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[지식정보] 푸드테크로서의 식물공장


푸드테크란 음식(Food)과 기술(Technology)이 융합한 새로운 산업으로 생산, 보관, 유통, 판매 등 식품 관련 분야의 기술적 발전을 의미한다. 최근 국내에서 환경을 고려한 소비 증가, 비대면 외식소비 선호, 빅데이터를 활용한 소비자 맞춤형 서비스 제공 등에 대한 수요가 증대함에 따라 국내 푸드테크 산업이 발전하고 있다. 한국농촌경제원은 푸드테크를 크게 식물공장, 대체식품, 3D 식품 프린팅, 물류․유통 분야의 블록체인, 무인주문기(키오스크), 조리 및 서빙 로봇, 배달 등을 구분하고 있다. 국내 푸드테크는 주로 식자재 조달, 레시피 공유, 음식점 정보 공유, 맛집 추천, 주문/예약, 요식 배달에 집중되어 있으며, 푸드테크 적용 영역의 확산이 기대되고 있는 시점이다. 이번 호에는 푸드테크 중에서 식물농장에 대해 살펴본다.

자료: 한국농촌경제연구원, ‘푸드테크 산업의 혁신 트렌드와 미래전망’ 2023. 3. |

정보통신신문 http://www.koit.co.kr/news/articleView.html?idxno=110619

MarketsAndMarkets(2020a);

정보통신기획평가원(https://now.k2base.re.kr/portal/issue /ovseaIssued/view.do?poliIsueId=ISUE_000000000000993&menuNo=200046&pageIndex=). 이슈분석 200호: 스마트 팜 최근 동향과 시사점. 검색일: 2022. 12. 20.

이은복(2015)

BIS Research

비피제이기술거래(2020); 국회예산정책처(2022)

뒤이베스트진 토마텐(duijvestijntomaten.nl); EU-Startups(www.eu-startups.com/)

월간원예(2021. 3. 30.). “지하철, 남극에도 설치된 팜에이트(Farm8) 인도어팜.”; K스타트업 밸리(2019.

7. 7.). “엔씽의 차세대 스마트팜 시스템 ‘플랜티 큐브’, 중동 진출.”

델코지식정보

https://www.delco.co.kr/




식물공장은 광, 온도, 습도, 배양액 성분 등을 인위적으로 조절하여 외부기상 여건의 영향을 전혀 받지 않는 밀폐된 시설 내에서 작물을 재배한다(콜드체인 뉴스, 2022. 8. 2.). 이를 위하여 인공광원인 LED, 생육환경 자동제어를 위한 ICT, 최적의 생장조건 제시를 위한 생명공학(BT), 오염방지 및 자원의 재활용을 위한 기술 등이 종합적으로 적용되어 자본과 기술이 집약된 스마트팜의 형태로 볼 수 있음(콜드체인 뉴스, 2022. 8. 2.).

시장 및 산업 동향

전 세계 스마트팜 시장 규모는 Markets And Markets에 따르면, 2017년 105억 달러에서 2021년 148억 달러로 증가한 것으로 추정되며, 2025년에는 220억 달러로 연평균 9.8% 증가할 것으로 전망된다. 한편, BIS Research에 따르면, 2021년 약 146억달러 이상으로 추산되며, 2026년까지 2배 이상 성장해 341억달러 이상을 기록할 것으로 예측된다.

Grand View Research는 2022년부터 2030년간 스마트팜 시장 연간성장률을 약 10.2%로 예상하고 있다. 국가별로는 미국이 전체 시장 규모에서 약 45% 이상의 점유율을 차지하며 스마트팜 시장에서 주도적인 역할을 하고 있는 상태다.



국내 식물공장 시장 역시 빠르게 성장하고 있다. 국회예산정책처(2022)에 따르면, 국내 식물공장 시장 규모는 2015년 1,800억 원에서 2020년 3,576억 원으로 성장하였으며, 전체 스마트팜 시장에서 차지하는 비율도 2015년 5.0%에서 6.6%로 증가하였다(비피제이기술거래, 2020).




식물공장 ‘PLANT’ 기술

식물공장을 유지하는 핵심기술은 장소(Place: P), 빛(Light: L), 자동화(Auto: A), 양분(Nutrient: N), 그리고 온도(Temperature: T) 다섯 가지를 포함하여 ‘PLANT’로 축약되어 표현된다.

- 장소(P): 식물공장은 장소에 제한 없이 작물재배가 가능한 시스템. 실례로 남극 세종기지에 컨테이너형 식물공장이 설치되면서 보급물자에 의존하던 채소류를 자급하고 있는 것을 들 수 있다. 식물공장은 수평적 재배가 아닌 수직 건물 재배도 가능하며, 식물공장 50층에서 작물을 재배할 경우 식량 생산량은 약 5만 명분으로 보고되고 있다.

