바야흐로 전 세계는 국가 간의 무역장벽과 관세 등으로 인한 차별이 없이 자유롭게 교역을 할 수 있는 자유무역협정(FTA: Free trade agreement) 체제로 접어들었다고 해도 과언이 아니다. 우리나라는 미국, 유럽연합과의 자유무역협정 서명에 이어서 칠레, 페루 등 전 세계 45개의 나라와 FTA협상이 타결되었거나 가서명이 완료되었기에 이들 나라와 21세기 무역장벽이 철폐된 무한경쟁시대를 준비하고 있다. 이러한 자유무역협정으로 인해 우리나라 수산업분야에도 많은 피해가 우려되고 수산업의 위기라고 인식되기도 하지만 긍정적으로 생각하면 어업인과 학계, 산업계 및 연구기관이 정부의 정책적인 지원에 호응하여 모두 함께 힘을 모은다면 오히려 수산업이 전 세계를 대상으로 경쟁력을 갖춘 산업으로 거듭날 절호의 기회를 만들 수 있다. 이에 따라 수산업 분야의 경쟁력을 높이기 위하여 연구개발 중에 있는 국립수산과학원의 신기술에 대해 소개하고자 한다.

► 어선어업분야 신기술

국내 어선어업, 고비용 저효율 극복위해 신기술 도입 필수

우리나라의 어선어업은 어획량을 높이기 위한 방편으로 어장으로 이동하는 시간을 줄이기 위해 경쟁적으로 높은 마력의 엔진을 장착하고 있으며 어선의 노후화로 인해 연료효율은 상대적으로 낮은 실정이다. 또한 에너지 소모가 많은 끌어구를 사용한 어업이 많은 우리나라의 현실에서 이러한 ‘고비용’ 어선어업 구조는 향후 국제적인 보조금 지급금지규약과 맞물려 어선어업 분야의 또 다른 문제점에 직면할 것으로 판단된다. 이에 따라 어업분야에서의 어선의 출어경비와 직간접적인 비용절감을 위해 다양한 연구와 현장실험이 진행되고 있으며, 이들의 접근방법은 각각 다르지만 첨단기술을 활용한 에너지 절감연구라는 공통점을 가지고 있다. 대표적으로 LED 집어등 장착, 어구의 경량화, 혼합유 사용, 추진기와 선형개선 및 신재생에너지의 이용 등이 있다. 이러한 방법들은 각각 효과가 있을 뿐만 아니라, 복합적으로 사용될 경우에는 더 큰 시너지 효과를 발휘하게 된다.

LED 집어등 연구개발

오징어 채낚기, 갈치 채낚기, 선망, 봉수망 어업에서 사용되는 집어등으로 인한 에너지 소비에 대처하기 위해 재래식 메탈 할라이드 집어등 대신, 전압을 가하면 스스로 발광하는 금속합성물인 LED(Light Emitting Diode)로 대체하는 연구도 활발하게 진행되어 시험조업을 거쳐 보급되고 있다. 근해어선의 경우 조업경비의 55%가 유류비이며, 유류비의 60~70%는 집어등을 밝히기 위해 필요한 것으로 조사되었다.

이 경비를 줄이는 것이 결국 조업경비를 절감하는 것이며 어업채산성을 높이는 지름길이다. 국립수산과학원에서는 2007년부터 에너지절감을 위한 집어등 개발을 추진하였고, 개발된 제품에 대한 성능시험과 해상시험을 실시한 결과, 약 80%의 에너지절감 효과와 평균이상의 어획량이 유지됨을 확인하였다. 예를 들어 10톤 규모의 갈치 채낚기어선을 대상으로 한 시험조업에서 월 유류비용은 60만원으로 기존의 집어등을 사용했을 때 지출한 400만원에 비해 월 340만원이 절약되는 결과를 보였다.

