• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권3호
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• pp.304-309
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• 2007

본 연구에서는 감압법 및 열자극법에 의한 메탄하이드레이트 생산실험을 수행하기 위해 고압의 다중공 평판형 셀기기를 설계 제작하였다. 이 실험장비를 이용하여 고투과성 미고결 시료 공극시스템에서 감압법과 열자극법에 의한 생산실험을 수행하여 생산메카니즘을 분석하였다. 감압법에 의한 생산실험 결과, 일반 가스전과는 달리 하이드레이트 해리에 의한 공극내에서의 소스효과로 인해 일시적으로 압력이 상승하고 또한 흡열반응으로 인해 온도가 하강함을 확인 하였으며, 열자극 생산실험을 수행한 결과에서는 감압법의 경우 열자극법에 비해 해리속도가 느리게 진행되어 가스생산이 낮은 상태로 지속되는 것으로 나타났다. 한편, 열자극법 중 열을 가한 후 곧바로 생산하는 경우, 주입지점 주변에서만 해리되고 또한 그 지역에서만 투과도가 커지는 것으로 나타났으며, 생산초반 이후 해리속도는 soaking까지 시행한 경우에 비해 해리가 느리게 진행됨을 알 수 있다. 한편, 본 연구의 낮은 하이드레이트 포화도를 갖는 미고 결시료 공극시스템에서 열자극법의 적정 soaking 시간 규명실험을 통해 압력과 생산거동을 고찰하였다. 그 결과, 6분간 soaking 한 경우, 온도 하강에 의한 하이드레이트의 재형성으로 2분 및 4분간 soaking한 경우보다 낮은 회수율을 보였다. 본 연구의 실험결과는 향후 높은 하이드레이트 포화도를 갖는 고결 시료 공극시스템에서의 실험을 통해 더욱 확연히 드러날 것으로 예상된다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제28권3호
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• pp.95-120
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• 2023

메탄은 아주 중요한 온실기체로, 최근 20년간 같은 양의 이산화탄소에 비해 약 85배 높은 온실효과를 갖고 있다. 천연가스 사용 증가와 온난화에 따른 빙권의 해동으로 대기 중 메탄 농도는 빠르게 상승하고 있다. 또한, 현재 진행 중인 해수 온도 상승으로 가스-하이드레이트(얼음-기체 복합체) 붕괴가 전 지구적으로 발생할 것으로 예상되고, 궁극적으로 막대한 양의 메탄이 해수 및 대기로 누출될 것으로 예상된다. 또한, 연안 해양 저산소층 또한 온실기체 생성 대기로 유출시킬 수 있다. 특히, 현재 진행 중인 지구 온난화와 연안 해역 부영양화로 인해, 해저 저산소층은 전 세계적으로 그 크기와 기간이 급격히 늘어나고 있다. 이러한 해저 저산소층은, 산화-환원 대를 퇴적 표층 얕은 지역 또는 해수 내로 이동시켜, 메탄의 대기 용출을 용이하게 하고 궁국적으로 지구 온난화를 가중시킬 수 있다. 하지만, 해저 저산소층과 메탄 발생을 포함한, 메탄 연구는 한국뿐만 아니라, 전 세계적으로 아주 미미한 수준이다. 따라서, 이 리뷰논문은 자연환경 내 메탄의 복잡한 상호작용 이해를 통해, 연안 해저 저산소층 발달과 메탄의 관계를 파악, 나아가 한국 내 메탄 연구 활성화에 기여하는데 목적이 있다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 논문집
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• pp.1317-1321
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• 2009

Natural gas liquefaction plant and LNG carrier needs large capital investment. Therefore a lot of small or middle scale natural gas fields aren't developed due to poor profitability. If natural gas is made to gas hydrate instead of liquefaction, developing small-scale natural gas field can be profitable because building cost of gas hydrate plant and carrier are economical. Because the process of making gas hydrate consumes much energy, the gas hydrate formation process has to be optimized for energy consumption. In this study, gas hydrate formation process was investigated experimentally. Experimental apparatus consists of reactor, pressure regulator, chiller, and magnetic stirrer. 99.95% methane was used to make gas hydrate. Tests were conducted at variable pressure and temperature condition.

