우리나라는 1980년대부터 ‘백색혁명’이라고 불리는 비닐온실을 통해 계절의 영향에 비교적 자유롭게 농산물을 생산할 수 있게 되면서 현대 시설원예의 기틀을 마련했다.
이러한 발전의 핵심에는 일반 폴리에틸렌(PE) 필름과 최근 각광받고 있는 폴리올레핀(PO) 필름 기술이 있었기 때문인데, 안타깝게도 현재 이 PO필름 국내 유통량의 약 50% 이상이 일본에서 수입되고 있는 실정이다.
폴리올레핀(PO) 필름은 기존 폴리에틸렌(PE) 필름(장수필름) 대비 3배 비싸지만, 빛이 잘 들고(투광성), 따뜻하며(보온성), 물방울이 잘 흘러내려(유적성) 이슬 맺힘이 없으며, 뛰어난 내구성으로 오래 쓸 수 있다는 장점이 있다.
그러나 폴리올레핀(PO) 필름은 유통량의 50% 정도를 국산보다 1.3~1.5배 비싼 일본산에 의존하고 있다. 특히 다층(3층, 5층) 폴리올레핀(PO) 필름의 경우, 국내에서는 업체에서 생산하고 있지만 생산 설비와 코팅액 전량을 일본에서 수입해 제조하는 상황이었다. 또한 최근에는 중국산 PO필름이 본격적으로 유입되고 있어 저렴한 가격으로 국내 시장을 위협하고 있는 실정이다.
이에 농촌진흥청은 지난 2019년부터 한국농업용PO필름연구조합, 필름업체, 한국생산기술연구원, 한국농수산대학교가 참여하는 공동연구팀을 준비하고, 충남 당진에 5개의 압출기로 5층 필름을 생산하는 연구용 생산 설비를 구축했다. 그리고 원료와 기능성 첨가제 비율시험, 부착력 증진을 위한 표면 처리, 물방울 흘러내림(유적성)이 우수한 단계별 코팅액 적용 등 여러 차례 시험을 통해 필름 생산 조건을 확립하고 폴리올레핀(PO) 시제품을 개발하는 데 성공했다.
백색혁명의 현재와 미래
폴리올레핀(PO) 필름, 무엇이 중요한가?
우리나라의 시설원예 재배면적은 5만 3239ha(2021년)이며 그중 비닐하우스 면적은 5만 1548ha로서 전체 시설재배 면적의 97% 이상 차지하고 있다. 농업용 외피복재의 시장규모는 2020년 기준 약 3500억 원(약 10만t)으로 온실 피복용이 5만 470t으로 절반 정도이며, 나머지 절반은 멀칭용 필름이다. 특히 장기간(4년 이상) 사용이 가능한 다층 구조의 PO필름은 온실 피복재의 9% 정도이나 매년 증가하고 있으나, 국산 필름의 품질 중 특히 유적성에 대한 만족도가 일본제품의 70~80% 수준이어서 국내 시설원예 농가는 30~50% 비싼 일본 수입품을 여전히 다량 구매하고 있는 실정이다.
시설원예의 재배기술이 발전함에 따라 농업용 연질필름의 기능성 중 유적성(流滴性)이 가장 중요한 기능으로 인식되어 필름의 수명과 유적성(물방울 흐름성)의 기능을 오래 지속시키는 기술이 개발되는데 이는 첨가제를 레진과 함께 공압출 시크는 방법에서 액상 유적제를 필름 표면에 코팅(coating)하는 기법이 도입되게 되어 농업용필름기술개발에 획기적 전환점을 맞이하게 된다.
2019년부터 개발 이뤄진 국산 시제품
일본 제품과 대등한 특성 갖춰
먼저 국내 최초 5층 농업용 필름 연구용 생산설비(파일럿 시설) 구축했는데, 이 설비는 국내 설비 업체와 협력하여 5개의 압출기(5-Layer extruder), 침지코팅(Dip-coating) 방식의 코팅기, 구역 터널(Zone Tunnel) 방식의 건조기, 필름 와인더(Winder) 방식의 설비를 갖추었으며, 접은 폭 750~1500mm, 두께 0.06~0.2mm의 필름을 생산할 수 있는 사양을 갖추었다. 연구진은 구축과정 중에 원료수지 흐름 성 불안정, 버블 불균형, 결빙선 높이 조절 등의 문제점 등을 개선하였고 온도와 속도 등의 가동조건을 확립하였다.
연구진은 국산 원료수지(m-LLDPE, LDPE, EVA) 선발 및 배합비율 구명, 기능성 첨가제(내열성, 내오염성, 보온성) 평가 및 선발, 코팅액의 부착력 증진을 위한 표면처리 기술(코로나 처리) 확립, 유무기 코어-쉘 구조의 코팅액 소재개발 및 대용량 코팅액 합성 최적화 기술 등의 연구와 파일럿 설비를 이용한 31회의 생산 시험을 진행했다. 그 결과 물리적 특성 분석, 전자현미경 단면 촬영, 유적성 평가 등을 통하여 일본산과 대등한 특성을 갖춘 시제품을 개발하였다. 또한 농가 현장에서 직접 시연한 유적성 평가에서 일본산 대조필름과 대등한 결과를 보였고, 비닐온실 내 광환경과 온도환경, 방울토마토 수량에도 차이가 없었다.
연구진은 국산 원료수지(m-LLDPE, LDPE, EVA) 선발 및 배합비율 구명, 기능성 첨가제(내열성, 내오염성, 보온성) 평가 및 선발, 코팅액의 부착력 증진을 위한 표면처리 기술(코로나 처리) 확립, 유무기 코어-쉘 구조의 코팅액 소재개발 및 대용량 코팅액 합성 최적화 기술 등의 연구와 파일럿 설비를 이용한 31회의 생산 시험을 진행했다. 그 결과 물리적 특성 분석, 전자현미경 단면 촬영, 유적성 평가 등을 통하여 일본산과 대등한 특성을 갖춘 시제품을 개발하였다. 또한 농가 현장에서 직접 시연한 유적성 평가에서 일본산 대조필름과 대등한 결과를 보였고, 비닐온실 내 광환경과 온도환경, 방울토마토 수량에도 차이가 없었다.
올해부터 본격적인 생산계획
2024년 신기술보급사업으로 현장보급
새로이 구축한 5층 필름 연구개발용 생산설비는 적은 양의 원료수지, 각종 첨가제, 코팅액 등의 재료로도 생산이 가능하므로 적은 비용으로 시험을 할 수 있기 때문에 많은 필름업체에서 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 농촌진흥청 시설원예연구소는 개발 필름을 피복한 방울토마토와 참외 현장시험 농가의 지속적인 모니터링을 하고, 촉진노화 시험 평가 등을 병행하여 장기성 평가를 진행한는 계획이다.
한편 한국농업용PO필름연구조합에서는 2022년 연말에 연구에 참여한 업체의 특허기술과 노하우를 기술이전 받았고, 2023년 5월부터 농업인의 수요를 반영하여 사업화를 추진하여 대략 100~200ha 규모의 비닐온실을 피복할 수 있는 물량을 생산할 계획이라고 밝혔다. 이렇게 국산 제품이 상용화가 되면 일본산보다 30% 저렴한 가격으로 온실을 피복할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 농촌진흥청에서는 2024년부터 신기술보급사업을 추진하여 토마토와 참외 시설원예 농업인들에게 국산 폴리올레핀(PO) 필름의 보급률을 높여나갈 계획이다.
<농촌진흥청·한국농업용PO필름연구조합 제공>
월간원예 2023년 4월호
