Ⅰ서론요즈음 텔레비전만 틀면 음식들이 쏟아진다. 먹는 방송 즉 먹방 홍수시대에 살고 있는 우리는 식량위기를 전혀 걱정하지 않는다. 세계인구중 8억명이 겪고 있는 굶주림이나 영양실조의 고통은 그저 우리가 도와야할 다른 사람들의 이야기라고만 생각한다. 하지만 인구증가와 기후변화로 인한 식량위기는 전 인류에게 닥칠 수 있다. 지구라는 한정된 땅 덩어리안에서 늘어난 인구[그림1]에 부양하는 식량을 생산하는데도 한계가 생긴다.[그림1] YTN 사이언스따라서 우리는 기존 농업과 수산업에서 대안을 찾거나 차세대 식량을 개발하는 등 다양한 시도를 하고 있다. 식량자급률이 점점 감소중인[그림2] 우리나라 역시 식량위기에 대비하기 위해 적극적으로 나서고 있다.[그림2] 농림축산식품부현대 농업은 1차, 2차, 3차산업이 결합된 복합 산업이며 단순한 먹거리 생산위주의 농업에서 벗어나 IT(정보통신), BT(바이오), ET(환경), NT(나노) 등 첨단기술과의 융합을 통해 고부가가치 융합산업으로 발전하고 있다. 그중에서도 생명기술뿐만 아니라 다양한 기술을 가진 식물공장에 대해 알아보려고 한다.Ⅱ본론1.식물공장의 정의채소나 곡물을 공장에서 공산품을 만들 듯 대량으로 만들어 내자에서 출발한 것으로 농작물에 대하여 통제된 일정한 시설 내에서 빛, 온?습도, 이산화탄소 농도 및 배양액 등의 환경 조건을 첨단기술을 이용해 인공적으로 제어하여 계절이나 장소에 관계없이 자동적으로 연속 생산하는 시스템을 말한다. 한 마디로 온도와 습도를 제어하고 인공 광원으로 상추등 농작물을 재배하는 시설농업으로서, 날씨나 계절에 관계없이 농작물을 연중 안정적으로 생산 최첨단 농업기술이라고 할 수 있다.[그림3] 1950년대 일조시간이 적은 북유럽에서 인공광원을 빛을 보충하여 식물을 재배하면서 시작이 되었다.[그림3] YTN 사이언스2.특징1)생장 촉진한다.완전히 자동화된 기계장치시설에서 여러 작물을 재배하는데 이들은 정교한 기계장치에 의 해 한치의 오차없이 생장에 필요한 정량의 영양과 성장요소을 공급을 해 생장을 촉진한다. 실제 식물이 잘 자라는 생장요소 즉 햇빛, 물, 토양이 반드시 필요하다. 그러나 식물공장에 서는 인공장치가 대체한다. 햇빛은 인공조명으로 대체, 토양은 질소?인 성분이 들어있는 영양분인 양액을 이용한 수경재배 방식으로 길러지는데 온도?습도조절, 이산화탄소 주입 등 컴퓨터 제어를 통해 이루어진다.(1)적색, 청색, 백색 및 원적색 LED 처리에 따른 고추냉이의 생육반응본 연구는 식물공장용 LED 챔버 시스템에서 고추냉이의 생육반응에 미치는 LED 광원 및 광질의 영향을 알아보기 위해 적색, 청색, 백색 그리고 원적색광의 단일 및 혼합처리, 적색광과 청색광의 비율 그리고 duty비 등을 다양하게 처리하여 수행하였다. 고추냉이의 생육반응은 적색 + 청색 혼합광에서 가장 높았고, 단일광 조건에서는 청색광보다 적색광 하에서 식물체 생물량이 높았다. 고추냉이의 식물체 생물량과 분열수는 적색과 청색광의 비율이 1:1인 조건에서가장 높았다. 적색과 청색광을 혼합하여 처리 시 고추냉이의 생육 반응은 duty비가 100%일 때 높은 반면, 적색과 청색광에 백색광을 첨가하여 처리 하였 을 때는 duty비가 가장 낮은 97%에서 높았다. 