[태양광, 지구 살리는 기술] ⑦정재학 영남대학교 화학공학부 교수 "영농형 태양광 기반 노지 스마트팜 보급하고파"

현재 국가 MW급 태양광발전 R&BD 실증센터장을 맡고 있는 정재학 영남대학교 화학공학부 교수의 최대 관심사는 '영농형 태양광'이다. 그는 공동화와 빈곤 문제가 빠르게 진행되고 있는 우리나라의 농촌 사회에 대해 심각한 우려를 갖고 있다. 농사를 짓는 인구가 줄어들자 농지는 사라지고, 농사를 짓더라도 수익 보장이 안 돼 도시로 떠나는 농민이 늘어난다는 것. 정 교수는 이 같은 악순환의 고리를 끊기 위해서는 '편한 농사', '돈이 되는 농사'가 필수적이라고 강조했다.

영남대학교 ‘CRC’(Convergence Research Center, 융복합연구센터)관에서 AI타임스 취재진과 만난 정재학 교수는 2시간 넘게 영농형 태양광의 중요성을 설파했다. 농민들이 쪼들리지 않고, 여유롭게 농촌 생활을 할 수 있는 방법이라고 강조했다. 연구 목적에 대해서는 앞으로 제도적 규제들이 완화돼 영농형 태양광이 보급될 경우 농가에 안정적으로 정착할 수 있도록 돕기 위해서라고 밝혔다. 비용은 줄이고 수익은 증대시킬 수 있는 해결책으로 '스마트 솔라 파이프(SSP)', '영농형 태양광 LED농법' 등을 고안하기도 했다. 나아가 영농형 태양광과 스마트팜을 접목한 '노지 스마트팜' 보급이 그의 목표다.

- 영농형 태양광을 언제 처음 접했는지.

"2000년부터 태양광 발전 연구를 본격적으로 시작했다. 연구를 위해 일본을 방문한 적이 있다. 이 때 책을 한 권 찾아냈다. 나가시마 아키라(Nagashima Akira)가 펴낸 '솔라 셰어링'이라는 책이다. 저자는 지난 2008년부터 영농형 태양광 기술을 개발하고 실증하는 과정을 모두 기록해 놨다. 농사를 지으며 태양광 발전을 병행하는 기술을 접했을 때 매우 혁신적이라고 절감했다. 국내에 널리 알려야겠다고 생각했다. 책을 번역해 한국어판을 냈고, 실증 연구까지 이르게 됐다."

- 태양광 발전을 연구하면서, 주변의 인식은 어땠나.

"우리나라의 국토를 살펴보면 산지가 70% 이상 차지하고 있다. 그래서 그동안 태양광 발전시설이 산지에 확산돼왔다. 물론 산을 깎아야 했다. 어쩔 수 없이 산림이 훼손되는 문제가 생긴 것이다. 그렇다보니 시민들 사이에서 태양광 발전을 놓고 부정적인 선입견이 생기게 됐다. 대게 반응은 두 가지로 갈렸다. 태양광을 연구한다고 하면 주변에서는 ‘좋은 일 하시네’라고 지지해주는 반응을 보이는 반면, ‘산림 파괴하는 일을 하시네’라고 느끼는 분도 있다."

"깊이 고민해보니 산림을 파괴하는 일을 해서는 안되겠다고 느꼈다. 이미 개발된 땅에 해야겠다고 생각했다. 그래서 농지를 떠올렸다. '농지가 개발된 땅이냐'라고 의아해 하시는 분도 있을 것이다. 그러나 농토도 본래 자연이었다. 인류가 식량을 얻기 위해 개발해 놓은 땅이다. 그렇다면 농지에서 태양광을 할 수 있는지 의문이 생겼다. 이 와중에 나가시마 아키라의 책을 읽게 됐고, 영농형 태양광이 농지를 살리면서 수익을 증대시키는 모델이라는 것을 알게 됐다. 심지어 잘 운영한다면 특정 품종들은 작물이 오히려 더 잘 자란다는 것을 배웠다."

- 연구를 시작할 영농형 태양광의 인지도가 낮았다. 어려움은 없었나.

"일본에서 공수한 책 한 권만으로 연구를 진행할 수 없었다. 그래서 영농형 태양광을 실증해야겠다고 결심했다. 그러나 영농형 태양광에 대한 인지도는 예상보다 더 낮았다. 공감하는 사람들이 적다보니 연구 자금 확보도 어려웠다. 운 좋게 영농형 태양광을 개발하던 회사의 도움을 받게 됐다. 특히 영농형 태양광에 대한 책을 내고, 동분서주한 덕에 한국동서발전에서 사업 제안을 받게 돼 실증 사업을 진행할 수 있었다."

- 당시 어떤 계획을 세웠었나.

