■ 연구기관
△한국 : 농촌진흥청, 서울대 등
△일본 : 치바대, 다마가와대 등
■ 연구내용
식물공장은 작물의 재배환경을 조절하여 연중 지속적인 계획생산이 가능하며, 작물의 수량과 품질을 향상할 수 있는 공장형 식물생산시스템을 말한다. 농업 기술의 발전 단계에서 식물공장은 기술과 자본 집약이 가장 고도화된 생산 시스템이다(그림1). 폐쇄형 식물공장의 경우 광, 냉방, 난방 에너지 소모가 토양에 기반으로 하는 온실 재배와 비교하여 5배 이상 소모 되므로 에너지 절감 기술 개발이 매우 중요하다. 광원의 에너지 소모를 줄이기 위해서는 식물의 광합성 효율이 높은 파장을 조사(그림2)하고, 방열 에너지가 낮은 LED를 식물공장에 채택하고 있다(농경과 원예, 2013년 8월).
한국에서는 녹생 성장의 정책적 추진에 따른 LED 연구와 생산이 가속화 되어 컨테이너형 식물공장 또는 파일럿 플랜트(Pilot plant) 형태의 식물공장의 경우 대부분 LED를 적용하고 있다. 식물공장의 제조사들은 현재 기술과 경제적인 여건을 고려하면 상업적인 수준에서 식물공장은 삼파장 형광등이 더 적합하다. 하지만, 식물생장용 LED 생산의 규모화가 진행되어 고휘도 LED의 가격이 떨어지면 상업용 식물공장에 확대 적용될 것으로 예상하고 있다.
상업적 식물공장에서 가장 큰 문제는 경제성 문제이다. 비닐하우스보다 자본이 고도로 집약된 식물공장 시스템에서 이익 또는 특이적 필요성을 만족하지 않는다면 이러한 문제 제기는 지속적으로 계속 될 것이다. 식물공장의 경제성에 대한 충분한 답변은 쉽지 않지만, 일본의 사례를 통해 가늠해 보고자 합니다. 만성신장병 환자들은 칼륨이 많이 들어있는 여름 과일 또는 채소를 과잉 섭취하면 신장병 환자들은 칼륨 배설이 어렵기 때문에 콩팥의 기능이 떨어지면 고칼륨혈증를 초래하여 근육의 힘이 약해지고, 숨쉬기가 힘들고, 심하면 심장이 정지할 수 있다.
작년 10월에 일본에서 출시된 식물공장에서 생산된 저칼륨 상추(브랜드명: Dr. Vegetable)는 신장병 환자들을 위한 식단에 적용된다. 칼륨이 낮게 배합된 양액 조성 적용하여 폐쇄형 식물공장에서 생산(그림 4)이 가능하고, 신장병 환자들을 위한 채소 공급을 위한 대안이 될 수 있다. 한편 한국에서는 인천에 신축되는 요양 병원 건물 한 층을 450㎡규모 식물공장 시스템을 적용하여 내년 연말에 완공할 예정이다. 식물공장에서 생산되는 채소는 환자용 식사에 공급되고, 환자들은 자발적으로 식물공장에서 일하면서 식물과 가까이 하고, 치료 기간 동안 스트레스를 완화하여 환자들의 회복을 단축할 수 있도록 병원 측에서는 원예치료 프로그램을 준비하고 있다.
식물공장의 시스템은 이때까지 농업에 비해 자본 집약적이고, 에너지 투입이 높기 때문에 그에 맞는 경제성 또는 특이적 필요성을 요구한다. 그에 합당한 연구 방향에 대해 식물공장 연구자들의 지속적인 성찰을 요구되는 시점인 것 같아 일본 최신 농경과 원예의 식물공장 최신정보를 바탕으로 정보를 공유하고자 한다.
■ 국내 기술수준과 전망
농촌진흥청에서는 남극기지에 식물공장을 설치 운용하고, LED를 이용한 태양광병용형과 식물공장 빌딩을 시범적으로 운용하고 있다. 인천에 신축되는 요양 병원 건물 한 층을 450㎡규모 식물공장 시스템을 적용하여 내년 연말에 완공할 예정이다. 앞으로 식물공장의 LED 및 온도관리 기술을 적용하여 에너지 절감이 가능하고, 특이 환자식에 요구되는 특이 채소 생산을 위한 식물공장에 대한 연구가 요구된다.
■ 자료제공 : 국립원예특작과학원 시설원예시험장 농업연구사 박경섭