에너지 마이너스에서 제로로

이제는 에너지 제로 시대

• 에너지 위기 대응의 한 축은 에너지 소비 농업에서 절약과 효율 향상을 통한 에너지 제로 농업의 실천에 있음
  • 낭비되는 에너지를 꼼꼼하게 점검하여 적게 쓰고, 나눠 쓰고, 바꿔 쓰고, 다시 쓰는 효율적 에너지 사용이 현실적인 대안으로 등장
    • 에너지 사용 비중이 높은 원예시설의 열손실 방지와 농업기계에 적용하는 에코드라이빙 기술을 통해 적게 쓰는 지혜가 필요

      일본은 태양에너지를 최대한 이용하기 위해 유리섬유, 축열재로 단열성과 축열성을 높인 2중 구조의 일광온실을 개발하여 시범 보급

    • 지열이나 수열을 온실난방 열원으로 바꾸어 쓰거나 작물이나 재배방법을 지역에 맞게 전환하여 난방에너지를 절감
    • 온풍난방기의 배기열이나 농업시설을 환기할 때 버리는 열을 회수하거나 수막 재배할 때 버려지는 열을 재사용하여 절약

      열 회수형 환기장치를 버섯 재배사에 적용하면 환기로 버려지는 열의 70%를 회수할 수 있으며, 이는 겨울철 난방비를 50% 절감하는 효과

  꼼꼼한 점검, 실용적 에너지 절감 기술 10선

  농촌진흥청에서는 난방비를 줄이기 위해 지역 실정에 적합한 농업에너지 절감기술을 선정하여 실천하도록 절감기술 10선을 개발하여 보급

  ① 수평형 지열히트펌프 이용, ② 농업용 열 회수형 환기장치, ③ 온풍난방기 배기열 회수장치, ④ 시설원예용 제습기, ⑤ 연동하우스용 수평 권취식 다겹 보온커튼, ⑥ 단동하우스용 다겹 보온커튼, ⑦ 지하수를 이용한 순환식 수막보호커튼, ⑧ 일사량 감응 자동 변온관리장치, ⑨ 고체연료 난방기, ⑩ 온풍난방기 버너 및 열교환기 분진제거 기술

농업․농촌의 에너지 자립, 꿈이 아닌 현실로

• 농촌 지역에서 에너지를 생산하고 유통하고 소비하는 시스템을 만들어 에너지 자치를 실현하려는 변화들이 속속 등장
  • 독일 ‘윤데’ 마을은 가축배설물과 건초를 이용하여 메탄가스를 만들고, 이를 이용해 전기를 생산(연간 소비의 2배를 생산)
    • 건초를 공급하는 농가는 연간 22만 유로의 고정 소득을 올리고, 가스 생산 후 남은 부산물은 농가에서 무상으로 유기비료로 이용

      성공적인 ‘윤데 성공 스토리’는 1998년 윤데 주민의 자발적인 노력과 괴팅겐대학의 지속가능한 발전을 위한 학제 간 연구센터에 의해 완성

  • 영국 ‘토트네스’ 마을은 식량과 에너지를 스스로 생산하는 자생적인 마을로, 그 중심에는 공동체 비즈니스 활성화가 존재
    • 에너지 사용 절반 줄이기, 재생에너지 협동조합 설치, 풍력에너지와 태양광 발전 등 ‘에너지 전환거리’ 운동을 추진
    • 지역 먹을거리 로컬푸드 숍, 유기농 채소농장, 가든 쉐어링, 토종 씨앗 보존, 지역화폐 이용 등 커뮤니티 비즈니스가 활성화
  • 우리나라에서는 귀농․귀촌, 일거리 창출, 농촌 활성화와 병행하여 에너지 자립마을 조성이 정부 지원으로 추진 중
    • 충남 서천군 전원마을 ‘산너울’은 녹색 지붕, 빗물 저장탱크 등을 도입한 생태건축과 태양광과 태양열 등 대체 에너지의 이용이 특징

  에너지 90% 아끼는 통나무집, 친환경농업을 만나다!

