경제성 있는 스마트팜의 조건

경제성 있는 스마트팜의 조건

예측할 수 없는 날씨로 인해 농산물의 가격 변동이 커지면서 스마트팜에 대한 이야기가 많이 나오고 많은 분들이 스마트팜을 알고 기대를 하고 있습니다만 현재 국내 스마트팜의 확산 속도는 많은 분들이 관심을 가지고 기대하는 만큼은 아닙니다.

스마트팜의 확산 속도가 느린 데는 많은 이유가 있겠습니다만 가장 큰 원인 중 하나는 경제성에 있습니다. 즉 스마트팜을 구축하고 운영하는데 들어가는 돈에 비해 얻게 되는 이득이 적다는 것입니다.

비닐온실이나 유리온실에서 토마토, 파프리카, 딸기, 오이와 같은 작물의 재배하는 경우 경제성을 달성하고 있습니다만 이것 역시 시장 참여자가 늘어나며 신규 시장참여자들은 경제성을 달성하는 것이 점점 어려워지고 있습니다. 특히 우리가 수직농장 또는 식물공장이라고 하는 완전 밀폐형 스마트팜의 경우는 아직 완전히 손익분기점이상의 경제성을 달성한 곳이 없는 것으로 알고 있습니다.     

먼저 경제성이라는 것이 무엇인지 한번 생각해 봅시다.

저는 경제성이라는 것은 결국 시설을 구축하고 생산에 쓰는 돈보다 생산물을 판매하거나 서비스를 제공해 벌어들이는 돈이 많아 내 주머니에 돈이 남는 것이라고 생각합니다.

내가 쓰는 돈과 내가 벌어들이는 돈이 같아지는 지점을 손익분기점이라고 하는데, 이 손익분기점을 넘겨 내 주머니에 돈을 남기려면 내가 쓰는 돈을 줄이고 벌어들이는 돈을 늘이는 것이 가장 좋은 방법입니다.

스마트팜에서 쓰게 되는 돈은 시설을 구축하는 돈과 운영하는 돈 2가지로 구분할 수 있습니다

이 중 운영에 들어가는 돈은 규모가 늘어나면 늘어나는 만큼 비율상으로 줄어들기 때문에 운영하며 효율화에 대해 고민을 하면 됩니다만 시설은 규모가 늘어나면 늘어나는 만큼 그대로 들어가는 돈이 늘어나는 것이고 장기적으로 운영 시에 운영에 들어가는 돈의 규모를 결정하기 때문에 가장 먼저 시설투자 시 들어가는 돈에 대한 부분을 충분히 고민해야 합니다.     

[그림]에서 보시는 것은 농촌진흥청에서 발표한 자료에 포함된 실내농장 즉 식물공장의 시설 구성에 대한 내용입니다.

여기에서 빛만 제외하면 우리가 일반적으로 아는 온실 스마트팜입니다.

장소라는 것은 식물을 재배할 농장이 될 장소를 이야기합니다. 

완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장은 외부환경과 차단된 공간이 필요하고 장소는 바로 이런 공간을 이야기합니다.

온실 스마트팜에서 장소는 온실이 설치될 장소와 온실의 종류가  되겠죠.

빛이라는 것은 온실 스마트팜은 태양을 그대로 사용합니다만 외부환경과 차단된 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장에서는 어떤 광원을 어떤 파장대로 어느 정도 시간 동안 조사하는가와 같은 것이 경제성에 큰 영향을 미치게 됩니다.

자동화라는 것은 작물을 파종하고 재배관리하고 수확하는 전 과정에 있어 IoT, 로봇 기술들을 활용해 사람이 부담해할 작업의 수를 줄이는 것입니다.

농업의 인구가 줄어들고 고령화되고 있는 시대에서 자동화는 앞으로 장기적인 운영부 담을 줄이는 방법이 될 수 있습니다.

양분은 식물이 필요로 하는 비료성분을 필요한때 필요한 만큼 공급하는 것입니다.

이것은 자동화와도 연계가 되어 있고, 뒤에 이야기할 온도와도 연계가 되어 있습니다.