엽면적과 잎건중량은 적색광에서 가장 높 은 반면, 비엽면적은 청색광에서 가장 높았다. 적색과 청색 혼합광에서 엽면적과 잎건중 량은 적색광의 비율이 높거나, duty비가 낮을수록 증가하였고, 백색광을 첨가한 조건에서 는 duty비가 높을수록 증가했다. 이상의 결과를 종합해보면, 고추냉이는 단일광을 처리하 는 것보다 적색과 청색광을 혼합하여 처리해 주거나, 청색광보다 적색광의 비율을 더 높 여주는 것이 고추냉이의 생육 및 품질을 향상시켜 줄 것으로 판단된다.[표1][표1] 원예과학기술지, 31(4), 415-422.2)흉작이 없고 농약을 거의 쓰지 않는다.안정공급, 냉하 또는 난동, 태풍 등의 기상변동 즉 외부영향을 받는 경우가 없고, 병원균 또는 해충의 피해를 받는 경우가 없다. 이 때문에 흉작이 없어 일정한 양, 일정한 형 또는 맛, 영양가 등의 품질, 그리고 안정된 가격으로 공급이 가능하다. 높은 안정성, 병원균 또 는 해충의 침입이 없기 때문에 이들의 예방, 구제를 위한 농약의 살포도 필요하지 않게 된 다. 그리고 무농약에 의한 안전한 생산도 가능하게 된다. 더구나 세포수가 적고 토양 등에 부착하지 않기 때문에 세정하지 않거나 간이한 세정만으로도 먹을 수가 있고, 노력 또는 수도사용량도 절약할 수 있다.3)단기간 내에서 생육할 수도 있으면서 매년 십수작도 할 수 있다.또한 고속생산토양에 의존하지 않고 양액재배하는 것으로서 연작장해를 일으키지 않고도 연작이 가능하다. 보통 노지에서는 45-70일에 수확가능한 작물은 식물공장에서 30-45일로 수확가능하기 때문에 1.5배정도 증수할 수 있고 단수에 따라 다르지만 6단의 경우 단위면 적당 수확량을 9-10배 증가할 수 있다.4)비전문가도 작업이 가능하다.농업지식 풍부하지 않는 비전문가도 작업이 가능할 뿐만이 아니라, 노동환경이 심하지 않 기때문에 고령자 또는 장해자라도 작업이 가능하다.5)식물이 자라는데 필요한 환경을 인공적으로 만들 수 있다.도시, 극지방, 사막등 극한 조건에서도 작물을 재배할 수 있다.농업기술원은 식물공장에서 재배가 가능하고 소득이 높은 식물을 선발한 결과 최근 일본에 서 인기가 있는 ‘아이스 플랜트(Ice Plant)’, 서양채소의 하나인 ‘크레숑’ 등 우리지역에서 는 생소한 식물들을 확보하여 시험 재배에 성공한 사례가 있다.즉 식물공장은 정보기술, 바이오기술, 건축기술, 농업기술 등 다양한 기술이 집약된 기술의 결정체로 다섯 가지 PLANT로 정리할 수 있다.1)Place(장소)사막, 바다, 극지 등 환경에 구애받지 않고 어디서나 건설이 가능하여 장소의 한계를 극복 할 수 있다.2)Light(빛)음극선관 형광등, 고압나트륨 등, LED 등의 다양한 광원을 이용하여 작물의 광합성과 생 육을 조절할 수 있다.3)Auto(자동화)자동화 기술과 로봇화 및 원격제어 등을 이용하여 파종부터 수확까지 자동화가 가능하다.4)Nutrient(양분)식물 생장에 적합한 양분을 공급하여 품질을 높이고 기능성분을 강화할 수 있다.5)Temperature(온도)온도를 조절하여 열대에서 온대까지 다양한 식물을 재배하고 생육 속도와 수확기를 조절할 수 있다.3.종류1)태양광 이용형 식물공장[그림4]낮에는 태양광을 이용하고 밤에는 햇빛대신 인공조명으로 광합성을 하는 것으로 식물공장 의 대부분이다.