스마트팜이란 ICT를 활용해 시공간 제약 없이 원격 및 자동으로 작물의 생육환경을 예측하고 최적상태로 관리하는 농업방식을 말한다. 스마트팜은 소규모 면적에서 작물의 집약적생산이 가능하고 농한기에도 재배가 가능해 생산량 증가 및 노동시간 단축을 통해 농업환경을 획기적으로 개선할 수 있다.
스마트팜은 운영을 위해 생육환경 유지관리 소프트웨어, 환경정보 모니터링, 자동·원격 환경관리 등 기술이 필수적이며 이러한 기술들은 실내 온〮습도 환경제어 기술을 기반으로 한다.
에이올코리아(대표 백재현)는 다공성 금속유기골격체 MOF소재를 국내 최초로 상용화한 기업이다. MOF소재를 이용해 수분흡착과 함께 유해가스 제거 및 탄소포집 등으로 적용분야를 확대해 나가고 있다.
에이올코리아는 MOF소재를 활용해 스마트팜의 환경제어솔루션에 대한 연구를 수행하고 있다. 홍성호 에이올코리아 CTO를 만나 스마트팜시장 및 기술개발 동향에 대해 들었다.
■ 스마트팜 시장규모 및 해외동향은
글로벌 스마트팜 시장규모는 지속 확대되는 추세다. 과학기술일자리진흥원 자료에 따르면 세계 스마트팜시장은 △2015년 204조원 △2016년 233조원 △2017년 261조원 △2018년 295조원 △2019년 334조원 △2020년 378조원 △2021년 428조원 △2022년 482조원으로 성장했다. 국내시장 역시 2019년 3조6,000억원에서 2024년 5조4,000억원 규모로 성장이 예상된다.
이에 비해 우리나라의 기술수준은 선진국대비 열세다. 시장조사 전문기업인 비피기술거래의 ‘국내〮외 스마트농업 산업동향분석 보고서’에 따르면 스마트팜 글로벌 1위 국가인 미국대비 기술수준은 △네덜란드 99.1% △일본 97.5% △독일 93.3% △영국 89.5% △호주 83.4% 등이며 우리나라는 75%로 기술격차가 5.2년이다.
선진국은 자국의 지리적 환경과 기술적 강점을 기반으로 스마트팜 활성화를 추진중이다. 우리나라는 정부 육성정책을 바탕으로 성장 중이지만 농업의 구조개선을 위해 한국형 스마트팜 발전전략을 마련할 필요가 있다.
미국은 농업 및 과학기술 진흥정책을 추진하고 있으며 빅데이터를 토대로 민간기업들의 기술개발이 활발하다. IBM의 ‘딥 썬더(Deep Thunder)’는 GPS를 활용한 일기예보를 제공해 농가의 정밀농업을 실현하고 불확실한 기후영향을 감소시키고 있다.
일본 농림수산성은 데이터공유 기반의 농업데이터플랫폼인 WAGRI를 개발해 수요데이터에 기반한 농업생산 실현을 목표로 이미 2019년부터 운용 중이다.
네덜란드는 농식품 클러스터 구축으로 농업첨단기술 및 시설원예분야를 선도하고 있다. 대학연구소를 중심으로 글로벌 식품기업, 농약기업 등이 밀집된 클러스터인 ‘푸드밸리’를 조성했으며 200개 이상의 농업기업과 연구소가 자리했다. 푸드밸리는 2019년 네덜란드 GDP의 10%에 달하는 66조원의 매출을 올렸다.
우리나라도 격차를 좁히기 위해 적극적으로 노력하고 있다. 2018년 이후 스마트팜 확산을 위해 청년 창업생태계 조성, 산업인프라 구축, 스마트팜 혁신밸리 조성 등을 정책과제로 추진 중이다. 스마트온실 면적은 2013년 345ha에 불과했지만 2018년 4,900ha까지 연평균 70% 이상 성장했으며 올해는 7,000ha에 달할 것으로 추정된다.
다만 국내 스마트팜사업은 양적측면에서의 성장에도 불구하고 농경지 감소, 농민고령화, 인프라낙후, 인구유입 감소 등 구조적 문제를 개선하기 위한 전략개발이 필요하다.
