신재생에너지로 여는 스마트 무탄소 농업… 기계연, ‘온실 3중 열병합발전 시스템’ 첫 실증

농업 분야의 에너지 자립과 탄소 저감을 동시에 실현할 수 있는 신재생에너지 기반 복합 열원 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존 온실 시스템 대비 운영비는 36.5%, 이산화탄소 배출량은 58.1% 감소한 것으로 확인돼 농업 에너지 혁신에 새로운 가능성을 열었다.


한국기계연구원 미래농생명공학연구단과 무탄소발전연구실 연구팀은 수소연료전지, 태양열, 히트펌프, 흡착식 냉동기를 통합한 ‘온실 3중 열병합발전 시스템’을 세계 최초로 개발하고, 이를 전주시 국립농업과학원 내 200평 규모 스마트 온실에 적용해 6개월 이상 안정적인 토마토 재배에 성공했다.

이 시스템은 R&D 중심으로 활용돼 온 연료전지 기술을 농업 분야로 확장한 최초 사례다. 주간에는 태양열을 활용하고, 야간이나 일사량이 부족할 때는 연료전지와 히트펌프를 병용해 계절과 시간대별로 냉난방과 전력 에너지를 효율적으로 공급한다.


특히 다중 열원 기반 통합제어 기술로 에너지원 상호 의존성을 줄이고, 효율적 출력 조절이 가능한 연료전지와 공기열원 히트펌프, 태양열 집열기, 저온 운전이 가능한 흡착식 냉동기 등이 결합된 구조가 특징이다. 생산된 냉열은 30t급 축열조에 저장해 온실에 공급하는 방식으로 에너지 흐름을 최적화했다.


온실용 기존 히트펌프 대비 탄소배출을 절반 이하로 줄였을 뿐 아니라, 발전된 전기를 온실에서 직접 활용해 경제성도 확보했다.

기계연 이상민 단장은 “수소 연료전지와 신재생에너지 복합열원을 스마트팜에 적용한 세계 첫 사례로, 냉난방 수요 변동성이 큰 국내 농업 환경에 최적화된 기술”이라며 “농업 분야의 에너지 자립과 무탄소 농업 확산에 기여할 것”이라고 말했다.


이번 기술은 농촌진흥청, 스마트팜연구개발사업단과 협력으로 추진된 그린수소 기반 농업시설 에너지 공급 실증 사업의 일환으로 개발됐다. 기계연은 지난 2월 설치한 미래농생명공학연구단을 통해 농생명 분야의 에너지·자원 기술 및 디지털 전환(DX) 기반 연구를 확대하고 있다.