[그림4] YTN 사이언스2)밀폐형 식물공장[그림5]인공조명만 이용하는 것으로 최근에는 형광등대신 더욱 효율적인 광합성 작용을 할 수 있 도록 푸르거나 붉은 LED조명 이용해 광합성을 하는 것이다.이처럼 재배환경 최적화된 인공 광을 이용해 24시간 광합성이 가능하도록 만들어졌다. 그 리고 여러층으로 쌓아 재배할 수 있기 때문에 높은 생산성기대가 가능하다.[그림5] YTN 사이언스4.예시1)일본 식물공장[그림6]도심의 건물안에 식물공장을 만들어 다양한 채소들을 실제 먹거리로 이용한다.[그림6] YTN 사이언스2)한국 이동형 컨테이너 식물공장[그림7]국내에서 2004년에 개발돼 남극 세종기지에서 컨테이너로 식물공장을 만들었다.[그림7] 블로그 Love RDA !5.문제점[표2]1)경제성(1)식물공장의 상추 생산비는 시설상추 생산비보다 약 14배 높다.[그래프1][그래프1] 식물공장과 시설상추의 생산비 비교농촌진흥청 2010(2)국내 식물공장 상추의 생산비가 소비자 가격을 훨씬 상회하여 수익성이 없다.국내 식물공장 상추의 소비자 가격은 kg당 1만 2,000원으로 일반 관행농 상추(6,505원 /kg)보다 약 1.9배 높은 가격에 판매되고 있다[그래프2][그래프2] 식물공장 및 시설상추 소비자 가격농수산물유통공사 20112)환경성(1)식물공장의 이산화탄소배출이 시설상추의 이산화탄소 배출이 많다시설상추 1kg생산에 따른 에너지 관련 이산화탄소 배출량은 0.252kg이고 식물공장상추 는 14.560으로 식물공장상추가 58배 많다. 따라서 이산화탄소 배출의 사회적비용도 58 배나 차이가 난다.(2)전기를 이용한 인공광원을 이용하기 때문에 환경 개선에 한계가 있다.인공조명 분야에서 가장 각광받고 있는 LED조명의 경우, 현재보다 효율이 3배 이상 높 아지면 이론적 최고치에 도달하여 더 이상의 효율개선을 기대하기 어렵다. 즉 식물공장 에서 이용하는 광원 중 가장 최근에 개발되어 효율이 좋고 기술진보 속도가 빠른 LED 조명이라 하더라도, 현재 기술 대비 3배 이상의 효율개선은 이론적으로 달성하기 어렵다 는 것이다.[표2]상추 1kg 생산에 따른 시설상추 및 식물공장의 경제성, 환경성 비교한국농업농촌의 비전 시리즈 4 20106.한계와 정책 제언1)식물공장의 경제성이 낮고 환경성이 열악한 것은 인공광광합성에 기인하며, 근본 적 해결이 어렵다.식물공장의 경제성과 환경성이 낮은 이유는 조명설비의 설치비가 많이 들고 광열비도 높고 인공광원과 인위적 환경제어에 에너지가 많이 투입되기 때문이다.2)현재 한국농업의 첨단산업화 대안의 하나로 제시되고 있는 식물공장에 대해 좀더 신중하고 비판적인 접근이 필요하다.식물공장의 생산규모가 커지고, 기술진보를 통한 생산성 향상이 이루어져도 현재 식물공장 이 안고 있는 낮은 경제성과 환경영향 문제는 쉽게 해결되지 않을 것으로 보인다. 그리고 최근 잦은 기상재해와 기후변화로 인한 식량안보 차원에서 그 도입 필요성이 제기되고 있 는 식물공장이 오히려 온실가스를 다량 배출하는 에너지집약형시설이라는 점은 이율배반적 이며 시사하는 바가 크다.3)식물공장의 장점을 살릴 수 있는 특화된 용도에 활용하는 것을 목표로 해야 한다.식물공장의 한계를 직시하고 일방적인 자원과 투자는 경계하되, 식물공장의 특성을 살려 활 용하는 방안을 모색해야 한다.
