가스의 조성과 특성

1)가스전 생산가스의 주요 조성

 

가스전에서 생산되는 천연가스의 성분은

메테인	CH4	70~90%
에테인	C2H6	0~20%
프로페인	C3H8
뷰테인	C4H10
이산화탄소	CO2	0~8%
산소	O2	0~0.2%
질소	N2	0~5%
황하수소	H2S	0~5%

 

2)천연가스(메테인)의 물리적 화학적 특성 / 천연가스(메테인)의 문제점

 

 탄소 하나와 수소 4개가 결합해 간단한 형태의 탄소 화합물(유기화합물)이다. 이성질체가 없으며, 분자량은 16 녹는점은 -182’C 끓는점은 -161.5’C, 자연에서 주로 미생물의 분해 발효로 생성된다. 흔히 유기물들이 썩어서 메탄가스가 발생하는데 여기에 불을 붙이면 잘 탄다. 매장량이 많아 연료로 쓰기 좋고 LNG 액화천연가스 또는 CNG 압축천연가스로 만들어 운반과 보관도 용이하게 할 수 있다. CH4와 산소가 만나 연소하면 CO2와 H2로 물과 이산화 탄소만 나오고 이외의 물질들을 거의 배출하지 않아 기존 화석연료들에 비해서는 친환경 에너지로 취급받는 이유가 된다. 다만 직접 메탄가스를 만들기에는 설비나 효율 문제로 주로 지하에서 캐서 쓰고 있다. 또한 메탄하이드레이트 같은 형태로도 바닷속에도 있기에 다량의 천연가스가 지구에 있을 것으로 추정된다. 천연가스는 순수한 메탄일 때 dry로 표현한다. 다른 탄화수소가 있으면 wet으로 표현한다. 공기보다 가볍고 공기중에 부상하기 때문에 누설 시 폭발 위험이 적고 가격이 저렴하다. 주로 도시가스로 사용된다. 열량대비 가격이 LPG보다 저렴하지만, 발열량이 적어 LPG에 비해 상대적으로 더 많은 양이 필요하고 무색 무취로 식별이 힘들다. (따라서 사고를 대비해 도시가스에는 일부러 부취제를 넣어서 공급한다)

 지구상의 유기물들의 다양한 화학작용을 통해 나오는 메탄가스는 온실효과의 원인인 온실가스 중 하나로 지목된다. 온실효과의 17.3%정도의 기여율을 가진다. 이산화 탄소 다음으로 많은 양이다. 이러한 온실가스는 지표면에서 방출되는 지구 복사에너지 일부를 흡수하여 온실효과를 일으킨다.

 

3)수소가스의 물리적 화학적 특성 / 수소가스의 문제점

 

 수소는 지구 및 우주상에 매우 많이 존재하며 매우 가볍고 매우 격렬하게 반응한다. 양성자 한 개에 중성자 0~6개로 구성된 수소들이 있으며, 99.99%의 수소는 중성자가 없는 경수소이다. 역시나 자연계에도 다량 존재한다.

 수소가스 생산은 부수적으로 생산되는 부생과 주요목적으로 수소를 생산하는 주생이 있다. 탄소 배출여부로는 크게 그레이수소 블루수소 그린수소 가 있으며, 그레이수소는 탄소를 배출하여 생산하는 수소로 현재 99%수소가 그레이 수소로 생산되어, 진정한 친환경 에너지원인지 문제가 제기된다. 블루수소는 배출된 탄소를 포집하여 결과적으로 0의 대기의 탄소배출량을 0으로 하하는 것이고, 그린수소는 탄소를 배출하지 않고 말그대로 친환경으로 생산하는 방식을 말한다. 천연가스와 석탄 등을 이용하여 수소를 주생하기도 하며, 석유화학 공장에서는 수소가 부생되어 이를 이용해 요소수 같은 상품을 생산하기도 한다. 수소를 열분해로도 얻을 수 있고, 전기분해로 수소를 얻을 수 있다. (석탄을 이용한 중국의 수소생산이 현재 가장 많다)

 부피가 큰 기체이다 보니 사용을 위해선 기체의 압축이 필수적이며, 가스통을 통해 운반하거나 파이프를 통해 운반하기도 하다. 하지만, 수소는 폭발의 위험이나 분자가 가볍고 잘 새기 때문에 안전문제가 있다. 따라서 운반과 보관에 비용이 매우 많이 든다.

 수소의 끓는 점은 -253도로 이보다 낮추면 액화수소가 되어 많은 양을 운반 보관 가능하지만, 엄청난 고비용과 저효율의 문제가 있다. 그렇기 때문에 국내외에서도 수소의 보관과 운반에 많은 연구와 노력을 기울이고 있다. 최근 들어 수소와 질소를 반응시켜 암모니아로 만들어 보관과 운반을 쉽게 하려는 노력과 연구도 진행되고 있다. 수소는 산소와 불이 만나면, 물을 생성하기 때문에 친환경에너지로 불린다. 엔진, 도시가스, 발전 터빈, 로켓 등에도 수소를 적용하는 노력이 진행되고 있고, 수소를 이용한 연료전지도 연구되고 있다.

 수소가스의 화학적인 특성으로 인한 문제점과 비용문제 뿐만 아니라, 수소가스의 생산과정에서 탄소의 배출 문제까지 아직 해결될 부분이 많은 분야임은 분명하다.

 

4)이산화탄소(가스)의 물리적 화학적 특성 / 이산화탄소의 문제점

 

 이산화탄소는 2개의 산소 원자와 1개의 탄소 원자가 완전연소를 거쳐 결합한 화학물질. 중심 원자는 탄소이며, 결합각은 180도이다. 녹는점은 -78.5’C이고 끓는점은 -58.5’C이다. 분자량은 44이다. 무색 무취 무미하며, 활성이 낮고 물에 녹으면 약한 산성을 띤다. 고온에서는 가역적으로 일산화 탄소와 산소로 분리되며, 산소와 반대로 연소를 방해하기 때문에 이산화탄소를 약제로 하는 소화기로 불을 끌 수 있다. 식물의 광합성 과정에서 중요한 성분이다.

 이산화 탄소 또한 온실가스의 주범으로 알려져 있으며, 온실효과에 이산화탄소의 기여율은 74.4%이다. 삼림파괴로 인한 식물들의 절대적인 이산화탄소 정화량이 약화되고, 공업의 발달로 이산화 탄소의 배출량이 늘었으며, 과거 300ppm 2022년 최근 측정에 따르면 이산화탄소가 420ppm으로 측정되었다 하니 대기중의 이산화탄소의 농도가 급격히 늘어나고 있음을 알 수 있다.

 

 

출처 : 천연가스 성분 및 천연가스의 특성 naturalgas.org http://naturalgas.org/ /

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