제주지역 바닷물은 온도가 높아 활용가치가 많지만 이에 대한 연구가 부족한 실정이다.
농학박사이며 전 농업기술원 농업연구관을 역임한 허태현 박사가 제주바다에 널린 열에너지를 적극 활용하자는 연구논문을 최근 발표한 바 있다.
본지는 창간 14주년을 맞아 허태현 박사에게 상세한 내용을 원고로 정리해 달라고 청탁,바닷물 열에너지 활용을 제안하는 내용을 소개하는 것이다. (편집자주)
제주지역 바닷물 열에너지를 적극 활용하자
현재 우리가 주로 사용하고 있는 에너지원은 석유, 천연가스, 석탄과 같은 화석연료이다. 인간의 편리함을 위한 에너지 사용량이 급증하면서 화석연료 연소 과정에서 배출되는 온실가스 증가로 지구의 온도는 가파르게 상승하고 있으며 이에 따른 폭우, 폭설, 돌풍 등 이상 기후 현상과 세계 곳곳에서 해수면 상승 등 다양한 문제들로 몸살을 앓고 있다.
뿐만 아니라 화석연료의 연소 과정에서 배출되는 오염 물질로 인해 대기 중 미세 먼지 농도가 높아져 호흡기 질환을 비롯한 각종 질환을 유발하며 심한 경우 생명을 위협하는 실정이다. 또한 화석 연료는 머지 않아 고갈될 확률이 높기 때문에 안정적으로 사용할 수 있는 신재생에너지 사용이 절실히 요구되는 상황이다. 제주지역은 바람이 많아서 최근 풍력발전 비중이 높아지고 있는 데 바람직한 일이라 생각하면서 필자는 바닷물 열에너지 활용을 제안하고 싶다.
필자는 서귀포시 안덕면 화순리 화력발전소 인근에서 ‘발전소 온배수 열에너지 활용 시설원예 시범사업’을 추진한 바 있다. 기본원리는 25~28℃(겨울철) 온배수에서 히트펌프를 이용하여 45~55℃ 온수를 생산, 팬 코일을 통하여 비닐하우스 온실공기를 냉난방하는 시스템이다.
국립 농업과학원 공동으로 얻은 데이터는 기존 유류난방비 대비 절감율 87%, 히트펌프 시스템의 난방성능계수 4.0 이상이었다. 이와같은 데이터를 바탕으로 산업통상자원부에서는 신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법 시행규칙 개정을 통하여 발전소 온배수와 바닷물 열에너지를 신재생에너지에 포함(’15. 3. 30.) 시켰으며 화력발전소 온배수를 대한민국 6대 에너지 신산업으로 선정하였다.
필자는 개인적으로 이 데이터를 바탕으로 하는 농학박사 학위(발전소 폐열원 열펌프 시스템의 시설원예 적용)을 취득하기도 하였다. 이후 대학과 연구기관이 참여하는 산업통상자원부의 다양한 연구과제를 통하여 바닷물 열에너지 활용 시 냉난방비 절감율은 75% 내외(COP 4.0내외)로 확인하였고, 바닷물 직접 활용 히트펌프 개발(2016년, 온배수IoT융합과제)되었다.
제주특별자치도농업기술원, 제주연구원, 한국수자원공사 공동으로 제주지역 수열에너지 활성화 세미나(2019. 6. 4.)를 개최하였고 제주특별자치도 정책기획관실에서는 제주대학교에 의뢰하여 바닷물 열에너지 활용 가능성에 대한 용역과제(2020년) 보고서를 얻기도 하였다.
제주지역(서귀포) 겨울철 바닷물 표면 평균온도는 1월 16.8℃, 2월 15.9℃로서 육지부 다른 지역과는 비교할 수 없는 좋은 조건이다. 지열과 비교해도 너무 좋은 조건이다. 그동안 바닷물 열에너지 활용사업이 활성화 되지 못한 이유는 겨울철 타도 연안 바닷물 온도는 낮기 때문에 관련 연구와 노력이 이루어지지 않은 까닭이다.
또한 제주지역 내에서도 이러한 담당업무 또는 관련 연구 부서도 없고 또 막연히 어렵게만 생각하기 때문이다. 발전소 온배수 열에너지 활용사업을 수년 동안 추진하면서 필자가 내린 결론은 제주지역 고효율 열에너지 활용 방안으로 바닷물에 답이 있다고 생각한다.
그 이유로 첫째, 제주지역 바닷물은 매우 안정적인 청정에너지로 자원이 무한하며 계절적 변동 예측 및 계획적인 활용이 가능하고 장기 운전에도 COP가 안정적이며 환경에 악영향이 없다. 특히 해양 심층수는 저온 및 항온성을 가진 무한한 해수열 에너지로 10m 지점의 해수 온도는 겨울철 대기 온도에 비해서 12~13℃정도의 높은 온도를 갖고 있어 너무 좋은 열에너지 자원이다.
둘째, 해수열 이용은 지열 · 풍력 · 태양열 시스템보다 설치 비용을 크게 줄일 수 있고 성능이 우수하며 최근에 개발된 바닷물을 직접 활용 가능한 히트펌프를 이용하면 학교, 아파트, 공항 등 다방면으로 저렴하게 활용이 가능하다.
샛째, 바닷물 열에너지를 활용하면 열에너지 비용을 화석연료 대비 70% 정도 절감할 수 있을 뿐만 아니라 정부로부터 절감시킨 탄소배출권을 획득할 수 있으므로 탄소배출권 거래로 부가가치 향상이 가능하다.
열에너지는 일반적으로 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질이 있는데 히트펌프는 반대로 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어 올리는 장치로서 최근에는 히트펌프가 저온의 열원을 고온으로 전달하는 난방장치, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉방장치, 냉난방 겸용장치 등에 다양하게 활용된다.
농업 기술적 측면에서 보면 제주지역에는 4~5천여 ha의 많은 시설하우스 기반을 가지고 있다. 이 시설하우스가 현재 대부분 무가온 또는 보조가온 형태로 운영되고 있는 데, 바닷물 연결이 가능한 곳에서는 저렴하고 친환경적인 해수열 에너지로 냉난방을 하면서 작물의 출하시기를 조절하여 농가 부가가치를 높일 수 있다.
하우스감귤, 망고 등 모든 과일과 식물들은 영양생장 시기를 거쳐 계절 변화에 따라 일장 또는 온도의 영향으로 생식생장으로 전환된다. 현재 난방 위주의 하우스 운영에서 냉방처리로 화아분화 시기를 조절하는 기술 접목이 중요하다.
특히 망고는 식물검역법으로 완숙과 수입이 불가능 하기 때문에 제주에서 해수열을 활용하여 출하시기를 조절하면서 최고로 맛있는 완숙과를 생산하여 고급 소비자에게 제공이 가능하다.