  충남 홍성군 친환경농업 지역인 홍동읍에는 ‘에너지 전환’ 단체에서 지은 국내 최초 패시브 하우스가 자리

  패시브 하우스는 독일에서 시작된 에너지 절약형 건축물로 기존 건축물 에너지 소비의 10% 수준

  전 세계의 모든 건물을 패시브 하우스로 바꾸면 일차에너지 소비 30%, 온실가스 배출량도 30% 감소 효과(www.passiv.de)

  

에너지 나눔으로 키워가는 상생의 싹

• 산업체에서 버려지는 폐열을 시설농업에 이용하는 기술은 에너지 절감과 기업의 사회적 기여 측면에서 금상첨화
  • 발전소에서 버려지는 대량의 냉각수 폐열을 회수하여 원예시설의 난방에 이용하면 에너지 절감과 산업체의 탄소배출권 획득 효과
    • 일본 시가원전 인근의 꽃 박물관은 온배수를 시설 난방에 이용
  • 국내의 연간 발전폐열 발생량은 388,000GWh로 이의 3.4%만 이용하더라도 겨울철 국내 모든 시설 온실의 난방이 가능한 상황
    • 2010년에 서귀포 소재의 남부발전 남제주화력발전소 인근에 발전 폐열을 이용한 시설원예단지 조성사업이 시행 중

      농림수산식품부는 ‘농업탄소 상쇄 시범사업’을 통해 발전 폐열, 지열 등을 활용하는 농가에 탄소배출권 거래를 위한 ‘탄소감축인증서’를 부여

• 에너지 다소비 산업체나 폐기물 소각장에서 발생하는 폐열을 원예시설에 공급함으로써 해당시설의 혐오시설 이미지 탈피에 기여
  • 전남 곡성군은 타이어 생산 공장 굴뚝에 100만kcal/h급 열교환기 2대를 설치하여 온실 2ha에 온수를 공급하여 난방비 50% 절감
  • 충북 단양군에서는 쓰레기소각장의 폐열을 이용한 농산물 건조 시설(200m2)을 건립하여 등유 2만3천 리터(3개월 가동 시) 절감

  발전소 폐열이용 온실(제주)

  타이어 공장의 폐열수집(곡성)

  소각장 폐열이용 건조장(단양)

에너지 제로에서 플러스로

농산업 및 음식물 쓰레기, 에너지가 되다

• 점차 식단이 서구화됨에 따라 육류의 소비가 증가하고 외식하는 횟수가 늘어나면서 가축분뇨와 음식물 쓰레기가 사회 문제로 대두
  • 연간 우리나라에서 발생하는 가축분뇨의 양은 4,600만 톤(‘10)에 이르며, 음식물 쓰레기는 624만 톤(’12)에 이르는 실정
    • 음식물 쓰레기의 약 70%가 가정 및 소형음식점에서 발생하고 있으며, 전체 쓰레기 발생량의 28% 이상을 차지하는 골칫거리

      우리나라 전체 음식물의 약 7분의 1이 쓰레기로 버려지고 있으며, 연간 약 18조원이 낭비되고 있는 셈(음식물쓰레기 줄이기 홈페이지)

  • 농가에서 발생하는 축산분뇨와 일반 가정에서 배출되는 음식물 쓰레기의 자원화를 위한 다양한 시도가 병행 중
    • 가축의 분뇨의 90%는 퇴비, 액비 등의 자원으로 이용되고 있고, 에너지화를 위한 정부와 지자체의 노력이 진행

      농림수산식품부와 한국농어촌공사는 가축분뇨의 에너지화 사업을 통해 전력을 생산해 한국전력공사에 판매하고, 퇴비는 농경지에 환원하는 사업을 실시

    • 음식물 쓰레기의 발생을 줄이기 위한 ‘종량제’가 논의되고, 수분, 염분, 향신료를 줄여 사료, 퇴비로 자원화 하기 위한 연구가 진행

  ‘똥을 버리면 곤장이 쉰 대’ 우리조상의 녹색 지혜

  기회자 장삼십, 기분자 장오십(棄灰者杖三十, 棄糞者杖五十)

  ‘재를 버리는 자는 곤장 30대, 똥을 버리는 자는 곤장 50대’란 의미로, 선조들은 좋은 거름이 되는 재와 분뇨를 함부로 다루지 않았으며 개똥, 소똥도 주워 모았다가 거름으로 사용

  우리 선조들은 지금의 ‘생태순환’이라는 구호가 없었어도 이미 생활 속에서 그러한 삶을 실천하고 있었던 셈

  

