최근 농업 분야 화두 중 하나는 탄소중립이다. ‘탄소중립’이라는 키워드를 중심으로 농업 분야에 재배방식, 사육관리, 농업기술 등 다양한 변화의 물결이 밀려오고 있다.
대통령 직속 농어업·농어촌특별위원회 산하에 농어업·농어촌 탄소중립 위원회가 출범한 것을 시작으로 농어촌 중심의 탄소중립과 에너지전환 방안 등이 논의되고 있으며, 농어촌에너지 전환 특별법 제정 등도 추진되고 있다. 또한, 농림축산식품부에서도 지속 가능한 농업을 위해‘2050 농식품 탄소중립 추진전략’을 수립하였다. 농촌진흥청은 농림축산식품부가 수립한 전략에 따라‘2050 탄소중립 실현 농업기술 개발과 추진전략’을 마련하여 실행하고 있다.
우리나라 시설원예의 경우, 시설원예 가온 면적은 전체의 32%이며 난방비가 경영비의 약 30~40%를 차지한다. 시설원예 가온 면적의 81.6%는 석유류, 즉 대부분 화석연료 에너지원을 사용하고 있다.
최근 대형 스마트팜 시설 농업이 증가하고, 기후변화로 우리나라 기후가 아열대성으로 변하면서 난방뿐 아니라 냉방도 필요해지고 있다. 더불어 미세먼지, 황사 등에 대비해 빛을 보충해주는 작업이 증가하면서 농업용 에너지 사용은 계속 증가할 것으로 예측된다. 또한, 축산 분야에서는 탄소 배출을 최소화하기 위한 가축분뇨 자원 순화 기술 개발 등이 다각적으로 이뤄지고 있다.
이러한 환경변화에 대응하기 위하여 국립농업과학원 에너지환경공학과 신·재생에너지연구실에서는 신재생에너지의 농업적 이용 확대와 고효율 에너지 기술 실용화, 가축분뇨를 이용한 에너지자원화 기술 개발을 꾸준히 연구해 왔다.
대표적인 개발 기술로는 원예시설 냉난방 에너지 기술인 지열 히트펌프 시스템이 있다. 지열을 이용해 겨울철에 드는 온실 난방비를 78%까지 획기적으로 절감할 수 있는 신재생에너지 기술을 개발하였으며, 여름의 온열과 겨울의 냉열을 지하수층에 저장하는 계절간 축열 냉난방 시스템을 개발하였다. 더불어 산업 폐열을 이용하여 주변 온실 난방에 사용할 수 있는 시설원예 냉난방 에너지 기술을 개발하였다. 또한, 가축분뇨 공동자원화시설 내 미활용 폐열을 회수하여 펠릿형 퇴비 건조에 이용할 수 있는 기술과 가축분뇨를 처리하면서 동시에 전기에너지를 생산할 수 있는 미생물연료전지 기술 등을 개발하였다. 농업부산물을 이용한 신재생에너지 기술을 개발하여 농업적으로 활용하기 위하여 노력하고 있다.
최근에는 태양광, 열, 지열 등 복합열원을 이용한 농업용 냉난방 시스템 개발하였다. 이 기술은 태양광, 열, 지열을 복합열원으로 사용하는 히트펌프 냉방시스템이다. 동절기에는 태양광 패널열과 지열을 히트펌프 열원으로 사용하고, 간절기와 하절기에는 태양광 패널열과 온실에서 발생하는 열을 지하수층에 저장했다가 다음 동절기에 사용하는 복합에너지 시스템이다. 기존의 10a 규모의 단동 시험 온실에서 면세경유를 사용한 대조구와 비교하였을 때, 대조구의 총 냉난방 비용은 986만 원, 복합열원 히트펌프 시스템을 사용하였을 때는 224만 원으로 연간 77% 냉난방 비용이 절감되는 것으로 나타났다. 따라서 온실 면적의 10%에 태양광 패널을 설치하면, 지열 설치 용량의 30%까지 축소할 수 있을 것으로 판단되었다. 따라서 농업에너지 절감 기술로 복합열원 히트펌프 온실 냉난방 시스템의 확대가 기대된다.
또한, 농업 현실에 맞는 수소에너지 생산과 이용 기술을 개발하고 있다. 이는 가축분뇨와 같은 농업부산물로부터 수소를 생산하는 것이다. 현재는 부생가스를 이용해 수소 대부분을 생산하고 있으나 본 연구실에서는 가축분뇨 바이오 가스 혐기 발효조에서 생산된 메탄을 개질 기술을 통해 수소로 전환하는 연구를 하고 있다. 이 과정에서 발생하는 이산화탄소는 고품질화 기술을 통해 원예시설 액화탄산을 대체할 수 있는 고순도 이산화탄소로 사용될 수 있도록 기술을 개발하는 중이다. 또한, 가축분뇨 바이오가스 혐기소화 기술과 미생물전해전지 기술을 융합하여 직접 수소를 생산하는 그린수소 생산 기술을 대학과 공동 연구하고 있다.
이상과 같이 에너지환경공학과 신·재생에너지연구실에서는 탄소중립을 위한 정책에 부응하기 위하여 지속 가능한 친환경 신·재생에너지 기술을 개발하고 있다.