저탄소 녹색성장에 대한 국가적인 비전 제시로 축산부문에서도 지열에너지 등 대체에너지 이용 확대를 위한 녹색기술의 적용이 필요한 시기이다. 특히 양계농장은 에너지 소비량이 많아 저비용 녹색에너지 기술보급이 시급하다. 5만수 육계농가 연료비는 연간 3,550만원이 소요되며 연간 전체 농가를 따졌을 때는 852억 원이나 된다.
빛은 닭의 시신경과 두개골을 투과한 후 뇌하수체 전엽을 자극하여 성호르몬의 분비를 조절하며 이를 통해서 비로소 산란을 하게 되어 산란계에 있어서의 빛은 매우 중요하다. 닭은 광환경에 따라 성성숙과 산란이 지연되거나 촉진되는데 이때 중요한 요소는 빛의 파장, 빛의 강도, 점등시간 이라고 할 수 있다. 우리나라 자연일조시간은 약 9~15 시간 사이에서 매일 변화하기 때문에 닭은 일정시기에만 계절산란을 하게 되므로 산업화가 되면서 연중 산란을 위한 점등기술이 도입되어 활용하고 있다.
현재 5만수 규모의 양계장에서는 백열전구를 이용하여 연간 70,000 kwh 전력을 소비하고 있는데, 백열전구는 전구수명이 평균 5천 시간으로서 LED의 1/15 정도로 짧고 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 효율이 5% 정도로 매우 낮아 세계적으로 생산중단 예정(EU : 2012, 한국 : 2013, 호주 : 2014년)이므로 기존의 백열전구를 대체하는 LED 사용의 필요성이 대두되고 있다.
또한 백열전구 점등을 실시하는 대부분 농가에서 조도 불균형이라는 문제점도 나타나고 있다. 형광등은 가시광선 변환효율이 약 21% 수준이라 전기에너지 효율이 백열전구에 비해 높지만, 21~27℃에서 가장 밝고 -1.1~-4.4℃에서는 광도가 60% 감소되는 특징으로 온도에 따라 광도가 변화하므로 계사의 점등광원으로 적당하지 않다. 또한 형광등은 수은을 함유하고 있어 환경오염의 문제점을 갖고 있다.
▲ 백열전구 점등장면
<도표1> 백열전구 거리에 따른 조도 변화
새로운 광원, LED란?
LED는 Light Emitting Diode의 머리글자로 발광다이오드를 뜻하며 전기신호가 전달되면 빛을 발산하고 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상을 낼 수 있다. 현재 LED는 전력소비가 적고, 반영구적 수명, 환경친화성의 장점을 지니고 있어 많은 분야에서 이용되고 있다. 방출하는 빛의 종류에 따라 가시광선 LED, 적외선 LED, 자외선 LED으로 구분되며, 이들 중 가시광선 LED는 전체 LED 시장의 90~95%를 차지하고, 적색, 녹색, 청색, 백색 LED 등이 있다. 아직까지 축산분야에서 LED 활용연구는 초기단계이며 국립축산과학원에서는 LED를 닭의 점등광원으로써 이용 가능성을 알아보고자 연구가 수행되고 있으며 계절별 일조시간과 자동으로 연동되고 일령별 점등시간을 자동으로 조절해주는 LED점등장치와 제어기를 개발하였다. LED는 기존 광원에 비해 전기에너지를 감소 시키고 다양한 색상을 구현할 수 있다는 점을 이용하여 닭에 맞는 파장을 선택하여 생산성을 향상시키며 자동점등으로 노동력감소 및 생산비 감소를 기대할 수 있다.
표1. 기존 조명과 LED의 특징 비교
LED 점등이 산란계에 미치는 영향
백열전구의 문제점을 해결하고 에너지 절감과 생산성 향상을 기대할 수 있는 LED를 점등광원으로 이용하여 산란계에 미치는 효과를 알아보기 위한시험은수행되었다. 20lux로빛의세기를조절한 무창계사에서 백색, 청색, 황색, 녹색, 적색의 LED 점등과 기존의 점등방식인 백열전구 점등을 비교하였다. 산란계를 이용하여 14주령부터 59주령까지 시험을 수행하였다. 시험결과 적색 LED 점등시 다른 점등조건에 비해 산란유기성이 좋아 초기 산란율이 높았으며, 청색LED는 산란 지속성이 좋았다. 59주 기준 헨하우스 산란수는 적색LED 점등시 산란계들에서 백열전구의 점등에 비해 7.8% 증가하였다. 또한 LED 점등은 백열전구 점등에 비해 80%의 점등전력 소모도 줄일 수 있다.
