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스페셜리포트

농업 에너지전환 박차

농식품부, 신재생 과제 5개 선정
SOFC·지하대수층 농업용 첫 도입
국내 스마트팜 보급확산정책 기여





2000년대 들어서 농업은 4차 산업혁명의 핵심기술이 적용돼 작업과정에서의 무인화·지능화가 이뤄지고 노동력 및 지식과 경험 등은 데이터가 대신하고 있다. 농업 데이터를 이용한 팜 인텔리전스(Farm Intelligence)가 농업현장에 적용돼 기존에는 불가능했던 △수확량 계산 △병충해 진단 △토지 수분량 측정 △지표 상태 측 정 △수확시기 진단 △작물상태 모니터링 등이 이뤄지고 있다. 이러한 기술이 적용된 농장이 스마트팜(Smart Farm)이다. 이는 정보통신기술(ICT)을 활용해 시공간 제약없이 원격으로 작물의 생육환경을 관측하고 최적의 상태로 관리하는 과학기반의 농업방식이다. 농산물 생산량증가, 노동시간 감소를 통해 농업환경을 획기적으 로 개선하기에 많은 연구 및 실증이 진행 중이다. 



스마트팜은 크게 △스마트온실 △스마트과수원 △스마트축사 세 가지로 나뉘는 데 이중 스마트온실은 시설원예에 ICT를 접목시킨 분야다. 시설원예란 비닐하우스나 유리온실을 이용해 농작물을 재배하는 방식으로 스마트팜을 도입했을 때 작물생 산성 및 농가소득을 각각 31%, 28.6% 증가시키고 자가 노동시간은 5.6% 감소시켜 큰 효과를 낼 수 있다. 







그러나 에너지효율화를 위한 기술수준이 낮은 상황에서 농업의 스마트화기술의 확산·보급은 농사용 전기사용량이나 유류 사용량 증가로 이어지고 있다. 농업용 전기 연평균 사용량 증가율은 6.3%로 전체 사용량 평균증가율(2.5%)에 비해 3.8% 높다. 


또한 농업용면세유 사용량도 스마트팜 확산 보급사업이 2017년 스마트온실과 스마트축사를 중심으로 진행된 이후 총 사용량이 2018년 14억3,200만리터를 기록해 전년(13억6,900만 리터)대비 4.6% 증가했다. 


시설원예 석유사용 문제 

이미 시설원예 경영비 중 난방비는 많은 비율을 차지하고 있다. 시설원예 온실 내부는 겨울철 외부 온도가 영하까지 내려가도 늘 적정온도를 유지해야 한다. 이에 따라 보일러를 장시간 사용하면서 기름 사용량은 늘어나게 되고 농가의 경영비의 대부분은 난방비로 들어가게 된다. 석유는 국제유가에 영향을 받아 가격변동성이 크기 때문에 오랫동안 농가소득 저하를 일으키고 생산량을 감소시킨 주범이었다. 


농가에선 화석연료를 대체할 신재생에너지 사용과 에너지절감시설 설치의 필요성 및 효과는 인정하고 있지만 △설치비용·유지보수 부담 △정책 인센티브 및 정보 부족 등으로 인해 보급이 활성화되지는 못하고 있다. 





이를 해결하기 위해 국가에서도 신재생에너지를 농가에 지원하는 노력을 하고 있다. 2010년도부터 시작된 농식품부의 농업에너지이용효율화사업은 난방이 필요한 온실에 신재생에너지를 열원으로 하는 설비를 공급하는 사업으로 농업인이 전체 설비 비용의 10~20%만 부담하면 나머지를 국가 및 지자체가 보조금형식으로 지원하는 형식이다. 농가규모에 맞춰 가장 적합한 설비가 설치되며 에너지원으로는 지열·지중열·목재펠릿 등이 사용된다. 그러나 현재 기술은 열을 전기로 발생하는 방식이 주를 이루기 때문에 석유 사용량만 줄어들었을 뿐 전력사용량은 오히려 증가했다. 


2014년 조사된 에너지총조사 보고서에 따르면 석유류가 전체 52%, 전력 40.6%를 차지한 반면 2017년 보고서는 석유가 47.2%로 4.8% 감소한 반면 전력은 49.1%를 차지해 8.5% 증가했다.


