KISTI의 과학향기

농경지, 인력, 생산 비중 등의 감소로 어려움에 빠져 있는 국내 농업이 최근 첨단 기술과 융합해 ‘스마트 농업’으로 변신하는 중이다. 스마트 농업에서 태양광, LED, 지열, 발전소 폐열 등을 활용한 녹색기술이 중요한 역할을 하고 있다.

국내 농업은 농업 인구 고령화, 농업 인력과 농경지 감소, 생산 비중 감소 등의 어려움에 봉착해 있다. 농림축산식품부의 집계에 따르면, 국내 농경지는 2000년 전 국토의 19.0%에서 2013년 17.1%로 지속적으로 감소하고 있으며, 농림어업 종사자 비중도 전체 취업자의 10.6%에서 5.7%로 급격히 줄고 있다. 더욱이 국내 총생산 중 농림어업이 차지하는 비중도 2000년 4.4%에서 2013년 2.3%로 급락했다. 국내 농업을 활성화하기 위한 대책을 마련하는 것이 시급한 상황이다.

■ 국내 농업의 스마트화

최근 농업은 정보통신기술(ICT) 바이오기술(BT), 녹색기술(GT) 등 첨단 기술이 융합된 형태로 진화하고 있다. 특히 ICT를 접목한 스마트 농업이 생산물의 품질과 생산 효율을 높이는 데 기여할 수 있어, 노동인구 및 농지 감소, 기후변화에 따른 기상이변 등의 문제를 해결할 수 있는 방안으로 떠오르고 있다.

2014년 미래창조과학부는 2년 내에 신제품 서비스를 개발하고 창업을 지원하는 ‘신산업 창조 프로젝트’의 일환으로 사물인터넷(IoT)과 농업의 융합 프로젝트를 선정했다. 즉 사물인터넷을 기반으로 농작물의 최적 생육환경을 제어하기 위한 개방형 IoF(Internet of Farm)의 핵심 플랫폼을 개발하는 사업을 추진하는 것이다.

스마트 농업과 관련된 생산 영역의 주요 산업 기술은 스마트 팜, 식물공장, 지능형 농작업기 등이다. 이중 스마트 팜(smart farm)은 센서와 네트워크 기반의 스마트 농업생산 시스템이다. 각종 센서 기술을 이용해 농축산물의 생장, 생육 단계부터 온도, 습도, CO2 등의 정보 관리에 기초해 최적의 환경을 조성하고 병충해 등의 피해를 막기 위한 시스템 기술로, 최근 네트워크, 분석 소프트웨어, 스마트기기와의 연계를 강화하는 추세다.

스마트 개념이 스마트 팜과 함께 농업 에너지 쪽으로도 확산되면 시설원예 등에서 에너지 비용을 절감할 수 있다. 세종창조혁신센터와 SK는 2014년 10월부터 세종시 연동면에 조성한 ‘창조마을’에 300kW 태양광발전소를 구축한 뒤 전기를 판매해 연간 수천만 원의 수익을 창출하고 이를 마을의 수입원으로 삼을 계획이다. 또 2015년 9월부터는 연동면 예양리에 8250m2 규모의 ‘두레농장’을 건립하기 시작했고, 이곳에서는 스마트폰으로 재배시설을 원격 제어할 수 있는 ‘스마트 팜’ 기술을 적용할 뿐 아니라 태양광을 이용한 에너지 절감 프로젝트도 진행하고 있다. 즉 연간 2만kW의 전기를 생산할 수 있는 15kW급 태양광 발전 시설을 설치해 농사에 활용하는 것이다. 두레농장에는 시설하우스 내·외부를 실시간으로 살펴볼 수 있는 지능형 영상 보안장비도 도입하고, 수요에 맞춰 다품종, 소량으로 생산된 농산물을 지역의 도시민에 공급하는 ‘스마트 로컬푸드’ 시스템과 연계하게 된다.

■ 식물공장, 연평균 50% 이상씩 성장한다

또한 식물공장이라는 새로운 개념도 등장했다. 식물공장 기술은 저비용, 고효율로 작물을 생산하기 위해 작물의 상태에 따라 영양, 온도, 광원 등 생장환경을 실시간으로 모니터링하고 제어·관리하는 기술이다. 다양한 식물을 재배하고 생육 속도와 수확기를 조절하기 위해 온도를 조절하고, 식물 생장에 적합한 양분을 자동으로 공급해 품질을 높이며, 특히 작물의 광합성과 생육을 조절하기 위해 형광등, 고압나트륨등, LED의 다양한 광원을 이용한다. 이중에서 LED를 이용해 작물의 생산량과 품질을 높이고 전기에너지를 절감하고 있다.



우리나라는 1990년대에 식물공장 연구를 시작했고, 2009년부터 정부가 식물공장 연구를 지원하는데 박차를 가했다. 농촌진흥청에서는 국내 비닐하우스와 대형온실 형태에 적합하도록 농업용 적색 LED 장치를 개발하기도 했다. 잎들깨, 국화 등의 경우 밤에 적색광 조명을 켜주면 백색광보다 광합성 작용을 촉진해 생산량과 품질을 향상시킬 수 있고, 오이, 토마토 등 호광성(好光性) 작물의 경우 흐리고 비오는 날이 계속될 때 적색이나 청색 LED 광을 적절히 활용하면 생산량과 품질을 높일 수 있다. 또 LED는 백열등보다 전기에너지의 저감 효과가 70% 이상 높아 비용을 낮추는 동시에 이산화탄소 배출량도 감소시킬 수 있다.

전북대 익산캠퍼스에 위치한 LED농생명융합기술센터에는 330m2 규모의 LED 식물공장이 있다. 이곳에서는 3500여개의 LED를 활용해 식물을 키우고 있다. LED는 식물의 생장을 조절하는 역할을 한다. LED는 식물이 광합성을 할 수 있도록 기본적인 빛이나 에너지를 준다. 물론 식물이 생장하는 데는 태양빛이 가장 좋지만, 태양빛의 모든 파장이 필요하진 않다. 광합성에 필요한 파장은 두 가지로 450nm의 청색과 660nm의 적색으로 엽록소에서 흡수하는 파장과 거의 동일하다.

LED는 또 식물이 꽃이나 열매를 맺을 때, 신호를 주는 역할을 한다. 이를 빛에 따라 식물의 생장이 변하는 광형태 형성이라고 한다. 빛을 쬐인 정도에 따라 식물에게 신호를 줘 생장호르몬을 분비시키는 것이다. 그러면 식물은 꽃을 피우거나 열매를 맺으며 적절한 생장을 할 수 있다.

농자천하지대본(農者天下之大本), 농업은 하늘 아래의 큰 근본이라는 뜻이다. 우리의 입맛이 서구화되면서 즐겨 먹는 음식도 변하고 있지만, 우리의 주식은 역시 쌀이다. 하지만 쌀 소비의 감소, 외국의 저렴한 쌀 수입 등 우리나라 농업의 설 자리가 줄어들고 있다. 오늘은 우리의 농업이 살고 우리가 건강해 지는 밥상을 차려 보는 건 어떨까.

글 : 이충환 과학칼럼니스트