농업분야 생산성을 확대하고 부가가치를 높이는데 있어서 농기계의 중요성은 더욱 강조되고 있다. 특히 스마트팜·ICT융복합·정밀농업 등 첨단기술 확장을 통한 농기계 연구개발이 지속적으로 이뤄지고 있다. 농업 생산작업의 자동화·로봇화기술, 농가경영안정을 위한 에너지절감기술, 농산물 부가가치향상을 위한 수확후 품질관리·가공·유통기계기술, 농업재해 예방관리기술 등 국내 농업기계 연구개발을 전담하고 있는 국립농업과학원 농업공학부의 최신기술을 연간기획으로 살펴본다.

“관행대비 난방에너지 15∼20% 절감”

투습도·보온성 우수, 가볍고 장기사용시 변형없어

산업체기술이전·올해 신기술보급사업 확대보급추진

◇ 보온성향상과 다겹보온커튼

우리나라 시설재배는 에너지를 많이 소비하는 형태로 난방비가 경영비의 30∼40%를 차지하고 있어 농가경영에 부담이 되고 있다. 난방에너지 절감을 위해 가장 우선적으로 논의돼야 할 분야가 온실의 보온성 향상이다.

관행의 시설원예 보온방법은 PE폼, 화학솜 등을 다겹으로 조합하는 다겹보온커튼을 사용하는

김형권 국립농업과학원 에너지환경공학과 연구사

것이다. 화학솜, PE폼의 경우 보온성은 우수하나, 수분흡수 및 장기간 사용 시 파손 등의 단점이 존재한다. 화학솜은 폴리에스테르 소재로 제작을 하며 보온성 및 탄력이 좋은 장점이 있다. 그러나 부피가 커지고, 야간에 온실내부의 수분을 흡수해 온실의 하중부담이 증가하고, 솜에 흡수된 수분이 물방울 형태로 작물에 떨어져 스트레스 유발 및 병원균 발생이 우려된다. 또한 사용연수가 경과함에 따라 보온력 감소가 우려된다. PE폼은 가볍고 보온성은 우수하나 투습도가 매우 낮아 온실 습도관리에 불리하고, 설치 후 어느 정도 경과하면 경화돼 부서지므로 다겹보온커튼을 장기간 개폐 시에 파손이 우려된다. 이에 따라 농촌진흥청에서는 기존 다겹보온커튼의 단점을 개선하고, 결로발생 저감, 투습도 및 보온성을 동시에 개선시킬 수 있는 ‘기능성 소재’(이하 ‘에어로겔’)을 이용한 다겹보온커튼을 개발했다.

에어로겔 발포 부직포 표면부(좌) 및 단면부(우)

◇ 에어로겔 특성 및 구성

에어로겔(aerogel)은 공기로 된 겔(gel)이라는 이름이 말해 주듯 같은 부피의 공기보다 무게가 3배 정도밖에 되지 않아 지구상에 존재하는 가장 가벼운 고체로 알려져 있다. 나노크기의 다공성 구조로 인해 특별한 기능이 요구되는 다양한 제품에 적용이 가능하며, 꿈의 신소재로 불리는 초 단열소재다. 이 소재를 사용해서 보온재를 만들면 가벼우면서도 두껍지 않으며 물을 흡수하지 않는 특성으로 인해 장기간 사용 시에도 보온성이 유지된다.

이러한 에어로겔을 농업용 보온자재에 사용하기 위해서는 에어로겔을 부직포에 발포해 단열특성을 부여한 원단형태로 사용한다. 이를 마트지+부직포+에어로겔 발포 부직포+부직포+마트지 조합으로 구성해 10∼15cm 간격으로 2겹 누빔가공 또는 초음파 접착해 다겹보온커튼으로 사용한다.

단동 및 연동온실에 설치된 에어로겔 이용 다겹보온커튼

◇ 에어로겔 다겹보온커튼 특성비교

투습도(KS K 0594, Water법)는 단위시간당 단위면적을 통과하는 수분량을 나타내는 것으로 에어로겔 이용 다겹보온커튼은 36∼84g/m2/h 범위로 편차가 비교적 일정한 것으로 분석됐다. 반면 관행 다겹보온커튼은 5∼112g/m2/h 범위로 사용재질에 따라 편차가 매우 크게 나타났으며, 특히 PE폼을 사용한 다겹보온커튼의 경우 투습도가 5∼12 g/m2/h 범위로 매우 낮게 나타났다. 보온율(KS K 0560, 항온법)은 이불류 및 방한의류 사용에 의한 보온성을 측정하는 방법으로 에어로겔 이용 다겹보온커튼은 66.7∼71.2% 범위, 관행 다겹보온커튼은 59.6∼80.2% 범위로 나타났다. 이처럼 에어로겔 이용 다겹보온커튼은 기존 다겹보온커튼에 비해 일정량의 투습도와 보온성을 가져 품질이 안정되고, 특히 화학솜과 PE폼을 에어로겔 발포 부직포로 대체함으로써 오랜 시간 사용해도 중량이 증가하거나 보온성이 저하되는 문제가 발생되지 않는 것으로 나타났다. 또한 난방에너지는 관행 다겹보온커튼에 비해 15∼20% 절감되는 것으로 나타났다.

에어로겔 이용 다겹보온커튼의 설치는 관행방식과 동일하다. 보관 및 폐기 역시 기존 다겹보온커튼과 동일한 방법을 적용하면 된다. 보관 시에는 수분이 많은 곳은 피하고 장기간 미사용 시에는 직사광선이 없는 곳에 보관하는 것이 좋다. 또한 폐기 시에는 수거업체에 의뢰해 폐기하여야 한다.

농촌진흥청은 관련특허를 2019년 산업체에 기술이전했고, 2020년 신기술보급사업을 통해 에어로겔 이용 다겹보온커튼을 확대 보급시킬 계획이다. 또한 다양한 신소재를 이용한 농업용 보온자재의 지속적 개발 및 보급을 통해 우리나라 시설원예 산업의 경쟁력 제고에 힘쓸 예정이다.

농축산기계신문  webmaster@alnews.co.kr

<저작권자 © 농축산기계신문, 무단 전재 및 재배포 금지>