 결과이다.

□   또한 연구팀은 NPA를 포함한 다중 객체(메탄, 질소, 이산화탄소) 하이드레이트 시스템에서 열역학적 상평형 조건이 순수 메탄, 질소, 이산화탄소 하이드레이트보다 우수해지는 형성 촉진 현상을 확인했다.

∘ 연구팀은 NPA분자가 sI 하이드레이트의 큰 동공(sI-L)과 sII 하이드레이트의 큰 동공(sII-L)을 점유하면서 하이드레이트의 형성을 촉진시키는 열역학적 촉진제임을 확인했다.

□   연구팀은 NPA를 포함한 sI 구조 이산화탄소 하이드레이트 시스템에서 NPA 농도에 따라 큰 동공(sI-L)에 이산화탄소가 점유되는 Tuning 현상을 확인했다. sI 구조 하이드레이트에서의 이산화탄소 객체 분자의 Tuning 현상은 본 연구에서 처음으로 보고되었다.

□  본 논문의 제1저자인 문석윤 학생은 “Tuning 현상으로 인해 NPA를 포함한 이산화탄소 하이드레이트 시스템에 저장되는 이산화탄소의 양이 대폭 늘어 이를 이산화탄소 분리 및 저장에 응용할 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.

□ 박영준 교수가 주도하고 문석윤 박사과정생(제1저자‧GIST), 안윤호 박사(제1저자‧KAIST), 김희중 박사과정생(공동저자‧GIST), 홍수진 박사과정생(공동저자‧GIST)이 수행한 이번 연구는 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단(이공학개인기초연구지원사업, SGER)의 지원을 받아 수행되었으며, 화학공학 분야의 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’ (Impact Factor = 6.216)에 2017년 8월 12일자에 게재됐다. <끝>