1. 개요
Smart farm정보기술[1]을 접목해 지능화된 농장.[2]
2. 상세
| 흙과 태양이 없어도 농사 지을 수 있다 빌딩, 사막, 심지어 우주에서도 농사를 짓는 차세대 산업 '식물공장' [KBS 20180504 방송] |
공장 자동화에서 사용되는 스마트 팩토리와 유사한 개념으로 한국에서 제시된 단어로 국내에서도 사용된지 얼마 되지 않았기 때문에 외국에서는 사용되는 경우를 찾기 어렵다. 해외 자료는 Hightech greenhouse, Precision agriculture 등으로 검색이 가능하지만 이들은 이전부터 존재하던 유사 개념으로 스마트팜과는 1:1로 대응되는 개념은 아니다.
흔히 생각하는 스마트팜, 식물공장 형태의 스마트팜은 해외에서 Vertical Farm, Vertical Farming이라 불린다. 식물공장의 경우 대량재배가 목적이기 때문에 기존 수평재배에서 사용되지 않은 공간인 수직공간을 사용하기 때문이다. 이때 수직재배가 가능하려면 결국 식물 LED가 탑재되어야 하고 흙이 아닌 양액으로 재배가 된다.
기존 시스템에서 단순한 온습도에 따른 관리같은 단순한 시스템은 아두이노 등의 MCU(Micro Controller Unit) 기판과 라즈베리 파이 등의 사물인터넷 기술이 매우 저렴해져서 쉽게 구현할 수 있지만, 대규모의 영농으로 갈 수록 안정성이 부족해지며 유지보수에 투자해야하는 시간이 늘어나기에 자작만으론 한계가 빨리 찾아온다는 평이 있다.
참고로 후술될 식물재배기나 메트로팜, 남극기지나 우주정거장에서 운영 중 혹은 예정인 것들, 그리고 첨단 수직농장까지 이 모든 것은 스마트팜이자 식물공장의 개념을 모두 포함하고 있다. 개요에서 상술한 것처럼 헷갈리지 않기 바란다.[5]
소형 가전인 식물재배기로서도 판매되고 있다. 웰스팜에서 이영애를 모델로 기용해 판매 중이며, LG전자에서도 2020년 CES를 목표로 2019년 12월 선공개했다.
메트로팜이라 하여 2021년 11월 기준 상도역, 답십리역, 천왕역, 충정로역, 을지로3가역 등 5곳의 지하철 역사 내에서 재배하고 있다. 지하철역에 농작물이 자란다? 도시 속 농업 ‘메트로팜’
3. 필요성
3.1. 오지 및 우주개발
남극기지 등 식품을 조달하기 어려운 곳에서도 운영중이며, 추후 우주개발시 우주 정거장, 달 기지, 화성기지에도 운영 예정이다.3.2. 경지면적 감소•온난화 대비
인류 문명의 안보에도 도움이 된다. 둠스데이: 인류멸망 10가지 시나리오에서도 볼 수 있듯이 소행성 충돌이나 초화산 폭발과 같은 대규모 재난이 발생하여 지구 기후가 바뀌면 농업이 쉽게 타격을 입고 결국 아사자가 속출하게 되는데, 스마트팜은 영향을 덜 받으므로 이러한 상황시 도움이 될 수 있다. 다만 핵전쟁이나 태양 폭풍과 같이 EMP를 동반하는 재난에는 작정하고 EMP 방호까지 한 것이 아닌 한 스마트팜도 무용지물이 될 수 있다.도심에 고층 건물 형태로 건설하는 것도 구상중에 있다. 고층 건물 형태로 스마트팜을 건설할 경우 재래식 농업보다 훨씬 높은 토지 효율을 가질 뿐 아니라 운반 과정에서 발생하는 물류 비용과 온실가스도 줄일 수 있을 것으로 예상된다. 시뮬레이션에 따르면 10층 높이의 스마트팜에서는 같은 넓이의 재래식 농장보다 무려 220 ~ 600배의 효율을 보인다고 한다. # 하지만 에너지가 굉장히 많이 필요하므로 아직 경제성은 없다. 그러나 미래에 신재생 에너지 분야에 획기적인 발전이 있거나(특히 핵융합 발전), 세계 인구 증가로 기존 농업만으로는 한계에 달하면 경제성이 있을 것이라고 한다.
최근에는 반도체공장 같은 `첨단 수직농장`에서 LED를 이용하여 작물들을 재배하는 스마트 농업 회사들이 속속 나타나고 있는 중이다. 반도체공장 같은 `첨단 수직농장`…생산성 비닐하우스의 40배
한국에서 현재 보급에 가장 큰 문제가 되는 사항은 엄청난 초기 비용이다. 돈을 아끼기 위해 유리 온실이 아닌 비닐 하우스에 구축을 하려고 해도 사업성 있게 하려면 20~30억은 기본으로 필요하다고 하는데, 이율 1%의 특별 저리대출을 받아도 이자도 갚기 힘들 정도라서 부농 이외에는 보급이 지지부진하다. 게다가 스마트팜의 보급으로 작물 생산량이 폭증하여 가격이 폭락할 것이라는 우려로 반대하는 목소리도 꽤 크며, 기존 농부들의 경로의존성도 걸림돌이 되고 있다. 스마트팜의 모호한 법적 지위 및 각종 규제 또한 문제이다.