"도움을 받았던 회사들은 상부에서 태양광 발전을 하고, 하부에서 쌀 농사만을 고집했다. 다른 작물을 재배할 엄두를 내지 못하는 상황이었다. 유일한 벼 품종마저도 작황이 60~70%밖에 나오지 않았다고 한다. 거듭된 실험 끝에 90%까지 끌어올렸지만 100%는 올리지 못했다고 전해들었다."

"이에 영남대학교 영농형 태양광 연구팀은 작황 100% 이상을 목표로 해보자고 의기투합했다. 한국동서발전의 지원을 받아 팀을 꾸렸다. 지원 사업의 시한은 2년인데, 1~2년 사이 결과가 안 나올 줄 알았다. 자료도 부족했다. 그런데 첫 작황부터 자체 도입한 기술들의 효과를 받아 생산량 100% 이상의 효과를 얻었다."

- 연구 시 염두에 둔 점은.

"당초 '생산량 증대', '저렴한 설비' 두 마리 토끼를 잡아야 했다. 연구에서 끝날 것이 아니라 실제 농민에게 적용될 모델이기 때문에 설비비용은 낮아져야 하고 식량도 더욱 많이 생산돼야 했다. 특히 현재 관련법, 규제 등 제약이 여러 가지다. 농림축산식품부의 경우 식량 안보를 지키겠다고 주장한다. 그렇다면 현재 알려져 있는 80~90% 작황으로는 영농형 태양광을 보급하기 힘들어 진다는 말이다."

"나가시마 아키라가 주장한 영농형 태양광 표준화 모델이 있는데, 그것을 그대로 가져와 몇몇 그룹들이 시도를 했다. 반면 저를 비롯한 연구팀은 틀 자체를 바꿨다. 생산량도 늘리고, 비용을 낮추는 방식을 시도했다. 저희는 학교 소속으로 연구를 하기 때문에 결과가 좋지 않더라도 자료로 사용할 수 있기 때문에 과감하게 시도했다."

- 영농형 태양광의 농업 생산량 감소는 필연적이라고 알려져 있다. 그런데도 연구 첫 해에 생산량을 100% 달성했다. 비결은 무엇인가.

"연구 중 한 논문을 찾게 됐다. 농업진흥청에서 발견했다. 논문을 살펴보니 LED가 식물 성장에 도움을 준다는 사실을 알게 됐다. 비단 작은 도움이 아니고 많게는 생산량 20%를 증대시키는 수준의 도움을 준다는 것이다. 식물이 싹을 틔울 때, 성장할 때, 열매를 맺을 때, 굵어질 때 각각 작물에 LED 파장이 필요하다는 것이다. 각기 다른 파장들이 존재하는데 식물 성장에 공통적인 것은 660nm(나노미터)의 빛이 이파리가 만든 녹말을 옮겨주는 효소를 활성화시킨다는 것을 알게 됐다."

"이에 첫 번째 연구로 660nm LED 적색광을 설치해서 해가 지자마자 3~6시간 가량 프로그램을 적용했다. 적색광은 PFR(Phytochrome Pigment)을 생성해서 광합성에 의해 만들어진 포도당을 잎에서 열매나 뿌리로 이동시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 이를 통해 백색광보다 25~50배 적은 광량으로 증산 효과를 보게 됐다."

"특히 태양광 모듈을 쓰면 한곳에 너무 많은 물이 떨어진다. 그래서 그것을 해결해야 했다. 물을 떨어지지 않게 모아서 가뭄일 때 뿌려주는 시스템을 착안했다. 그래서 물을 집수하는 스프링클러와 닥트, 펌프시스템을 설치해 물을 적시적기에 사용할 수 있게 됐다. 친환경 빗물 순환 이용기술로 갈수기를 극복했다."

- 태양광 모듈도 일반적인 발전 시설과 다르다던데.

"모듈이 여타 태양광 시설과 다르다. 이는 가격을 절감시키기 위해서 특수 제작한 모듈이다. 특수모듈, 즉 협소형인 길게 생긴 모듈을 써야한다. 셀 2개에다 10줄로 구축하는 모델인데, 연구를 위해 따로 만들어야 되기 때문에 비쌌다. 또 하부에서는 농사를 지어야 하기 때문에 3~5M 높이로 구축해야 한다. 기둥도 더 견고해야 한다. 개수도 많아야 한다. 철골 구조물도 많이 들어가기 때문에 돈이 많이 들어간다. 비용을 줄이기 위해서는 값싼 모듈을 쓸 수밖에 없었다."