추진기와 선형개선

선주의 입장에서의 어선 개량은 적은 경비로 최대의 에너지 절감효과를 얻을 수 있는 프로펠러나 구상선수 설치와 같은 부분적인 개량방법이 선호되고 있다. 어선의 선형은 선박의 개조공사를 통해서만 바꿀 수 있기에 쉽지 않지만 엔진의 동력으로 구동되는 추진기는 상대적으로 쉽게 교체가 가능하다. 노후한 어선에 있어서 엔진의 출력과 선체의 성능을 고려한 최적추진기 설계는 어려운 일이 아니며 추진기 교체를 통해 추진효율을 높임으로써 연료유를 절약할 수 있는 것은 훌륭한 대안이다. 이를 통한 연료절감 효과는 약 10% 정도라는 것이 연구와 실험을 통해서 검증되었다. 또한 동일한 엔진회전수에서 선속을 높일 수 있으므로 어장으로 이동하는 시간을 단축하는 일석이조의 효과를 거둘 수 있다. 끌어구를 사용하는 어선에서는 저속에서의 예망력이 좋은 코르트노즐 프로펠러를 사용하거나, 중속과 고속의 범위에서 운용되는 연근해어선은 엔진의 출력을 고려하여 새롭게 추진기를 설계하여 장착하는 연구도 지속적으로 추진하고 있다. 구상선수(Bulbous bow)는 배의 선수 아래쪽에 전방으로 돌출된 원형의 구조물을 말한다. 배를 필요한 속도로 연료를 가장 적게 소모하면서 항해할 수 있도록 해 주는 최적의 프로펠러가 하나밖에 없듯이 구상선수 역시 알맞은 길이와 폭과 높이를 가진 가장 적당한 구상선수가 설치된다면 배를 추진하는 마력을 많이 줄일 수 있어 최고의 효과를 낼 수 있다. 배가 빠른 속력으로 항해한다면 선수에서 물을 가르면서 생기는 파도가 일어나는 것을 볼 수 있는데, 이것은 배가 물에 에너지를 공급하기에 생기는 것이다. 이렇게 선수에서 만들어지는 파도를 줄여 배가 낭비하는 에너지를 없애기 위해서 선체에 구상선수를 장착하여 파도를 줄인다. 얼핏 보기에는 구상선수라는 큰 구조물로 인해 배가 받는 저항이 늘어날 것처럼 여겨지지만 잘 설계되어 장착된 구상선수는 그것이 없는 배에 비하여 일반적으로 5~7%의 저항을 감소시키는 것으로 알려져 있다.

유류절감장치와 재생에너지 활용기술

중대형 어선의 경우에는 혼합유 사용을 적극적으로 권장할 필요가 있다. 기술적인 제한으로 인해 아직은 고속에서의 출력제한이 걸림돌이기는 하지만 경유와 중유를 혼합한 MF30에 착화와 연소를 돕는 조연제를 첨가한 혼합유는 단가가 저렴한 중유 사용으로 인해 얻는 경제적인 효과가 상당하다. 엔진에 사용되는 혼합유는 고형물을 미세화하고 히터를 이용하여 혼합유에 열을 가하여 연료유의 연소를 최적화 하는 장치인 교반가열장치에서 만들어지는 혼합유를 내연기관에 공급하여 연소시킨다. 물론 경유와 중유를 혼합하기 위해 별도의 교반가열장치 필요하고 이것을 설치하기 위한 공간이 필요하다는 단점이 있는 것도 사실이다.

혼합유 MF30급 제조를 위한 혼합비는 경유 37%와 MF180급 중유 60%이며 조연제가 약간 첨가되어있다. 이렇게 잘 섞어 블렌딩(Blending) 된 혼합유를 124톤급 트롤어선을 개조한 무궁화 24호(139톤, 1100마력)와 풍림수산 소속의 풍림 12호(342톤급, 2100마력) 실선시험을 통해 배기가스 및 효율 등에 대한 검증을 선박안전기술공단에서 수행하였다. 실험결과에 따르면 기존의 연료유와 큰 차이가 없는 것으로 확인되었고, 향후 혼합유를 사용할 수 있는 교반가열장치의 보급사업이 추진되고 있으며 이러한 장치들을 소형선에도 적용할 수 있는 연구가 지속적으로 수행되고 있다.

우리나라 어업에서 끌어구를 사용하는 비중이 높기 때문에 어구의 경량화를 추진하여 예망에 필요한 엔진마력을 절약하는 것으로 어선어업의 경쟁력을 강화할 필요가 있다. 어구재료 기술의 발전과 더불어 동일한 강도를 가진 초경량 어구제작이 가능하기에 예망선속의 증대와 예망에 필요한 엔진 마력을 절약할 수 있으며, 어구적재에 필요한 공간을 줄일 수 있어 갑판공간 활용에 유리한 장점이 있다. 또한 주변국들과 유럽에서 추진되고 있는 재생에너지(풍력, 태양열 등)와 보조추진장치의 접목과 어선어업에의 도입에 대한 연구개발도 적극적으로 추진되고 있다.

 

► 양식어업분야 신기술

양식어업 경쟁력 강화위한 외해양식 도입
기존 양식시설 표준화 시급…지속가능 어업 연구도

양식어업의 중요성은 우리국민이 선호하는 활어로 소비되는 생선회의 주요 공급원 역할을 하고 있다는 것이라는 것을 부인할 수 없다. 생활수준 향상에 따른 식생활문화의 변화로 청정수산물에 대한 욕구가 높아지고 있으며, 새로운 어류양식에 필요한 공간은 거의 무한정 활용이 가능한 바다와 그것도 육상오염으로 인한 해수의 오염이 없는 양호한 수질의 먼 바다(외해)가 효과적인 대안이라는 것을 자연스럽게 알 수 있다.