그러나 지구 온난화로 인해 이상기후와 병충해가 잦아져 재래식 농업으로는 한계에 달하여 흉작을 보는 일이 점차 늘고 있다. 한국도 예외가 아닌데다가 농촌의 고령화와 인구 감소로 인한 일손 부족까지 있으므로 점차 스마트 팜에 대한 투자와 연구개발이 활발해지고 있다. 특히 2022년에는 전 세계적인 식량 위기로 인해 식료품 물가가 폭증하면서 기업농과 스마트팜의 중요성이 커지기 시작하여 스마트팜에 대한 관심이 더욱 높아진 상황이다. 스마트팜이 대중화될 경우 식량 안보에 기여할 수 있을뿐더러 애그플레이션을 방지하여 식료품 물가 안정에도 큰 도움이 될 것으로 예상된다. #1 #2 #3
3.3. 기타
- 농부의 고령화와 인력 감소에 대처할 수 있다.
- 조경 효과가 있다.
- 환경 파괴로 먹거리 안전 수요가 있다. 실제로 후쿠시마 원전 사고 이후 일본 내 수요가 크게 늘었다.
- 우주에서 산소 공급 역할을 할 수 있다.
- 온실 재배라서 노지보다 연하다.
- 희귀한 약용 식물을 쉽게 번식시킬 수가 있다.
4. 분류
스마트팜은 크게 노지형 스마트팜과 시설원예형 스마트팜, 축산형 스마트팜으로 분류된다.노지형 스마트팜의 경우 설치형 스마트팜과 농기계를 활용한 스마트팜으로 나뉜다.
시설원예형 스마트팜은 수평재배와 수직재배로 분류되며[6] 대부분 양액재배기술을 사용한다. 기본적으로 시설원예형 스마트팜은 복합환경제어기(cliamte control system)를 기반으로 하여 다양한 데이터를 관측, 수집하고 이를 바탕으로 시설내부를 관리자가 원하는 방향으로 관리하는 것을 목표로 한다.
인공광 이용형 스마트팜은 꼭 수직재배형 스마트팜(verticul farm)이 아닐 수 있으며 일반 수평형 스마트팜에서도 보광등 형태로의 이용을 통해 인공광을 사용하고 있다.
5. 양액재배
양액재배는 식물 성장에 필요한 영양분을 물에 넣은 양액으로 토양의 역할을 대체한다. 토양의 역할에는 영양 제공도 있지만 지탱의 역할도 있기 때문에 양액재배시 포트(port) 또는 배지라는 식물을 지탱해주는 장치가 필수적이다.양액재배의 경우 흙에 비해서 병충해가 발생할 확률이 적다. 그래서 실내재배시 많이 사용되기도 한다.
이론적으로 모든 식물은 양액재배가 가능하지만 현실적으로 비용, 기술의 한계로 현재는 주로 엽채류, 과채류의 재배에만 사용되고 있다.
6. 한계
위에 서술되어 있다시피 스마트팜은 초기비용이 매우 높은 편이다. 스마트팜이 아니어도 재배가 어렵지 않은 작물을 스마트팜으로 재배하는 것은 비합리적, 비효율적이므로 재배 환경에 민감한 고생산성[7] 또는 고부가가치 작물들이 주로 재배된다.[8] 즉 생산면적을 크게 차지하는 커다란 작물과 생산면적 대비 가격이 낮은 곡물류는 경제성이 없다. 때문에 식량의 주요 요소를 차지하는 대부분의 곡물은 전통 농법에 의존하고 있으며, 최소한 우리나라에서는 본격적인 스마트팜은 정부 지원에도 불구하고 사용하는 농부는 사실상 없다.[1] 정보'통신'기술이라고도 합니다. ICT: Information and Communications Technologies[2] 시설원예, 경험기반 농업에서 데이터 기반 농업으로 변함. 출처 스마트팜 구현을 위한 연구동향 및 ICT 핵심분석[출처] 한국정보통신기술협회 IT용어사전[4] 노지, 온실, 식물공장은 일종의 재배환경에 대한 개념이라 어느쪽이 다른 한쪽을 포함하는 개념은 아니다. 즉, 저런 재배환경에 대한 개념이 있고, 환경과 별개로 재배방식에 소작, 기업형, 자동화와 같은 개념에 스마트팜이 존재하는 것이다. 자동차로 예를 들자면 식물공장은 구동방식으로써 분류된 상시사륜자동차, 스마트팜은 동력원으로써 분류된 전기자동차인 것이다. 다만 실제로는 식물공장은 첨단화될 필요성이 있다보니 대부분 스마트팜이 적용되어있다. 그래서 많이들 개념을 헷갈린다. 전술한 자동차분류처럼 이해하길 바란다. 전기자동차가 모터를 크게 해서 엔진처럼 한군데 두고 모든 바퀴에 힘을 전달하는것보다 작은 모터를 각 바퀴마다 붙이는게 훨씬 유리하기에 상시사륜으로 많이 나온다고해서 사륜차는 모두 전기차라던가, 전기차는 모두 상시사륜이라고 착각하면 안되는 것과 완벽히 같다.[5] 스마트팜은 시설원예와 ICT가 융합된 것을 뜻하며 시설원예의 한 분야에 식물공장이 있다고 보면 된다. 식물공장에는 당연히 ICT 기술이 탑재되어 있으니 식물공장은 스마트팜의 한 분야라고 보면 된다.[6] 이때 수직재배 형태가 바로 인공광 식물공장.[7] 면적 대비 생산량.[8] 오이, 토마토, 파프리카, 장미 등.