"일반 농가에 보급하는 것을 목표로 개발 중이기 때문에 최대한 저렴하게 구축하는 방향으로 연구를 진행했다. 부품을 줄여야 한다. 가격은 싸게 하기 위해 큰 상용화 모듈을 쓰면서, 높이 세우는 '스마트 솔라 파이프(SSP)'시스템을 적용했다. 영농형 태양광 설비 전문회사 '모든솔라'가 제작했는데, 그 기술은 부품수가 줄어들면서 값싼 파이프라인을 쓰기 때문에 경제적으로 큰 도움을 줬다."

- 영농형 태양광 기반 '新농법'이 식량 안보에 대한 우려의 시각을 종식시킬 수 있나.

"충분하다. 이미 저희 데이터를 박정 국회의원 등 여러 국회의원들이 활용 중이다. 농식품부도 관심을 갖고 있는 것으로 알고 있다. 이는 식량 안보에 대한 문제도 충분히 해결하는 대안이 된다는 뜻이 아닐까 생각된다."

- 영남대학교가 개발하는 모델은 LED, 스프링클러 등 새로운 시설이 추가 설치돼야 하는데 수지 타산이 맞느냐는 우려도 있다.

"일반적인 영농형 태양광이 아니라, 부대적인 시설이 더 들어가야 하기 때문에 경제성을 입증해야 하는 과제가 있다. 현실적 관점에서 보면 태양광시설은 감가상각이 존재한다. 태양광 시설 수명 대비 농업 소출이 증가되는 양을 따져봤을 때 경제성이 명백히 입증돼야 한다."

"그래서 처음 연구할 때는 일반적인 LED를 썼다가 최근에는 동일한 효과를 내면서 가격은 저럼한 LED가 있을까, 다른 방법이 있을지 지속적으로 경제성 연구를 하고 있다. 반면 물순환 시스템의 경우 굉장히 저렴하다. 기와집 처마와 같은 닥트 시스템을 일반 가게에 의뢰했는데 가격이 굉장히 저렴했다."

"물을 집수하는 스프링클러와 닥트, 펌프시스템을 통해 50kW에 설치했는데, 400만원도 채 들지 않았다. 이처럼 양산, 적용이 된 물건들을 적절히 쓰게 되면 비용 부담이 들지 않고 설치할 수 있다는 사실도 알게 됐다. 농민들에게 기술이 이전되었을 때 부담 없이 핵심 기술들을 이용할 수 있도록 연구하고자 한다."

- 영농형 태양광 보급에 대한 전망은.

"영농형 태양광의 성공여부는 수용하는 농가들의 인식에 달렸다. 저는 일단 수용하기만 하면 소득은 된다고 보고 있다. 예기치 못한 천재지변이 일어나 시스템이 망가지지만 않는다면 20년 동안 농가의 큰 소득원이 될 것이라 믿고 있다. 보급됐을 때 문제는 고장나거나 운용을 할 때 특이사항이 발생하면, 이를 해소하기 힘들다는 점이다."

"그래서 연구팀이 농민 공동체 표준화 시스템을 만들고, 매뉴얼을 만들고 보급하는데 힘을 쓰고자 한다. 영남대형 모델은 작황의 소출이 15%~20% 더 나오게 하기 때문에 경제성이 충분하다. 또 영농형과 LED 농법에 잘 맞는 작물에 대한 연구가 진행 중이다. 영농형에 알맞는 고소득 작물에 대한 연구를 꾸준히 진행해 보급하는 단계에서 큰 도움을 주고 싶다."

- 영농형 태양광과 스마트팜을 접목하려는 연구도 진행 중이라는데.

"현재 스마트팜은 비닐하우스에서 온도, 습도를 조절하는 설비가 대다수다. 그러나 이는 구축 비용이 막대하다. 농민들의 접근이 어렵다는 게 문제다. 대자본이 들어오지 않고는 할 수 없는 상황이다. 그래서 저는 영농형 태양광에다 스마트팜을 접목시키기 위해 연구 중이다. 영농형 태양광 기반 스마트팜을 구현해 완전 자동화와 스마트화를 구현하기 위해 애쓰는 중이다."

"LED, 물순환 시스템이 있기 때문에 적기에 수확을 하고, 제때 양액, 비료를 주는 등 수월하게 프로그램화 할 수 있다. 기존 LED 등 프로그램에 수식 하나를 얹는 간단한 수준이다. 자동화하게 되면 농민들이 주기적으로 이행하는 고된 일들을 기계가 자동으로 해줄 수 있다. 또한 데이터를 스마트팜 앱으로 전송을 해주면서, 업무들의 시기를 알려줄 수 있기 때문에 농민들도 굉장히 편리하게 농사를 지을 수 있다."

- 지붕이 없는 일반 노지에다 스마트팜을 한다는 것인지.

