가스 하이드레이트는 물 분자의 수소 결합으로 이루어진 격자 구조 내에 가스상의 객체 분자를 포집할 수 있는 저장 매체 중 하나이다. 주 구성 성분이 물이기 때문에 매우 친환경적이며 경제적인 저장 매체로 알려져 있다. 가스 하이드레이트를 기반으로 한 실질적인 중 대형 규모의 가스 저장 시스템 구축을 위해서는 가스 하이드레이트의 형성 속도와 저장량을 향상시켜야 한다. 본 연구에서는 하이드레이트의 형성 속도를 향상시키기 위한 동역학적 촉진제(kinetic promoter)로서 고흡수성 수지(superabsorbent polymer, SAP)를 활용하였다. 고흡수성 수지 내 가스 하이드레이트를 효과적으로 형성하기 위해 물 분산 방법, 고흡수성 수지의 가교도, 고흡수성 수지와 물의 비율 등 여러 공정 변수가 가스 하이드레이트 형성에 미치는 영향을 파악하고, 이에 대한 최적화를 진행하였다. 또한, 열역학적 촉진제(Thermodynamic promoter)로서 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF)과 천연가스를 활용하여 수수한 수소 하이드레이트의 형성 온도, 압력 조건보다 완화된 조건인 270, 275, 278, 281 K, 100 bar에서 하이드레이트 내 수소 저장을 시도하였고, 열역학적 촉진제 하에서의 수소 저장 속도 및 저장량을 비교하였다. 열역학적 촉진제로 천연가스를 활용한 경우가 더 큰 에너지 저장량을 보임을 확인하였다. 일련의 과정을 통해, 가스 하이드레이트 내 성분별 저장 거동 분석이 가능한 flow를 제시하였고, 이를 기반으로 동역학적, 열역학적 촉진제 하에서의 최적의 수소 저장 조건을 도출할 수 있었다.
Gas hydrates are a storage media capable of capturing guest molecules within the lattice created by hydrogen bonding between water molecules. Since water is the primary component of gas hydrates, gas hydrates are sustainable and inexpensive storage medium. To establish a large-scale hydrogen storage system based on hydrate media, it is necessary to enhance the kinetics and storage capacity of gas hydrates. This work utilizes superabsorbent polymers(SAP) as to improve the kinetics of hydrates. For hydrate formation, the effects of water-dispersing methods, crosslinking SAP, and the ratio of water to SAP were systematically investigated and optimized. In addition, thermodynamic promoters of tetrahydrofuran(THF) and natural gas were employed to create hydrogen hydrates at 270, 275, 278, 281 K, 100bar. The case with THF as thermodynamic promoters shows higher total energy storage capacity than that of natural gas. To compare the storage capacity of each gas in hydrates, the calculation ‘flow’ adopted in this study was presented.