동아대학교는 화학공학과(BK21 FOUR) 사정훈·강효 교수 연구팀이 회수 및 재사용 가능한 ‘이온성 액체 기반 가스 하이드레이트 형성 첨가제’를 개발했다고 26일 밝혔다.
동아대 화학공학과 연구팀은 사정훈 교수(교신저자), 강효 교수(공동교신저자), 이종환 석사과정생(제1저자), 조연수 석사과정생(공동 제1저자) 주도로 이번 연구를 진행했다.
이번 연구 성과는 화학공학 전문 국제학술지 ‘Separation and Purification Technology(IF: 9.0, 화학공학 연구 분야 상위 9.7%)’에 ‘Magnetic and thermo-responsive imidazolium-based ionic liquids as recoverable and reusable kinetic promoters for CH4 hydrate formation toward solidified natural gas storage(자성 및 열감응성 이미다졸륨 기반 이온성 액체의 회수 및 재사용 가능성 메탄 하이드레이트 형성 첨가제 개발)’라는 제목의 논문으로 게재됐다.
가스 하이드레이트는 저온 및 고압 환경에서 물 분자의 수소 결합을 통해 형성되는 결정성 고체 화합물로, 천연가스의 저장 및 수송에 활용될 수 있는 차세대 물질로 주목받고 있다. 하지만 물질 전달 제한으로 인해 형성 속도가 느려 현재까지 실제 공정에 적용되진 않았다.
이번 연구에서는 상온에서 액체 상태로 존재하는 염인 이온성 액체가 물 분자 간 수소 결합 네트워크를 변형시키는 원리를 활용, 하이드레이트의 핵 생성 및 결정 성장 속도를 획기적으로 향상시켰다. 또 양이온 및 음이온의 종류에 따른 경향성을 분석해 하이드레이트 형성 촉진 메커니즘도 규명했다.
뿐만 아니라 이미다졸륨 기반 이온성 액체가 가진 자성 및 온도 감응성을 바탕으로 공정에 사용 후 쉽게 회수 및 재사용 가능한 특성을 보고함으로써 ‘지속가능한 신개념 첨가제’로서의 활용 방안을 제시했다.
사정훈 교수는 이번 연구 성과에 대해 “이온성 액체의 독특한 성질을 이용해 회수 및 재사용 가능한 하이드레이트 첨가제를 개발했다”며 “앞으로 하이드레이트 기반 천연가스 저장 및 탄소 포집, 수처리 분야로의 활용이 기대된다”고 말했다.
강효 교수는 “자성 및 온도 감응성을 갖는 이온성 액체를 도입함으로써 기존 하이드레이트 첨가제의 한계를 넘어서는 지속가능한 하이드레이트 촉진 전략을 제시했다”며 “첨가제의 구조적 설계 방안을 통해 하이드레이트가 다양한 분야로 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구, 한국기초과학지원연구원 신진연구자인프라지원사업, 한국산업기술기획평가원, 한국에너지기술평가원, RISE 사업의 지원을 받아 수행됐다.