또한, 백열전구와 백색 계열(전구색, 주광색) LED전구를 이용하여 점등효과 시험을 실시하였다. 조사결과, 백열전구와 유사한 파장대(색 온도)의 전구색 LED 전구가 백열전구와 비슷한 산란율을 보였으며, 다른 파장대인 주광색의 점등시에는 산란율이 다소 낮아지는 경향을 확인하였다. 그리고 평균 난중, 난각강도 등 계란 품질은 백열전구와 주광색, 전구색 LED 전구에 따른 차이는 보이지 않았다.
▲ 농진청 개발 LED 점등장치와 제어기
▲ 소켓형 가정용 LED 전구
LED 점등장치 보급사업
지식경제부는 2010년도에 양계농가의 백열전구 퇴출을 위한 LED 보급 사업에 올해 30억 원을 산란계농가와 육계농가에 지원하였으며 앞으로도 몇 년간 지원 사업을 지속할 예정이다. 농가에 지원되는 전구는 고효율 인증된 전구색 LED 램프 제품으로 농가당 최대 2,000만원 한도 내에서 지원하고 있다.
지열을 이용한 계사 난방 기술 개발
국립축산과학원은 국제유가 상승으로 어려움을 겪고 있는 양계농가의 어려움을 해결하기 위해 지열을 이용한 난방기술을 개발하였다. 이번에 실증시험을 거친 지열난방장치는 신재생에너지인 지열을 이용하여 지구표면의 무한한 열을 난방에 이용하는 기술로서 국립축산과학원에서 개발하여 특허출원을 완료하였다.
▲ 시설 전경
특히 지하수에 저장된 열을 이용하며 12~25℃의 열을 히트펌프에서 변환하여 여름철에는 10~15℃로 낮추어 냉방에, 겨울철에는 45~50℃로 가온하여 난방에 이용한다. 실증시험시설은 300평 육계 무창계사에 수직개방형(SCW, Standing Column Well) 지열난방시스템을 설치하였으며 열원인 지하수를 끌어올리기 위하여 깊이 450m 관정 2공을 뚫어 지하수를 끌어 올린 후 히트펌프에서 열 교환 후 사용한 지하수는 다시 지하로 보내 재순환하여 지하수의 고갈 없이 난방에 이용할 수 있다. 본 시설을 이용하여 외부기온이 영하 10.8℃인 한 겨울에도 계사 내부온도를 주령에 따라 33.6~22.7℃까지 맞출 수 있었다.
▲ 히트펌프
이로써 관행난방계사에 비하여 연료비를 절감하고 계사 내부 유해가스 농도도 감소되었으며 출하체중은 개선되었다. 50,000수(2,691㎡)의 무창 육계사 기준으로 연간 관행난방시 27,382ℓ의 경유가 소요되었으나 지열난방은 5,428ℓ의 연료를 소모하여 80%의 연료를 절감 하였다. 특히 관행난방은 저온기에 계사를 밀폐시키고 환기량을 최소화하여 이산화탄소농도가 증가하고 암모니아가스 농도가 높았다.
그러나 계사 지열난방 시스템은 연료비 걱정이 없어 신선한 공기를 지속적으로 계사안으로 송풍함으로써 계사내부의 환경을 좋게 하였으며 이로 인하여 암모니아가스, 이산화탄소 등 유해가스 농도는 30~40% 감소하였다. 이렇게 유해가스 농도가 낮아지면서 출하체중도 좋아져 관행난방 5주령시 1.9kg, 6주령시 2.38kg인데 비하여 지열난방 계사는 5주령 2.0kg, 6주령 2.5kg으로 5%의 증체 개선효과가 있었다.
▲ 계사내부 덕트
<도표2> 지열 난방시 닭의 출하체중 향상 효과
지열을 이용한 축사 난방장치 설치 지원사업
2009년부터 지경부에서 시설원예를 대상으로 지열 에너지 보급 사업을 추진하였으며 2010년도에는 농식품부 채소특작과에서 이관 받아 2,000억 원의 예산으로 보급 사업을 추진하였다. 2011년부터는 시설원예는 물론 양돈, 양계, 오리 농가와, 수산분야로 지열에너지 보급 사업을 확대하기로 하였다. 2011년도에 축산분야 지열난방보급사업에 투입되는 예산은 총 200억으로 국비 120억, 지방비 40억, 자부담 40억이며보조율은 80%이고 자부담이 20%이다.
○ 지원대상 : 양돈업, 닭(오리) 사육업, 종축업 등록한 자
- 돼지 1,000두, 닭 30,000수, 오리 5,000수 이상 사육농가
○ 축산농가의 지원 대상 시설 및 시설수준
- 양돈분야는무창형의분만돈사, 임신돈사등
- 양계(오리)분야는 무창형의 육계사, 산란 계사 등
○ 지원금액 : 대상 시설에 대하여 부하량 산정 후 시설용량에 따라 지원
○ 무창계사·돈사·오리사 판넬구조의 단열 시설 최소 두께 50mm 이상