마지막으로 온도는 단순히 온도하나를 관리한다기보다는 식물이 싹이 트고 성장하고 결실을 맺는 전 과정에 필요한 환경을 관리하는 것이라고 할 수 있습니다.

이것은 장소, 빛과 연계가 되어 있어 어떤 장소에 어떤 빛을 사용하는가에 따라 온도 즉 환경관리를 위해 어느 정도의 돈이 들어갈지가 결정됩니다. 그리고 환경관리는 결국 에너지를 얼마만큼 효율적으로 사용하는가로 운영에 들어가는 돈에 큰 영향을 미치기 때문에 사실 장소까지 포함해 다양한 고민이 필요합니다.     

먼저 설치장소에 대해 살펴보겠습니다.

완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장은 외부환경과 차단된 공간이 필요하다고 말씀드렸습니다.

우리가 하나의 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장을 설치할 때 비용을 100이라고 하면 그중에 50 정도의 비중을 차지는 것이 이 외부환경과 차단된 공간을 만드는데 들어가는 비용입니다.

우리가 외부환경과 차단된 공간이라고 하면 가장 대표적인 것이 일반적인 건축물입니다. 땅값을 제외하고 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장을 설치할 건축물에 들어가는 돈이 전체 비용의 50%가 넘는다는 것입니다.

땅값까지 포함된다면 그 비용은 감당할 수 없을 정도로 늘어날 수 있습니다.

결국 경제성을 확보하기 위해서는 장소에 들어가는 비용을 최대한 줄여야 합니다.    

 

[그림]에서 보시는 것과 같이 버려진 폐공장을 활용하는 방법, 지하철 역사와 같이 공공시설의 유휴공간을 활용하는 방법, 지하방공호나 폐터널과 같이 원래의 용도를 다해 버려진 공간을 활용하는 것이 하나의 방법이 될 수 있습니다.

[그림]에서 보시는 폐공장을 활용하는 곳은 미국의 에어로팜이라는 스마트팜 업체입니다.

지하철 역사를 활용하는 곳은 국내의 팜에이트라는 업체입니다. 

지하방공호를 활용하는 곳은 영국의 그로잉언더그라운드입니다.

폐터널을 활용하는 업체는 우리나라의 넥스트온이라는 업체입니다.

그 외도 찾아본다면 외부환경과 차단된 공간이라는 장소의 정의에 합당한 다양한 공간이 있을 수 있습니다.

예를 들어 아파트 단지의 유휴공간들, 상권이 형성되지 않아 버려진 상가의 지하공간들과 같이 도심에서도 재활용할 수 있는 공간이 다양하게 있습니다.

이런 공간을 재활용한다면 밀폐형 스마트팜에 투자되는 돈 중 많은 부분을 아낄 수 있어 경제성을 확보하는데 큰 도움이 될 수 있습니다.

장소 다음은 빛입니다.

태양을 대신해 작물을 키우기 위해서는 빛이 가지는 다양한 성질에 대한 고려가 필요합니다.

첫 번째는 우리가 원하는 수준으로 작물을 재배하기 위해 필요한 빛의 세기가 어느 정도 인가 하는 것을 찾는 것입니다.

물론 광보상점과 광포화점 사이가 될 것입니다만 꼭 포화점까지 올리지 않더라도 우리가 필요한 수준의 작물을 재배할 수 있다면 설치되는 광원의 숫자들을 조절할 수 있때문에 필요한 빛의 세기를 찾는 것은 매우 중요한 일입니다.

두 번째는 재배하는 작물이 우리가 원하는 특성을 가지도록 할 수 있는 빛의 파장을 찾는 것입니다. 

이것은 첫 번째 빛의 세기가 광포화점에 도달하지 않더라도 작물을 재배할 수 있는 것과 겹치는 부분도 있습니다. 

완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장 초창기에 가장 적은 에너지비용으로 식물의 성장을 촉진시키기 위해 670nm대의 적색광 위주로 LED를 설치한 이유와 비슷한 것입니다.

식물을 재배하는 데 광파장에 대한 고려는 우리가 원하는 특성을 식물에서 발현시키기 위해서는 꼭 필요한 부분입니다.