바이오에너지, 산유국의 꿈을 꾸다

• 바이오에너지의 등장으로, 농산물을 재배하던 농업이 ‘에너지를 재배하는 농업’으로 패러다임이 변화하는 중
  • 화석에너지의 가격이 지속적으로 상승함에 따라 이를 대체하기 위한 노력의 일환으로 바이오에너지가 등장
    • 바이오에너지는 자연계의 바이오매스(Biomass)로부터 만들어지는 지속가능한 에너지원으로 바이오 디젤 및 에탄올 등으로 구성
  • 최근 한정된 토지에서, 바이오에너지와 식량의 경쟁 문제가 표면화되면서 여러 부작용이 등장
    • 미국의 경우, 원료 옥수수 가격의 급등과 바이오 에탄올 가격의 정체로 대형 에탄올 생산업체들의 도산과 생산량 감소가 발생

      2008년 1위 기업이던 베라선이 파산, 2위인 ADM은 감산, 2011년 3위인 발레로는 전체생산량의 10%를 담당하는 공장을 휴업(2012, SERI)

    • EU는 기존의 바이오에너지의 사용이 기후와 식량안보에 부정적인 영향을 준다는 이유로 보조금의 축소를 논의 중

      곡물과 설탕, 유지작물 등으로 만들어진 바이오 연료의 비율을 2020년까지 전체 교통에너지의 사용 비율에서 5%를 초과하지 않도록 법제화할 예정

  • 기후 및 식량안보의 문제를 해결하기 위해, 비 식량작물 및 해조류를 이용하는 차세대 연료에 대한 투자 확대가 예상
    • 식량과 경합하지 않는 풀, 식물 폐기물 등 비 식량 작물과 우수한 생장성과 간단한 공정을 요하는 해조류에 세계가 주목

      전북 익산의 금강호 둔치에 농촌진흥청에서 개발한 거대억새 단지를 조성하여 2020년까지 상용화(자동차용 연료)를 목표

      엑손모빌, BP, 듀폰, 다우케미컬 등 유수의 에너지·화학기업들은 조류(藻類)의 배양 및 생산 기술 프로젝트에 투자 중

태양에너지, 햇빛을 수확하다

• 인류가 연간 사용하는 에너지의 1만 배에 달하는 태양에너지를 생활뿐만 아니라 식량생산에 이용하기 위한 노력이 활발
  • 태양에너지를 이용하는 방식 중 태양광발전(太陽光發電), 태양열축열(太陽熱蓄熱), 태양열발전(太陽熱發電)의 세 가지가 주류
    • 태양광발전은 빛을 직접 전류로 바꾸는 방식이며, 태양열축열은 열을 직접 이용, 태양열발전은 모아진 열로 발전하는 방식
  • 우리나라의 농업부문에서는 태양열발전, 일반에서는 태양광발전이 주로 이용되는 추세
    • 시설농업에서는 낮 동안에 모아놓은 태양에너지를 이용하는데, ‘축열물주머니’와 ‘히트펌프’의 두 방식을 채용

      축열물주머니는 물을 넣은 플라스틱 튜브나 매트를 태양에너지로 데워 야간에 이용, 히트펌프는 냉장고의 작동원리를 이용해 태양열로 난방

    • 식물공장은 태양열축열을 이용한 난방열, 태양광발전을 이용한 운용전력, 태양광집광장치를 이용한 보광(補光) 공급이 가능
    • 청정에너지로 유명한 광주시 신효천 마을, 국내 최대의 태양발전소인 전남 신안군의 동양 태양광발전소는 햇빛을 이용한 사례

      동양 태양광발전소의 발전용량(24메가와트)은 연간 480만 리터의 유류를 절약하고, 2만여 톤의 이산화탄소를 감축하는 효과(네이버)

  솔라타워, 식량과 에너지를 동시에 생산한다?!

  태양열을 모으는 장치를 이용해 작물을 재배하고, 태양열로 데워진 공기의 밀도차를 이용해 전기를 생산

  굴뚝높이 1km, 집열 온실 직경 7km의 시설에서 소형 원자력발전소의 발전량에 해당하는 200만 메가와트를 생산

  하부의 집열 온실에서 데워진 공기가 밀도 차에 의해 고속으로 굴뚝을 통과하는 힘을 이용해 터빈을 돌려 전기를 생산

  하부의 집열 온실은 일반 온실과 같이 작물 재배가 가능

  