스마트팜 고도화, 신재생 기술 관건 



우리나라 스마트팜 정책 추진절차는 크게 3단계로 나뉜다. 현재 1세대 수준으로 2030년에 2세대 수준까지, 2040년에는 3세대 수준 스마트팜을 상용화할 전망이다. 


1세대 스마트팜은 자동화 및 ICT기술들을 영농여건과 농가수준에 맞춰 원격으로 관리하는 방식이다. 전통 농업에 비하면 편의성은 크게 향상됐지만 환경설정·제어는 여전히 사람의 지식과 경험에 의존한다.


2세대 스마트팜은 식물의 생육 및 동물의 생육 상태를 계측하는 자료를 빅데이터로 관리해 생산성을 향상시키는 방식이다. 1세대에서는 숙련된 재배자 혹은 사육사의 경험과 지식에 의존해 생산관리에 대한 결정을 하는 방식이었으나 2세대에서는 전문지식과 선도농가의 경험을 학습한 활용한 인공지능이 의사결정을 내린다. 인공지능 학습은 클라우드시스템을 활용해 환경관리에 대한 의사결정을 하기 때문에 별도로 고성능의 컴퓨터를 구매할 필요가 없다. 


3세대 스마트팜은 재생·지능정보기술·로봇 등 첨단기술간 융합을 통한 완전 무인·자동화된 모델로 2세대와 달리 수확과 포장 단계까지 AI기술이 접목된다. 


이번 과제를 통해 농업용 신재생에너지 기술개발이 이뤄진다면 차후 정부의 스마트팜 추진 정책과 발맞춰 농업생산성 향상 및 지속가능한 성장을 기대할 수 있을 것이다. 


태양열·지열·SOFC·융복합 에너지원 확장

이에 따라 농림축산식품부(이하 농식품부)는 ‘2020년도 농업에너지 자립형 산업모델 기술개발사업’을 실시해 시설원예의 에너지효율화와 이를 통한 온실가스 저감에 나선다. 농식품부에서 실시한 R&D 과제 중에서도 큰 규모로 진행되며 신재생에너지를 시설원예부문에 접목시켜 실증까지 이어지는 사업이기에 그 의미가 크다.


이번 과제는 지열, 태양열 등 농업현장에서 생산 가능한 친환경 신재생에너지를 안정적으로 생산·소비할 수 있는 시스템구축 및 실증이 포함된 만큼 △온실가스 저감 △에너지전환 촉진 △농가소득 개선 △신재생 및 관련사업 활성화 등 다양한 효과가 발생한다. 여기에 단순 연구개발에서 끝나는 것이 아닌 차후 정책지원까지 더해지면 다양한 사회·경제적 파급효과가 기대된다. 


이번 과제 구성은 총 5가지로 이뤄져 있으며 크게 에너지자립형 생산기술개발과 에너지 저장·관리기술개발로 나뉜다. 에너지자립형 생산기술개발은 시설원예에 적합한 태양광, 지열, SOFC 등의 신재생열에너지를 활용해 농가에서 직접 생산하고 소비하는 형태다. 태양열을 활용한 과제의 경우 태양열 집열구조 최적화 및 시스템적용을 통한 에너지생산기술을 확보하고 계간축열시스템을 활용해 열에너지저장을 더욱 효율화한다.


지열 활용 과제는 지열히트펌프시스템을 활용해 열에너지 생산량을 높인다. SOFC를 적용한 과제는 열과 전기 모두 생산 가능한 점을 이용해 온실에 필요한 열에너지를 공급하고 발전용으로 만들어진 전기는 RPS를 통해 판매하는 방안을 제시했다. 


에너지 저장·관리기술개발은 농촌에서 생산된 다양한 에너지를 더 효율적으로 이용하기 위한 형태다. 태양열과 지열을 활용한 융복합에너지를 축열조에 저장해 활용하는 부문과 태양열·지열을 제외한 다른 융복합에너지를 생산한 뒤 지하대수층에 저장하는 분야로 나뉜다. 


이번 기획에서는 각 연구과제의 구체적인 추진 배경과 내용 및 기대효과를 알아봤다. 

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