◎ 미리생각해보기

소, 돼지와 같은 가축들이 온난화의 주요 원인이라고 합니다. 그 이유가 무엇일지 생각해 보세요

소가 내뿜는 트림과 방귀가 지구 온난화에 심각한 영향을 미치고 있다고 합니다. 실제로 소에서 나오는 이산화탄소와 메탄가스의 양이 자동차 배기가스보다 많으며, 방귀세를 적용하는 나라도 있습니다. 소가 이렇게 문제의 주인공이 된 이유는 사육 마릿수가 워낙 많을 뿐만 아니라 되새김질을 하는 반추 동물이기 때문입니다. 풀을 먹으면 위 4개가 차례로 저장과 되새김질을 하면서 소화가 잘 안되는 풀의 셀룰로오스 성분을 미생물이 발효시키는 과정에서 메탄가스를 발생시킵니다. 결국 쇠고기 소비량이 늘어남에 따라 사육 마릿수가 늘어나고 자연스럽게 메탄가스 배출양이 많아지게 됩니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

실험과정은 천천히 확인하며 도안을 조립하세요.

1. 하이드레이트구조 도안을 뜯어 조립하고, led볼을 안에 넣어 메탄하이드레이트 구조를 완성합니다. (주의! 중앙에 있는 10개의 오각형을 먼저 붙인 후, 뚜껑 닫듯이 나머지를 붙입니다.)	2. 본체1을 뜯은 후, 접고 바닦면을 붙입니다.

5. 시추선 1,2,3 도안을 뜯은 후, 시추선 3을 조립합니다. (중앙의 칼집 부분을 x자처럼 엇갈려 끼워주세요.)	6. 시추선 2 도안을 분포도 도안의 가로 구멍에 넣고, 시추선 1,2,3도안을 고정핀으로 연결합니다. (주의! 구멍 번호를 짝지어 연결해주세요.)

◎ 실험방법

3. 시추선 도안을 조립하고 본체 1 좌측하단 [e]부분에 붙입니다. (아래 도안접는 방법을 참고하세요.)	4. 분포도 도안을 뜯어 본체의 [a]부분에 붙이고 나머지 부분을 끼워 고정시킵니다.

7. 본체 2 질문의 답안을 작성하여 본체 1의 [d]부분에 붙이고, 태극기 도안과 꼬지막대로 태극기를 만들어 본포도에 끼웁니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 얼음 안에 가스가 어떻게 들어갈 수 있는 것일 까요?

⇛ 높은 압력과 낮은 온도에 의해서 얼음 안에 갇힐 수 있는 것입니다.

2. 메탄하이드레이트의 구조는 어떤 입체 도형인가요?

⇛ 정오면체 12개로 이루어진 정십이면체 구조입니다.

※ 도안 속 문제의 답안

① 지구온난화란?

: 지구 표면의 온도가 점점 높아지는 현상. 지구온난화 현상에 의해 기후가 변화하여 동식물의 생활 환경이 바뀝니다.

② 지구

온난화가스의 발생원인?

: 지구온난화가스에는 이산화탄소(CO2), 메탄가스(CH4), 오존(O3), 일산화질소(N2O) 등이 있습니다. 특히 이산화탄소는 화석연료의 사용, 메탄가스는 동물의 생리적 현상, 지구온난화의 주범으로 꼽히고 있습니다.

③ 메탄? 메탄하이드레이트=?

: 메탄=온난화가스, 메탄하이드레이트=미래의 새로운 에너지원.

1L의 메탄하이드레이트에는 메탄이 200L가 응축되 있습니다. 연소시 화석연료보다 이산화발생량 또한 절반 수준으로 새로운 미래의 에너지원으로 대두 되고있습니다. 하지만 메탄은 온난화가스 중 하나이며 메탄하이드레이트의 주성분입니다. 메탄하이드레이트를 채취할 때 온도와 기압을 잘 맞춰 주지 않는다면 대량의 메탄가스가 방출돼 지구온실효과를 과속화 하는 원인이 됩니다. 따라서 채취에 있어 고도의 기술을 요구하여 많은 나라들이 개발, 연구 중에 있습니다. 현재 우리나라에서 배기가스를 이용한 메탄가스 채취 기술이 개발되어 큰 이슈가 되고 있습니다.

◎ 원리이해

1. 메탄 하이드레이트(Methane hydrate)

1) 분자구조

물 분자로 만들어진 나노 정십이면체 안에 메탄분자 1개씩 들어 있습니다.

정십이면체의 면은 물 분자 5개가 수소결합을 하여 정오각형을 이루고 있는 구조입니다.

2) 생성과정과 지역

가스 하이드레이트는 깊은 해저에서 만들어지며 퇴적물이 쌓이면 그 안에서 메탄가스가 발생하게 되고, 가스가 위로 올라오는 도중 차가운 물을 만나 얼면서 메탄이 얼음 안에 갇히게 되는 것이 메탄 하이드레이트입니다. 매장 지역은 안정된 상태로 형성되고 존재하기 위

한 물리적 조건을 충족하는 심해 퇴적층과 영구동토 지역으로 캐나다 북쪽의 비포트해를 비롯해 베링해, 오호츠크해, 동해 해저에 매장되어 있는 것으로 추정됩니다.

