국립원예특작과학원은 원예특작산업의 지속적인 발전과 경쟁력 향상을 위해 채소, 과수, 화훼, 인삼, 약용, 버섯 등 원예특용작물의 품종육성, 생산기술개발 및 융복합 기술을 활용한 부가가치 향상기술에 관한 시험연구와 기술지원을 임무로 하는 농촌진흥청 소속 국립연구기관이다.여경환 농업연구사는 식물공장에서 가장 중요한 재배기술인 수경재배에 대해 연구해왔다. 허브작물의 배양액 개발을 시작으로 자연광 식물공장에서 장미생산을 위해 필요한 식물공장형 single-stem 장미재배기술, 양액관리기술, 생육모델링 등을 연구했다.
인공광 식물공장에서 쌈채소 생산기술, 채소에 함유돼있는 질산염(NO₃-)을 저감시키는 양액관리 및 환경제어 기술 등을 다뤄왔으며 현재 만성신부전증 환자전용 저칼륨 채소, 기능성 성분 함유 채소생산을 위한 예비시험을 수행 중이다.
여경환 농업연구사를 만나 식물공장 운영에 필요한 작목선정 및 재배기술에 대해 들었다.
▎ 식물공장 작물재배 전망은
지구온난화 등 기후변화, 기상여건, 대내·외 정세 등에 따른 농산물 수급불안정과 가격급등, 식품관련 산업의 리스크 증가 등으로 식물공장의 발전가능성은 밝은 것으로 판단된다.
식물공장에서 주로 엽채류를 재배 및 판매하는 사업을 추진해왔는데 앞으로는 수익성 문제로 고부가가치 작물을 생산·판매하는 방향으로 전환될 전망이다.
엽채류 식물공장의 최대 중요과제는 저비용 생산이며 안전성, 연중생산, 가격안정성 등으로 시장을 확대해 나갈 수 있다. 인공광원을 사용하는 식물공장 또는 다단형의 vertical farm의 경우 초장이 작으면서 밀식해 재배할 수 있는 작물부터 시작해 △새싹채소 △어린잎채소 △바질, 민트, 타임 등 허브류 △양송이 등 버섯류 등은 물론 극지나 사막 등 기후적으로 재배가 어려운 지역에서 요구되는 △롤로로사, 오크맆 등 상추류 △딸기 등과 함께 곡류 생산, 건강식품이나 바이오 의약품용 원료가 되는 약용식물 등이 유효할 것으로 보인다.
이외에 딸기, 토마토 등을 시작으로 다른 과채류로 품목확대가 이뤄질 것으로 예상되며 기능성 채소, 건강식품이나 바이오 의약품용 원료가 되는 약용식물의 생산 등 고부가가치 품목의 시장확대가 가속화될 전망이다.
▎ 중장기 수익성을 기대할 수 있을 작목은
식물공장은 초기 투자비용이 높고 전기 사용량이 많아 저비용으로 생산이 가능한 작물, 즉 빛 의존도가 비교적 적은 엽채류, 새싹채소, 어린잎채소 등이 주로 재배돼왔다.
국내 기업에서 사막, 극지(남극) 등 농업환경이 열악한 지역에 식물공장 관련기술과 재배기술, 플랜트 기술 등을 수출하거나 지원한 사례들이 있다.
중동의 경우 상추류, 딸기 등을 선호하는 것과 같이 그 지역수요와 소비특성에 맞는 작물을 선택해야 한다.
이에 따라 엽채류뿐만 아니라 과채류, 화훼류 등에 대해서도 공장생산을 위한 자동화시스템 개발이 추진될 전망이며 대량생산이 가능한 기능성 원예작물 또는 약용작물, 건강식품이나 바이오 의약품의원료가 되는 작물 등 다양한 품목에 대한 향후 시장확대가 전망된다.
▎ 식물공장 특화 재배기술 연구는
국립원예특작과학원에서는 온도범위별 적응성을 검토해 시중에서 유통되고 있는 모둠쌈채소 중 상추, 엔디브, 적겨자, 청경채, 적치커리, 꽃케일 등 12종을 식물공장용 모둠쌈채소로 선발했다. 온도, 양액농도 등 환경조건에 따른 생장반응, 비타민C 등 기능성물질 변화, 최적 양액관리방식 등을 구명했다.
현재까지 식물공장에서 사용될 수 있는 LED, MH, HPS, HEHL, UV 등 다양한 광원의 광질, 광도, 광조사 시간 등을 이용한 연구사례로는 상추, 딸기, 절화장미, 마리골드, 카네이션, 호접란, 양배추, 들깨, 보리, 토마토, 감자 등이 있다.
국내 식물공장R&D는 LED 광도 및 광질에 따른 식물생육 및 기능성 물질 증대기술, 식물공장을 위한 천연물 의약품 원료생산기술, 수경재배시스템(DFT, NFT, Aeroponics, Ebb&Flow, 배지경 등)에서 양액조성을 통한 기능성 채소생산기술, 생리장해 경감기술, 인공광 식물공장의 광이용 효율 증대기술 등 연구가 수행됐다.
또한 식물공장에서 함암 및 항노화 효과가 있는 폴리페놀, 피토케미컬(phytochemical), 의약용 단백질(상추, 토마토, 담배, 당근, 벼 등) 등 식물에서 생성되는 물질을 환경조절로 생산성을 높일 수 있는 기술개발도 추진 중이다.
▎ 후속연구 계획은
국내에서 식물공장 기반기술 개발과 실용화 연구가 수행됐지만 체계적으로 진행되지 못한 부분이 있다. 국내 식물공장 R&D는 과거 핵심기술 및 산업화 기술개발이 체계적으로 진행되지 못하거나 기술개발 후에도 산업적 여건의 미성숙으로 개발기술이 활용되지 못한 사례가 많다.
식물공장의 산업화를 위한 핵심기술 개발을 위해 체계적인 R&D 전략수립이 필요하다. 앞으로 식물공장 연구는 공정생산이 가능한 작목선정, 공정에 적합한 장치표준화, 작업공정 지능화 및 자동화 기술을 정립하고 자동화에 의한 작업능률과 생산성 향상을 통해 국제경쟁력을 갖출 수 있도록 해야 한다.
식물공장 내 작물의 기능성 물질 증대를 위한 △생육단계별 최적 광량 및 광스펙트럼 설계 △살균 및 오염 최소화 △생육정보 기반 재배 최적화 △묘 생산시스템 실용화 기술 등도 중요한 분야로 전망되고 있다.
빅데이터, AI, 디지털 트윈기술, 무인자동화 기술 등 첨단 융합기술을 활용한 △작물 생산 △식의약소재 대량생산 △에너지절감 △양수분 최적관리가 가능한 순환식 수경재배 △인삼 등 약용성분이 높은 작물을 대상으로 재배기간 단축에 대한 기술개발 등도 후속연구로 유효할 전망이다.
