스마트팜, 식물공장, 수직농장

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스마트팜이 필요한 이유를 설명할 때 가장 먼저 언급되는 것이 지구온난화 등 기후변화로 인한 식량생산 차질의 우려를 이야기하게 됩니다.

사실 기후변화를 설명하며 이야기하는 평균기온이 올라 지역별 특산물이 바뀌는 것과 같은 것은 우리에게 위기감을 주기 어렵습니다.

시베리아가 따뜻해지면 밀생산이 많이 되어서 더 좋겠네 같은 이야기도 나올 수 있죠.

기후변화로 인한 식량생산의 차질은 그 지역의 평균기온이 오르는 것 때문이라기보다는 그동안 경험해보지 못한 예측할 기후변동에서 옵니다.

예를 들어 호주나 미국 캘리포니아에 유래가 없는 대규모 산불은 역사를 통해 찾아보기 힘든 건조한 날씨 때문이었고, 독일을 비롯한 유럽도 한 번도 겪어보지 못한 가뭄으로 어려움을 겪는 것도 이런 예측할 수 없는 기후변동의 하나라고 할 수 있다.

이런 예측할 없는 극한의 날씨를 몰고 오는 기후변동은 그 지역에서 잘 재배되던 농산물을 재배할 수 없도록 하고, 재배되고 있는 농산물의 수확량을 급감시킵니다.

우리가 알고 있는 농산물은 대부분 그 지역의 기후에 적응을 해왔고, 우리가 먹는 식량이 되고 있습니다. 그런데 기온이 급격히 올라가거나 아니면 급격히 내려가고, 태풍영향 등 지역의 기후가 급격히 변화하면 농산물은 정상적으로 성장하기 어렵게 되고 생산량이나 품질이 급격히 떨어지게 됩니다.

농산물의 생산량이나 품질이 급격히 떨어지면 당연히 가격이 올라가고 농식품산업 전반에 큰 리스크를 주게 됩니다.

이러한 농산물의 가격 급등이나 식품 관련 산업의 리스크 증가 등으로 인해 그 필요성이 계속 증가하고 있는 것이 우리가 이야기하는 스마트팜입니다.

특히 완전히 밀폐된 환경에서 인공광을 통해 식물을 재배하는 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장은 많은 관심을 받고 있습니다.

예측할 수 없는 기후변화로 인한 농산물 공급의 차질을 피부로 실감할 수 있었던 사례가 하나 있습니다.

2021년 맥도널드에 등장한 [불고기 마카롱버거]을 들어 보신 분이 많이 계실 겁니다.     

[그림]에서 보시면 [갑작스러운 한파로 인해 양상추 수급이 불안정하여 양상추가 평소보다 적게, 혹은 제공이 어려울 수 있습니다.]라는 말과 같이 맥도널드 햄버거에 양상추가 빠진 상태에서 빵과 불고기 패티만 있어 그 모양이 마카롱 같다고 [불고기 마카롱버거]이라고 하더군요.

서브웨이도 갑작스러운 한파로 수급이 불안정 해진 양상추 때문에 샐러드 판매를 일시 중단하기도 했습니다.

맥도널드나 서브웨이 사태는 아주 작은 일부분입니다. 

이것은 어찌 보면 아주 짧은 시간 동안 양상추가 생육하기 부적합한 온도가 생기면서 일어난 일입니다만 생각보다 그 파장은 꽤 큰 것이었습니다.

농산물 유통에서 이와 유사한 사례가 많았고 앞으로 많이 발생할 것이라고 생각합니다.

이러한 예측할 없는 기후변동으로 인한 농산물의 공급부족 리스크를 줄이기 위해서는 어떤 것이 필요할까요?

당연히 갑작스럽게 온도가 내려가거나 올라가는 것과 같은 외부 날씨의 영향을 받지 않고 농산물을 필요할 때 필요한 만큼 공급할 수 있는 방법이 필요합니다.

