[지식정보] 농업의 미래 '수직농장'

2050년에는 세계 인구가 90억 명을 넘어설 것으로 전망된다. 유엔식량농업기구(FAO)는 인구 증가를 감안하면 2050년까지 지금보다 식량을 70% 증산해야 한다고 주장한다. 그러나 기후변화, 산업화 등의 영향으로 곡물을 생산할 수 있는 농경지는 계속 줄고 있다. 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 등 첨단기술을 결합해 도심 건물 안에서 수경 재배가 가능한 수직농장이 미래 농업의 대안으로 주목받고 있는 이유다.

영어로 Vertical farm, 또는 Plant factory라고 불리는 수직농장은 전통적인 농업방식이 아닌, 인공광 아래에서 환경조절을 하면서 다단으로 연중 고품질 및 소량의 작물을 재배하는 실내농업 방식으로 미래에 발생할 수 있는 식량난과 농경지 부족을 해결할 대안으로 시작됐다.

세계 인구의 빠른 증가, 심각한 기후변화, 다양한 오염 환경 대두, 식품 안전성 요구, 푸드 마일리지 추구 등으로 인해 수직농업에 관심이 집중되고 있다. 수직농업은 시간과 공간에 상관없이 집약적인 작물 생산, 연중 계획 생산, 고품질 생산, 고속 생산, 청정 생산 및 노동력 절약 같은 장점이 있다. 그러나 높은 초기투자 비용 및 유지관리 비용을 극복하기 위해서 첨단기술도 중요하지만, 수익성 창출이 가능한 산업화 적정 기술 등을 포함한 다양한 비즈니스 모델의 개발도 필요하다. 이에 수직농장이란 무엇이며 또 수직농장의 장점과 한계, 그리고 각 나라별 사례들과 국내 수직농장 현황 등을 알아보고자 한다.

스마트에프엔 https://cnews.smartfn.co.kr/view.php?ud=201909091606567440124506bdf1_46

블로그 아이오크롭스 https://m.blog.naver.com/iocrops/221963798794

월간통상 http://tongsangnews.kr/webzine/2007/sub_12.html

이투데이 https://www.etoday.co.kr/news/view/1911425

AeroFarms (https://aerofarms.com/)

리테일 매거진 https://www.retailing.co.kr

팜에이트 http://www.farm8.co.kr/16655

경기도 기술원 블로그 https://blog.naver.com/ggnong/221807544498

SkyGreens https://nigeldickinson.photoshelter.com/image/I0000ln8UGWR_jrw

1. 수직농장이란

수직농업(垂直農業, 영어: vertical farming)은 수직농장과 같은 시설에서 실시하는 농법이다. 식물공장 아이디어를 1999년 처음 제시한 딕슨 데스포미어 컬럼비아 대학교 교수는 "30층 규모의 빌딩농장이 5만명의 먹을거리를 해결할 수 있다"고 말한다. 식물공장에서는 거의 모든 작물 재배가 가능하며, 물고기, 새우, 조개류, 조류(닭, 오리, 거위) 등 밀폐사육이 가능한 동물 사육도 가능하다.

재배방식은 건물의 각 층 또는 재배대를 수직으로 쌓아 흙이 아닌 양분이 담긴 물로 농작물을 키우며, 햇빛 대신 LED등을 사용하여 광합성을 시키고 습기와 온도를 통제한다. 주로 생산되는 농작물은 샐러드용 채소 및 허브이다. 다른 수확물에 비해 이윤이 많이 남으며 상대적으로 적은 공간에서 단기간에 많은 양을 수확할 수 있기 때문이다.

이러한 수직농업방식을 창안한 콜롬비아 대학 교수인 딕슨 데스포미어(Dickson Despommier)는 수직농장에 대해 “공해를 줄이고 상대적으로 적은 에너지로 기상이변의 영향 없이 농작물을 생산할 수 있다.”고 하였다.

2. 수직농장의 장점

‘제3의 녹색혁명’ 이라 불릴 만큼 수직농장은 전통적 재배방식과 비교해 많은 장점이 있다.

- 도시화가 진행되면서 농경지가 감소 그러나 이 수직농장을 세움으로써 적은 토지에 많은 작물의 재배가 가능, 때문에 농경지 감소에 대한 문제해결.

- 토양, 햇빛 없이 최소한의 물로 농작물을 재배하기 때문에 자연 생태계에 영향을 미치지 않고 독립적인 식량생산이 가능

- 수직농장은 일반 농장보다 적은 양의 물과 비료의 사용으로 물 부족, 수질 오염을 줄이는 효과

- 계절이란 특수성 없이 365일 내내 계속 재배가 가능하여 생산량 증가.

- 실내 재배이기 때문에 장마와 태풍 등의 기후 문제로 인한 농작물 훼손의 피해로부터 자유로워 연중생산이 가능하고 재배품질도 향상 가능

- 건물 내 농장을 지으면서 일자리 창출 및 건물의 유휴 공간 사용이 가능

- 수천만 달러의 민관 투자를 받기 때문에 죽어가는 도시의 경제를 살릴 기회가 됨.

