스마트팜 자원 효율성 향상 분석

1. 요약

• 본 리포트는 스마트팜 기술을 통해 자원의 효율성을 높이는 방법과 그 효과를 중점적으로 분석합니다. 주로 물, 에너지, 비료 사용의 최적화 및 폐기물 관리와 노동력 절감에 대한 현재 연구와 실질 사례를 다룹니다. 주요 발견 사항으로는 스마트팜 기술이 농업 생산성을 크게 향상시키며, 신재생에너지 활용과 정밀 농업 도입으로 에너지 및 자원 사용을 최적화할 수 있다는 점이 강조됩니다. 스마트온실과 자동 관수 시스템의 도입 사례를 통해 구체적인 효과를 설명하고, 데이터 분석을 통한 자원 낭비 최소화 방안을 제시합니다.

2. 스마트팜의 물 사용 효율성

• 2-1. 토양 수분 상태 실시간 모니터링

• 스마트팜에서는 효율적인 물 사용을 위해 토양의 수분 상태를 실시간으로 모니터링하는 기술이 적용됩니다. 이를 통해 농업인들은 토양 습도에 따른 적절한 관수를 할 수 있으며, 이는 물 소비량을 줄이는 데 크게 기여합니다. 예를 들어, 연구에서는 다양한 환경 센서를 사용하여 지온, 토양 수분, 수분장력을 수집하여 분석하는 방법이 설명되었습니다.

• 2-2. 자동 관수 시스템 적용 사례

• 자동 관수 시스템은 스마트팜의 핵심 기술 중 하나로, 물 사용 효율성을 높이는 데 기여하고 있습니다. 한국농업은 스마트온실과 스마트축사 중심으로 자동화 및 정보화 기술을 통해 생산성을 향상시키고 있으며, 생산량과 농업소득의 증가가 보고되었습니다. 2021년 발표된 자료에 따르면, 스마트농업의 도입으로 단위면적당 생산량이 33.7% 증가하고 농업소득이 40.5% 향상되었으며 자가노동시간은 12.5% 낮아졌습니다.

• 2-3. 관수 시스템을 통한 물 절약 사례 분석

• 스마트팜의 관수 시스템은 물 절약의 유효한 사례로 평가되고 있습니다. 농식품부의 보고서에 따르면, 스마트농업 기술을 활용해 노지 스마트팜에서도 자동화된 양수분 관리가 이루어지며, 이는 에너지 사용 효율을 극대화하고 있습니다. 이러한 시스템은 온실 스마트팜에서만 국한되지 않고 노지 환경에서는 다양한 농작물 생육 조건에 맞춘 최적의 물 관리 방안을 제공하여 생산성과 지속 가능성을 향상시키고 있습니다.

3. 스마트팜의 에너지 관리

• 3-1. 스마트팜 전기 사용 모니터링

• 사물인터넷(IoT) 기술을 이용한 스마트팜의 전기 사용 모니터링 시스템이 개발되고 있습니다. 이 시스템은 스마트팜 시설에서의 전력 소비량을 실시간으로 기록하고 분석하는 기능을 제공합니다. 2022년 10월 31일에 발표된 연구에서는 멜론 재배 스마트농장에서의 전력 사용량을 3개월 동안 모니터링한 결과, 각 시설의 전력 소비 패턴이 파악되었습니다. 이 데이터를 기반으로 필요한 고려사항을 제안하여 전력 사용 데이터를 효율적으로 활용할 수 있는 방법을 모색하였습니다.

• 3-2. 에너지 사용량 분석 및 효율성 개선 방안

• 스마트팜 내 에너지 효율화의 필요성이 커지고 있습니다. 2000년대 들어, 스마트팜은 4차 산업혁명의 핵심 기술을 적용하여 무인화 및 지능화를 이루었습니다. 기존의 노동력 및 지식은 데이터로 대체되고 있으며, 수확량 계산, 병충해 진단, 토지 수분량 측정 등 다양한 관리 기능이 실현되고 있습니다. 그러나 에너지 효율화 기술은 낮은 수준에 머물러 있으며, 농업용 전기의 연평균 사용량은 6.3% 증가하여 전체 평균 증가율인 2.5%보다 크게 상승하였습니다. 또한, 2018년 농업용 면세유 사용량은 14억3,200만 리터로 전년 대비 4.6% 증가하였습니다.