마지막은 빛을 몇 시간 동안 식물에 비출 것인가 하는 것을 찾아내는 것입니다.

몇몇 분들이 인공적인 빛으로 식물을 키울 때 24시간 내내 빛을 주면 더 빨리 자랄 것이라고 생각하시는 분들이 있습니다.

식물도 사람과 같은 생명을 가지고 있어 사람이 밤에 잘 때 키가 크는 것과 같이 식물도 빛으로 광합성을 해서 에너지를 생산하고 빛이 없을 때 호흡을 하며 광합성으로 생산한 에너지로 성장할 시간이 필요합니다.

빛을 이용해 광합성을 하는 시간과 빛이 없을 때 호흡을 하며 성장을 할 시간의 비율은 식물마다 모두 제각각이라 이것을 찾는 것이 매우 중요합니다.     

재배할 식물을 먼저 결정하고, 이 식물을 어떤 특성을 갖도록 키울 것인지에 대한 계획이 수립되면 빛의 세기, 빛의 파장, 빛 조사시간 3가지를 바탕으로 원하는 광원의 종류와 수를 결정하면 가장 합리적이고 경제성이 있는 광원을 결정할 수 있습니다.

예를 들어 인삼을 재배하는 것으로 결정한다면 양상추를 재배할 때 보다 빛의 세기는 40% 정도, 빛의 파장은 청색파장을 높게, 광합성 시간과 호흡시간은 비슷하게 와 같은 기준에 따라 광원의 종류와 수를 결정할 수 있는 것이죠.     

자동화와 경제성은 자동화를 위해 투입되는 돈과 자동화로 절감되는 시간과 돈을 비교해서 결정해야 합니다.

자동화를 하는 가장 큰 목적은 강도 높은 노동의 부하를 줄이고 유연한 인력관리를 위한 부분이 많습니다.

예를 들어 인력을 구하기 힘들거나 인건비가 자동화를 위해 투입되는 돈보다 많을 것으로 예상된다면 당연히 자동화를 하는 것이 맞습니다.

반대로 인력을 구하기 어렵지 않거나 자동화 공정이 어려워 자동화를 위해 투입되는 돈이 인건비보다 높다면 당연히 자동화를 줄일 필요가 있습니다.

물론 이런 고려는 단기보다는 장기간의 추세를 고려한 내용이어야 합니다.     

[그림]에서 보시는 사진은 미국의 플랜티라고 하는 스마트팜업체의 자동화 현장입니다.

국내에서는 이 정도 규모로 자동화한 스마트팜 업체는 없는 것으로 알고 있습니다.    

      

[그림]에서 보시는 것은 미국의 피프티시즌이라는 회사의 자동화 현장입니다.

이곳은 종자의 파종에서부터 수확까지 전 과정을 사람이 없이 완전 무인자동화를 강점으로 이야기하고 있는 곳입니다.     

[그림]에서 보시는 사진은 중국의 산안바이오라는 곳의 자동화 현장입니다.

사람이 없이 로봇이 재배된 식물을 옮기고 있는 것을 볼 수 있습니다.

앞서 보신 플랜티와 피프티시즌 그리고 지금 장표에서 보시는 중국의 산안바이오와 같은 수준의 자동화는 국내도 언제든지 가능합니다.

이런 자동화기술은 결국 그 국가의 제조업 수준과 연결되는데 우리나라의 제조업 수준은 언급된 회사의 국가에 비교해 결코 못하지 않는 수준이기 때문입니다.

그런데 왜 우리나라에는 이런 자동화 현장이 없는 것일까요?

그것은 이런 자동화는 그 시설이나 운영규모가 규모화될 수 록 경제성이 나오기 때문입니다.

한마디로 아직 국내에 이 정도 자동화를 도입할 정도로 규모가 큰 스마트팜 기업이 없다는 것이죠.

저는 자동화와 경제성에 대해서는 규모에 관계없이 제어의 자동화는 투입비용이 많이 필요하지 않기 때문에 찬성하는 편이고, [그림]에서 보시는 것과 같이 작업의 자동화는 규모를 달성할 때까지는 부분 부분 노동강도를 줄이는 방식으로 진행되어야 한다고 생각합니다.     

