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논문

미래 에너지로서 가스 하이드레이트의 개관 및 물리/화학적 특성

Overview of Gas Hydrates as a Future Energy Source and Their Physical/Chemical Properties

민경원|차민준
한국자원공학회 (The Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers)|2018.12|한국자원공학회지 (Journal of the Korean Society of Mineral and Energy Resources Engineers)|제55권 제6호|pp. 670-687

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Production technology가스 하이드레이트Physical and chemical properties물리/화학적 특성하이드레이트 구조생산기법Gas hydratesHydrate structure
주제분류자원공학

초록

본 논문에서는 미래 에너지로서 가스 하이드레이트를 이해하기 위해, 가스 하이드레이트의 구조, 물리/화학 적 특성, 생성 기원과 세계 분포, 매장량과 생산기법, 하이드레이트의 지구환경적 영향에 대해 논의하였다. 하이드레 이트의 구조에 대한 명확한 이해는 자연계에 매장된 하이드레이트의 특성 분석, 분포와 매장량 산출에 필수적일 것으 로 판단된다. 안정적인 에너지 회수를 위해 고려해야 할 하이드레이트의 물리/화학적 특성으로는 하이드레이트의 상 평형, 해리 엔탈피, 열전도도, 비열, 열확산도, 유체투과율 등이 있다. 하이드레이트의 물리/화학적 특성을 고려하여 개발된 생산기법으로는 감압법, 열자극법, 억제제 주입법, 맞교환기법이 있으며, 감압법이 현재까지 해상 및 육상 하 이드레이트에 대해 모두 시험생산에 적용된 유일한 기법이다. 또한, 하이드레이트의 해리에 따른 온실가스 배출에 의 한 지구환경적 영향의 가능성에 대해서도 고찰하였다.

Abstract

This paper reviews the structures, physical and chemical properties, origins and global distribution, amount of energy resources, production technologies, and environmental impacts of gas hydrates to understand the gas hydrates as future energy sources. Hydrate structures should be studied to clarify the fundamentals of natural gas hydrates, hydrate distributions, and amount of energy sources in hydrates. Phase equilibria, dissociation enthalpy, thermal conductivity, specific heat, thermal diffusivity, and fluid permeability of gas hydrate systems are important parameters for the the efficient recovery of natural gas from hydrate reservoirs. Depressurization, thermal stimulation, inhibitor injection, and chemical exchange methods can be considered as future technologies to recover the energy sources from natural gas hydrates, but so far depressurization is the only method to have been applied in test productions of both onshore and offshore hydrates. Finally, we discuss the hypotheses of environmental impacts of gas hydrates and their contribution to global warming due to hydrate dissociation.

참고문헌 (51)

