환경 문제 심화

지속적인 환경 문제로 한반도의 연평균 기온은 1980년대 이후로 지속적으로 증가하고 있으며, 연평균 기온은 21세기말에는 2~4℃ 이상 높아질 것으로 예측하고 있다.

전세계적으로 이러한 환경 문제를 해결하기 위하여 전 산업분야에서 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 노력하고 있다. 미국과 유럽연합 등은 대기오염 방지를 위해 2035년 이후 내연기관 차량의 판매 금지를 추진하면서, 그 이전까지의 마지막 배출가스 기준을 발표했다. 2021년 8월 미국 승용차의 최대 시장인 캘리포니아주는 CARB ACCⅡ(Advanced Clean Cars Ⅱ) 규정을 도입하며 2026년 이후 신규 차량에 대한 더욱 강화된 승용차 배출가스 기준(LEV Ⅳ) 도입을 추진하고 있으며, 이 기준이 도입되면 2026년부터 2040년까지 캘리포니아에서 약 69,900톤의 질소산화물(NOx)과 4,500톤의 입자상 물질(PM2.5)이 감소될 것으로 전망된다.

또한, 2021년 11월 유럽연합 집행위(European Commission, EC)는 2025년부터 적용되는 강화된 승용차 배출가스 기준(Euro 7)을 제안하며, 기존 배출가스 규제에 비해 승용차와 밴 등 경량 차량의 질소산화물 배출량을 35%, 버스와 트럭 등 대형 차량은 56%까지 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

2021년 우리 정부는 승용차 온실가스 배출량 기준을 97 g/km에서 2030년 70 g/km로 단계적으로 강화하는 기준을 확정하였다. 환경부는 초미세먼지 등 대기오염물질 저감을 위해 운행 경유차의 검사기준을 개정한 “대기환경보전법 시행규칙”을 시행하며, 수도권에 등록된 중소형 경유차를 대상으로 실시하고 있는 질소산화물 검사가 화물차 등 대형 경유차로 확대된다고 하였다.

친환경 전기 농기계 필요성 대두

농업 인구 감소와 농촌 노동력 고령화 등으로 인하여 농업은 기계화 및 대형화로 발전하고 있으며, 이에 따라 농기계 부문의 대기오염물질 배출량은 필연적으로 증가할 수밖에 없다. 또한, 국립환경과학원에 의하면, 2017년을 기준으로 배출원 중분류별 PM 배출량은 농업·건설장비의 배출량이 비도로이동오염원 배출원 중 28.9%를 차지하고 있어, 대기오염 기여도가 매우 높다. 이에 따라, 농기계 부문에 대한 배기가스 저감 노력이 절실한 시점이라고 할 수 있다.

2017년까지 5년간 트랙터와 콤바인 등의 중대형 기종의 융자 공급실적은 2013년 26.7%에서 2017년 29.6%로 약 3%p 상승했으며, 이앙기와 관리기 등의 중소형 기종의 융자 공급실적은 12.1%에서 15.4%로 약 3%p 상승하였다. 주요 농기계인 트랙터와 콤바인의 소형 기종은 공급대수 비율이 지속적으로 감소하고 있는 반면, 대형 기종은 2020년 기준 61.9% (대형 트랙터)와 86.2% (5조 이상 콤바인)로 비율이 가파르게 증가하고 있는 현실이다.

농기계 수출 측면에서, 2019년 기준 트랙터의 수출액은 약 640백만 달러에 달하여 농기계 수출 물량의 56.6%를 차지하였으며, 국가별로는 미국으로 수출한 물량이 약 605백만 달러로 전체 수출액 중 53.3%를 차지하며 절대적인 물량을 차지하고 있어, 해외 시장 진출을 위해서는 친환경 전기 농기계의 개발과 원천 기술확보가 필요하다.

John Deere, CNH, Fendt 등의 해외 주요 선진사들을 전기 농기계 개발에 박차를 가하고 있으며, 일부 제품은 상용화하여 이미 보급하고 있다. 또한 전기 구동 기술은 스마트 기술과 연계하면 시너지가 가능한 기술로 해외 선진사에서는 전동·자율주행 요소 기술과 농업용 스마트 플랫폼 기술 개발에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. CNH는 2019년 농기계 및 농장관리를 연계한 영농 시스템(Agricultural Farming Solutions, AFS)을 개발하여 정밀파종, 경운 및 방제 등의 변량 작업에 관한 기술을 개발하고 있다. 또한, John Deere는 새로운 컨셉의 B Series 트랙터를 선보였으며, 이는 전기 구동방식의 트랙터로 자율주행 기능이 탑재되어 날씨와 토양에 대한 데이터를 수집하고 작물 종류와 토양의 상태에 따라 다양한 변량 작업이 가능하게 하였다.

국내에서는 대동, LS엠트론, TYM 등 트랙터 완성차 기업을 중심으로 주로 20 kW급의 소형 트랙터가 개발된 사례가 있으나 아직까지 상용화된 사례는 없다. 전기 농기계의 핵심기술은 크게 플랫폼 설계 기술, 전기 동력전달 시스템 설계 기술, 전기 동력 관리 및 제어 기술로 구분할 수 있다.

기존 내연기관 농기계는 엔진 및 변속기 장착에 적합한 플랫폼 구조이며, 이와 반대로 전기 농기계는 작업 시간 확보를 위한 배터리 장착이 용이해야 하므로 이에 적합한 플랫폼 설계 기술 개발이 필요한 실정이다. 또한, 기존의 농기계는 기어식 변속기를 적용하고 있는 반면, 전기 농기계는 전기 모터를 이용하여 자동변속이 가능한 장점이 있어 전기 모터를 이용한 동력전달 시스템 개발이 필요한 실정이다. 특히, 전기 농기계의 핵심은 배터리 기술이나, SK, 삼성 등 국내의 배터리 기술 등을 고려할 때, 전기 농기계는 배터리 자체의 기술 보다는 배터리의 사용 환경, 동력 소모 등의 관리 기술이 더 중요하다고 할 수 있다.

전기 농기계 개발은 전기 구동을 위한 요소 기술이 승용차 분야에서 이미 검증되고 상용화 되어 있어, 농기계 분야에서는 이를 활용한다면 빠르게 전기 농기계를 개발할 수 있을 것으로 판단된다. 그러나, 승용차와 달리 농기계가 갖는 고부하 특성, 공간적 제약, 사용 환경을 고려할 때, 승용차 보다는 더 난이도 높은 최적화 기술 개발이 필요하다. 특히, 농기계는 승용차에 비하여 작업 부하가 높고, 회생 제동과 같이 배터리를 충전할 수 있는 방법이 없기 때문에 배터리 용량에 대한 의존도가 더 높아 기존 내연기관 대비 전기 농기계의 판매 가격은 더 상승할 것으로 전망되어 전기 농기계 기술 개발과 동시에 이를 보급하기 위한 전략이 필요한 실정이다.

출처 : http://www.kamnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=6458 (한국농기계신문)