• 3-3. 신재생에너지 사용 및 사례 분석

• 농업 분야에서의 신재생에너지 사용은 추세로 자리잡고 있으나, 설치 비용과 유지보수 부담 등 다양한 문제가 존재합니다. 농식품부의 농업 에너지 이용 효율화 사업을 통해, 온실 농가는 신재생 에너지를 열원으로 사용하는 설비의 설치를 도울 수 있는 지원을 받고 있으며, 농가는 전체 비용의 10~20%만 부담하면 잔여 비용은 국가 및 지자체가 보조금 형태로 지원합니다. 그러나 이러한 기회에도 불구하고, 정책 인센티브의 부족과 정보의 비대칭으로 농업 현장에서의 신재생에너지 사용은 활성화되지 않고 있습니다.

4. 비료 사용 최적화

• 4-1. 정밀 농업과 맞춤형 양분 공급

• 정밀 농업은 작물의 생육 환경을 최적화하기 위해 ICT 기술을 활용하여 실시간으로 생육 정보를 수집하고 분석하는 농업 시스템을 의미합니다. 특히, 노지 스마트팜에서는 생육 정보 수집을 통해 지온, 토양 수분, 토양 수분장력 등을 모니터링하고, 이를 기반으로 양분 및 수분의 자동화된 관리가 이루어집니다. 토양의 양분을 실시간으로 모니터링할 수 있는 센서가 부족하였으나, 이제는 다양한 변수에 따라 작물의 종류와 특성에 맞는 최적의 재배 조건을 설정할 수 있는 환경 조성이 필요합니다.

• 4-2. 양분 관리의 자동화 시스템 사례

• 자동화된 양분 관리 시스템은 소프트웨어와 센서를 통합하여 물과 비료의 사용 효율을 극대화하는 방식으로 운영됩니다. 이를 통해 농업 생태계에서의 자원 낭비를 최소화하고, 최적의 생육 조건을 유지할 수 있습니다. 기존 수경재배 시스템에 비해 양분 관리가 어렵던 노지 스마트팜에서도 각종 환경 요소를 고려한 자동화 시스템이 필요하며, 이에 따라 농작물의 특성에 적합한 양분 공급과 관리 방식이 시행되고 있습니다.

• 4-3. 양분 사용량 절감 및 생산량 증대 효과

• 스마트팜 기술의 도입으로 인해 양분 사용량이 감소하고, 이에 따라 전반적인 농작물 생산량이 증가하는 효과가 나타납니다. 자동화된 양분 관리 시스템은 작물의 생육 조건을 최적화하고, 물과 비료의 낭비를 줄임으로써 자원 효율성을 높이는 역할을 합니다. 이러한 변화는 지속 가능한 농업에 긍정적인 영향을 미치며, 농업 생산성을 개선하는 데 기여하고 있습니다.

5. 폐기물 관리

• 5-1. 데이터 분석을 통한 자원 낭비 최소화

• 스마트 팜 기술은 IoT, AI, 데이터 분석 등을 활용하여 자원 낭비를 최소화하는 데 기여합니다. 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석함으로써 비효율적인 영역을 식별하고 그에 대한 개선 조치를 취할 수 있습니다. 이러한 시스템은 에너지 소비를 최적화하고 폐기물을 줄이는 효과를 가져옵니다.

• 5-2. 폐기물을 재활용하는 방안

• 스마트 팜에서는 폐기물 재활용을 위한 지능형 시스템을 도입하여 자재 사용량을 모니터링하고 최적화합니다. 가능한 한 재료를 재활용하거나 재사용하여 환경에 미치는 영향을 최소화하며, 순환형 경제에 기여하도록 합니다.

• 5-3. 스마트팜의 지속 가능한 농업 실현

• 스마트 팜은 통합된 기술을 통해 에너지 절약과 자원 관리를 최적화하며, 운영 비용을 절감하는 것뿐만 아니라 지속 가능한 농업의 실현에도 중요한 역할을 합니다. 또한, 이러한 기술들은 온실가스 배출량을 줄이고 환경 지속 가능성에 기여할 수 있습니다.

6. 노동력 관리

• 6-1. 업무 자동화 사례

• 농식품부의 보고서에 따르면, 스마트팜 기술은 자동화와 정보화의 핵심으로 하여 농업 생산성을 높이고 품질 향상을 추진하고 있습니다. 예를 들어, 스마트온실과 스마트축사의 도입이 이러한 자동화 기술의 대표적인 사례로 제시됩니다. 스마트팜의 도입으로 인해 생산량과 노동시간의 효율성이 크게 개선되었습니다.