지열에너지, 땅심을 이용하다

• 태양열의 47%가 지표면을 통해 지하에 저장, 흡수되어 땅 속의 온도가 연중 10∼20℃로 유지된다는 점을 이용하는 친환경 기술
  • 연중 일정하게 유지되는 10~20℃의 땅속열을 열원(熱源)으로 이용하는 히트펌프를 구성해 겨울철 난방 및 여름철 냉방에 활용
    • 히트펌프란 열이 높은 데서 낮은 곳으로 이동하는 자연의 법칙을 인공적으로 거꾸로 돌리는 기술을 적용한 장치

      최근에 개발된 ‘지열히트펌프’는 외기온도에 영향을 받지 않는 땅속의 열을 이용하므로 기존의 방식(공기열원식)보다 2배 이상의 열효율을 자랑

  • 지열히트펌프 시스템은 땅속의 열을 회수하는 방법에 따라 수직밀폐형과 수직개방형, 수평밀폐형의 세 가지로 구분
    • ‘수직밀폐형’은 지하 100∼150m 깊이의 15℃의 지열을, ‘수직개방형’은 400∼500m 깊이 지하수의 열을 이용해 땅으로 환원
    • ‘수평밀폐형’은 땅 속 3∼5m 깊이에 있는 10∼15℃의 열을 이용
  • 기존의 화석 에너지 대비 50% 이상 비용일 절감될 뿐만 아니라 반영구적이며, 연소가스 등의 오염물질이 전혀 없는 기술
    • 전기 1kW를 투입했을 때, 그 전기가 3kW의 전기가 열에너지로 환산되어 나올 만큼 에너지가 절약되는 구조

      미국 환경보호청(EPA)에서 현존하는 냉난방 시스템 중에서 가장 효율이 높고 친환경적 이라고 인정한 기술

  난방비는 76.7%가 절감되고, 육묘기간도 단축!

  2009년 겨울 화훼와 시설채소 육묘장 3,300m2에 지열히트펌프(350kW)를 설치해 일석 이조의 이득(신언철, 경기 이천시)

  2000년 1월부터 4월까지의 난방비를 계산해 본 결과, 경유보일러의 경우보다 1,564만원이 줄어들어 76.7%의 비용 감소

  온도제어가 쉬워져 육묘기간도 단축되어 출하시기를 앞당길 수 있어 판매에 유리

  

에너지 플러스 그 이후의 유망기술들

• 시설농업분야에 직접적인 도움이 될 기술로는 새로운 구조의 온실과 열효율을 높여줄 온실 피복재의 개발
  • 네덜란드는 Elkas(Electricity-producing greenhouse) 프로젝트를 통해 세계 최초로 태양광 전기 생산 온실을 개발
  • 전체 열손실의 60～80%가 발생하는 피복소재(단열재) 분야에서도 투광도는 높이고 열손실은 줄이는 소재 개발이 한창

    피복재 사이에 액체거품을 주입하는 단열기술(다이나믹 폼, 캐나다), 양면코팅 반사방지유리(네덜란드), 에어로겔(미국) 등이 개발

  전기 생산 온실(네)

  다이나믹폼 주입기술

  아프리카 농촌에서 활용되고 있는 연료전지(탄자니아)

• 미생물연료전지(MFC)는 특정미생물이 유기물을 분해하면서 전기를 발생시킨다는 것을 이용하여 만든 IT, BT, NT 융합기술의 결정체
  • 전기 생산을 위한 인프라가 거의 필요 없어 저개발 농업국가에도 적합한 기술로 현재는 LED등(等)을 4～5시간 유지하는 수준

    가축분뇨, 하수도의 오염물질을 처리함과 동시에 전기 생산이 가능

• 연료전지(Fuel cell)는 수소와 산소를 결합할 경우 물과 전기가 생기는 원리를 이용한 것으로 미국, 일본, EU 등에서 개발이 활발
  • 미국은 ‘수소·연료전지 인프라기술 개발’, 일본은 경제산업성 주관의 민관합동연구, EU는 공동개발·보급 프로그램을 운영

    태양광, 태양열, 풍력, 소수력 등으로 발생한 전기를 저장하여 필요한 경우 쓸 수 있도록 하는 기술

미래 우리 농업의 불확실성을 제대로 평가해볼 시기

• 농업분야가 직면하고 있는 에너지 위기는 겨울철 신선농산물의 공급은 물론 곡물, 축산물의 가격안정을 위협하는 요소
  • 우리 농업은 국내총생산(GDP)의 2.2%에 불과할 정도이지만, 국민의 건강과 국가의 안보를 책임지는 중요한 기간산업
    • 농산물의 공급 불안정뿐만 아니라 노령화된 인구, 숙련노동력의 부족을 고려할 때 경영채산성 악화로 인한 생산기반 붕괴도 우려
  • 생산단지 조성, 생산자단체 결성 등은 경영적 측면 뿐 아니라 에너지 이용 효율화 측면에서도 유리하다는 인식이 필요
    • 개별농가단위 생산에서 생산단지 중심의 생산농업으로 이행될 경우 수송에너지 절감, 폐기물 재활용 등이 모두 유리