"영농형 태양광 패널이 지붕 역할을 하는 셈이다. 영농형 태양광은 프레임이 세워져 있고, 간격이 정확하다. 쉽게 말해 프레임에 전자테그(RFID)를 설치해서 넘버링대로 트랙터가 넘버링따라 움직이는 자동화할 수 있다. 가장 간단한 유형이다. 태양광 설비 프레임이 있기 때문에 이를 이용해서 약식의 하우스를 만들 수 있다."

"작물이 비닐하우스 내에서 잘 자라는 작물의 경우에는 그러한 시스템을 맞춰 도입할 수 있다. 스프링클러가 이미 들어가 있지 않나. 고가 스마트팜 시스템의 80% 정도를 구현할 수 있는 준비는 됐다. 그것도 아주 저가로 말이다. 결국은 스마트팜도 농민이 수용할 수 있는 스마트팜이어야 한다. 그래서 영농형 태양광 기반 노지형 스마트팜을 구현하는 것이 최종 목표다."

- 영농형 태양광 기반 노지 스마트팜이 실현된다면 농가 소득·생산량 증대에 도움이 될까.

"도움이 많이 될 것이다. 최근 몇 년간 베이비부머 시대(1955~1963年 출생자) 은퇴자가 늘어났다. 은퇴하신 분들이 프랜차이즈 가게를 열고 있다. 그런데 언론보도를 통해 보니 코로나19 여파로 은퇴자 분들이 매우 힘들다는 소식을 접했다. 만약 이런 분들이 농사에 경험이 없어도 한번 도전해 볼 수 있는, 귀농을 해서 농사를 지으면서 소득을 올릴 수 있는 기회가 주어지면 얼마나 좋겠나. 저희가 그리는 스마트팜은 초기에는 어렵게 보이지만, 1~2년만 운영해보면 굉장히 간단하게 습득할 수 있는 모델이다."

"더불어 작물 재배 부분만 도움을 얻으면 소출하는데 용이할 것이다. 또 인터넷 판매와 연계해서 본인이 수확해서 그 자리에서 상품을 판매하는 부분까지 연결될 것 같다. 이러한 농가들이 많아지면, 동네 분들이 함께 계획 농장을 만드는 것까지 계획하고 있다. 농업 법인을 만들어 작황도 논의하고, 함께 품종을 정하고, 공동 소출 시스템으로 밟아 나가면 농촌의 미래가 더 밝지 않을까 생각된다. 나아가 청년들도 오고, 아이를 낳고, 기르고, 인구 분산 효과와 국토의 효율적 이용에도 기여를 할 것이다."

- 일본 등 영농형 태양광을 먼저 도입한 국가들과 비교해 영남대의 기술력을 평가한다면.

"애초 영농형 태양광은 일본이 가장 앞서 연구를 했다. 현재 일본은 관련 법안이 통과되어 세부적으로 발전 방향을 논의하고 있다. 특히 3년에 한번씩 작황을 분석해서 80% 이하가 되면 발전사업자 취소를 하는 등 법안 등에 대해 논의 중이다. 어떻게 전기를 쓰고, 어떻게 집어넣느냐 등 제도적인 부분은 일본을 벤치마킹하는 수준이다."

"그러나 농사를 어떻게 하면 잘 지을 수 있나, 나아가 스마트팜과 연계하는 기술력 등은 영남대가 앞서있다고 평가한다. 심지어 영남대 연구팀의 설비·시공 파트를 맡고 있는 모든솔라의 기술을 일본 측에서 구매하는 일도 있었다. 늦게 출발했지만, 되레 수출까지 하는 성과를 거둔 셈이다. 연구 개발 분야는 앞서 있는 것으로 판단되고, 영농형 태양전지로 사업 컨퍼런스를 규격화해서 만든 것은 유럽 다음이라고 본다. 늦었지만 기술적으로 많이 따라갔다고 생각한다."

- 앞으로 계획이 있다면.

"사실 제가 농업을 하게 될지 꿈에도 몰랐다. 정말 좋은 팀을 만나서 최근 연구하는 것이 너무 재밌다. 새로운 것을 배우는 즐거움을 다시금 깨닫는다. 제 꿈은 농민들에게 영남대가 만든 시스템을 보급하는 것과 더 나아가 영농형 태양광 기반 노지 스마트팜을 전파하고 실제 농업으로 이어지게 하고 싶다."

- 마지막으로 한 말씀.

"영농형 태양광이 늦게나마 관심을 받고 있다. 관련 법 개정안이 발의되자 논란이 이어지고 있다. 당연히 거쳐야 하는 과정이다. 그러나 이를 정치적으로 정쟁화하지 않았으면 좋겠다. 농민들의 삶이 달린 문제를 가지고 진영논리에 빠지면 안 된다고 생각한다."

AI타임스 유형동 기자 yhd@aitimes.com