- 빛(L): 식물의 성장과 개화, 결실 등은 빛의 세기와 노출 시간에 따라 결정된다. 최근에는 LED(Light Emitting Diode)를 활용하는 식물공장이 증가 추세를 보이고 있다.

- 자동화(A): 자동화 및 로봇기술 도입으로 작업의 효율성과 생산성이 크게 증대되고 있다. 식물공장 안에서 묘종을 정식하는 로봇이 이용되고 있으며, 파종에서 수확까지의 전과정을 자동화하는 시스템의 개발도 이루어지고 있다.

- 양분(N): 기존 작물 재배에서 양분공급은 토양을 통해 이루어지지만, 식물공장에서는 영양액이 이용된다. 영양액 사용으로 토양 오염을 감소시킬 수 있으며, 영양성분이 필요한 시기에 적정한 양만큼의 공급도 가능하다. 작물 재배에 필요한 양분과 물의 흡수량 조절이 가능해짐에 따라 당도가 높거나 맛이 좋은 작물을 재배할 수 있다.

- 온도(T): 온도는 작물의 발아 시기, 생육 기간, 꽃눈 형성과 같은 생육에 매우 중요한 요소이며, 식물공장에서는 온도 조절을 통한 작물생육의 최적 조건을 제공함으로써 모든 기후대의 작물 재배와 수확이 가능하다. 신재생에너지로 태양열이나 지열 등을 에너지원으로 이용하는 연구도 활발하게 진행되고 있다.



주요 신산업 기술


주요 기술에는 데이터 분석·소프트웨어, 수직농장, 작물용 조명, GPS·GIS, 센서 기술·IoT AI·머신 러닝, 재생에너지 시스템, 지능형 농기계·로보틱스 등이 있다.

스마트팜은 센서, 정보통신기술(ICT), 사물인터넷(IoT), 로봇공학과 드론 등으로 대표되는 4차 산업 기술을 농업 분야에 적용해 작물·토양·가축 관련 데이터를 수집 및 분석해 토양이나 기후, 질병 등의 환경을 측정·통제하고 자동화와 기계화를 통해 농업 프로세스를 최적화하는 시스템이다.

최근에는 마케팅·예측 등에 쓰이는 소프트웨어에 토지 및 작물 관련 데이터를 입력하고 통합하는 과정이 새로운 규범으로 정착했다. 최근 한국형 스마트팜 3세대는 지능형 농기계·로보틱스 등 노지 분야의 스마트팜 기술 설비를 포함한다. 기후변화와 환경 문제로 농축산업 환경상 변동성과 불안정성이 확대되는 가운데 글로벌 식량 위기의 대응책으로 떠오르고 있다.

스마트팜 기술은 그 수준에 따라 1세대(비닐하우스 자동 개폐, 실시간 모니터링, 원격 제어), 2세대(자동제어, 클라우드 서비스, 농업용 SW), 3세대(복합 에너지관리, 로봇 농작업, 로봇정밀센서)로 나뉜다.

적용 대상에 따라 시설원예(스마트 온실 시스템), 과수(스마트 과수원), 노지(스마트작물 관리, 지능형 농기계), 축산(스마트 축사, 로보틱스)으로 구분된다.


해외 식물농장과 우리나라 진출 방향

식물공장은 미국뿐만 아니라 일본, 유럽에서 빠르게 상업화에 접어들었으며, 다양한 방식을 통하여 소비자들에게 판매가 진행 중이다. 특히, 수직형 식물공장 및 시설원예(온실)는 네덜란드, 이스라엘, 미국 등이 선도하고 있다(연구개발특구진흥재단, 2021).

글로벌 주도국인 미국을 살펴보면, 스마트팜 시장 규모에서 2022년에 전년 대비 약 12% 성장하며 40억 달러에 도달했으며, 2022년~2030년까지 약 6.2%의 연평균 성장률이 전망된다. 식물공장에서 수요가 가장 크게 발생하고 있으며 가격이 구매 여부의 중요한 판단 기준이다. 우리 기업이 미국에 진출하기 위해서는 지역별로 농업 환경, 인구 밀도 등 시장 특성이 매우 달라 시장 세분화가 필요하고, 좁은 도시 공간 활용이 가능한 수직 농장, 특수작물에 특화된 보급형 스마트팜 등이 경쟁력이 있다.

