본 연구는 PO필름과 PE필름을 온실의 피복재로 적용하였을 때 작물 수량 증대 및 에너지 절감에 미치는 영향을 조사하였다. 시험온실은 국립원예특작과학원 시설원예연구소 내에 위치한 단동온실(1-1W) 2동(B21, B23)과 2연동온실(1-2W 형) 2동(B15, B16)을 사용하였다. 단동온실의 규격은 폭 7.2m, 길이 30m, 측고 1.5m, 동고 3.6m 이고, 연동온실의 규격은 폭 8m, 길이 40m, 측고 3.1m, 동고 5.8m의 온실로서 이 중 골조로 된 아치형 표준온실이다. 동절기 시험을 위하여 PO 필름(외피 0.15mm, 내피 0.10mm)을 단동과 연동의 온실 피복재로 사용하였으며 대조구 온실로서 PE필름(외피 0.15mm, 내피 0.10mm)을 단동과 연동에 설치하였다. 시험작물은 완숙토마토 ‘해피니스’를 토양재배 하였고 2019년 12월 3일에 정식하여 2020년 4월 30일까지 재배하였다. 온실내부 야간 설정온도는 15℃를 유지하였으며 주간에는 23∽24℃를 유지할 수 있도록 측창 및 천창을 개방하였다. PO필름의 단동 및 연동온실 내부에서의 일사량, 온습도 등을 측정하였고, 재배 기간 동안의 생육량을 조사하였으며 에너지 절감 효과를 조사 하기 위해 피복재별 시험온실의 온풍난방기 연료 소비량을 조사하였다. 조사 결과 단동온실에서의 일사량은 PO필름 온실 에서 PE필름 온실보다 7% 증가하였고 수확량은 20% 증대되었다. 연동온실에서의 일사량은 PO필름 온실에서 PE필름 온 실보다 11% 증가되었고, 수확량은 9% 증가하였다. 또한 온실내부의 일평균 온습도 측정 결과 단동온실은 PE, PO필름 온실이 19.0℃, 19.1℃, 상대습도 75%를 나타냈고 연동온실 은 PO필름 온실이 19.6℃, 상대습도 57%를 나타냈고 PE필 름 온실이 18.8℃, 상대습도 63%를 나타냈다. 연료 소비량은 단동온실의 PO필름 온실이 PE필름 온실보다 12.4% 절감되 었고 연동온실에서는 PO필름 온실이 PE필름 온실보다 11.5% 절감된 것으로 나타났다.

본 연구에서는 고설 딸기 관부(크라운부) 난방시스템을 전기 온수 보일러, 축열조, 순환 펌프, 관부난방 배관 (백색 연질 PE관, 관경 16mm) 및 온도 제어반으로 구성하였다. 관부(크라운부) 난방의 경우 난방 배관을 딸기 관부에 최대한 밀착될 수 있도록 설치하고 배관 위치를 원예용 고정핀으로 고정하였다. 또한 관부 난방시스템의 에너지 효율을 증진하기 위해 축열조 온수 온도를 20~23oC, 관부 온도를 13~15oC로 관리하였다. 관부난방은 전기 온수보일러를 이용하여 20~23oC의 온수를 축열조에 저장하고 순환펌프를 제어하기 위한 온도 센서를 딸기의 관부에 최대한 근접하여 설치하고 온도를 감지함 으로써 관부(크라운부)를 집중적으로 난방하는 방식이다. 시험 온실의 난방 처리는 공간 난방 4oC + 관부난방(처 리 1), 공간 난방 8oC (대조구), 공간 난방 6oC + 관부 난방(처리 2)로 처리하였다. 각 난방처리는 온실 1동에 딸기를 980주를 심었으며, 재배방법은 표준재배법에 준해서 재배하였다. 난방 에너지 소비에 대한 비교시험은 2017년 11월 8일부터 2018년 3월 30일까지 수행되었다. 소비된 누적 전력량은 등유 사용량으로 환산하였고, 등유 소비량은 공간난방 8oC(대조구)의 경우 1,320L (100%), 공간난방 4oC + 관부난방의 경우 928L(70.3%), 공간난방 6oC + 관부난방의 경우 1,161L (88%)로 계측 되었다. 공간난방 4oC + 관부난방(처리 1) 및 공간난방 6oC + 관부난방(처리 2)은 8oC 공간난방(대조구)에 비해 생육 저하, 수확시기의 지연 등이 없이 비슷하게 딸기 수확이 가능하였으며, 29.7% 및 12%의 난방 에너지가 절감되는 것으로 분석되었다.