앞에서 말씀드린 것과 같이 온도 관리라는 것은 단순히 온도관리라기보다는 작물이 재배되는 환경에 대한 관리라고 할 수 있습니다.

이 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장의 환경관리는 단순한 건물의 환경관리와는 많이 차별화되고, 온실 스마트팜과도 많이 차별화됩니다.

실내 환경관리는 다양한 발열체와 환경관리의 변수가 있지만 수직농장, 식물공장으로 통칭된 완전 밀폐형 스마트팜은 태양을 대신하는 LED에서 발생하는 발열과 운영기기 발열 정도가 발열체가 되고 큰 환경관리 변수가 없습니다.

완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장은 외부환경과 완전히 차단된 밀폐형 시설이 되면서 태양빛도 차단이 됩니다. 그리고 이 차단된 태양빛을 대신하기 위해 LED와 같은 인공광원을 사용하면서 조명을 위한 에너지비용이 추가되지만, 태양빛으로 인한 한여름의 뜨거운 온도와 높은 습도를 완전히 차단해 그것을 관리하기 위한 공조비용을 줄일 수 있습니다.

스마트팜 시설투자에서 빛과 온도의 균형은 여기에서 찾아야 합니다.

태양 빛을 그대로 사용할 경우 조명 절감비용과 공조 추가비용, LED 빛을 사용할 경우 조명 추가비용과 공조 절감 비용을 비교했을 때 어느 것이 경제성이 있는가가 환경관리의 경제성을 판단할 때 기준이 될 수 있습니다.     

양분이라는 것은 식물이 성장하는데 필요한 비료성분을 이야기합니다.

이것은 대부분 자동화와 순환양액시스템이 구축되어 있어 경제성을 높이기 위해 시설적으로 필요한 부분이 많이 없습니다.

오히려 운영시 양액공급에 문제가 생기지 않도록 관리하는 것이 중요합니다. 특히 조심해야 할 부분이 살균이라고 생각합니다.

스마트팜의 대부분은 물에 비료성분을 녹인 양액을 사용하고, 경제성과 물절감, 환경위해요소를 줄이기 위해 사용한 양액을 다시 사용하는 순환양액시스템을 사용합니다.

이때 단계별로 충분히 살균되지 않으면 병해로 인해 재배되고 있는 작물에 문제가 생길 가능성이 높아집니다.

재배되는 과정에 병해로 문제가 생기면 재배되고 있는 작물의 판매로 얻을 수 있는 수익이 사라지는 것은 물론 폐기를 위한 비용 등이 지출되어 경제성에 치명적인 문제를 일으킬 수 있습니다.     

지금까지 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장 시설의 5가지 구성에 따라 경제성을 확보하는 방법에 대해 간단하게 설명을 드렸습니다.

이제 우리가 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장 사업에 진출한다는 가정을 가지고 한번 생각해 봅시다.

우리가 설립하는 완전 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장의 실패 가능성을 최대한 낮추고 성공하기 위해서는 어떤 순서로 접근해야 할까요?

가장 첫 번째가 바로 앞서 이야기한 장소, 빛, 자동화, 양분, 빛 5가지 요소에서 경제성 확보를 위한 조건들을 계속적으로 검토해서 서류상으로라도 경제성에 대한 확신이 필요합니다.

두 번째는 시설을 구축하고 나서 재배된 작물을 어떻게 유통할 것인가 하는 유통판로를 우선적으로 확보해야 합니다.

생각해 보시면 아시겠지만 농산물은 핸드폰이나 시계와 같은 공산품과 같이 시간이 지나도 그대로 품질과 가치가 유지되는 것이 아닙니다. 

식물은 시간이 지나면 시들거나 썩게 됩니다.

수확 후 시간에 비례해서 상품의 가치가 하락하는 것이죠.

