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[전문가 기고] 첨단농기계 검정 추진방향 및 해결과제- 한태호 한국농업기술진흥원 농기계검정팀장
첨단농기계 검정 추진방향 및 해결과제
- 한태호 한국농업기술진흥원 농기계검정팀장
 
 
“온실가스 저감·전동형 전환은 시대적 요구”
 
충전시설 확보·배터리 안정성·자율주행 정밀성 기술확보 선행돼야
첨단기술 구현 위한 본기·작업기 제조사간의 기술협력 매우 중요
 

최근 지구촌의 시급한 당면과제는 ‘기후변화 대응’과 기후위기가 몰고 온 ‘식량문제 해결’에 모아지고 있다. 기후변화 대응은 우리 모두가 후손들에게 안정적인 삶을 영위할 수 있는 자연환경을 물려줘야 한다는 거대한 책임이 부여되고 있으며, 지구촌의 인구증가 및 농업인구 감소로 인한 식량부족 문제에 대해서는 첨단기술 융·복합을 통한 식량증산이 불가피한 해결책으로 제시되고 있다. 즉 기후위기의 원인이 되고 있는 온실가스는 줄이면서 농업생산량은 늘려나가야 하는 어려운 문제에 봉착해 있다고 할 수 있다.

 

기후변화 대응과 관련해 우리나라는 2020년 탄소중립선언 후 ‘2030 국가 온실가스 감축목표(NDC)’에 따른 온실가스 감축목표를 UN에 제출한바 있다. 이에 따르면 2030년 온실가스 배출량은 2018년의 72억7600만톤 대비 40% 감축한 43억6600만톤으로 줄이겠다는 목표를 제시하고 있다. 농림축산식품부는 ‘2050 농식품 탄소중립 추진전략’을 수립하고, 2030년의 온실가스 배출량은 1800만톤, 2050년은 1540만톤으로 줄여나간다는 목표를 세우고 있다. 이는 2018년에 배출된 농축산분야 온실가스 배출량 2470만톤과 비교해 각각 27.1%, 37.7% 줄어든 목표치이다.

농업인구 감소와 농촌고령화에 대응한 식량증산을 위한 첨단기술도 속속 도입되고 있다. 농업기계 R&D 기관과 산업체를 중심으로 빅데이터, AI 등 최첨단 ICT 기술을 농업기계에 적용해 사람이 직접 개입하지 않아도 농기계가 스스로 작업 목적 및 상황에 맞춰 자동으로 정밀한 농작업을 완료할 수 있도록 하는 ‘무인 자율작업’을 목표로 한 첨단 농기계 상용화 개발에 나서고 있다.

 

트랙터, 콤바인, 이앙기 등으로 대표되는 농기계산업은 자본·기술 집약적 산업으로 Vehichle 산업(자동차, 건설장비 등)과 동일·유사한 기술발전 단계를 거치고 있다. 우리나라를 포함한 주요국의 ‘차량의 탈 내연기관’ 정책추진에 따라 배출가스가 없는 전기·수소차로 전환하는 추세에 있다. 특히 소형트랙터의 경우에는 당초의 엔진식 트랙터보다 CO2 배출량이 최대 약 70%까지 감소가 가능하다고 보고되고 있어 트랙터를 포함한 전기식 농기계 상용화 연구가 가속화 될 전망이다.

이러한 농기계의 에너지 전환, 첨단화 기조는 1949년 최초로 국내 생산이 이뤄진 석유발동기부터 근 70년간 우리나라의 농업을 이끌어 온 ‘농작업 기계화’에서 한발 더 나아가 배출가스 제로화를 위한 ‘농작업 첨단화’ 서막과 함께 정체된 내수 농기계 시장의 새로운 모티브가 되어 줄 패러다임으로 다가오고 있다.

 

그러나 전기식 농기계의 보급 활성화를 위해서는 필히 선행되어야 하는 조건들이 있다. 그 첫 번째로 전기식 농기계는 충분한 배터리 용량설계와 농가 현장에 충전인프라가 확충되어야 한다.

농업기계의 경우 자동차와 달리 주행속도를 빠르게 할 수 없기 때문에 주행관성 및 회생제동을 통한 자체충전이 기술적으로 어려운 것이 현실이다. 따라서 농업기계 설계 시 배터리 용량선정에 농업기계의 목적과 기능에 적합한 기술적 검토와 용량선정이 중요하며, 1회 완충 시 연속사용이 가능한 시간을 표기해 농업인에게 구매정보로 제공할 필요가 있다. 또한 급속충전시설을 농가에 많이 보급해 전기식 농기계를 사용함에 있어 불편함이 없도록 하는 것이 무엇보다 중요하다.

 

 

두 번째는 장착된 배터리의 기술적 안정성 확보가 필요하다.

농기계의 한정된 공간에 구동용 배터리를 설치해 최대의 배터리 용량을 확보해야 하는 것이 가장 큰 기술적 난제이자 숙제이다. 지금까지의 배터리 기술의 발전 추이를 살펴볼 때 현존하는 배터리 중 에너지 밀도가 높은 리튬이온 계열의 배터리 활용이 주를 이룰 것으로 판단된다. 리튬이온 전지의 경우 당초 니켈카드뮴축전지에 비해 전압은 3배까지 활용할 수 있고, 에너지 밀도는 최대 2배까지 보고되고 있다. 그러나 리튬이온 계열의 배터리는 과방전 시 용량감소가 매우 크고, 과충전 시에는 불안정해져서 충격을 가할 시 폭발할 우려가 있다. 또한 일단 화재가 발생하면 일반적인 방법으로는 진압이 어렵고 배터리가 모두 연소되기 전까지 소화가 어렵다는 단점이 있다.