이것이 우리가 스마트팜과 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장에 관심을 가지는 이유입니다.     

[그림]에서 보시는 그래프는 농산물 도매시장에서 판매되는 청상추, 상품, 1kg의 연간 가격 변동에 대한 그래프입니다.

청상추가 정상적으로 자라기 어려운 한여름이나 한겨울에 가격이 봄이나 가을보다 몇 배 이상 높은 것을 알 수 있습니다.
 이런 불안정한 농산물 가격은 모든 농산물 유통, 식자재, 샐러드 기업 등에 가장 큰 리스크입니다.

가장 좋은 방법은 가격이 조금 높더라도 1년 내내 동일한 가격에 동일한 품질의 농산물을 공급받는 것이죠.

1년 내내 동일한 품질에 동일한 가격의 농산물을 공급할 수 있는 것은 우리가 요즘 이야기하는 스마트팜 즉 스마트온실로도 어려운 일입니다. 

우리가 이야기하는 스마트팜 역시 일정 수준까지는 외부 날씨 변화에 대응해 환경조절이 가능하지만 완전히 밀폐되지 않은 상황에서는 외부 날씨의 영향을 받지 않을 수 없기 때문입니다.

그에 비해 외부와 완전히 밀폐된 환경에서 인공 광원으로 식물을 재배하는 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장은 연중 동일한 품질에 동일한 가격의 농산물 생산을 보장할 수 있습니다. 

우리가 일반적으로 식물공장이라 이야기하는 완전밀폐형 스마트팜의 가장 큰 특징은 농산물이 성장하는 모든 환경을 정밀하게 제어할 수 있다는 것입니다.

농산물을 완전히 통제된 환경에서 정밀하게 제어하며 키울 수 있다는 것은 여러 면에서 매우 중요한 일입니다.

첫 번째는 앞서 이야기드린 것과 같이 1년 내내 동일한 품질에 동일한 가격으로 농산물을 생산하고 공급할 수 있다는 것이 있습니다.

두 번째는 어떤 농산물이라도 재배환경만 충분히 파악되면 언제, 어디에서 라도 재배할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 우리나라에서도 늦가을부터 다음 해 봄까지만 재배되는 딸기를 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장에서 봄부터 여름을 지나 가을까지 재배할 수 있습니다. 또는 딸기를 도저히 재배할 수 없이 1년 내내 더운 중동에서도 딸기를 재배하고 키울 수 있죠.

마지막으로 농산물을 완전히 통제된 환경에서 정밀하게 제어하여 키우면 농산물이 함유하고 있는 기능성 성분을 제어할 수 있고 이것은 농산물을 기능성 식품이나 의약품, 화장품의 소재로 활용 수 있는 가장 확실한 방법이라는 것입니다. 

첫 번째의 1년 내내 동일한 품질로 재배하는 것과 같이 농산물에 포함된 기능성 성분의 함량이나 구성을 균질화하고 표준화할 수 있기 때문에 농산물을 바이오 소재화 하는 것이 가능합니다.

스마트팜은 말 그대로 똑똑한 농장입니다.

농장이 똑똑하다는 것은 농부가 시키는 것을 알아서 잘하고 나중에는 농부가 시키지 않더라도 스스로 알아서 할 수도 있겠죠.

스마트팜이 똑똑 해질 수 있는 비결은 사람의 오감과 같은 감각기관 역할을 하는 IoT센서와 사람의 팔과 다리 역할을 하는 제어장치 그리고 머리 역할을 하는 컴퓨터가 있기 때문입니다.

최근에는 여기에 인공지능이 포함되어 사람이 따로 지시를 하지 않아도 스스로 알아서 판단하고 관리하는 스마트팜까지 등장하고 있습니다.

스마트팜 하면 보통 유리온실만을 떠올리는 분들이 계십니다만 스마트팜의 범위는 그 보다 많이 광범위합니다.