■ 스마트팜 기술전망은
스마트팜은 1~3세대로 발전이 예상된다. 1세대는 현재 상용화된 시스템으로 편의성 향상에 초점이 맞춰졌다. 환경정보를 바탕으로 한 통신기술, 환경제어기술이 핵심기술로서 스마트폰 온실제어시스템 등 사람이 의사결정 및 제어를 수행하는 원격시설제어가 특징이다.
2세대는 ‘덜 투입해 더 많이’ 수확하는 생산성 향상에 초점이 맞춰진 시스템이다. 환경정보에 더해 생육정보까지 수집하며 이를 빅데이터〮AI와 결합해 사람이 의사결정하고 컴퓨터가 제어하는 정밀생육관리 시스템이다. 빅데이터 기반 지능형 생육관리 소프트웨어가 대표적이다.
3세대는 누구나 고품질 작물을 대량생산할 수 있도록 농업의 지속가능성을 향상한 시스템이다. 환경정보, 생육정보에 더해 생산정보를 포함하며 1~2세대의 통신기술, 환경제어, 빅데이터, AI기술을 포함해 지능형 로봇기술이 추가된다. 컴퓨터가 의사결정하고 로봇이 제어하는 시스템으로 전주기 자동〮지능형 관리가 적용되는 무인자율형 로봇농장이 대표적이다.
스마트팜의 핵심은 세대별로 진보되고 있지만 모든 세대기술에 공통적으로 적용되는 핵심은 환경제어기술이라는 점에 주목할 필요가 있다.
당초 2세대 스마트팜은 2030년, 3세대 스마트팜은 2040년 상용화될 것으로 예상됐으나 최근 세계적인 관심증대와 기술발전 가속화에 따라 각각 2025년, 2030년으로 상용화시기가 단축될 것으로 예상된다.
■ 스마트팜에서 환경제어의 역할
환경제어는 스마트팜 세대 진화와 관계없이 공통적으로 적용되는 기반기술로 온·습도 제어 및 환기가 대표적인 구성요소라고 할 수 있다.
온도는 작물의 호흡과 성장발달에 영향을 미치기 때문에 적절한 온도제어는 작물의 광합성과 동화산물*의 전류를 촉진시키고 작물의 수확량과 품질향상에 영향을 미칠 수 있다. 특히 과채류별로 서로 다른 생육적온과 한계온도를 가지기 때문에 환경제어를 통한 변온관리도 필요하다.
스마트팜의 가장 주요한 환경제어 인자는 습도다. 또한 공기중 습도를 40% 이하로 낮게 유지하면 작물로부터 증산량이 증가하며 수분흡수가 촉진돼 토양수분 함량에 영향을 미친다. 그러므로 작물의 생육부진 및 수확량 감소의 결과를 초래할 수 있으며 이러한 과건(過乾)조건은 투광량이 높은 유리온실의 경우와 난방기구를 과도하게 작동하는 경우 발생할 수 있다.
반면 습도가 90% 이상으로 높으면 증산 및 광합성량이 감소하고 질병발생이 심해진다. 일반적으로 밀폐관리, 빗물유입 및 지하수위가 높아지는 경우 발생한다. 온실 내·외부 공기교환을 수행하는 환기는 실내기온과 상대습도를 조절하며 작물생장이 가능한 범위로 수증기압차를 관리한다. 또한 식물생장에 반드시 필요한 탄산가스(CO₂)를 공급하고 유해가스를 배출한다.
■ 스마트팜 환경제어 시장확대 방안은
스마트팜은 시장기회가 큼에도 불구하고 높은 외산 의존도, 초기 설치비용 부담 및 사후관리체계 미흡 등으로 활성화에 걸림돌이 되고 있다. 근본적인 문제해결을 위해 정부차원의 전략적인 표준화 및 인증체계 마련이 필요하다.
특히 스마트팜의 환경제어장치 및 시스템은 학교, 연구소 및 기업 등에서 다양한 연구가 진행되고 있지만 실질적으로 기반을 확대하고 글로벌 경쟁력을 확보하려면 환경제어시스템의 표준화 역시 절실하다.
스마트팜이란 ICT를 활용해 시공간 제약 없이 원격 및 자동으로 작물의 생육환경을 예측하고 최적상태로 관리하는 농업방식을 말한다. 스마트팜은 소규모 면적에서 작물의 집약적생산이 가능하고 농한기에도 재배가 가능해 생산량 증가 및 노동시간 단축을 통해 농업환경을 획기적으로 개선할 수 있다.
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