• 설비공학논문집
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• 제23권4호
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• pp.259-264
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• 2011

Gas hydrate is formed by physical binding between water molecule and gas such as methane, ethane, propane, or carbon dioxide, etc., which is captured in the cavities of water molecule under the specific temperature and pressure. $1\;m^3$ hydrate of pure methane can be decomposed to the methane gas of $172\;m^3$ and water of $0.8\;m^3$ at standard condition. If this characteristic of hydrate is reversely utilized, natural gas is fixed into water in the form of hydrate solid. Therefore, the hydrate is considered to be a great way to transport and store of natural gas in large quantity. Especially the transportation cost is known to be 18~25% less than the liquefied transportation. However, when methane gas hydrate is artificially formed, its reaction time may be too long and the gas consumption in water becomes relatively low, because the reaction rate between water and gas is low. Therefore, for the practical purpose in the application, the present investigation focuses on the rapid production of hydrates and the increment of the amount of captured gas by adding zeolite into pure water. The results show that when the zeolite of 0.01 wt% was added to distilled water, the amount of captured gas during the formation of methane hydrate was about 4.5 times higher than that in distilled water, and the methane hydrate formation time decreased at the same subcooling temperature.

• 자원환경지질
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• 제47권5호
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• pp.551-561
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• 2014

세계 전체 천연가스 소비량은 2010년 113Tcf에서 2040년 185Tcf로 예상되는 가장 빠르게 증가하는 화석연료이다. 전통 천연가스는 비교적 쉽게 개발되는 반면, 비전통 가스는 개발이 보다 더 어렵고 높은 생산비를 필요로 한다. 비전통 가스는 심부가스, 셰일 가스, 석탄층 메탄가스(CBM), 지중 압력대, 가스 하이드레이트 및 치밀 가스 등 6개의 주요 형태로 구성된다. 치밀 가스는 매우 치밀한 지층을 이루는 불투수성의 견고한 암석 중에 부존하는 천연가스로, 사암 혹은 석회암층에 포집된 천연가스이다. 이 연구에서는 치밀 가스 관련 375개 논문을 연도별 발표현황(2000-2014), 국가별 및 연구기관별 논문 수, 국제공동연구 등을 분석하여, 국내 관련 산업 및 기술정책 수립과 연구개발에 유용한 학술자료로 활용될 수 있도록 하였다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제20권1호
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• pp.53-62
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• 2015

동해 울릉 분지 내 메탄 하이드레이트가 매장된 지역에서 혐기적 메탄 산화와 연관된 미생물 군집 특성을 이해하기 위해 메탄 누출이 있는 대륙사면 정점(UBGH2-3)과 메탄 누출이 없는 분지 정점(UBGH2-10)에서, (1) 퇴적물의 지화학적 성분 및 황산염 환원율을 측정하였으며, (2) 기능성 유전자 분석을 통해 혐기적 메탄 산화 미생물 및 황산염 환원 미생물 군집의 정량 및 다양성 분석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 황산염-메탄 전이지대(sulfate and methane transition zone, SMTZ)는 UBGH2-3에서 0.5~1.5 mbsf (meters below seafloor), 그리고 UBGH2-10에서는 6~7 mbsf에 분포하는 것으로 나타났다. 두 지역의 SMTZ에서 측정된 황산염 환원율은 UBGH2-3의 1.15 mbsf에서 $1.82nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 나타났고, UBGH2-10의 SMTZ에서 황산염 환원율은 $4.29nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 높은 값을 보였다. 총 미생물 16S rRNA gene과 기능성 유전자인 mcrA (methyl coenzyme M reductase subunit A) 및 dsrA (dissimilatory sulfite reductase subunit A)의 정량 PCR 결과 두 정점의 SMTZ 부근에서 상대적으로 높게 검출되었다. 그러나 UBGH2-10지역에서 mcrA 유전자는 SMTZ 아래인 9.8 bmsf에서 가장 높게 검출되었다. mcrA 유전자의 다양성 분석 결과 두 지역의 SMTZ와 그 아래 퇴적층에서 혐기성 메탄산화 고세균(ANME: Anaerobic MEthanothoph) 군집인 ANME-1이 우점하였다. 한편, ANME-2 군집은 메탄 누출이 발생하는 UBGH2-3지역의 2.2 mbsf 층에서만 관찰되었고, 더불어 dsr 유전자 다양성 분석 결과 ANME-2와 컨소시엄을 이루는 Desulfosarcina-Desulfococcus (DSS) 이 나타났다. 본 연구 결과, ANME-1과 ANME-2은 동해 심부 퇴적 환경에서 혐기적 메탄 산화 및 생성 과정에 관여하는 중요한 고세균 군집으로 사료되며, 또한 ANME-2/DSS 컨소시엄은 메탄이 누출되는 지역인 UBGH2-3과 같이 혐기적 메탄 산화가 활발한 곳에서 메탄 거동을 조절하는 중요한 미생물 그룹으로 인식된다.