• 6-2. 노동력 절감 효과 분석

• 스마트농업은 기존 관행농업에 비해 단위면적당 생산량이 33.7% 증가하고, 농업소득이 40.5% 향상된 것으로 나타났습니다. 이와 함께, 자가 노동시간도 12.5% 낮출 수 있는 효과가 있었습니다. 이러한 효과는 농업의 스마트화가 많은 해결책을 제공할 수 있음을 나타냅니다.

• 6-3. 청년 농업인 유입 및 농촌 일자리 창출

• 스마트농업은 청년농 유입과 농촌 일자리 창출을 가능하게 하는 미래 농업의 중요한 분야로 인식되고 있습니다. 농식품부는 김제와 상주에 스마트팜 혁신 밸리를 건설하여 청년 창업 보육 센터 및 임대형 스마트팜을 통해 청년 농업인에게 실습 기회를 제공하고 있습니다. 이러한 노력은 농촌의 노동력 부족 문제를 해결하고 농촌 경제 활성화에 기여할 것으로 기대됩니다.

7. 결론

• 결론적으로, 스마트팜 기술은 농업 분야에서 다양한 자원 효율성 향상을 가능하게 하며, 지속 가능한 농업 실현에 큰 기여를 합니다. 스마트팜을 통해 물, 에너지, 비료 사용의 최적화가 이루어지고, 자동 관수 시스템과 스마트온실 기술을 통해 농업 생산성이 향상되었습니다. 신재생에너지의 활용과 데이터 분석을 통한 폐기물 관리는 자원 낭비를 최소화하는 데 중요한 역할을 하였습니다. 또한, 자동화 기술 도입으로 노동력이 절감되고, 청년 농업인 유입이 촉진되었습니다. 이러한 기술 발전은 농촌 활성화에도 긍정적인 영향을 미치며, 앞으로 노지 스마트팜에서의 센서 기술 발전과 데이터 통합 활용이 중요한 연구 과제로 남아있습니다. 농업 현장에서 실질적인 적용 방안이 더 많이 연구된다면, 스마트팜 기술은 더욱 큰 혁신을 가져올 것입니다.

8. 용어집

• 8-1. 스마트팜 [기술]

• 스마트팜은 정보통신기술(ICT)을 이용하여 농작물 및 가축의 생육환경을 실시간으로 모니터링하고 자동으로 관리하는 과학기반의 농업 방식입니다. 이 기술은 물, 에너지, 비료 사용의 최적화, 폐기물 관리, 노동력 절감 등 다양한 자원 효율성을 높이는데 중요한 역할을 합니다.

• 8-2. 신재생에너지 [에너지 자원]

• 스마트팜 내에서 신재생에너지는 농업용 전기 및 난방 에너지원으로 활용됩니다. 지열, 태양광, 바이오매스 등이 있으며, 이는 농업 생산의 지속 가능성을 높이는 데 기여합니다.

• 8-3. 정밀 농업 [농업 방법론]

• 정밀 농업은 다양한 센서와 데이터 분석 기술을 통해 작물의 생장 상태를 정확히 파악하고 필요한 양분을 정밀하게 공급하는 농업 방법입니다. 이는 비료, 물 사용을 최소화하면서도 생산성을 극대화할 수 있습니다.

• 8-4. 자동 관수 시스템 [농업 시스템]

• 자동 관수 시스템은 토양 수분 상태를 실시간으로 모니터링하고 필요할 때마다 자동으로 물을 공급하는 시스템입니다. 이를 통해 과도한 물 사용을 막고 수자원을 효율적으로 관리할 수 있습니다.

• 8-5. 스마트온실 [농업 시설]

• 스마트온실은 ICT 기술을 접목하여 온실 내부의 온도, 습도, 조명 등을 자동으로 조절할 수 있는 농업 시설입니다. 이를 통해 농작물의 생육 환경을 최적화하고 생산성을 크게 높일 수 있습니다.

9. 출처 문서

• 농식품부, 생산량·농업소득 증가…스마트온실·축사 지속확대 추진https://www.kharn.kr/news/article.html?no=20518
• A Web-based Monitoring of Electrical Energy Consumption and Data Analysis of Smart Farm Facilitieshttps://www.ksbec.org/articles/article/4D4Z/
• Research Trends Using Soil Sensors for Precise Nutrient and Water Management in Soil for Smart Farmhttps://www.kjssf.org/articles/xml/Dv4L/
• 스마트 팩토리 시장 : 세계 산업 동향, 점유율, 규모, 성장, 기회, 예측(2023-2028년)http://www.giikorea.co.kr/report/imarc1390614-smart-factory-market-global-industry-trends-share.html
• 농업 에너지전환 박차https://www.kharn.kr/mobile/article.html?no=13143