캐나다의 경우 2021년 시장 규모 8억7000만 달러이며, 2017~2021년 사이에 약 11.8%의 연평균 증가율을 보이고 있다. 스마트팜 기술에 대해 농가의 과반이 이익보다 비용이 더 크다는 입장이라, 농가의 투자 예상 규모 또한 한정돼 있다. 따라서 캐나다 시장에 우리 기업이 진출하기 위해, 스마트팜 기술 도입 시의 투입 비용을 낮춘다면 생산 효율성을 강조할 수 있고, 유럽에 비해 가격경쟁력을 갖춘 우리나라 기업이 유리하게 활용할 수 있는 전략이다.

대농장의 경우 기도입률이 높고 200~400헥타르 면적의 소규모 농가에 스마트팜 기술 도입 수요 및 기회가 증가하고 있어, 소규모 농가 수요에 맞춰 소형장비 위주 제품 구성할 필요가 있다. 과채류 수입량이 많고 유기농산물 수요가 증가하고 있다는 점을 결합해 해당 분야를 특화한 제품으로 시장에 진출할 경우 승산이 있을 것으로 보인다.

영국의 경우 스마트팜 시장 가치는 2018년 140억파운드(약 161억달러)를 넘어섰으며 관련 종사자가 50만명 이상으로, 향후 3년 이내 전체 농가 중 26%가 적용을 확장할 계획이다. 낙농업 분야의 수요가 가장 앞서고 있는데, 유축장 설비 대부분이 스마트 기기이다. 대규모의 작물 농업에서도 스마트 기기와 시스템이 널리 도입되고 있으나, 데이터 통합 부족으로 어려움을 겪고 있다. 과반에 가까운 인터넷 사용 농가에서 10MB 이하의 광대역 인터넷을 사용하고 있어 무선통신망 발달로 클라우드 서비스에 유리한 우리나라 기술을 적용 시 충분한 테스트 과정이 필요하다.

일본의 2021년 스마트 농업 시장 가치는 290억엔(약 2억달러)이며, 2016년 수치는 100억엔(약 6900만달러)로 5년간 성장률은 무려 190%에 달한다. 2027년까지 일본 스마트 농업 시장은 600억엔(약 4억1400만달러)으로 성장하리라 예측된다. 원예작물이 농업 산출액의 약 40%를 차지해 고부가가치 산업 육성이 가능하며 해당 분야가 식품 소비 지출에서 가장 높은 비율을 차지해 연간 안정적인 공급이 강조되는 추세다. 사계절이 뚜렷하고 우리나라와의 물리적 접근성이 높다는 장점이 있어 국내에서 축적된 데이터를 활용할 수 있다.

증국의 스마트 농업 2021년 시장 가치는 5억 4800만달러로 전년 대비 성장률은 약 18.8%이며, 2017~2021년 연간성장률은 12.5%이다. 중국의 최근 이슈는 원격지원과 클라우드를 적용한 스마트팜이며, 국가 주도로 많은 지원사업 및 기술 개발이 이뤄지고 있다. 채소 재배량이 많은 허난성, 광시성, 귀주성 등 지역에서 스마트 관수 시스템, 쌀 생산량이 많은 헤이룽장, 허난, 장시성 등 지역에서 지능형 농기계 등 기업의 기술 분야와 수요 특성이 일치하는 지역의 지역 특화 플랫폼을 거점으로 홍보 활동을 추진하면 효과적일 수 있고, 스마트폰 생태계가 잘 구축돼 있는 점을 활용, 기존 중국 소비자가 사용 중인 플랫폼 내에 미니 프로그램 형식의 농업 소프트웨어를 제공하는 방안이 있다. 농업 생산자들의 낮은 교육 수준이 스마트팜 기술 확산의 장애물이 되고 있어 직접 따라하며 사용할 수 있는 영상 미디어 제공을 통해 접근성을 높일 시 소비자 스펙트럼을 넓힐 수 있다.

KOTRA는 “수출 대상 국가를 설정함에 있어 어느 특정 국가를 일반화해 무조건적 선호도를 갖기보다는 기업의 상황과 특성을 먼저 분석하고 고려하는 편이 적절할 것으로 판단된다”고 추천한다.

유럽의 대표적인 혁신 농업방식은 실내 수직 경작이다. 실내 수직 경작은 기존 농업방식에 비해 토양, 농업용수, 온도, 습도 등의 영향을 받지 않고 살충제와 비료 사용도 적다. 넓은 농경지가 필요 없어 신선한 채소를 도심 근교에서 재배하여 소비자에게 신속하게 공급할 수 있는 장점이 있다.