외해가두리

제주특별자치도 서귀포시 표선리 연안 약 1마일 해상에 위치한 외해가두리어장에는 미국에서 도입된 6기의 외해가두리가 수심 45미터 지역에 시설되어 운용되고 있다. 2005년에 도입된 수중식 외해가두리의 용적은 약 3,000m3 이며, 일반적으로 3,000톤 규모의 가두리로 알려져 있다. 추가적으로 2006년 여름 크기와 운용 편의성 측면에서 성능이 개량된 6,000톤 규모의 가두리 3기가 설치되었다. 이 6기의 외해가두리는 국립수산과학원에서 수행한 외해가두리 기반기술 연구의 참여기업이자 최근 우리나라 외해양식 면허 1호를 취득한 노아외해양식영어법인이 운용하고 있다. 현재 수중가두리에서 기르는 어종은 돌돔과 고등어가 주종이며 주로 배합사료를 이용하여 사육하고 있다. 그리고 앞으로 충분한 양의 치어가 확보된다면, 자주복, 복어류와 조기, 다금바리 등 제주도의 토착성 어종 등과 몇몇의 외래어종을 사육대상 어종으로 고려하고 있다. 또한 2009년부터는 제주근해에서 회유하는 소량의 자연산 참다랑어 치어를 낚시로 포획하여 어미고기로 키우는 실험을 수행중이며 완전양식을 위한 연구개발이 추진되고 있다.

청정해역인 외해와 배타적경제수역(EEZ) 지역에서 양식어류의 대량생산과 미래의 중요한 단백질 공급원인 어류자원의 확보를 위한 양식시설설계 기술의 중요성은 점점 높아지고 있다. 이러한 미래준비를 위하여 국립수산과학원에서는 2006년부터 연구개발을 통해 자체적으로 개발된 한국형외해가두리의 상용화 제품을 2010년 12월 참다랑어 양식을 수년 동안 꾸준하게 추진해 온 인성수산의 가두리가 위치한 욕지도 인근해역에 설치하고 있다. 이미 2006년부터 수행된 모형시험과 다양한 현장시험을 거쳐 확정된 외해용가두리는 생물사육에 필요한 그물을 완비하였으며, 약 2000톤의 용적으로 제작되었다. 거친 외해환경을 극복하기 위해 안정된 구조를 제공하는 외망과 사육어류의 크기에 맞게 가두리 망을 교체할 수 있는 내망으로 구성되어있고 침하부상이 가능하다.

가두리의 상부구조는 생물 사육공간 제공을 위해 8각형으로 프레임을 구성하여 해상에 설치되어 그물을 장착하면 원형과 유사한 형태가 되도록 제작되었다. 또한 상부구조와 하부구조를 독립적으로 제작하여 추후 용적을 증대시키기가 용이하다는 것과, 상부구조의 형태를 원형에서부터 사육하고자 하는 생물의 종류에 따라 다양한 모양으로 변경시킬 수 있다는 장점이 있다. 한국형 가두리에 대한 태풍에 대한 내구성시험이 완료되고 성능이 검증된다면 우리나라도 자체적으로 개발한 외해가두리를 보유하게 되어 관련분야의 기술적인 우수성을 대내외에 과시하게 될 것이다.

양식시설 표준화 연구

우리나라 연안에 다양하게 시설되어 있는 양식시설물에 대한 표준화 연구가 진행되고 있다. 양식시설 표준화란 각 해역의 환경특성에 따른 양식시설물의 차이점을 보편타당하고 과학적인 방법으로 재구성하여 자연적이든 인위적이든 시설파손이 발생할 경우 다시 설치할 수 있는 재료와 방법을 확정하며 그것에 따른 시설비용도 포함시킨다는 개념이다. 표준 양식시설물의 검증과 공학적으로 타당한 구조설계를 위해서 사용하는 방법은 실물과 최대한 가까운 모형을 만든 후 실험을 수행하여 양식어업인들이 경험적으로 선택하여 사용하는 양식시설물의 부재와 로프 등의 규격이 최적인가를 확인하는 모형실험도 포함되어 있다. 단, 육상양식시설물의 경우에는 바람과 눈에 의한 피해는 실험수행이 쉽지 않으므로 건축적인 요소만 고려한다. 이러한 시설물에 대한 건축공학적인 계산과 시뮬레이션을 수행하여 현재 사용되고 있는 폐쇄식 육상수조시설물의 규격을 재검토하며 시설 표준을 확정한다.