3) 하이드레이트와 황금어장

천연가스나 원유가 매장된 해저 대륙붕에는 원유에 포함된 유황성분 때문에 새우가 모입니다. 이 새우를 잡아먹기 위해 고기들이 모이고, 작은 고기를 잡아먹기 위해 큰 고기가 몰리는 먹이사슬 때문에 황금어장이 된다는 특이한 속설이 전해오는데, 실제로 대부분의 원유채굴 현장이 황금어장으로 손꼽히고 있습니다. 그렇다면 독도에는 가스 하이드레이트 층이 매장돼 있고 인근에 황금어장이 형성돼 있기에 원유가 매장될 가능성도 있습니다.

4) 하이드레이트가 주목받는 이유

첫째, 전 세계 에너지 소비의 약 87%를 화석연료가 차지하고 있으며, 화석 에너지가 점차 고갈되어 감에 따라 1970년대의 석유파동과 같은 에너지파동 등에 대비한 에너지원의 다양화가 시급해졌습니다. 둘째, 일명 불타는 얼음으로 표현되는 가스 하이드레이트는 기체가 고체로 변할 때, 165~215배 정도 압축된다는 이론을 적용하며 약 200L의 가스를 1L의 얼음 속에 담을 수 있다는 계산이 나오며 실로 엄청난 양입니다. 바로 이런 이유 때문에 오늘날 과학자들은 메탄 하이드레이트를 21세기 가장 가능성 있는 신  에너지 자원으로 주목하고 있습니다.

5) 하이드레이트는 친환경 에너지

기후변화협약에 따른 청정에너지 개발이 필요하게 되었고 이에 따라 자연히 연소시 이산화탄소의 발생량 적은 가스 하이드레이트라는 자원에 눈을 돌리게 되었습니다. 이미 천연가스가 청정에너지원으로 널리 쓰이고는 있으나 가스 하이드레이트는 연소시 발생되는 인산화탄소의 양이 현재 사용 중인 휘발유에 비하여 적은 0.7배 정도이며, 알코올은 물론 기타 다른 탄화수소 가스에 비해 이산화탄소를 적게 배출하는 특성을 가지고 있으며, 발열량도 또한 높습니다. 또한 최근에 우리나라 연구진이 개발한 배기가스를 이용한 메탄가스 채취법이 이슈가 되고 있습니다. 배기가스를 줄이고 연료를 생산하기에 획기적인 기술입니다.

6) 하이드레이트의 위험성

미국 플로리다 주 마이애미와 푸에르토리코, 이 버뮤다를 잇는 삼각형 모양의 ‘버뮤다 삼각 지역’은 1840년 프랑스 선박에 이어 1925년 일본 선박등 여러 척의 배들이 갑자기 침몰하거나 흔적도 없이 사라져 버렸지만 그 원인을 알지 못해 불가사의로 남아 있던 지역입니다. 그런데 몇 년 전 이 지역에 대한 해저 탐사 결과 다량의 메탄 하이드레이트가 분포하고 있음이 밝혀졌습니다. 만약 어떤 이유로 바닷물의 온도가 상승하여 환경이 변하면 엄청난 양의 메탄가스들이 발생해 해수면의 부력을 급격히 낮추고, 이로 인해 그 지역을 지나가던 선박들이 침몰할 수 있다는 것입니다. 그러한 가스 방출이 이 지역을 지나가던 비행기들에 의

해서 여러 차례 관찰된 것을 보더라도 현재까지는 수수께끼의 가장 신빙성 있는 실마리로 메탄 하이드레이트가 거론되고 있습니다.

7) 우리나나의 하이드레이트의 개발

1930년대 이미 발견되었으나 기존 화석연료가 풍부하였고, 당시의 과학기술로는 가스 하이드레이트를 개발 할 수가 없었습니다. 1997년 기준 우리의 원유소비량은 전 세계 6위, 원유 수입량은 세계 4위, 에너지의 해외 의존도는 97.8%라고 합니다. 이러한 이유로 정부는 1970년부터 30만㎢에 달하는 대륙붕에 7개의 광구를 설정하여 해저 탐사를 벌여 왔으며 실제 89년과 93년에는 비록 경제성이 미흡했지만 동해중심해역에서 가스층이 발견되었으며 최근 98년 7월 27일에는 울산 남동쪽 50km 해상의 대륙붕에서 이전의 것과 비교 안 되게 뛰어난 천연가스층이 발견되었습니다.

독도의불타는얼음

학습목표

천연에너지의 순환과정을 알아보고,

독도의 메탄하이드레이트 채취 모형을 만들어 봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

소, 돼지와 같은 가축들이 온난화의 주요 원인이라고 합니다. 그 이유가 무엇일지 생각해 보세요

◎ 미리생각해보기

도도안1 1장, 도안2 1장, LED볼 1개, 고정핀 3set, 꼬지막대 1개, 양면테이프

(직접 준비하세요: 가위, 칼, 풀)

◎ 실험준비물

1. 얼음 안에 가스가 어떻게 들어갈 수 있는 것일 까요?

2. 메탄하이드레이트의 구조는 어떤 입체 도형인가요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점