한국생산기술연구원

- 생기원, 가스하이드레이트 형성원리 이용해 '불끄는 얼음' 개발

□ 2021년 3월 발표된 산림청 ‘산불통계연보’에 따르면, 국내에서는 해마다 550건의 산불이 발생해 여의도 면적의 20배 넘는 산림(6,500ha)이 소실되고 있다. 

ㅇ 산불 외에도 대형 물류센터, 화학공장, 초고층 건물 등 특수화재가 늘고 있지만 접근이 어려워 초기 진화가 쉽지 않고, 배터리 폭발로 인한 화재 시에는 

    열폭주 현상 때문에 접근 자체가 불가능한 경우도 있다. 

□ 한국생산기술연구원(원장 이낙규, 이하 생기원) 연구팀이 접근이 어려운 화재현장에서도 신속·정확하게 불을 끌 수 있는 가스 하이드레이트(Gas Hydrate) 소화탄 개발을 추진한다.  

ㅇ 생기원 에너지소재부품연구그룹 이주동 박사 연구팀은 소방·방재용 가스를 함유한 가스 하이드레이트 소화탄을 제조하고, 

    국가적 차원의 현장 적용을 위한 ‘소방방재용 가스하이드레이트 기술 개발’에 착수한다고 밝혔다.

□ 동해 해저에 묻혀 있는 것으로 알려진 가스하이드레이트는 저온·고압 상태에서 물 분자 내에 메탄이 결합된 결정체로, 연구팀은 메탄 대신 소화가스를 저장해 불을 끌 수 있는 원리를 밝혀냈다. 

ㅇ 가스를 저장하려면 일반적으로 고압용기에 압축해야 하지만, 가스하이드레이트의 경우 물 분자의 수소결합이 고압용기 역할을 해 별도의 저장용기 없이도 50~120배 더 많은 소화가스 저장이 가능하다. 

ㅇ 소화가스가 압축된 고체형태의 가스하이드레이트는 얼음과 비슷한 결정 구조를 가지고 있어 휴대성·기동성이 높기 때문에 산지, 초고층건물, 해양플랜트 등 

    사람이 접근하기 어려운 특수화재 현장에도 신속하게 이동할 수 있다. 

ㅇ 특히 펌프 성능의 한계로 15층 이상 물을 분사할 수 없는 초고층건물의 경우 드론 등에 탑재하여 화재 현장에 투척할 수 있어 대형화재로 번지기 전 초기 진화가 가능할 전망이다. 

□ 소화가스는 오존층을 파괴하지 않는 할로겐족 소화가스를 사용하는데, HFC-125 등의 청정 소화가스는 절연성이 뛰어나고 화염에 대한 연쇄 반응 차단 효과도 크다.

ㅇ 나노크기의 가스하이드레이트 결정 구조 내에 청정 소화가스를 물리적으로 포획시킨 형태로, 화염에 닿으면 가스하이드레이트가 녹으면서 물과 소화가스가 분출되어 불을 끌 수 있다. 

ㅇ 이때 주위의 열을 흡수하는 성질도 띠고 있어 불 머리를 잡는 데 유리하며, 해리 시 가스하이드레이트 1kg 당 약 300~500kJ*의 열을 흡수한다. 

 * kJ(kilojoule) : 1킬로줄은 1,000줄. 1줄은 1뉴턴의 힘으로 물체를 1미터 이동했을 때 한 일이나 에너지를 표시하는 단위

□ 연구팀은 ‘불타는 얼음’으로 알려진 가스하이드레이트 형성원리를 응용한 ‘불끄는 얼음’ 원천특허를 획득하고, 이를 상용화하기 위한 ‘소화용 가스하이드레이트 제조기술 개발’을 추진 중이다. 

□ 연구를 이끈 이주동 박사는 “오랜 기간 가스하이드레이트 응용연구를 진행해 오던 중 물의 격자구조 내에 다량의 소화가스가 충진되는 현상을 확인하고 소화탄 기술을 연구하게 됐다”고 말하며,   

 “특수화재 현장의 소방·방재 시스템을 구축하는 R&D를 통해 대형화재로부터 국민의 안전과 재산을 지키는 데 기여하고 싶다”고 밝혔다.