동·서·남해의 각 해역에 적합한 표준 양식시설물의 규격을 검증하기 위해서는 현장시험이 필수적인데 모든 해양환경에 대한 재현이 쉽지 않다는 현실적인 이유로 기존에 설치된 시설물을 이용하여 특수 제작된 실험도구를 추가로 설치한 후, 태풍이나 폭풍 등에 의해 작용하는 힘을 측정한다. 물론 표준안은 공학적 검토뿐만 아니라 생물사육을 위한 최적환경을 조성하는 것 까지도 검토하여 작성되고 있다. 세부적으로는 양식생물의 사육밀도, 운영비를 고려하고 시설물의 교체주기와 내구연수, 소요중량과 설계에 적용되는 바다에서 발생하는 외력(힘, 하중) 및 자재의 파손에 요구되는 힘까지 포함된다. 이러한 현장실험에서 나온 결과는 다시 양식시설 표준안에 반영되어 최소한의 비용으로 시설물이 제작될 수 있도록 수정하는 역할을 하게 된다. 이것은 양식어업의 경쟁력 강화를 위하여 반드시 필요한 기반연구이며 FTA체제에서 경쟁해야할 나라들의 그것보다 나은 양식시설 설치에 필수적인 것이기에 수산업의 경쟁력 강화에 많은 도움이 될 것으로 확신한다.

► 지속가능한 어업

지속가능한 어업의 실현을 위한 연구개발도 꾸준히 수행되고 있다. 우리나라 연안은 지금까지 수산자원이 과도하게 어획되어 생태계 먹이사슬의 균형이 붕괴되는 위기에 처해 있다. 특히 잡고자하는 어류와 함께 부수적으로 어획되는 ‘혼획’과 이러한 혼획으로 인해 잡힌 경제성이 떨어지는 어류를 다시 바다에 버리는 ‘투기’ 등이 근본적으로 수산자원의 고갈을 가져온다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 잡으려고 목표하는 어류만을 포획하는 기술을 개발하고 있다. 대표적으로 어린고기가 탈출하는 장치를 어구에 설치하거나 혼획을 줄이는 새로운 어구를 다양한 실험을 통해 개발하는 것이다. 아울러 2002년부터 시작된 생분해성 어구자재개발 연구는 5년간의 연구와 해상시험을 거쳐 현재 시범사업이 추진되고 있다. 

생분해성 어구자재 개발연구

지금까지는 주로 반영구적인 나일론으로 제작된 자망을 사용하여 조업을 해 왔으나, 시범사업을 통해 앞으로는 일정기간이 지나면 물속에 존재하는 미생물로 인해 물과 이산화탄소로 자연분해 되는 생분해성 어구가 사용될 것이다. 생분해성 어구는 울진군 대게자망어업을 대상으로 시범사업을 추진하고 전국적으로 단계적으로 확대될 예정으로 시행되고 있다.

예를 들어 기존에 사용되고 있는 대게 자망용 그물감은 합성섬유인 나일론으로서 가볍고 질기며 유연성이 좋은 장점이 있지만, 조업 중 어구가 유실될 경우 해저에서 쉽게 분해되지 않아 지속적으로 유령어업(Ghost fishing: 해저에 침체된 그물에 어류가 포획되는 현상)을 발생시켜 어족자원의 고갈과 환경오염을 유발시키는 단점이 있다. 이에 따라 생분해성 대게자망은 나일론 그물을 대신할 목적으로 개발되었다. 국립수산과학원에서 개발한 생분해성 대게자망은 22개월이 지나면 자연 분해되기 때문에 해양생태계를 보호할 수 있는 환경친화형 어구이다. 특히, 포획이 금지된 대게 암컷과 갑장이 9cm이하인 대게 수컷을 효과적으로 보호, 관리할 수 있으며, 어업인들이 소득을 올릴 수 있는 크기인 갑장 9cm 이상의 대게 수컷 어획에 좋은 특징을 가지고 있으나 가격이 기존 나일론보다 1.7배 정도 높다는 것이 단점이다.

이러한 연구의 결과로 도출된 생분해성 어구의 제작방법을 제망업계에 기술을 이전하여 우리나라 수산업의 경쟁력 강화와 관련업계의 활성화 및 고용촉진을 유발할 것으로 기대된다. 또한 생분해성 어구재료와 관련된 상품들은 세계최초로 사용되고 있다는 특수성과 친환경이라는 특징으로 인해 수출가능성과 국제적인 경쟁력을 갖춘 산업으로 자리매김하게 될 것이다.