LED조명, ‘농업의 패러다임’ 바꾼다

식물공장이란 땅에서 식물을 키우던 방식에서 벗어나 식물의 생육 특성에 적합한 인공환경을 제공하는 자동화된 재배 시스템을 말하며, 종래 과채류의 시설재배 및 수경재배를 더욱 발전시킨 미래형 농업이다.

최근에는 도심의 빌딩 내에서 신선한 채소를 사시사철 대량생산하는 첨단 농업이 식물공장을 통해서 실현되고 있다. 우리 생활 주변에서도 대형 마트의 채소 코너를 시작으로 유기농 레스토랑 및 아파트의 커뮤니티시설 등에 소규모 식물공장이 조성되고 있다. 1957년 덴마크 크리스텐센 농장의 균일한 육묘생산 시스템을 기원으로하는 식물공장은 미국의 경우 고층빌딩에서 식물을 재배하는 수직형으로 발전하였다. 일본에서는 1974년 히타치제작소가 완전제어형 식물공장을 개발한 것을 시작으로 2009년부터 정부 주도로 재조명되어 상업적 식물공장이 민간기업의 참여로 활성화되고 있다. 식물공장은 광원에 따라 태양광 및 인공광(형광등, LED조명 등)을 병용하는 형태와 인공광만을 사용하는 형태로 구분할 수 있고, 재배베드의 배치 방법에 따라 수평형, 다단형, 그리고 수직형 식물공장으로 분류할 수 있다. 구체적으로 식물공장은 청정 시설 내에서 광, 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 양분 등의 환경조건을 인공적으로 제어하고 재배를 자동화함으로써 계절이나 장소에 관계없이 안정적이고 계획적으로 식물을 생산할 수 있는 시스템이다. 이러한 식물공장은 빈번한 기상 이변 및 재해로 인한 불안정한 식량 자원의 공급 문제를 해결하기 위한 새로운 농업분야로 각광받고 있다. 특허청에 의하면, 식물공장에 관련된 특허출원은 지난 10년간 101건이 출원되었는데, 2008년까지는 출원건수가 매년 5건 미만에 불과했던 것이 2009년 11건, 2010년 38건, 그리고 2011년에는 36건으로 최근 출원건수가 급격히 증가하고 있다. 이는 전통적인 노지재배에서 시설·수경재배 시대를 지나 식물공장이 새로운 첨단 농업의 한 분야로 발전해 나가고 있음을 의미한다고 볼 수 있다. 특허 출원을 기술분야별로 보면, LED조명, 형광등, 태양광 등의 광원 관련 기술이 38%, 식물공장 자동제어 관련 기술이 37%로 전체 출원건수 중 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 또한, 재배 자동화 관련 기술은 11%를 차지하고 있으며, 수경재배 관련 기술은 9%로 양액을 기반으로 하는 기존의 수경재배 기술이 식물공장에 적용되는 정도에 머물고 있다. 특히 광원 관련 기술의 경우 LED 조명 관련 기술이 23건으로 60% 이상을 차지하고 있어 형광등(5건) 및 태양광(1건) 관련 기술의 출원이 상대적으로 미비한 실정이다. 국내의 식물공장은 대개 상추 등 신선 채소를 재배하고 있으며, 최근에는 메밀싹, 보리싹 등의 새싹 채소, 시금치, 인삼을 비롯하여 항산화 물질이 다량 함유된 아이스플랜트(Iceplant)와 같은 기능성 채소가 생산되어 고급 식자재로 유통되고 있다.

특허청 관계자에 따르면, 식물공장이 첨단 농업을 선도하기 위해서는 인공광원 및 환경제어 분야 핵심기술의 확보와 더불어, 태양광 및 재생에너지를 접목하여 에너지 비용을 최소화해야 할 것이며, 식물공장 자체뿐만 아니라 식물공장 재배에 적합한 신품종의 개발이 동반되어야 한다. 나아가 식물공장이 부가가치가 높은 약용식물과 기능성 물질이 다량 함유된 형질전환 식물의 대량생산에 적극적으로 활용된다면 향후 FTA에 따른 한국농업의 위기를 극복하는 새로운 성장동력으로 자리매김할 수 있을 것으로 보인다. 손정익 서울대 교수(식물생산과학)는 “식물공장이 전통적인 농법을 완전히 대체하지는 않겠지만, 고부가가치, 기능성 작물 생산, 기후변화 및 각종 재해에 대한 작물 안전 생산, 특수 작물 생산 등의 특화된 목적이나, 극지나 우주선 등의 특수 조건에서의 작물생산 등에서 쓰이다가 BT, IT와 연계되며 그 활용 폭을 넓혀갈 것”이라고 전망했다. 그는 또한, “최근 정부 부처, 지자체, 연구 기관별로 기획되고 있는 식물공장 관련 연구 및 사업에 대하여 “보다 효율적이고 체계적인 접근을 위해서 범 부처차원에서의 적극적인 협력과 공조체계가 매우 중요하다”고 강조했다.

