농업과학원, 온실 냉·난방 에너지절감 융복합기술
최근 치솟는 고유가와 전기요금의 지속적인 인상으로 시설원예농가들의 경영비 부담이 날로 가중되고 있다.
면세유 등유가격은 지난 ’21년 L당 799원 하던 것이 ’22년에는 1,299원. ’23년 10월 3일 현재는 1,225원을 보였다. 농사용 전기요금 또한 ’21년 kWh당 34.2원 하던 것이 ’23년에는 46.5원, ’24년에는 59.5원으로 인상될 예정이다.
농촌진흥청은 이러한 시설농가들의 경영난을 해소하고 최근 사회적 이슈가 되고 있는 농업분야 온실가스 감축 목표(`30년 △22.5%)를 달성하기 위해 이상기후 대응 온실 냉·난방 에너지 절감 융복합 기술을 개발했다.
농촌진흥청 국립농업과학원(원장 이승돈)은 먼저 겨울철 온실 난방비를 줄이고 재배환경을 개선하기 위해 고효율 단열 소재 에어로겔을 이용한 다겹 보온커튼을 개발했다.
겨울철 온실내부 열은 60%이상 피복재를 통해 새어 나가기 때문에 피복면의 보온력을 높이기 위해 신경써야 한다. 이를 해결하기 위해 보온커튼을 이용해 보온력을 높이고 있으나 기존 다겹보온커튼의 경우 오랜시간 사용시 내구성이 떨어지고 수분흡수로 인한 과습, 중량증가 등이 발생해 왔다.
이에 농업과학원은 기존 다겹보온커튼에서 사용하던 PE폼(폴리에틴렌 발포단열재), 화학솜을 에어로겔로 바꿔 온실 난방비용을 줄이고 작물 재배환경을 개선 할 수 있도록 했다.
에어로겔은 머리카락 1만분의 1굵기 실리카 성분 물질이 성글게 얽혀 이뤄진 신소재로 매우 가볍고 나노크기의 다공성 구조로 인해 단열성이 뛰어나다.
에어로겔을 멘트블로운 부직포에 발포해 단열특성을 높여 다겹보온 커튼을 제작한 결과, 기존 다겹보온커튼 대비 단동온실 난방비 15%를 절감하는 효과를 가져 왔다. 또한 에어로겔 다겹보온커튼의 재배 방식은 기존과 같아 추가비용이 발생하지 않는 장점이 있다.
농업과학원은 연구결과를 특허등록 완료했으며, 신기술 보급사업과 연계해 지속적으로 보급을 확대하고 있다.
경기도 양평군의 딸기농가 박혜선씨는 “새로 설치한 에어로겔 다겹보온커튼 사용으로 온실내 과습과 결로 발생이 감소하는 등 재배환경이 크게 개선 됨은 물론 보온성도 향상됐다”고 말하고 있다.
충남 태안의 한 화훼농가 또한 “1,200만원 들어가던 난방비를 580만원으로 52% 낮출 수 있게 됐음은 물론 결로 발생 저감, 습도조절 우수, 하절기 차광에 따른 냉방효과를 볼 수 있었다”고 전했다.
국내에서는 농업용 신재생에너지로 지열을 많이 사용하고 있으나, 지열은 오랜 시간 사용하면 열원이 부족해져 이를 보완할 기술이 필요하다. 또한, 탄소중립 실현을 위해 화석연료를 사용하지 않고도 열량을 얻을 기술을 확보해야 한다.
이와관련 농업과학원은 태양광·열(PVT) 패널과 지열을 결합한 ‘복합열원 히트펌프 온실 냉난방 기술’을 개발했다.
이번에 개발한 복합열원 히트펌프 온실 냉난방 기술은 온실 면적의 10% 부지에 설치한 태양광·열 패널에서 발생하는 30~40도의 태양열과 지중열교환기에서 얻는 지열을 하나의 열 저장조에 모은 후 이를 히트펌프의 열원으로 사용해 온실 난방에 적당한 48~50도의 온수를 만드는 것이다.
난방이 필요하지 않은 봄, 여름, 가을에는 태양광·열 패널에서 생산한 열을 지하수층으로 보내 저장했다가 겨울철 온실 난방에 사용한다.
이 기술을 딸기(‘설향’) 온실(175㎡)에 적용한 결과, 면세 등유 대비 냉난방 비용을 78% 줄일 수 있었다. 또한, 온실 면적의 10% 부지에 태양광·열 패널을 설치했을 경우, 온실 난방에 필요한 전체 열량의 30%를 분담할 수 있으며, 지열만 이용했을 때보다 에너지를 20%까지 줄일 수 있었다.
이 기술을 개발함으로써 오랜 시간 사용하면 열원이 부족했던 지열 시스템의 단점을 보완하고 농업에서 신재생에너지 이용을 확대하는 기반 기술을 확보하게 됐다.
농업과학원은 이 기술을 특허출원했으며 신기술 보급사업으로 농가에 보급할 계획이다. 또한, 농업 분야에서 태양광·열 패널의 활용을 늘리기 위해 다양한 기술과 접목하는 방안을 추가 연구 중이다.
이 연구를 담당한 김형권연구사는 “농사용 전기 가격이 올라 농가 경영에 커다란 부담이 되고 있다”며, “태양광·열과 지열 같은 신재생에너지를 적극적으로 사용해 농가 경영비 부담을 줄이고 나아가 탄소중립 실현의 기반을 마련할 수 있길 바란다”고 말했다.
<국립농업과학원·원예산업신문 공동기획>