• 한국가스학회지
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• 제18권2호
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• pp.28-34
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• 2014

일반적인 천연가스 정압기지에서는 압력제어밸브를 이용하여 고압으로 수송되는 천연가스를 감압하여 내보낸다. 이 과정에서 버려지는 폐압에너지는 터보팽창기를 도입하여 추가적인 전력생산이 가능하나 터보팽창기를 통과하는 유체에서는 감압에 의한 Joule Thompson 효과에 의하여 온도가 급격히 떨어져 파이프라인 외부에 동결을 일으키거나 파이프라인 내부에 메탄하이드레이트와 같은 고체 물질이 형성될 위험이 있다. 현재 터보팽창기를 채용한 천연가스 정압기지에서는 냉열발생에 따른 부작용을 방지하기 위하여 터보팽창기의 전단에 보일러를 설치하여 팽창 전 천연가스를 예열하고 있다. 용융탄산염연료전지와 같은 고온 연료전지는 천연가스를 연료로 사용할 수 있고 친환경적인 고온 배출가스를 방출하며 동시에 추가적인 전력을 생산하여 시스템의 효율을 높일 수 있다. 이 논문에서는 천연가스 정압기지에 용융탄산염연료전지와 터보팽창기를 설치하여 얻을 수 있는 열역학적 이득에 대해서 연구하였다. 연료전지를 기저부하로 사용함에 따라서 얻을 수 있는 이익에 대하여 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.17-29
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• 2009

에너지 수요의 증가 및 에너지 탐사와 연관되어 해저 지반의 조사가 증가하고 있다. 해수면 2100m 해저 110m 아래에서 얻어진 압력 코어 시료의 메탄 하이드레이트 생산 시험 후 얻어진 사료를 이용하여 울릉 분지 심해토의 지반공학적 특성을 조사하였다. 기본 토성, 광물학적 특성, 화학 조성, 그리고 미세구조 관찰을 위하여 토성 실험, XRD, 그리고 SEM을 실시하였다. 또한, 멀티 센서 압밀셀을 이용하여 두 시료의 압축성, 전단파 및 전자기파 파악하였다. 강도특성은 직접전단실험 이용하여 산정되었다. 주요 광물로는 카오리나이트, 일라이트, 크로라이트(chlorite), 그리고 캘싸이트(calcite)가 관찰되었다. SEM 결과 잘 발달된 내 외부 간극 구조가 관찰되었다. 수직유효응력의 증가에 따라 전단파 속도, 전기비저항, 실수 유전율, 그리고 전기전도도는 이중선형 거동을 보였다. 직접전단실험으로 얻은 마찰각은 약 $21^{\circ}$로 선행연구와 비슷한 결과를 보였다. 본 연구는 가스 하이드레이트와 같은 에너지 자원의 개발 및 새로운 지반공학적 영역의 확보를 위하여 심해 퇴적토의 거동 이해의 중요성을 보여준다.