• 농업의 에너지문제를 농업생산기반 보호, 식량 확보 차원에서 검토하고 해결방법을 모색하는 접근방법이 요구
  • 소(小)수력발전소, 열병합발전소, 지역에 위치한 공장설비 등의 폐열 활용 등을 농업생산과 연계시키는 정책검토도 필요
    • 기업체, 공장의 경우 지역사회 기여 등의 의미에서도 적극적인 참여가 필요하므로 이에 대한 인센티브 부여 등 유도책이 필요
  • 지역의 균형발전, 에너지 공급원 분산 차원에서도 바이오가스 생산단지 등 에너지 생산설비 등의 지자체 유치를 적극적으로 검토
• 현실적인 측면에서는 화석에너지를 이용하는 농가가 신재생에너지 사용으로 전환할 수 있도록 지원하는 유도책이 필요
  • 지자체나 생산자단체 등의 에너지 절감, 에너지 제로(Zero) 단지 조성 등을 촉진할 수 있는 지원정책도 검토

    태양열, 태양광, 바이오가스 생산설비를 통해 생산된 전기에 대한 적극적인 매입, 전기온풍난방기의 신재생에너지설비 교체 지원 등

  • 기업체, 공장의 폐열을 이용할 경우 지역사회 기여를 감안하여 해당업체에 대한 인센티브 부여안 등을 고려

농업에너지 정책은 국가안보차원에서 보는 시각도 필요

• 농업의 에너지문제를 농업생산기반 보호, 식량 확보 차원에서 검토하고 해결방법을 모색하는 접근방법이 요구
  • 소(小)수력발전소, 열병합발전소, 지역에 위치한 공장설비 등의 폐열 활용 등을 농업생산과 연계시키는 정책검토도 필요
    • 기업체, 공장의 경우 지역사회 기여 등의 의미에서도 적극적인 참여가 필요하므로 이에 대한 인센티브 부여 등 유도책이 필요
  • 지역의 균형발전, 에너지 공급원 분산 차원에서도 바이오가스 생산단지 등 에너지 생산설비 등의 지자체 유치를 적극적으로 검토
• 현실적인 측면에서는 화석에너지를 이용하는 농가가 신재생에너지 사용으로 전환할 수 있도록 지원하는 유도책이 필요
  • 지자체나 생산자단체 등의 에너지 절감, 에너지 제로(Zero) 단지 조성 등을 촉진할 수 있는 지원정책도 검토

    태양열, 태양광, 바이오가스 생산설비를 통해 생산된 전기에 대한 적극적인 매입, 전기온풍난방기의 신재생에너지설비 교체 지원 등

  • 기업체, 공장의 폐열을 이용할 경우 지역사회 기여를 감안하여 해당업체에 대한 인센티브 부여안 등을 고려

미래의 다양한 상황을 고려한 R&D가 필요

• 에너지문제는 지역개발과도 밀접하게 연관되는 문제이며, 추후 우리 농업 상황의 급변에 대비하는 측면도 연구대상에 포함하는 것이 필요
  • 유가 급등으로 인한 경영문제, 에너지절감형 생산기술, 지역개발, 신소득작목 발굴, 농외소득 창출을 동시에 고려하는 것이 필요
    • 중장기적으로는 FTA에 의한 농업보조금 철폐로 인한 면세유, 면제 전기 공급이 줄어들거나 상황이 변화할 경우도 대비해야 함
  • 작목별, 지역별 선도농가와 에너지절감 기술에 대한 공동연구를 통해 개발기술의 현장 활용도를 높이는 체계를 구축
    • 농가에서 이용하거나 개발한 에너지절감 기술에 대한 사례조사, 과학적 검증 및 전파를 위한 시스템 구축도 요구
  • 한국에너지기술연구원 등 국책연구기관과의 공동연구를 강화하고 개발기술의 농촌지역 적용모델 연구를 적극적으로 제안할 필요