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미래 농업 혁신: 식물공장의 잠재력

일일 보고서 2024년 10월 06일
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목차

  1. 요약
  2. 식물공장의 정의와 기능
  3. 국내외 식물공장 시장 동향
  4. 식물공장의 장점과 이점
  5. 식물공장이 직면한 도전 과제
  6. 중소기업을 위한 식물공장 모델
  7. 결론

1. 요약

  • 이 리포트는 식물공장이 현대 농업에서 가지는 잠재력과 직면한 도전 과제를 중심으로 분석합니다. 식물공장의 개념은 농업과 제조업의 융합을 통해 모든 환경 요소를 인공적으로 통제하여 농작물을 생산할 수 있는 기술을 포괄합니다. 이러한 농업 시스템은 기후 변화로 인한 농업 불안정을 해결할 수 있는 방안으로 각광받고 있으며, 일본, 미국 등 여러 국가에서 다양한 형태로 운영되고 있습니다. 식물공장의 주요 이점으로는 기후 변화에 강한 안정적인 생산과 높은 품질의 균일한 작물 생산이 꼽힙니다. 그러나 높은 초기 설치 비용과 운영비용, 에너지 소비 등의 문제가 존재하여 상용화의 걸림돌로 작용하고 있습니다. 이에 대해 리포트는 식물공장 운영의 성공을 위한 전략적 접근법과 한계점을 명확히 이해하고자 합니다.

2. 식물공장의 정의와 기능

  • 2-1. 식물공장의 개념

  • 식물공장은 농업과 제조업의 만남을 통해 개발된 시스템으로, 기후 변화에 대응하기 위한 안정적인 농산물 생산 방법으로 주목받고 있습니다. 일본에서는 인공광형 식물공장이 사업화되고 있으며, 미국은 도심 내 고층 빌딩 형태의 식물공장 건설을 연구하고 있습니다. 한국 또한 정부와 기업들의 관심이 증가하고 있으나, 관련 기술 수준은 여전히 낮은 평가를 받고 있습니다. 식물공장은 모든 환경 요소를 인공적으로 통제하여 농작물을 생산하는 방식으로, 연중 긴급한 농작물 공급 가능성을 제공합니다. 이를 통해 재배 품목의 규격화 및 정량화가 용이하며, 시장 수급 변화에 능동적으로 대응할 수 있습니다.

  • 2-2. 주요 기능 및 기술

  • 식물공장에서는 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 물, 영양분 등 식물 배양에 필요한 모든 환경 조건이 인공적으로 제어됩니다. 이 시스템은 공장제 생산 방식을 기반으로 하며, 시설 농업의 한 형태로 보입니다. 수직농업과 같은 현대적 농업 방식과 관련이 있으며, 일본, 미국, 유럽 등의 나라에서 이미 여러 형태의 식물공장이 운영되고 있습니다. 특히, 기후 변화의 불확실한 환경에서도 지속적으로 안전한 농산물 생산이 가능하다는 점에서 이 시스템의 필요성이 더욱 강조되고 있습니다.

3. 국내외 식물공장 시장 동향

  • 3-1. 글로벌 시장 규모 및 성장

  • 식물공장은 기후여건에 관계없이 365일 농작물을 생산할 수 있는 첨단 기술이 융ㆍ복합된 자동생산 시스템으로서 연중 안정적인 생산이 가능하다는 특징이 있습니다. 모든 환경 조건이 인공적으로 제어되는 시설에서 작물이 재배되므로, 노지 재배나 비닐하우스, 유리온실 등과 달리 계절이나 환경의 변화, 지리적 입지와 조건 등에 크게 구애받지 않으며 농작물을 1년 내내 생산할 수 있습니다. 이러한 식물공장은 가뭄과 홍수 등의 이상 기후 현상 속에서도 농산물을 안정적으로 생산할 수 있으며, 고유의 영양액 조절기술과 환경조절 기술로 신장환자를 위한 저칼륨 의료용 채소, 기능성을 높인 채소, 질산염을 낮춘 저질산 채소 등을 생산할 수 있는 가능성을 가지고 있습니다. 과거 일본, 미국 등 선진국에서 이 분야에 대규모 투자를 이어오고 있으며, 식물공장과 관련한 건축 시장은 2020년 129억 엔에 이를 것으로 예상되고 있습니다. 2018년부터 엽채류 점유율이 50% 이하로 떨어지고 있으며, 토마토, 딸기, 바이오, 약용 식물 등으로 대체될 전망입니다.