그런 가운데 각 지자체들도 관련 기술을 적극 도입, 식물공장 확산에 나서고 있다. 진주시는 농업기술 전문박람회인 진주국제농업박람회를 계기로 행사 기간에 우수 기자재 전시 및 기술 전수를 위해 참여한 태평양기술과 진주시와의 기술 이전 MOU를 체결했다. 또 고유가 극복을 위한 하우스 내 LED조명(적외선 방열등)을 이용한 작물재배 기술이전에 본격적으로 뛰어들었다. 진주시에 따르면 실제로 많은 농업인들이 이로 인해 큰 혜택과 이점을 누리고 있는 것으로 알려졌다. 이들은 이상기온과 고유가를 극복하기 위한 방안을 모색하던 중 진주국제농업박람회 행사장에서 전시하고 있는 LED조명을 이용한 작물재배법에 착안한 경우가 많다. 그 중엔 고추하우스에 LED조명을 설치해 결실을 거둔 이도 있다. 이로 인해 큰 유류절감 효과와 함께 획기적으로 생산비를 줄이기도 했다. 또 LED조명을 설치할 경우 일조량이 부족한 시기에 햇빛을 대신 할 수 있고, 일조량 부족으로 발생하기 쉬운 곰팡이병 등을 최소화 할 수 있어 작물의 생육기간동안 정상적인 작물재배가 가능하다. 특히 LED조명 설치는 정부 역점시책인 친환경사업과도 연계 추진할 수 있다는 장점도 있다. 이에 따라 많은 농가들이 LED조명을 이용한 작물재배에 큰 기대를 걸고 있는 것으로 전해졌다.

최근 대구ㆍ경북지역 기업지원 관련기관들도 식물공장 기반산업 육성에 적극 나선다. 경북테크노파크(TP), 대구경북과학기술원, 대구경북디자인센터, 대구디지털산업진흥원, 대구가톨릭대 등은 2월 16일 경북TP에서 '식물공장기반산업 생태계조성지원사업'을 올해 광역연계협력사업과제로 신청하기 위한 업무협력협약을 체결했다. 식물공장은 특히 통제된 시설(청정실)에서 생물의 생육환경을 인공적으로 제어해 작물을 계획생산하는 농업시스템으로, LED, 바이오, 태양전지, 센서기술, 환경제어시스템, 로봇 등 첨단기술이 융합되는 분야다. 이들 기관은 “초기에는 선진국들이 낮은 경제성을 이유로 연구개발을 중단한 적이 있지만 최근 탄소배출 줄이기, 안정적인 식량생산, 친환경 등의 중요성이 부각됨에 따라 다시 활발한 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다. 이들 기관은 농촌인구의 고령화, FTA, 기후변화 등으로 악화된 농업환경 등을 개선하고 고부가가치의 특화작물을 안정적으로 생산할 수 있는 식물공장을 지역 신성장동력산업으로 육성하기 위해 관련산업의 생태계를 조성하자는 데 뜻을 모았다. 이 분야는 특히 첨단기술과 농업기술의 융합으로 신시장 창출은 물론 전방산업(품종, 소재, 양액)과 후방산업(IT, BT, 관광)의 연계효과가 뛰어나기 때문에 대구ㆍ경북권의 대표적인 융ㆍ복합 산업으로 육성될 전망이다. 구체적인 사례로 경북의 종자ㆍ특화작물, 대구의 ITㆍ건축ㆍ디자인 등 시ㆍ도간 특화분야를 연계해 농촌지역 폐교, 도심 유휴건물 등을 식물공장으로 활용함으로써 수익모델과 일자리를 창출할 수 있을 것으로 관계자들은 내다봤다. 이에 따라 이들 기관은 식물공장 기반산업의 생태계조성사업 공동추진, 관련 인력ㆍ장비ㆍ학술정보 공유, 관련 국책사업 공동발굴 등을 골자로 한 업무협력분야를 정해 산ㆍ학 네트워킹, 인력양성, 시범보급, 기업지원 등을 본격적으로 추진할 예정이다.

경상북도 보건환경연구원(원장 : 허완)은 최근 가시광선 영역의 LED빛을 이용해 대표적인 ‘식중독세균 병원체’를 살균할 수 있는 방법을 개발하였다고 밝혔다. 경상북도 보건환경연구원은 이번 연구를 통해 LED빛을 이용한 ‘살모넬라균’과 ‘장염비브리오균’, ‘병원성대장균’, ‘황색포도상구균’, ‘바실러스균’ 및 ‘리스테리아균’ 등, 총 6종의 병원체에 대한 살균방법을 제시했다. 또 빛을 이용해 세균에 의한 식중독발생을 저감화 시킬 수 있는 기술도 개발했다. 연구 결과는 특정파장의 LED빛을 ‘800lux 이상’의 밝기로 6종의 주요 식중독병원체에 각각 조사(照射)하였을 때, 병원체의 종류에 따라 4시간에서 6시간 이내 모두 살균되는 것으로 확인되었다. 사용된 LED빛은 가시광선 영역의 푸른 색깔의 빛으로 생물체에 대한 안전성이 높고, 발열성이 적어 식품신선도에 거의 영향을 미치지 않는 빛이다. 또한 저온에서 빛의 휘도가 낮아, 기존의 세균 살균에 사용되는 ‘자외선 전등(200nm~400nm 파장영역)’의 문제점을 해결했다. 경상북도 보건환경연구원의 한 관계자는 “인체에 무해하고 식품의 신선도를 유지시키면서, 주요 식중독병원체를 살균할 수 있는 방법이 개발되었다는 점에서 매우 중요한 의미를 가진다”며, “이번 연구 결과를 바탕으로 학교와 식당 등의 ‘집단급식소 식자재 보관창고’와 길거리음식의 보관용기 및 냉장고의 신선식품 보관서랍 등에 응용할 경우 식중독 발생의 저감화 효과를 가져 올 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.