안뜨겁나?
1 개요
Methane Hydrate / Methane Clathrate
메탄 가스가 분자 레벨에서 물에 의해 갇힌 하이드레이트(함수화물). 즉 얼음 속에 메탄가스가 포함되어 있다고 봐도 좋지만, 녹아 있는 게 아니라 엄연한 화합물이다. 소위 '불타는 얼음'이라고 한다. 산업계에서는 메탄 하이드레이트라고 하지만, 대한화학회에서 정한 Methane의 정확한 화학명은 메테인이고, 그래서 정확히는 메테인 하이드레이트이다. (이하 이 글에서 에탄, 부탄이라고 부르는 화합물의 명칭도 정확히는 에테인, 뷰테인이 되겠다.)
저온 고압의 환경에서 안정하며, 따라서 해저 지반 아래나 영구동토층에서 자연적으로 형성된다. 이를 천연가스 하이드레이트 (natural gas hydrate)라고 하며, 이 천연가스 하이드레이트의 대부분이 메탄 하이드레이트다[1]. 지구 전체에 존재하는 유기탄소 중 압도적인 양이 천연가스 하이드레이트의 형태로 존재하고 있는 것으로 추정되며 (50% 이상, 추산 약 1만 기가톤), 이는 그외 다른 모든 형태의 원유 및 천연가스 등 화석연료의 추정 총매장량의 2배이다. 따라서 차세대 에너지원으로서 주목받고 있는 물질이다.
생산시에는 메탄 하이드레이트가 부존된 지반의 온도를 올리거나(열수주입법), 압력을 낮춰서(감압법) 녹인 후 메탄 가스를 빨아들이는 방식을 이용한다. 열수주입법의 경우는 녹은 하이드레이트에서 배출된 메탄 가스로 인해 지반내 압력이 높아져 지반이 붕괴될 가능성이 있으므로 [2], 현재에는 보통 감압법을 중심으로 연구 중에 있다.
하지만 (일반적으로 셰일 가스로 알려진) 셰일층에 대한 수압파쇄 공법기술이 등장하여 현재 천연가스 가격이 상당히 낮아져 있고, 또한 메탄 하이드레이트 생산 기술이 아직 시험적인 수준이라는 것을 고려해보면, 현 단계에서는 경제성이 부족하며, 즉각적으로 사용가능한 에너지원은 아니다. 다만, 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후로 전세계적으로 원자력 발전을 축소시키려는 움직임이 있는 만큼, 원자력 발전의 대안으로서 천연가스 발전이 확대된다면 연구 및 개발에 가속이 붙을 수 있다.
2007년, 한국가스하이드레이트 개발사업단이 동해의 울릉분지에서 시행한 시험시추에서 메탄 하이드레이트의 존재가 확인되었다. 매장량은 약 6억톤으로 추산되었다. 2012년 2차 시험시추를 통해 시험생산을 위한 위치를 결정하였다. 2015년 이후 시험생산이 예정되어 있다.
미국의 경우, 알래스카 말릭 영구동토층의 메탄 하이드레이트를 대상으로 10년 이상 연구 및 시험생산을 수행하였고, 멕시코만에 존재하는 메탄 하이드레이트에 대한 연구 또한 수행중이다. 일본의 경우, 2013년 일본 남서부 해안 난카이 해저곡에서 메탄 하이드레이트의 시험생산을 시행하였다. 이는 해저에 존재하는 메탄 하이드레이트에 대한 첫 번째 시험생산이다.
2 위험성
상기한 바와 같이, 압력 및 온도 조건이 달라진다면 메탄 하이드레이트가 녹아 메탄 가스가 분출된다. 또 채굴할때 더욱 조심해야 하는데 낮은 온도에 강한 압력으로 해저에 압축되어 있는 메테인은 채굴을 할때 얼음조각을 잘못 건드려 가스가 새어나올 경우 매장층이 통째로 폭발해버릴 위험이 있다. 지구온난화로 인한 수온 및 지온 상승은 해저 및 영구동토층에서 안정적으로 존재하던 메탄 하이드레이트를 불안정하게 할 수 있다. 문제는 메탄은 이산화탄소에 비해 약 72배 강력한 온실가스이다. 따라서 지구온난화로 인해 메탄 하이드레이트가 녹고, 이로 인해 대기중으로 방출된 메탄은 지구온난화를 강화시키고... 이런 방식으로 지구온난화가 급격하게 가속되어[3] 지구의 금성화를 초래할 가능성이 존재한다. 이 가설은 일명 하이드레이트 총 가설(Clathrate gun hypothesis)로 알려져있다.
현재 온난화로 인해 급격하게 기화가 일어나고 있다고 한다. 북해에서 촬영된 바에 따르면 기화 속도가 해마다 급증해 해저 지형이 변화하고 있다. 한편 멕시코 만 석유 유출사태의 원인이 '메탄 하이드레이트' 때문이라는 과학자들의 주장도 존재한다.[4] UC캘리포니아 버클리캠퍼스의 로버트 비 교수가 이러한 주장을 하였다.
박지홍의 단편 만화 HOTEL SINCE 2079은 지구 온난화로 인해 바다의 수온이 늘어나면서 메탄 하이드레이트가 급격히 기화되어 지구의 종말이 벌어진다는 전제로 시작한다.
3 기타
추운 지방을 지나는 송유관 및 가스관 내부에서 메탄 하이드레이트가 생성될 수 있다. 이렇게 생성되는 메탄 하이드레이트는 점차 성장하여 나중에는 송유관을 꽉 막아버리는 거대한 얼음 마개가 되어 버린다. 이러한 문제는 해저 원유/가스 생산을 위한 시추 파이프에서도 일어난다. 최초로 메탄 하이드레이트에 대한 연구가 시작된 것은 이러한 문제를 해결하기 위해서였다.
코드 기아스 반역의 를르슈에서는 를르슈가 잠수함으로 공격하여 스자쿠가 지휘하는 브리타니아군에 막대한 피해를 입혔다.
만화 태양의 묵시록에서는 메탄 하이드레이트로 인해 남일본과 북일본 사이에 분쟁이 벌어진다.
에르고 프록시에서는 메탄 하이드레이트의 연쇄 폭발로 인해 지구상의 생물85%가 멸망한 미래가 등장한다.
4 관련 문서
- ↑ 나머지는 부탄 및 에탄 등 다른 천연가스들이다
- ↑ 폭발이 아니라, 수압이 높아지므로 흙이 받는 압력 (유효응력)이 오히려 줄어들게 되며, 이로 인해 흙의 강도가 줄어들어 해저 산사태 및 전단 파괴와 같은 현상을 보일 수 있다. 기본적인 메커니즘은 강우시 발생하는 산사태와 동일하다.
- ↑ 탈주온실효과라 한다.
- ↑ http://media.daum.net/foreign/others/newsview?newsid=20100517164123964