- 대부분의 수직농장이 시골이 아닌 도심에 지어지기에 근처 식당 및 마트에 납품이 편리하고 유통비 절감이 가능.

3. 수직농장의 한계

위에 언급한 여러가지 장점에서 불구하고 재배시설을 인공적으로 만들어야 하기에 막대한 자본이 들어가는 등 그 한계점도 적지 않다. 그 한계점들을 살펴보면,

- 재배시설을 인공적으로 만들어야 하기에 초기 투자비용이 높다.

- 운영비, 도심의 비싼 지대를 감당할 수 있는지에 대한 의문이 제기

- 충분한 양의 흙을 사용하지 않기 때문에 유기농 라벨을 부착할 수 없다.

- 실제 작물을 생산하는데 사용된 에너지 사용량이 많아 높은 전기 사용량과 전기료는 수직농장의 수익성을 저하시키는 요인

- 수직농장은 첨단 농업 분야로 민간자본만으로 경쟁력 갖추기엔 한계 존재.

- 농장관리 등 비즈니스 모델이 확립되지 않아 농산물의 생산‧판매만을 통한 수익 창출은 아직 어려운 상황.

- 현재 대부분 작물은 작고, 빨리 자라고, 햇빛이 상대적으로 적게 필요한 엽채류, 허브, 새싹채소에 국한되어 있다. 다양한 작물의 재배로 다각화 필요.

4. 수직농장의 나라별 사례

수직농장은 1980년 초 ‘식물공장’이라는 용어로 일본을 중심으로 시작해 한국, 중국, 대만, 싱가포르 등 아시아 지역으로 확산되었고, 최근 미국과 유럽 국가를 비롯해 전 세계로 확산되면서 상업화가 가속화되고 있다. 수직농장이 필요한 이유와 가중치는 국가별로 약간씩 다르다.

1) 미국과 유럽

“지속 가능성이 새 유기농이다”라는 말이 있을 정도로 지속 가능한 방식으로 재배한 작물을 소비하고 싶어 하는 소비심리가 늘고 있다. 여기서 지속가능한 소비란 *푸드 마일리지가 적고 작물을 키우는데 자원을 최소한으로 사용한 제품을 소비하는 것을 말한다. 도시 근교에서 재배된 로컬푸드와 신선한 먹거리를 제공하는 점이 미국과 유럽의 소비자의 요구에도 들어맞고 있다.

*푸드 마일리지 (food mileage): 식품이 생산된 곳에서 일반 소비자의 식탁에 오르기까지의 이동 거리

AeroFarms (미국뉴저지)

• 현재 세계에서 가장 큰 수직농장 (2019년 기준)

• 제강공장을 개조하여 만든 약 2,800평의 수직농업 공장에서, 연간 500-2,000톤의 샐러드 채소 생산 (매년 약 25회 수확)

• 스프레이로 작물에 물과 양분을 공급하는 수기경재배(Aeroponics)방식 사용

Plenty

• AgTech 분야에서 가장 큰 투자 받는 기업

• 2017년 Softbank Vision Found가 주도한 2,400억 투자를 받음

• AI를 통한 작물 생산 및 수확의 기계화에 가장 많은 투자를 하는 수직농장

InFarm (독일 베를린)

• 슈퍼마켓에 수직농업을 도입한 세계 최초의 기업

• 독일 최대 슈퍼마켓 기업인 Edeka에 식물재배 냉장고를 두어, 엽채류 및 허브 판매

• 독일에서 시작하여 스위스, 프랑스, 영국, 뉴욕의 슈퍼마켓으로 사업 확장 중

막스앤스펜서 (영국)

• 신선식품 품질 관리를 강화한 ‘셀렉트팜(Select Farm)' 운영

• 매장 내 수직농장 운영

- 최신 IoT기술과 머신러닝을 결합 최적의 빛, 공기, 영양분만으로 재배

- 클라우드 기반 플랫폼을 활용해 원격으로 제어, 식물이 잘 자랄 수 있는 환경을 조성

2) 중동

중동의 아랍에미리트 (UAE)와 같은 국가들은, 80%의 식량을 수입에 의존, 식량 안보를 위해 식량자급률을 높이기를 원하고 있다. 그러나 대부분 국토가 사막지역이라 노지에서의 작물 재배가 어려운 환경이다. 이에 최근 적은 물 사용과 외부 기후에 관계없이 연중 안정된 작물 생산이 가능한 수직농업에 많은 투자를 하고 있다. 현재 가장 큰 수직농장은 미국의 AeroFarms이지만, 이보다 더 큰 규모의 수직농장을 두바이에 건설 중.