따라서 리튬이온 계열의 배터리를 장착하는 농업기계의 경우 과충전, 과방전, 충격 등에 의한 폭발로부터 안전하게 설계를 하고, 예측치 못한 화재로 부터 사용자를 보호 할 수 있도록 충분한 시험 및 검사확인을 통한 안정성 확보에 적극적인 관심이 필요하다.

이와 관련해 우리나라 농업기계 검정업무를 총괄하고 있는 한국농업기술진흥원에서는 2025년까지 배터리 안전성시험을 위한 전용시설을 구축하고 농업기계에 장착된 리튬이온 배터리팩의 화재, 폭발 등으로부터의 안전성 시험을 수행할 예정으로 있다. 이를 통해 시중에 공급되는 전동형 농업기계를 농업인이 안심하고 사용할 수 있도록 신뢰성과 안전성 문제를 조기에 확보해 나갈 계획이다.

 

세 번째는 자율주행기능의 정밀한 성능확보가 필수적이다.

농업기계의 경우 자율주행기능의 목적은 목표지점으로의 ‘편안한 이동’이 아닌 정해진 구획으로의 ‘정밀한 작업’에 그 목적이 있다는 점이 자동차와는 궤를 달리한다. 자동차 분야의 자율주행은 이미 수 년간 활용한 네비게인션 시스템과 연계해 안전한 이동을 위한 사물인식, 자동차의 인공지능, 안전 대처능력 등에 포커싱 되어 있다. 그러나 농업기계의 자율주행은 도로가 없는 농경지에서 빈틈없는 최적의 작업경로 생성과 경로추종을 통해 얼마나 정밀하고 정확하게 농작업이 이뤄지느냐가 전제되어야 한다. 특히 이앙기와 같이 일정하고 정밀한 간격의 작업을 요구하는 농업기계의 경우에는 작업품질이 주행경로에 따라 영향을 많이 받기 때문에 자율주행 간 목표경로를 조금이라도 벗어나게 되면 자율주행기능의 목적과 기능을 소실하게 된다.

농업기계의 자율주행성능 신뢰도 향상을 위해 한국농업기술진흥원에서는 자율직진·선회기능의 정밀·정확도 검정과 돌발상황 대비 안전기능 등에 대한 검정인프라 구축이 완료돼 있으며, 기술동향을 고려해 운전자 개입이 최소화된 Autonomous 농업기계 검정인프라 확보에도 최선을 다하고 있다.

 

네 번째는 농업기계 제조회사 간의 기술격차 최소화 및 기술협력이다.

트랙터는 농업기계를 대표로하는 기종으로 전 세계 농기계 시장규모의 절반 이상을 트랙터가 차지한다. 그러나 아이러니하게도 트랙터는 어떠한 농작업도 스스로 수행할 수 없다. 특정 목적의 작업기를 부착해야만 비로서 농업기계로의 역할과 기능이 부여되는 특징을 지닌다. 반대로 부착작업기의 경우에는 자체동력이 없어 스스로 농작업을 수행하지 못하고 트랙터와 연결되었을 때만 특정 목적의 농작업을 수행할 수 있다. 즉 트랙터와 부착작업기는 상호 불가분의 공생관계로 상호 의존성이 매우 높은 농업기계라고 볼 수 있다.

그러나 앞으로 첨단농업 분야에서의 요구되어지는 공생의 결속강도는 더욱 강화되어질 것이다. 첨단농업기술에서 요구되어지는 빅데이터, 사물인식정보, 작업기 상태정보, 트랙터 주행정보 등을 기반으로 트랙터·작업기 간의 정보통신·제어 메커니즘이 정밀농업, 첨단농업 구현에 필수불가결한 요소이기 때문이다.

따라서 첨단농업기술 구현을 위해 트랙터 등의 원동기계 제조사는 자율주행·자율작업 농업기계의 개발방향을 명확히 제시하고, 작업기 제조사는 트랙터와의 정보통신·제어 메커니즘을 수용할 수 있는 기술수준을 목표로 동반기술이 성장발전 할 수 있는 기술제휴 활동을 적극 추진해 나가야 할 것이다.

 

기후변화 대응과 첨단기술 융·복합의 시대를 살아가는 우리들에게 기후위기의 문제는 어느 한 분야에 국한된 숙제는 아닐 것이다. 2013년부터 트랙터, 콤바인에 대해 대기환경 개선을 위한 원동기 배출가스 규제 대상이 된 것처럼 다른 농업기계 또한 기후변화 대응을 위한 온실가스 저감의 숙제가 눈앞에 다가왔다. 온실가스 저감이라는 시대적 흐름과 함께 인공지능(AI), 정보통신기술(ICT), 자율주행기술 등 첨단기술과의 융·복합은 ‘농작업’이라는 목적과 특성에 맞게 농업기계 제조시에 자연스럽게 녹여져 반영돼야 한다.

한국농업기술진흥원 또한 기후변화 대응과 첨단농업기술의 상용화를 위해 농업기계 시험기관으로서 준비해야 할 숙제들을 차근차근 해결해 나가고 있다. 앞으로 우리의 후손이 안정된 삶을 영위 할 수 있는 터전과 유산을 물려줘야 하는 무거운 책임감과 함께 우리 농업발전과 농기계산업 발전의 디딤돌이 될 수 있는 농업기계 시험기관으로서 최선의 노력을 경주하겠다.

 

농축산기계신문  webmaster@alnews.co.kr

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