농장이라는 것이 단순히 유리온실도 있지만 돼지, 소, 닭 등을 키우는 축산농장도 있고, 물고기를 키우는 수산농장도 있고, 유리온실이 아니라 노지에서 농산물을 키우는 것도 농장이라고 하죠.

이러한 모든 농장에서 앞서 언급한 IoT센서, 제어장치, 컴퓨터를 연결해 농장을 똑똑하게 만들면 스마트팜인 것이죠.

그래서 스마트팜은 스마트축산, 스마트수산이 있고 농산물을 키우는 스마트팜은 노지와 실내 스마트팜으로 나눌 수 있습니다. 실내 스마트팜은 우리가 알고 있는 온실 스마트팜과 식물공장이 있죠.     

온실 스마트팜과 식물공장 즉 완전밀폐형 스마트팜의 차이는 일반적으로 볼 때 식물성장에 필요한 빛을 태양광으로 쓰느냐 인공광으로 쓰느냐의 차이라고 할 수 있습니다. 물론 정의하기에 따라 밀폐된 환경에서 태양광을 쓰는 식물공장도 있습니다. 현재는 온실 스마트팜이나 식물공장으로 완전히 분리하기보다는 환경조절과 경제성을 고려해서 상호 필요한 보완하는 방식을 사용하기도 합니다. 온실 스마트팜의 경우 오래전부터 태양광이 부족할 때 인공광을 보조광으로 사용해 왔습니다.

사실 농산물 생산에서 온실 스마트팜과 밀폐형 스마트팜 즉 식물공장은 서로 겹치는 부분이 많습니다. 식물공장이라는 것은 재배작물을 통제된 시설 내에서 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 배양액 등의 환경조건을 ICT기술로 인공제어하여 계절이나 장소에 관계없이 연속 생산하는 시스템이라고 정의했습니다. 이런 식물공장의 정의는 온실 스마트팜에도 그대로 정의될 수 있습니다. 물론 100% 인공광을 사용하는 식물공장에 비해 제한점이 많겠지만 비슷한 형태로 정의될 수 있습니다.

저는 이렇게 복잡한 온실 스마트팜과 식물공장의 구분하는 포인트를 외부환경과 차단된 밀폐정도로 하고 있습니다. 온실 스마트팜과 식물공장 즉 완전 밀폐형 스마트팜의 차이를 일반적으로 식물성장에 필요한 빛을 태양광을 쓰느냐 인공광을 쓰느냐로 구분했습니다만 저는 핵심적인 기준을 외부 공기가 필터 등을 통해 통제된 상태로 내부로 들어가느냐 아니면 아무 통제 없이 들어가느냐로 정리했습니다.

이유는 균이나 벌레, 먼지 등 식물의 병이나 오염의 최종 매개체인 공기까지 관리한다면 농산물의 생장관리를 100% 통제해 농산물을 제조업의 공장과 같이 계획 생산이 가능하기 때문입니다. 즉 공기까지 통제한다면 식물공장, 외부공기를 그대로 받아들인다면 온실 스마트팜이라고 정의할 수 있습니다.

     

그렇게 구분하면 [그림]에 보이는 온실에서 다단으로 식물을 재배하고 있는 것을 태양광 이용형 식물공장이라고 구분한 것을 이해할 수 있을 겁니다.

외부 공기를 완전히 통제된 상태로 내부로 들이는 것을 전제로 농산물의 생장에 필요한 빛을 LED와 같은 인공광을 사용한다면 완전제어형 식물공장 다른 말로 완전 밀폐형 스마트팜 또는 완전 인공광형 스마트팜이 되겠죠. 만약 농산물의 생장에 필요한 빛을 태양광만 이용하거나 인공광과 태양광을 같이 이용한다면 태양광 이용형 식물공장 다른 말로 온실 스마트팜이 되겠죠.

요즘 네덜란드와 같은 농업 선진국에서는 온실이 외부 공기를 완전히 통제하는 밀폐형으로 바뀌고 있다니 앞으로 식물공장의 정의에 온실 스마트팜도 포함될 것 같습니다.