[연간기획] 농기계개발 전문연구실

국내 농업기계 연구개발을 전담으로 하는 국가연구조직으로는 국립농업과학원 내의 농업공학부가 있다. 농업 생산작업의 자동화.로봇화 기술, 농가경영안정을 위한 에너지절감기술, 농산물 부가가치향상을 위한 수확후 품질관리.가공.유통기계기술, 농업재해 예방관리기술 개발업무를 수행하고 있다. 농업기계개발의 산실인 농업공학부의 16개 전문연구실의 주요기능과 실적, 계획 등에 대해 연간기획으로 살펴본다.

⑨ 신재생에너지연구실

“신재생에너지는 미래 블루오션”

지열히트펌프‧태양열‧공기열‧수열‧산업폐열 등 무궁무진

미래에너지인 미생물연료전지‧수소연료전지 등 연구박차

미래 블루오션 개척을 위해 힘쓰고 있는 국립농업과학원 신재생에너지연구실 연구원들

◇ 농업에너지 연구중요성

한국에너지경제연구원에서 올해 발행한 2017년 에너지총조사보고서에 의하면 연간 우리나라 총에너지소비량은 2억1541만9000toe(ton of oil equivalent(석유환산톤)=1000만kcal)이며, 농림업에 사용된 에너지량은 332만1000toe로서 전체 에너지소비량의 1.54%에 불과하지만, 이를 석유(발열량은 1ℓ당 1만kcal로 가정)로 환산하면 약 33억ℓ나 된다. 이를 드럼(1드럼 = 200ℓ)으로 환산하면 드럼통 1660만개에 해당하는 엄청난 양이다. 또한 농림업에서 소비되는 에너지를 용도별로 나눠보면 농업기계용 46.6%, 난방설비 40.1% 그리고 건물에서 13.3%를 소비하고 있다. 특히 겨울철에 난방재배를 하고 있는 시설원예작물의 경영비 중 난방비의 비중이 25~50%로 선진국의 10%보다 높아 투입비용 절감을 위해 에너지비용을 줄이는 것이 중요하다.

◇ 신재생에너지의 농업적 활용

온실난방비를 줄이기 위해 2005년부터는 농업분야에서 활용되지 않았던 신재생에너지를 발굴해 농업적 활용방안을 찾아왔다. 신재생에너지연구실은 2008년 조직을 구성, 지열, 태양열 등 재생에너지 이용기술개발 및 농업분야 보급확산기술지원, 발전소 폐열, 소각장‧제조공장 산업폐열 등 미활용 에너지자원의 효율적 이용기술확립, 미생물연료전지 등 신에너지원의 농업분야적용 기반기술확보를 담당하고 있다. 그 중 대표적인 기술이 시설원예용 지열히트펌프 시스템이다. 지열히트펌프 시스템은 겨울철 난방비가 78% 절감되는 것으로 분석돼 온실이나 축사 등의 농업시설 냉난방에 널리 보급될 것으로 전망된다. 이와 함께 온실내부의 잉여 태양에너지를 축열해 야간난방에 이용하는 기술, 제주지역의 다공질 화산암층에서 지하공기를 끌어올려 열에너지로 활용하는 공기열 히트펌프시스템, 하천 인근 강변여과수의 에너지를 이용하는 수열활용, 그리고 닭이 폭염을 이겨내기 위한 히트펌프이용 냉음용수 공급기술 등이 개발돼 농가현장에 보급되고 있다. 또한 2013년부터 화력발전소에서 배출되는 온배수폐열이 신재생에너지에 포함돼 시설농가에 더 많은 혜택이 돌아갈 전망이다. 발전소, 소각장, 제조업 등의 산업폐열 분포지도를 조사해 농업분야에서의 활용가능 모델을 제시하고 있다.

발전소 폐열을 이용한 시설난방

미래 블루오션인 미생물연료전지 연구

◇ 육계사용 급수시스템 및 미생물연료전지

닭은 체온이 높고 땀샘이 발달하지 않아 타 가축에 비해 체온조절이 어렵기 때문에 매년 여름 고온스트레스로 폐사율이 증가하고 있다. 육계사용 냉음용수 급수시스템은 지열을 이용, 무더운 여름철에도 관행(평균수온 24℃)에 비해 9℃ 낮은 15℃ 정도의 음용수를 상시 공급할 수 있다. 2018년 농촌진흥청 시범사업으로 4개소 11농가에 올 6월 설치로 여름철 고온스트레스를 줄여줘 닭의 폐사가 줄어 든 것으로 나타나 추가분석 후 사업을 확대 해 나갈 계획이다.

미생물연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)는 미생물의 촉매작용을 이용해 유기물을 전자공여체로, 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치다. 유기성오염물질을 포함하는 폐수를 처리하면서 전기에너지를 생산할 수 있으며, 부수적으로 활성슬러지법 등 호기성 처리에 비해 슬러지 발생량이 매우 적은 장점이 있다. 상용화를 위해 전기에너지 생산을 높이고, 미생물연료전지를 구성하는 고가의 재료(전극 등)를 저가의 재료로 대체함으로써 경제성을 확보하고자 연구를 수행하고 있다. 이와 함께 가축분뇨를 이용한 중첩형 미생물연료전지 개발연구를 수행 중에 있으며, 실험실 규모에서 1 ton처리로 환산하였을 때 약 66.7W의 전기에너지를 생산했다. 그러나 규모화를 위해서는 많은 단위 셀들을 안정적으로 관리운영할 수 있는 IoT 기술, 시스템의 단순화, 저가의 재료개발, 단위 셀의 전력차이를 안정적으로 수확(하베스팅)하는 기술이 필요하다.

신재생에너지연구실은 미생물연료전지, 수소연료전지 등 농업분야 ‘신에너지’ 연구를 통한 블루오션 개척과 함께 ‘재생에너지’를 이용한 지속가능한 농업에너지 생산이 가능한 농업이 구축될 수 있도록 관련연구에 최선을 다해 나갈 계획이다.

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