  • 3-2. 국내 시장 현황 및 도입 사례

  • 일본 정부는 2009년도부터 2010년까지 추경예산으로 150억엔(경제산업성 50억엔, 농림수산상 100억엔)을 편성하여 식물공장 산업에 본격적인 재정적 지원을 실시하였습니다. 이를 통해 향후 3년간 생산비를 30% 절감하고 식물공장 수를 3배로 늘리는 계획을 세웠습니다. 또한, 경제산업성의 50억엔의 예산으로 '기반기술 연구거점 정비' 사업과 '식물공장 모델 설치사업'으로 분류하여 연구개발을 지원하고, 전국 8개의 법인에서 연구개발이 진행되고 있습니다. 일본의 식물공장 모델 하우스형 실증사업 및 리스 지원사업 또한 추진되고 있으며, 2020년에는 관련 예산이 417억 엔에 이를 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 연구개발과 정책적 지원은 일본의 식물공장에서 성공적인 운영을 위한 기반을 마련하고 있습니다.

4. 식물공장의 장점과 이점

  • 4-1. 기후 변화 대응

  • 식물공장은 통제된 환경에서 연중 계획 생산이 가능하여, 기후 변화에 따른 농업 생산 불안정을 극복하는 데 기여할 수 있습니다. 농림축산식품부는 환경 조절이 가능한 스마트 농업 발전 방안을 마련하였으며, 수직농장과 같은 시설이 이러한 기술적 혁신의 일환으로 언급되고 있습니다.

  • 4-2. 안정적인 생산 및 품질 제고

  • 식물공장은 온도와 습도 등을 자동으로 제어하여 균일한 품질의 원료를 생산할 수 있는 시스템입니다. 해당 시설이 구축되면, 전세계 어디서나 동일한 품질의 규격화된 원료를 생산할 수 있습니다. 수직농장은 환경적 요인의 영향을 최소화하여 작물 보호가 용이하며, 재배 과정에서 물과 비료를 재사용할 수 있는 장점이 있습니다. 그러나, 높은 에너지 소비로 인해 생산비용이 증가하고 환경에 미치는 영향이 우려되는 등 단점도 존재합니다.

5. 식물공장이 직면한 도전 과제

  • 5-1. 높은 에너지 소비 문제

  • 식물공장은 본질적으로 많은 에너지를 소비하는 구조를 가지고 있습니다. 최근 보고서에 따르면, 식물공장이 운영되기 위해서는 태양광, 인공광 또는 두 가지를 병용하는 방법으로 작물을 재배하고 있으며, 이러한 과정에서 높은 전력 소비가 발생합니다. 수직농장 또한 대량의 전력을 소모하며, LED 조명을 사용하고 온습도 조절로 인해 작물의 생산비에 상당한 영향을 미치고 있습니다. 이러한 높은 에너지 소비는 경영 악화로 직결되고 있으며, 에너지 가격의 변동도 큰 도전 과제로 남아 있습니다. 일본을 비롯한 여러 국가에서는 에너지 효율성을 높이고 탄소 중립을 달성하기 위한 다양한 전략을 필요로 하고 있습니다.

  • 5-2. 경제성 및 시장성 한계

  • 높은 초기 설치 비용과 운영비용으로 인해 현재 많은 식물공장이 적자를 보고 있는 상황입니다. 보고서에 따르면, 최근 몇 년 간 자재비, 연료비, 인건비의 급격한 상승은 경제적 어려움을 가중시키고 있으며, 때문에 운영비용이 증가하고 있습니다. 특히, 수직농장은 시설비가 매우 많이 소요되어 투자비를 회수하기 위해서는 고부가가치의 작물을 재배해야 하는데, 이러한 작물은 불경기나 물가 상승 시 판매량 감소의 위험이 큽니다. 이로 인해 수직농장이 실제로 대량 수출을 이루기는 쉽지 않으며, 민주적 선택으로서 기능하기 어려운 상황입니다.