본 연구에서는 장미 재배온실을 대상으로 온실 내부의 태양잉여열과 외부의 공기열을 선택적 열원으로 이용하여 온실난방용 온수를 생산할 수 있는 공기 대물 히트 펌프의 설계와 성능시험을 수행하였다. 태양잉여열 이용 축열운전과 외기열 이용 축열운전은 작물의 생육적온을 고려한 온실내부의 설정온도에 따라 자동전환 되도록 설계하였다. 제어반에 12개의 기준온도를 설정함으로써 축열운전 전환, 난방, 환기를 자동제어하며, 태양잉여열-외 기열 선택적 축열운전에서 축열조의 온도는 축열능력과 난방부하에 대응하여 35~52oC로 3단계 변온제어 하였다. 태양잉여열-외기열 선택적 축열에서 태양잉여열 이용 축 열은 전체 시간의 23.1%, 외기열 이용 축열은 30.7%, 히트펌프 휴지시간은 46.2%를 차지하였으며, 난방성능계수는 태양잉여열 이용 축열 시 3.83, 외기열 이용 축열 시 2.77, 전체 3.24로 평가되었다. 비교시험을 위해 축열 조 온도를 50~52oC로 항온제어 하는 조건에서 외기열 단독 이용 축열 시험을 수행하였으며 이때의 난방성능계 수는 2.33으로 분석되었다. 결과적으로 공기 대물 히트 펌프의 열원으로 온실내부 태양잉여열과 외부 공기열을 병용하고, 축열조 온도를 변온제어한 결과 일반적인 외기열 이용 축열운전과 축열조 항온제어에 비해 난방성능 계수가 39% 향상됨을 확인하였다.

본 연구에서는 서로 다른 열전달 특성을 가진 탄소섬유 전기발열체와 경유온풍난방기가 온실 내부의 온습도, 에너지소비, 작물생육 등에 미치는 영향을 분석하기 위해 오이 재배 단동온실에 대한 난방 비교시험을 수행하였다. 전기발열체 온실에서 난방용량이 온실 환경과 난방기 운전에 미치는 영향을 분석하기 위해 온실에 6, 9, 16kW의 전력을 각각 공급한 결과 전기발열체 ON-OFF 주기는 각각 9, 11, 15회로 비례하여 증가하였으며 온실 내부 평균온도는 각각 15.2, 15.3, 15.6oC, 평균상대습도는 84, 81, 76%로 나타나 난방 용량이 클수록 온실내부 온도는 높고, 상대습도는 낮게 나타났다. 또한 6, 9kW 가동 시 하부온도가 상부보다 0.1oC 높았으며 16kW 가동 시는 상부 평균온도가 하부보다 0.2oC 높았다. 전기발 열체와 경유온풍난방기의 비교 시험에서는 난방 시 온실 상부와 하부의 온도차가 전기발열체 온실이 0.1~0.2oC로 경유온풍난방기 온실의 0.5~0.6oC보다 작았으며, 온실 상류와 하류의 온도차는 전기발열체 온실이 0~0.1oC로 경 유온풍난방기 온실의 1.3~1.4oC보다 작아 정밀한 온도관리가 가능하였다. 난방기간 동안 사용한 에너지사용량은 경유온풍난방기 온실이 경유 867L를, 전기발열체 온실이 전력량 8,959kWh를 사용하였으며, 난방비용은 각각 607 천원과 403천원이 소요되어 전기발열체 온실에서 약 34%의 비용절감 효과가 있었다. 전기발열체 온실의 경우 상대적으로 군락 상하부의 환경관리가 균일하여 초장을 비롯한 전반적 생육상황이 경유온풍난방기 온실보다 좋았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었으며, 수확량 역시 전기발열체 온실의 작물군락 하부 온도가 경유온풍 난방기 온실보다 1.3oC 더 높게 관리되어 4.3% 증수효과가 있었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 원예 시설의 최적 난방 관리를 위해서는 각 난방기의 열전달 특성에 기초하여 난방기 용량, 배치, 열분배 방법에 대한 설계가 요구되며, 전열선 형태의 난방기 역시 작물형상 및 재배방법을 고려하여 전열선의 개수, 위치, 방열 온도 등에 대한 설계가 필요한 것으로 판단되었다.

