가스 하이드레이트는 저온 및 고압 조건에서 물 분자들이 수소 결합을 통해 격자를 형성하고, 그 내부에 메탄(CH4), 천연가스(NG), 수소(H2) 등 다양한 기체를 포집할 수 있는 결정성 고체 화합물입니다. 본 연구실에서는 이러한 가스 하이드레이트의 특성을 활용하여 친환경적이고 고효율적인 에너지 저장 및 수송 매체를 개발하고 있습니다. 특히, 기존의 액화천연가스(LNG)와 달리 냉각 비용이 적고, 상온·상압에서도 높은 기체 저장 밀도를 구현할 수 있는 SNG(Solidified NG) 기술을 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 기체의 물리적·가역적 저장 소재 개발에 중점을 두고 있으며, 하이드레이트 내에 CH4, NG, H2 등을 저장 및 수송하는 새로운 매체로의 응용을 목표로 합니다. 이를 통해 탄소 배출이 없는 수소의 저장 및 운송, 그리고 메탄의 고밀도 저장이 가능해져, 에너지 산업의 친환경 전환에 기여할 수 있습니다. 또한, 하이드레이트 기반 에너지 저장 시스템은 기존 저장 방식 대비 안전성과 경제성을 동시에 확보할 수 있는 장점이 있습니다. 연구실에서는 실험적 접근과 더불어 열역학 모델링, 상평형 데이터 분석, 공정 설계 등 다양한 공학적 방법론을 접목하여 하이드레이트 기반 에너지 저장 기술의 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 미래 에너지 저장 및 수송 분야에서 혁신적인 대안을 제시하며, 지속가능한 에너지 인프라 구축에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

이산화탄소(CO2) 및 온실가스의 포집, 분리, 이송, 저장(CCUS: Carbon Capture, Utilization and Storage)은 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술입니다. 본 연구실은 결정화(crystallization) 기반의 불순물 분리 및 수처리, 그리고 다공성 매질을 활용한 기체 포집 및 분리 공정에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 연소 전(pre-combustion) 및 연소 후(post-combustion) CO2 포집 공정, 하이브리드 분리공정(흡착, 막 분리, 흡수 등)과의 연계 기술 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 CO2 및 기타 온실가스의 선택적 포집과 정제, 그리고 해수담수화 등 환경 정화 분야에도 응용되고 있습니다. 결정화 기반의 수처리 및 해수담수화 공정은 기존의 화학적 처리 방식에 비해 에너지 소비가 적고, 친환경적이라는 장점이 있습니다. 또한, CO2 하이드레이트를 이용한 해양저장 기술은 대규모 탄소 격리 및 장기 저장에 적합하여, 기후변화 대응에 실질적인 기여가 가능합니다. 연구실은 실험적 데이터와 열역학적 모델링을 바탕으로, 다양한 기체 및 불순물의 포집·분리 효율을 극대화하는 공정 설계 및 최적화 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통해 CCUS 기술의 상용화와 실질적인 탄소중립 실현에 앞장서고 있으며, 국내외 에너지 및 환경 산업의 지속가능한 발전에 중요한 역할을 하고 있습니다.

다상유동(multiphase flow)은 천연가스, 석유, 수소, 이산화탄소 등 다양한 유체가 혼합되어 흐르는 복잡한 현상으로, 에너지 생산 및 수송 공정에서 매우 중요한 이슈입니다. 본 연구실은 NG/oil, CO2, H2 등 다양한 유체의 다상유동 실험 및 모사, 그리고 유동 안정성 리스크 관리 기술 개발에 주력하고 있습니다. 특히, 파이프라인 내 하이드레이트, 부식, 왁스, 스케일, 아스팔텐 등의 형성 및 침전 특성 연구를 통해 유동 안정성 확보와 위험 완화 전략을 제시하고 있습니다. H2/NG 파이프라인 혼합 이송 시 발생할 수 있는 리스크 평가와 완화 방안, CO2 파이프라인 이송 및 지중/해양 저장을 통한 격리(sequestration) 기술, 그리고 석유 증진 회수(Enhanced Oil Recovery) 공정 등 다양한 응용 분야에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 이를 위해 실험적 접근과 더불어 전산유체역학(CFD) 모델링, 공정 시뮬레이션, 실시간 모니터링 기술 등을 적극적으로 활용하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 생산 및 수송 과정에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 사전에 예측하고, 효율적이고 안전한 운영을 가능하게 합니다. 또한, 다상유동 및 유동 안정성 관리 기술은 미래 에너지 인프라의 신뢰성과 지속가능성을 높이는 데 필수적인 요소로, 연구실의 핵심 연구 분야 중 하나입니다.

고압 열역학 상평형(phase equilibrium) 실험 및 모델링은 가스 하이드레이트, CO2, NG, H2 등 다양한 시스템의 공정 설계와 운전 조건 도출에 필수적인 연구 분야입니다. 본 연구실은 상평형 데이터의 실험적 측정과 더불어, 열역학 기반 모델링 및 상 거동 예측 correlation 개발에 집중하고 있습니다. 이를 통해 극한 조건(고압, 고염도, 고산성 등)에서의 상평형 예측 모델을 구축하고, 준안정(metastable) 하이드레이트를 활용한 응용 공정 개발을 추진하고 있습니다. 상평형 데이터와 열역학 모델링 결과는 실제 에너지 저장, 기체 포집 및 분리, 다상유동 등 다양한 공정의 설계 및 최적화에 직접적으로 활용됩니다. 또한, NG, CO2, H2 등 다양한 기체의 통합 연계 공정에 대한 경제성 평가(economic analysis)도 함께 수행하여, 연구 결과의 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 실험적 신뢰성과 이론적 예측력을 동시에 확보함으로써, 에너지 및 환경 공정의 효율성과 안전성을 극대화할 수 있습니다. 연구실은 국내외 다양한 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해, 열역학 모델링 및 상평형 데이터 기반 공정 최적화 분야에서 선도적인 역할을 수행하고 있습니다.