6. 중소기업을 위한 식물공장 모델

  • 6-1. 소형 수직농장

  • 소형 수직농장은 중소기업이 쉽게 접근할 수 있는 형태의 식물공장 모델로, 제한된 공간에서 높은 생산성을 낼 수 있습니다. 전문가들은 수직농장 확산에 대해 '5년 이내 보급 확대'와 '5년 이후 보급 확대'로 약 37%와 34%의 의견을 보였으며, 이는 중기적인 관점에서의 접근이 필요함을 시사합니다. 소형 수직농장은 IoT와 AI기술을 통해 생산량을 극대화할 수 있어, 농촌진흥청은 이를 위한 다양한 기반 기술을 개발하고 있습니다.

  • 6-2. 모듈형 식물공장

  • 모듈형 식물공장은 식물 생산의 유연성을 제공하는 모델입니다. 일본의 사례를 보면, 2008년 글로벌 금융위기 이후 식물공장 산업을 미래의 신성장동력으로 육성하기 위해 각종 정책적 지원을 아끼지 않았습니다. 일본에서는 2011년 93곳에서 시작하여 2021년 2월에는 390곳으로 증가했으며, 이에 따라 모듈형 설비가 시장에서 점차 보급되고 있습니다. 이러한 시스템은 건축 구조물로 설계되어야 하기에 필수적으로 냉난방공조시설과 LED광원이 포함된 재배시설의 구축이 요구됩니다.

  • 6-3. 커뮤니티 기반 농장

  • 커뮤니티 기반 농장은 지역 사회가 주도하여 운영되는 식물공장으로, 지역 주민의 참여를 촉진하는 모델입니다. 일본 내에서는 원전사고 이후, 오염지역에 식물공장을 건설하여 지역 부흥을 꾀하는 사례가 증가했습니다. 심지어 장애인과 노인을 위한 일자리 창출의 목적을 가지고 식물공장 사업을 추진하는 지역도 많아지고 있는 추세입니다. 이러한 커뮤니티 기반 농장은 지역사회의 다양한 요구를 반영하고, 주민들의 협력을 통해 운영 효율성을 극대화할 수 있는 장점이 있습니다.

7. 결론

  • 식물공장은 기후 변화로 인한 농업 불확실성을 극복할 수 있는 혁신적인 기술로 주목받고 있지만, 상용화를 위해 해결해야 할 과제들이 여전히 존재합니다. 주요 문제는 높은 초기 비용과 에너지 소비로 인한 경제적 부담이며, 이러한 문제들은 효율적 에너지 전략과 비용 절감 기술의 발전을 필요로 합니다. 특히, 수직농장은 투자 비용 회수에 큰 도전 과제를 안고 있으며, 이를 극복하기 위해 고부가가치 작물 재배가 필수적입니다. 중소기업에게는 소형 수직농장과 모듈형 설비를 통해 접근 가능한 모델을 제안하며, 정부의 적극적인 지원이 필수적입니다. 미래에는 지속 가능한 에너지 사용과 시장 맞춤형 작물 재배, 협력 네트워크 구축을 통해 식물공장의 운영 효율성과 경제성을 높이는 연구가 필요합니다. 이러한 접근은 식물공장이 현대 농업의 혁신을 더욱 촉진할 수 있는 실질적 방안이 될 것입니다.

8. 용어집

  • 8-1. 식물공장 [농업 기술]

  • 식물공장은 인공적으로 조절된 환경 내에서 연중 지속적으로 작물을 생산할 수 있는 시스템으로, 기후 변화와 같은 외부 요인에 크게 구애받지 않고 안정적인 농산물 공급이 가능한 현대 농업의 혁신 기술입니다.

  • 8-2. 수직농장 [농업 구조물]

  • 수직농장은 다층 재배 시스템을 통해 공간 활용도를 높이는 농업 방식으로, 주로 도심에서 고가의 공간을 효율적으로 이용하여 작물 생산성을 높이는 데 기여합니다.

9. 출처 문서