▲ 심해 파이프라인에서 발생한 하이드레이트 막힘 현상.

원유와 천연가스 이송 파이프를 막는 가스 하이드레이트를 방지하기 위해 주입해온 메탄올이 오히려 형성을 유발한다는 사실이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다.

KAIST(총장 강성모)는 해양시스템공학전공 서유택 교수와 신규철 박사가 공동으로 대표적인 가스 하이드레이트 생성 억제제인 메탄올이 조건에 따라 하이드레이트 형성의 촉매 역할을 하는 메커니즘을 규명했다고 23일 밝혔다.

연구 결과는 세계적 학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)’ 5월21일자에 발표됐다.

가스 하이드레이트는 고압, 저온 조건에서 가스 분자가 물 분자와 결합해 얼음 형태로 존재하는 고체화합물로 원유와 천연가스의 이송 파이프라인 안에서 막히는 현상을 유발해 심각한 사고를 일으킬 수 있다.

이를 방지하기 위해 지금까진 메탄올을 수송관 내 원유에 약 20~30% 만큼 주입해 가스 하이드레이트 생성을 억제해 왔다.

이에 연구팀은 메탄올이 가스 하이드레이트 형성을 억제한다는 기존의 연구결과를 기반으로 원유를 생산할 때 메탄올이 사용되는 비용을 줄이기 위한 연구를 시작했다. 원유 대비 메탄올의 주입 비율을 바꿔가며 가스 하이드레이트의 억제 효과를 알아보기 위해 저온 기상증착법 등 다양한 실험을 수행한 것.

그러나 이 과정에서 메탄올이 메탄 등 다른 가스들과 함께 물과 결합해 가스 하이드레이트가 형성되는 것을 세계 최초로 밝혀낸 것이다. 특히 오히려 메탄올이 원유대비 5~20% 만큼 주입되면 가스 하이드레이트 형성 속도를 급격히 증가시켜 파이프 이송라인이 더욱 쉽게 막힐 수 있다는 사실도 함께 밝혀냈다.

실제로 2006년 멕시코 만에서 운영 중이던 유전에서는 메탄올 주입량이 20% 미만으로 떨어지면서 파이프라인이 막히는 일이 발생했다. 수 일 동안 생산이 중단되면서 회사는 수백만 달러 이상의 손실을 입었지만 과학적으로 원인을 밝혀내지는 못했다. 이렇게 원인이 밝혀지지 않았던 가스 하이드레이트 사고 사례에 대해서도 과학적으로 입증한 것으로 향후 산업계에 미치는 파급효과가 매우 클 전망이다.

서유택 교수는 “이번 결과는 원유, 천연가스 등의 이송 과정에서 기존의 가설을 뒤집는 결과로 얼음, 메탄, 메탄올, 암모니아 등이 공존하는 태양계 천체들의 표면 성분을 밝히는 데도 응용될 수 있다”며 “다양한 분야에 미치는 파급효과가 클 것으로 예상돼 이에 대한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 해양시스템공학전공 서유택 교수와 신규철 연구원이 캐나다 정부출연연구기관(National Research Council)과 공동으로 수행했다.