냉난방에 에너지까지 잡는 온실 시스템, 세계 최초 개발

[굿모닝충청 이정민 기자] 가스엔진으로 온실 냉난방을, 이에 따른 탄산가스로 식물에 비료까지 주는 다재다능한 온실시스템이 개발됐다.

한국기계연구원은 세계 최초로 ‘Tri-Gen(삼중발전)’ 시스템을 적용한 스마트 온실 에너지 통합 시스템을 개발했다고 5일 밝혔다.

삼중발전은 가스히트펌프를 난방, 탄산시비, 냉방(혹은 발전) 3개 용도에 활용한다는 의미로, 연구원은 이 기술을 국내 농가에 실증하는 데까지 성공했다.
 
지금까지 국내 시설원예 농가는 난방기, 냉방기, 탄산시비 장치, 제습기 등 온실이 필요로 하는 에너지 장치를 개별적으로 설치해야 했다. 또 농장주가 자신의 경험에 따라 시설들을 따로 제어했기 때문에 에너지 효율은 떨어지는데다 손실되는 양까지 적지 않았다.

그런데, 가스히트펌프를 온실에 적용하면, 온실의 냉난방을 공급함과 동시에 배기가스를 이용하여 탄산가스를 공급할 수 있다.

온실이 필요로하는 에너지를 하나의 장치로 모두 생산할 수 있는 장점이 있고, 통합 제어로 에너지 손실을 줄여 에너지 효율도 높일 수 있다.
 
기계연 환경기계연구본부 청정연료발전연구실 이상민 실장 연구팀은 이 점을 착안했다.

이에 따라 가스히트펌프를 시설원예 농가에 적용한 결과 기존 유류 난방 대비 겨울철 난방비를 40% 이상 크게 절감하는 효과를 얻었다.

여름철 고온으로 작물 재배가 어렵던 온실에서 온·습도 관리를 통하여 작물의 수확 기간을 연장하는 데에도 성공했다.
 

특히 가스히트펌프를 이용해 온실 온·습도와 이산화탄소 농도를 자동으로 제어하는 시스템을 운용하는 과정에서 탄산가스 시비 모델을 개발, 작물 생산량을 20%이상 끌어올렸다.

지금까지 탄산가스 시비는 농장주의 경험에 의존해 이뤄졌지만, 과학적 분석을 통해 최적의 조건과 방법을 찾아낸 것이다.
 
탄산시비를 위해서는 엔진에서 발생하는 배기가스 중 작물에 해로운 질소산화물(NOx)3)과 일산화탄소(CO), 에틸렌(C2H4) 등을 제거해야 한다.

연구팀은 독자적인 엔진 및 제어기술, 후처리 장치로 상용 가스히트펌프 대비 유해 배출물을 90% 이상 절감시켰고, 1년 이상의 현장 시험을 통해 안정성을 검증했다고 밝혔다.

이 기술은 내년부터 시작될 농진청 신기술시범사업 등을 통해 실제 농가에 보급될 전망이다.
 
기계연 이상민 청정연료발전연구실장은 “유류 연료 및 전기 기반의 국내 시설원예 농가 에너지 체계를 청정한 가스 연료 기반으로 바꿀 수 있는 고효율 에너지 통합기술”이라며 “농업 분야의 온실가스 배출량 뿐 아니라 미세먼지의 주범인 이산화질소를 크게 줄임으로써 국가적인 에너지 안보와 국민 건강 증진에 기여할 수 있는 기술”이라고 말했다.