Crop One Holdings (미국 캘리포니아)

• 세계에서 가장 큰 규모가 될 수직농장을 두바이에 건설 중 (약 3,653평 = 130,000 ft2)

- 중동의 Emirates 항공과 480억 ($40M) 합작투자

• 미국 보스턴 근처의 마트에 수직농장에서 재배한 샐러드 채소 판매 (FreshBox)

- 수직농장에서 수확 후 24시간 이내에 슈퍼마켓에 도착하여 판매 신선함과 로컬푸드가 판매 강점

• 컨테이너 팜 형태의 수직농장

- 선박용 컨테이너를 재활용하여 사용

- 다른 수직농장에 비해 1/4 수준의 경제적인 설치비용

• 태양열을 이용한 재생 에너지를 일부 사용한 에너지 효율성을 높인 재배기술 보유

- 전기 1 kWh당 60~70g의 엽채류 생산

3) 아시아 국가

한국, 일본, 싱가포르와 같은 아시아 국가에서는 도시화로 인해 도시의 인구밀도가 높아지고 이로 인한 환경오염이 점점 심화 중. 이에 따라 도시 내에서는 안전한 먹거리를 소비하고자 하는 요구가 높고, 추가 비용을 지불해서라도 안전하고 신선한 먹거리를 소비할 수 있는 소비층이 발생. 그래서 단위면적당 생산성이 높고, 적은 토지를 사용하는 수직농장을 도시 또는 근교에 두어 작물을 재배하는 방식이 대도시에서 많은 관심을 받고 있다.

팜 에이트 (한국 평택)

• 샐러드 제조업을 중심으로 식물 재배, 제조, 유통을 연계해서 판매와 공급과정을 단일화한 회사

• 세계 최초 지하철 역사 내에 설치된 수직농장 설치

-현재 상도역, 답십리역점 운영 중, 을지로 3가역·충정로역·천왕역점 오픈 예정

• 서울 근교인 평택에 엽채류 및 허브 재배하는 수직농장 보유

• 3無(무농약, 무GMO, 무병충해) 안전한 먹거리 생산

- 마켓컬리, 신세계 SSG, 쿠팡에 샐러드 납품

SkyGreens (싱가포르)

• 자연광만을 사용하여 엽채류를 재배하는 수직농장, A-Go-Go Tower 형태의 수직농장

- 일반 수직농장보다 훨씬 적은 전기 사용

- 타워당 시간당 약 40watt의 전기 사용

• A자 형태의 타워에 올려진 랙(Rack)들이 위아래로 순환하면서 랙(Rack) 위의 작물들이 골고루 광을 받을 수 있는 시스템

• 약 800개의 A-Go-Go Tower에서 엽채류 생산 싱가포르 채소시장의 약 10%를 공급 & 해외 수출

5. 국내 수직농장의 현황과 전망

• 국내에는 인성테크, 팜에이트, 알가팜텍, 카스트엔지니어링 등을 포함한 약 40개 업체가 있다. 하지만 팜에이트의 중규모를 제외하면 대부분 소규모이며 최근 GCL 팜이 중규모 이상의 수직농장을 완공해 곧 가동할 예정.

• 다양한 시도로는 수직농장 프랜차이즈 사업, 지하철역 수직농장, 아파트 내 수직농장, 터널형 수직농장, 기타 가전형/가정용 소규모 수직농장 등이 있다.

• 최근 4차 산업혁명 시대에 즈음하여 스마트 기술을 적용한 수직농장 등 타 분야와 다양한 융합을 시도. 국내의 경우 관련 산업에 대한 정책, 법 제도 정립이 미진하며 산업적 관점에서 지원이 필요한 실정.

• 수직 농업에 관계되는 관련 산업은 식용작물·기능성, 광원·조명, 수경재배·관수, 환경제어·정보통신기술(ICT)·센서, 공조, 건축자재, 구조·모듈, 특수분야(우주농업·극지농업 등) 등이 해당.

• 농촌진흥청 보고서(도시형스마트농업모델 개발을 위한 자료조사 분석, 2019)에 의하면, 수직농업의 글로벌 시장규모는 2018년 22억 3,000만 달러에서 2028년 198억 4,000만 달러로 추정되며, 2018년 기준 세계시장에서 미국의 비중은 약 37.8%로 추정된다. 또한 국내 내수시장 규모는 2018년 2,500억 원에서 2028년 9,230억 원을 전망하고 있다. 최근에는 구글, 아마존, 소프트뱅크 등 다국적 기업 등에 의한 투자가 적극적으로 진행 중이다.

• 점점 가속화되고 있는 기후변화, 재해, 오염 환경에 대한 우려와 함께 코로나19 사태로 인한 청정·안전 식품이 강조되고 있다. 수작업이 필요한 농업에서 인력 및 물류비용 절감, 소비 패턴의 다양성 및 고품질·기능성 추구로 인해, 수직 농업의 필요성이 더욱 강조됨. 현재 수직농장은 다양한 분야와 융합이 진행되고 있고, 스마트 기술의 적용과 함께 미래 농업방식과 미래 사회에 영향을 줄 것이다. 본격적인 확산‧보급에 앞서 기능성 작물 등 경제성 있는 수직형 농장 비즈니스 모델 및 작물 재배기술의 발굴 및 실증 추진이 필요하다.