스마트팜에서 한 단계 더 진화한 ‘에어로팜’

미국 동부지역에 위치한 뉴저지를 방문하면 ‘농업 분야의 애플’이라는 별명을 가진 벤처기업을 만날 수 있다. 바로 첨단 스마트팜 개발로 유명한 ‘에어로팜(Aerofarms)’이다.

이 회사가 유명한 까닭은 여러 형태의 스마트팜 중에서도 기술적으로 가장 앞서 있다는 평가를 받고 있는 스마트팜을 개발하여 운영하고 있기 때문이다. 기업명과 이름이 같아서 에어로팜(aerofarm)으로 불리는 이 스마트팜 시스템은 최소의 자원으로 최대의 효과를 내는 것이 특징이다.

미래 농업 시스템으로 주목받는 에어로팜 시스템 내부 전경 ⓒ Aerofarms

에어로팜은 분무식 재배 시스템

스마트팜의 원조는 수경재배(hydroponics) 방식을 활용한 재배 시스템이라고 할 수 있다. 수경재배 방식이 등장하기 전만 하더라도 작물을 흙이 아닌 다른 환경에서 키운다는 것은 상상조차 하지 못했기 때문이다.

하지만 작물을 키우는 연구를 하다 보니 흙은 굳이 필요 없다는 점을 깨닫게 되었다. 작물이 뿌리를 내릴 지지대와 필요한 양분을 공급하는 정도의 역할 외에는 흙 속에 특별한 기능이 들어있지 않다는 점을 알게 된 것이다.

수경재배 방식은 바로 이 같은 발견에서 시작되었다. 작물이 성장하는 데 필요한 영양분을 제공하고 위로 자랄 때 줄기를 잡아주는 지지대만 있으면, 물만 가지고도 작물을 키울 수 있다는 점에 집중했다.

한동안 수경재배 방식은 농업의 미래라는 기대를 받았지만, 상당한 양의 물을 필요로 한다는 점에서 보완 사항이 필요했다. 과도한 물 소비로 인한 문제점이 대두되자, 물 소비를 줄이는 새로운 재배방식의 필요성이 대두되었고 그런 필요성에 의해 에어로팜 방식이 개발되었다.

에어로팜은 수경재배 방법에서 한 발 더 나아간 신개념 재배 방식이다. 이 재배 방식은 특수 제작된 천(cloth medium) 위에 작물을 키우는데 천 사이로 내려온 뿌리에 물과 양분을 분무기로 뿜어 기르는 방법이다.

분무기로 뿜는 방식 때문에 일명 ‘분무식 재배 시스템’으로도 불리는 에어로팜은 일반 농사 방식보다 95%가량 적게, 그리고 기존의 수경재배 방식보다는 40%가량 적은 양의 물을 사용하는 것으로 나타났다.

                                                   에어로팜 시스템의 원리 ⓒ Aerofarms

이처럼 작물을 물에 담그지 않고 천 위에서 키우는 이유는 최소한의 물을 사용함과 동시에 뿌리에도 산소를 충분히 공급하기 위해서다. 작물의 뿌리가 항상 물에 잠겨있는 수경재배 방식의 경우, 뿌리 부분에 전해지는 산소가 상대적으로 부족하기 때문에 제대로 영양분을 빨아들이지 못한다는 단점을 갖고 있다.

반면에 에어로팜 시스템은 작물이 공중에 매달려 있어서 뿌리가 공기에 항상 노출되어 있다. 그런 점 때문에 생육이 다른 스마트팜에 비해 빠르고 열매도 다량으로 생산할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 수분과 영양분은 시스템 아래쪽에 설치한 분무기를 통해 정해진 시간에 맞춰 뿌려주도록 설계되었다.

에어로팜 시스템의 또 다른 장점은 기존의 스마트팜이나 기타 재배 방법들에 비해 경제성이 높다는 점이다. 수경재배는 수조에 물과 영양분을 항상 채워 넣어야 작물이 자랄 수 있지만, 에어로팜 시스템은 적은 양의 수액과 영양분만으로도 재배가 가능하다.

이 외에도 에어로팜 시스템은 농사를 짓는 기간 동안 잡초나 해충 같은 골칫거리에서 해방될 수 있다는 장점을 갖고 있다. 이는 흙을 사용하지 않기 때문인데, 흙은 잡초가 확산되거나 해충이 번지는 매개체 역할을 한다. 그런데 그런 흙이 존재하지 않다 보니 제초제나 살충제를 뿌릴 필요가 없어져 수확량이 늘어나게 되는 것이다.

빅데이터 등 ICT 기술 활용하여 미래 농업으로 각광

최근 들어 에어로팜은 기술적으로 한 단계 더 진화하고 있어 주목을 끌고 있다. 작물 생장에 최적화된 LED 자동화 시스템을 적용하여 수확량을 기존의 스마트팜보다 75%나 향상시켰기 때문이다. 이 LED 조명은 작물 생장에 필요 없는 빛을 없애 효율을 높인 것이 특징이다.

작물이 생장하는 공간의 높이도 대폭 높였다. 9m 높이의 복층형 재배 시스템에서 재배하기 때문에 면적당 연간 생산량이 일반 농장보다 약 400배 정도 뛰어나다. 반면에 재배 기간은 15일에 불과하여 수경재배 방식과 비교했을 때 효율성이 훨씬 높아졌다.

또한 에어로팜 시스템은 13만 개의 데이터를 모니터링하고 분석 및 예측을 통해 수확하고 있어 고품질을 일관성 있게 유지하고 있다. 물의 사용을 대폭 줄인 친환경 농법과 빅데이터를 활용한 ICT 시스템을 적절하게 유지하고 있어서 가장 선진화된 농업 시스템으로 에어로팜이 주목받고 있다.

                     에어로팜은 ICT와 접목되어 모든 공정이 자동화되어 있다 ⓒ Aerofarms

물론 아직은 보완할 사항도 적지 않다. 고압으로 물과 영양분을 분무해야 하므로 초기 시설비가 많이 소요된다는 점은 사업자에게 상당한 부담이 된다. 또한 뿌리가 항상 공기에 노출되어 있으므로 외부 온도에 따라 뿌리 온도도 자주 변하기 때문에 이에 대한 조절이 어렵다는 점도 단점으로 꼽힌다.

이뿐만이 아니다. 물과 영양분을 분무하는 노즐이 여러 가지 요인에 의해 막히게 됐을 때 이를 보수하기 위한 상당한 투자가 필요하고, 정전이 발생했을 때 분무가 되지 않아서 단 기간에 피해를 볼 수 있다는 점도 에어로팜 시스템의 단점이라 할 수 있다.

이처럼 많은 단점에도 불구하고 워낙 에어로팜 시스템이 유망하다 보니 국내에서도 에어로팜 시스템과 유사한 방식의 ‘미래형 식물공장’이 본격 추진되고 있다. 국내 최초로 지하철 상도역에 자율제어 및 식품안전이력관리가 가능한 스마트팜이 조성되어 실증 테스트 베드의 역할을 담당하고 있다.