마지막에는 상품가지가 0이 되며 오히려 폐기비용이라는 비용을 발생시키게 되는 것입니다. 그래서 완전 밀폐형 스마트팜을 구축한다면 가장 먼저 해야 할 일은 내가 생산한 작물을 수확하면 바로 팔 수 있는 유통판로를 만들어 놓는 것이 중요합니다.

마지막은 어떤 작물을 선택할 것인가 하는 것입니다.

이것은 앞서 언급한 5가지 요소 중 빛과 경제성 그리고 유통판로와도 연결된 일입니다.

내가 생산한 작물을 판매할 유통판로를 확보하기 위해서 가장 필요한 것이 내가 생산한 작물을 높은 가격에 내가 원하는 량만큼 팔 수 있는 가치와 시장을 가지고 있어야 합니다.

그 가치와 시장을 고려해 고부가가치 작물을 재배할 것인가? 

시장규모가 큰 작물을 재배할 것인가? 

하는 것을 결정해야 합니다.

재배작물을 먼저 선택해야 하는 것이 중요한 또 한 가지 이유는 1단계 경제성 확보를 위해서는 모든 작물을 재배할 수 있는 범용시설보다는 특정작물을 재배할 수 있는 시설이 시설투자비용이 적고 운영이 쉽습니다. 그리고 그만큼 규모를 늘려 규모화하는 것이 가능하게 됩니다.

앞서 자동화에서도 언급을 했습니다만 작물의 종류에 따라 장소, 빛, 자동화, 온도, 양액을 적정한 수준으로 정리해야만 들어가는 돈을 최대한으로 줄이는 것이 가능합니다.

그래야 생산된 작물의 단가도 낮출 수 있고 판로를 확보해 경제성을 확보할 수 있는 것입니다.

마지막으로 시설 도입의 포인트는 앞서 언급한 스마트팜 시설도입의 절차가 끝나고 시설 구축을 시작할 때 체크리스트와 같이 하나하나 확인해 보는 것이라고 할 수 있습니다.

이 체크포인트는 단순한 체크포인트라기보다는 스마트팜의 경제성을 달성하기 위한 다양한 가능성을 고민하는 화두라고 보시면 됩니다.

하나하나의 체크포인트로 시설구축과 운영에서 가장 적합한 방법을 고민하고 찾는 것이죠.

저는 이 체크포인트 중 가장 중요한 것이 에너지에 대한 부분이라고 생각합니다.

예를 들어 환경관리에 어떤 에너지원을 활용할 것인가? 

현재 상태에서 에너지 비용을 절감하는 방안은 무엇인가?

와 같은 저렴한 에너지원의 확보나 에너지 절감에 대한 체크포인트는 무조건 들어가야 한다고 생각합니다.

어떤 에너지원을 활용할 것인가 하는 것은 단순히 냉난방기기, 공조기기를 설치하고 운영한다는 것을 넘어서 우리가 자연에서 저렴하게 얻을 수 있는 에너지지원이 없는지, 현재 산업사회에서 버려지고 있는 에너지원은 없는지 등에 대한 고민을 할 수 있습니다.

예를 들어 우리나라 동해안에서 나오는 2도씨 온도를 가진 해양심층수로 냉방을 할 수 없는지, 발전소나 공장에서 나오는 대량의 온배수의 에너지를 활용할 수 없는지 등에 대한 고민을 하는 것입니다.

만약 발전소나 공장에서 나오는 대량의 온배수의 에너지를 활용한다면 두 번째 어떤 공조기기를 선택하는 것이 좋은가?로 넘어가 어떤 방식의 히트펌프를 어떤 식으로 운영하는 것이 좋은지 등에 대한 고민을 해야 하는 것이죠.

이와 같이 스마트팜 시설 도입포인트는 경제성을 확보하기 위한 고민의 포인트입니다.

서두에서 언급한 것과 같이 우리나라는 아직 경제성을 확보한 완전 밀폐형 스마트팜이 부족합니다.

물론 2021년부터 상당히 큰 규모의 밀폐형 스마트팜이 생기며 경제성 확보를 위한 노력을 하고 있습니다만 아직 눈에 뜨일만한 성과를 얻고 있는 기업은 보이지 않습니다.