쓰레기 소각장이나 산업체의 폐열을 농업에 활용한 사례는 몇몇 있었다. 그러나 온배수를 농업에 활용한 사례는 전무하였으며, 치어, 종패 등을 양식하는 수산업이 대부분이었다. 본 연구에서는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하는 120 RT 규모의 냉난방시스템을 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 5,280m2 아열대 작물(망고) 재배 온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로 서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다. 본 연구를 계기로 2015년에 해수가 수열에너지 분야로 재생에너지에 포함되었다. 해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다. 그 이유는 온배수도 해수임에도 불구하고 온도가 일반 해수 보다 7~8oC 높아, 일반 해수를 히트펌프의 열원으로 이용하는 것보다 온배수를 열원으로 이용했을 때 히트펌프의 성능이 높기 때문이다. 또한 같은 해 농식품부의 폐열 재이용 시설 지원 사업이 발표되어, 발전소 온배수뿐만 아니라 산업체와 소각장의 폐열을 농업에 활용하면 지원을 받을 수 있게 되었다. 이 사업에 의하여 2015년 당진시, 하동군, 제주시, 곡성군이 선정되었으며, 2016년 태안군, 서귀포시 등이 선정되어, 2016년 말 곡성군과 제주시가 공사를 완료, 농업에 폐열을 활용하고 있으며(제주시는 발전소, 곡성군은 산업체 폐열을 이용하고 있음), 기타 지역은 추진 중이다.

Livestock wastewater has high potential as one of energy resources because this wastewater is including high organic matter. Therefore the studies attempting to bio-gasification and bio-electricity generation using livestock wastewater is being tried. The pre-treatment system used in this study was the purpose to control the ammonia nitrogen in conjunction with the system and the microbial fuel cell. Because ammonia nitrogen is to inhibit the electricity generation efficiency of microbial fuel cell. These studies were to ascertain the effect of oxidants on the nitrogen removal in the pre-treatment system using catalyst and microbubbles to treat the ammonia nitrogen. The three kinds of oxidant such as air, oxygen (O2), and hydrogen peroxide (H2O2) were used to know the ammonia and nitrate nitrogen removal. This system was operated with four kinds of conditions. First method is O2 gas with 100 mL/min with 1ml of 30% H2O2 was supplied to the wastewater. A second method, the O2, with 400 and 1,000 mL/min was supplied through the flow meter before livestock wastewater was flow in the reactor. The last method, air was supplied 800 mL/min. The nitrate removal had no significant difference all conditions except the air supply. On the other hand, the ammonia and nitrate nitrogen removal when oxygen was supplied with 1000 mL O2/min was higher than that of the other conditions. The removal rate when air was supplied 800 mL/min was similar to the value in the supplied with 400 ml O2/min. This result showed that oxidant was important factor to improve the ammonia nitrogen removal rate.

This study was attempted to evaluate the change of microbial community in inoculums, lag, and stationary phase using the community level physiological profiles (CLPP) base on C-substrate utilization. It was to ascertain the characterizing microbial community over time in the enrichment step of microbial fuel cells. Microbial fuel cell is a device that converts chemical energy to electricity with aid of the catalytic reaction of microorganisms using C-substrate included wastewater. Microbial fuel cells enriched by a mixture of anaerobic digestive sludge of the sewage treatment plant and livestock wastewater were used. The current after enrichment was generated about 0.84 ± 0.06 mA. Microbial community in inoculums, lag and stationary phase used amine group, phosphorylated chemical group, and carboxylic acid group (some exclusion). However, phenolic compound did not use by microorganisms in lag and stationary phase. It means that there are not the microorganisms capable of decompose the phenol in microbial fuel cell enriched by livestock wastewater. In case of substrates of amino acid and carbohydrates group, these C-substrates were only used by microorganisms in the stationary phase. It may be that electrochemically active microorganisms (EAM) which we want to know should utilize the better these C-substrates than that of lag phase. This study showed that the electrochemically active bacteria that can be distinguished by electron changes of C-substrate utilization over time could be separated.