산업 또는 상업현장에서 활용되지 않고 버려지는 에너지를 사용하는 동시에 높은 에너지효율의 핵심 자재와 기술들을 적용해 에너지절감 성능이 우수한 식물공장 기술을 개발하고 실증까지 추진하는 프로젝트가 진행된다.
한국에너지기술평가원은 2024년도 에너지기술개발사업 신규연구개발과제로 ‘미활용에너지활용 에너지절감형 식물공장 시스템 개발 및 실증’ 과제사업을 공고했다.
식물공장은 다층 재배구조 형태의 밀식재배로 운영되므로 수직방향의 유동·환경 균일화가 중요하며 에너지절감을 위한 미활용에너지활용 고정밀 공조기술을 개발해야한다.
2021년 기준 건물형 수직농장과 컨테이너형 수직농장 시장규모는 각각 28억달러, 4억달러로 총 32억달러 규모이며 2026년엔 97억 달러로 25%의 높은 연평균성장률이 예상된다.
기술개발방향은 크게 에너지활용 및 식물공장 표준모델 개발과 고효율 식물공장 설비 및 시스템 설계기술 확보로 나뉜다.
에너지 다소비시설인 식물공장의 에너지 고효율화기술 개발 및 에너지활용 식물공장시스템 건물실증을 통한 식물공장 표준모델 개발의 구체적 연구과제는 △광합성 효율이 높으면서 발열이 낮은 고출력 LED 개발 및 균일한 광원배치 설계 △난방과 더불어 LED 조명의 발열로 인해 냉방기능을 고효율로 구현 △수직농장 작물의 효율적인 생산을 위해 CO2 공급 △작물의 증산작용 습도관리·제습, 초기 재배기간 가습기술 적용 △다층 재배구조의 밀식재배 특성에 맞춘 공기유동 및 조명설계 기술개발 등이다.
산업폐열 및 배가스 활용 등 미활용에너지 기반의 식물공장 에너지시스템을 개발하고 고효율 식물공장 전용 기기, 설비 및 시스템 설계기술 확보를 위해서는 △식물공장 야간에 주간 설정(LED 가동) 운전기능 포함 △ 폐열흡수식 냉방, 제습기 재생열원 등에 활용 및 배가스를 이용해 CO2 시비에 활용 △상시 가동하는 에너지생산분을 저장단계 없이 야간에 활용하는 수단 등 시스템 효율향상을 위한 기술적용 연구가 필요하다.
총괄과제는 ‘미활용에너지활용 에너지절감형 식물공장시스템 개발 및 실증’으로 3가지 세부과제로 나뉘며 1세부가 총괄과제 역할을 수행하는 체계다.
‘저탄소 식물공장 시스템 설계기술 표준화 및 건물 실증’을 담당하는 1세부는 △미활용에너지 활용 및 고효율 기기 제어전략 적용 통합 에너지관리시스템 플랫폼 개발 △식물공장 수요 기반 최적 패키지(광원, 공조, 재배)시스템 표준 설계기술 개발 △식물공장 핵심요소기술 및 에너지성능평가 표준화(안) 개발 △미활용에너지 활용 식물공장시스템 다중사업화 모델 개발 △맞춤형 최적환경 조성을 위한 공조기기, 터미널 설계‧배치기술 개발 △식물공장 실증 추진 등 과제를 수행한다.
2세부는 ‘고효율 에너지 식물공장 핵심요소 기술 개발’을 담당해 △식물공장 에너지부하(조명, 냉난방, 제습, 환기) 분석 △초고효율(저발열) 식물공장 전용 LED 광원장치 개발 △LED 발열 냉각 및 열회수기술 개발 △미활용열이용 냉방 및 제습기술 개발 △식물공장 전용 고효율 공조기기(냉방·제습·환기 등) 개발 △계절별‧작물별 냉방·제습·환기 등 공조기기 에너지절감 최적제어기술 개발 △식물공장 적용 LED 광원 및 공조기기 에너지효율 기준 도출 등 과제를 진행한다.
3세부는 ‘미활용에너지 활용 식물공장 에너지 공급기술 개발’을 담당해 △미활용에너지 이용 식물공장 사례분석 및 식물공장 연계 방안 도출 △미활용에너지 회수·저장·이송 기술 개발 △식물공장 연계 미활용에너지 공급 인프라 구축 기술 개발 △다양한 특성(식물공장 내·외부, 온도대, 열규모 등)을 갖는 미활용에너지 식물공장 공급기술 개발 △수요기반 계절별‧작물별 미활용에너지 공급 최적제어 및 운영기술 개발 △식물공장 미활용에너지 활용비율 기준도출 등 과제를 진행한다.
이번 과제는 57개월간 진행되며 총 정부지원 연구개발비는 185억원으로 1차연도에 40억원 내외가 지원된다. 초기 3년간 1단계로 110억원 이후 2년간 75억원이 지원될 예정이다. 주관 연구개발기관은 기업으로서 중소‧중견기업의 참여가 필수사항이다.
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