  1. Bohannon, J., "Weighing the Climate Risks of an Untapped Fossil Fuel", Science, 319, pp.1753~ (2008)
  2. Bohrmann, G., "Marine Geochemistry:Gas Hydrates in Marine Sediments", pp.481~512 (2006), Springer
  3. Boswell, R., "Current Perspectives on Gas Hydrate Resources", Energy Environ Sci, 4, pp.1206~1215 (2011)
  4. Chong, Z. R., "Review of natural gas hydrates as an energy resources : prospects and challenges", Applied Energy, 162, pp.1633~1652 (2016)
  5. Claypool, G.W., "Methane and other hydrocarbon gases in marine sediments", Ann. Rev. Earth Planetary Science, 11, pp.299~327 (1983)
  6. Collett, T.S., "Gas hydrates in the messoyakha gas field of the west siberian basin - a re-examination of the geologic evidence", Int. J. Offshore Polar Eng, 8, pp.22~29 (1998)
  7. Daigle, H., "Nuclear magnetic resonance characterization of shallow marine sediments from the nankai trough, integrated ocean drilling program expedition 333", J. Geophys. Res. B: Solid Earth, 119, pp.2631~2650 (2014)
  8. 길성민, "가스하이드레이트 생산모사 실험시스템 내 감압법 적용에 따른 해리거동 전산분석 연구", 한국자원공학회지, 54(3), pp.233~241 (2017), 한국자원공학회
  9. Hammerschmidt, E. G., "Formation of gas hydrates in natural gas transmission lines", Ind. Eng. Chem., 26(8), pp.851~855 (1934)
  10. Handa, Y. P., "Compositions, enthalpies of dissociation, and heat capacities in the range 85-270 K for clathrate hydrates of methane, ethane, and propane, and enthalpy of dissociation of isobutane hydrate, as determined by a heat-flow calorimeter", J. Chem. Thermodyn., 18(10), pp.915~921 (1986)
  11. Holder, G. D., "Thermodynamic evaluation of thermal recovery of gas from hydrates in the earth", J. Pet. Technol, 34, pp.1127~1132 (1982)
  12. 허대기, "가스하이드레이트(GH) 연구개발 현황", 한국자원공학회지, 54(2), pp.201~214 (2017), 한국자원공학회
  13. International Energy Agency, "World Energy Outlook Special Report: Are We Entering The Golden Age Of Gas?", WEO2011, pp.63~100 (2011)
  14. Klauda, J.B., "Global distribution of methane hydrate in ocean sediment", Energy Fuels, 19, pp.459~470 (2005)
  15. Kleinberg, R. L., "Deep sea NMR: methane hydrate growth habit in porous media and its relationship to hydraulic permeability, deposit accumulation, and submarine slope stabilitym", J. Geophys. Res., 108(B10), pp.2508~ (2003)
  16. Krupiczka, R., "Analysis of thermal conductivity in granular materials", Int. Chem. Eng., 7, pp.122~144 (1967)
  17. Kvamme, B., "Adsorption of water and carbon dioxide on hematite and consequences for possible hydrate formation", Phys. Chem. Chem. Phys., 14, pp.4410~4424 (2012)
  18. Kvenvolden, K. A., "Methane hydrate - a major reservoir of carbon in the shallow geosphere?", Chem. Geol., 71, pp.41~51 (1988)
  19. Kvenvolden, K. A., "Potential effects of gas hydrate on human welfare", Proc. Natl. Acad. Sci., 96, pp.3420~3426 (1999)
  20. Models for Gas Hydrate-bearing Sediments inferred from Hydraulic Permeability and Elastric Velocities, "Lee, M. W.", 20~, pp.U.S. Geol. Surv. Sci. Invest. Rep., 2008-5219 (2008)
  21. Liu, X., "Dynamic multiphase flow model of hydrate formation in marine sediments", J. Geophys. Res., 112, pp.B03101~ (2007)
  22. Macdonald, G. J. F., "The future of methane as an energy resource", Annu. Rev. Energy, 15, pp.53~83 (1990)
  23. MacDonald, G. J. F., "Role of methane clathrates in past and future climates", Clim. Change, 16, pp.247~281 (1990)
  24. Makogon, Y. F., "A Gas hydrate formation in the gas saturated layers under low temperature", Gazov. Promst, 5, pp.14~15 (1965)
  25. Makogon, Y. F., "Hydrates of Hydrocarbons" (1997), PennWell Publshing Co
  26. Makogon, Y. F., "Natural Gas Hydrates - A Potential Energy Source for the 21st Century", J. Petrol. Sci. Eng., 56, pp.14~34 (2007)
  27. Mascarelli, A. L., "A Sleeping Giant?", Nat. Rep. Clim. Change, 3, pp.46~49 (2009)
  28. Masui, A., "The Effect of Saturation Degree of Methane Hydrate on the Shear Strength of Synthetic Methane Hydrate Sediments", Fifth International Conference on Gas Hydrates, Tapir Acad., pp.657~663 (2005)
  29. Maxwell, J. C., "A Treatise on Electricity and Magnetism, vol. 1", pp.506~ (1954)
  30. Milkov, A. V., "Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there?", Earth Sci. Rev., 66, pp.183~197 (2004)
  31. Oyama, A., "A review of the methane hydrate program in Japan", Energies, 10, pp.1447~ (2017)
  32. Revil, A., "Thermal conductivity of unconsolidated sediments with geophysical applications", J. Geophys. Res., 105(16), pp.749~768 (2000)
  33. Ruppel, C.D., "The interaction of climate change and methane hydrates", Reviews of Geophysics, 55, pp.126~168 (2017)
  34. Ryu, B. J., "Scientific results of the second gas hydrate drilling expedition in the ulleung basin (UBGH2)", Mar. Petr. Geol., 47, pp.1~20 (2013)
  35. 이흔, "Natural gas hydrate as a potential energy resource: From occurrence to production", Korean Journal of Chemical Engineering, 30(4), pp.771~786 (2013), 한국화학공학회[DOI]
  36. Sloan, E. D., "Gas hydrates: review of physical", chemical properties, 1998, pp.12(2), 191~196
  37. Sloan, E. D., "Fundamental principles and applications of natural gas hydrates", Nature, 426(6964), pp.353~363 (2003)
  38. Sloan, E.D., "Clathrate Hydrates of Natural Gases", pp.537~628 (2008), Chemical Industries
  39. Soloviev, V. A., "Global estimation of gas content in submarine gas hydrate accumulations", Russ. Geol. Geophys., 43, pp.609~624 (2002)
  40. Svandal, A., "The phase-field theory applied to CO2and CH4 hydrate", J. Cryst. Growth, 287, pp.486~490 (2006)
  41. Tomaru, H., "Effect of massive gas hydrate formation on the water isotopic fractionation of the gas hydrate system at hydrate ridge, cascadia margin, offshore oregon", Geochem. Geophys. Ceosys, 7, pp.Q10001~ (2006)
  42. Trofimuk, A. A., "The biogenic methane resources in the oceans", Dokl Akad Nauk SSSR, 225, pp.936~939 (1975)
  43. U. S. Energy Information Administration, "Annual Energy Outlook 2012", AEO2012, pp.57~ (2012)
  44. U. S. Energy Information Administration, "Annual Energy Outlook 2013", AEO2013, pp.55~87 (2013)
  45. Vafaei, M. T., "Nonequilibrium modeling of hydrate dynamics in reservoir", Energy Fuels, 26, pp.3564~3576 (2012)
  46. Waite, W. F., "Physical properties of hydrate-bearing sediments", Review of Geophysics, 47, pp.RG4003~ (2009)
  47. Yizhao Wan, "Reservoir stability in the process of natural gas hydrate production by depressurization in the shenhu area of the south China sea", Natural Gas Industry B, 5(6), pp.631~643 (2018), Elsevier BV[DOI]
  48. Whiteman, G., "Climate science: vast costs of arctic change", Nature, 499, pp.401~403 (2013)
  49. Woodside, W., "Thermal conductivity of porous media. i. unconsolidated sands", J. Appl. Phys., 32, pp.1688~1699 (1961)
  50. 윤여범, "객체 분자에 의한 트리메틸아민 하이드레이트의 구조 변이 분석 연구", 한국자원공학회지, 55(4), pp.307~313 (2018), 한국자원공학회
  51. Yun, T. S., "Mechanical properties of sand, silt, and clay containing tetrahydrofuran hydrate", J. Geophys. Res., 112, pp.B04106~ (2007)

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