네덜란드는 미국에 이어 세계 농산품 수출 2위로 제한된 경작면적을 극복하기 위해, 농업 분야에 대한 지속적 R&D 투자 및 시스템 개발을 통해 높은 생산성을 이뤄 내고 있다.

- 네덜란드의 뒤이베스트진 토마텐(Duijvestijn Tomaten)은 토마토 수직 경작으로 제곱미터 당 70kg의 토마토를 생산할 정도로 생산성이 높으며, 스마트팜 기술을 활용하여 적은 양의 농업 용수 사용, 살충제 미사용 등으로 친환경적 토마토를 생산하고 있다.

독일의 인팜(Infarm)은 세계 최초의 매장농장(In-store farm) 콘셉트를 도입하여 유통 매장이나 식당 내에서 농장을 운영 중이다.

- 2013년 설립된 인팜은 11개국에 걸쳐 1,800개 이상의 소매점에 매장농장을 보유한 기업이다.

- 실내 수직 농장기를 슈퍼마켓에 설치하고 LED 조명과 수경 재배 방식을 도입하여 물과 비료 사용량을 줄인다.

- 인팜에서 모종을 매장 내 설치된 실내 수직 농장기에 옮겨 심어 슈퍼마켓에서 수확까지 관리하는 새로운 농업방식을 활용하고 있다.

- 작물을 층층이 쌓아 재배하는 버티컬 파밍, LED 조명 및 수경 재배 방식을 도입하고, 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 농도 등을 인팜 봉사에서 원격 조정하여 효율적으로 농작물을 생산한다.


영국의 그로우업팜(GrowUp Farms)은 2013년 영국 런던에서 폐공장을 임대하여 수직형 아쿠아포닉스(aquaponics)를 사용하여 농수산물을 재배 유통하는 기업이다(국토연구원, 2022).

- 아쿠아포닉스는 수산양식(aquaculture)과 수경재배(hydroponic cultiꠓvation)의 합성어로 어류 양식과 식물 재배를 결합한 농업 기법이다.

- 어류 양식 과정에서 발생한 배설물을 식물 재배를 위한 영양분으로 활용하여 자원 및 환경 부담을 절감한다.

- 농작물 생산을 위한 에너지의 대부분을 재생 가능한 냉난방을 통해 공급하여 수직농업에 있어 에너지 의존성을 줄여 지속 가능한 농업을 지속하고자 노력 중이다.




우리나라 수준

미국, 유럽 등 선도국 대비 70%의 기술 경쟁력을 보유한 것으로 나타난 국내 스마트팜 업계의 글로벌 시장 진출 전략으로 기술 개발과 함께 높은 가격경쟁력 활용, 시장 세분화를 통한 국가 맞춤형 특화 서비스 개발 등이 제시되고 있다.

KOTRA는 최근 ‘2022년 스마트팜 해외 진출전략 보고서’를 통해 “우리나라 스마트팜 업계는 시장 진입 시기가 다소 늦어져 미국·유럽 등 선두그룹과 비교했을 때 아직까지 기술격차가 존재하며, 스마트팜 관련 노하우와 글로벌 인지도 역시 부족하다”며 “국제 시장에서 이를 극복하고 충분한 경쟁력을 확보하기 위해서는 각국의 농업 환경적 특성과 단순히 기술적인 측면으로만 충족시키지 못하는 소비자 수요를 섬세하게 포착해, 기술적 측면에서 파고들 수 없는 부분에 대해 다방면의 서비스를 제공할 필요가 있다”고 조언하고 있다.

국내 제품 개발 방식을 보면, 자체 개발이 72%, 공동‧위탁 개발 11.7%, 기술 제휴 6.0%로 기업 내부 자체 개발이 주를 이루고 있고, 생산 역시 직접 생산이 55.5%로 가장 많았다. 이어 국내에서 완제품을 매입하는 방식이 21.75%, 국내업체 위탁생산이 11.0%, 해외 완제품 매입이 9.0%로 나타났다. 매출액 규모가 큰 업체의 직접 생산

비율은 평균 수치를 크게 웃도는 64.0%다.

데이터 분석·소프트웨어의 경우 91.2%의 스마트팜 소프트웨어가 자체 개발 방식으로 개발되고 있으며, 빅데이터 분석 및 서비스 역시 87.5% 기업에서 자체 개발 중으로 높은 편이다.

AI·딥러닝의 기술 수준을 보면, 업체별 인공지능 관련 인력은 0.95명으로 평균 1명이 되지 않으며, 특허 개수 또한 0.78개, SCI급 논문은 0.46개로 평균 1개가 되지 않는 상태다. 15.7%의 기업에서 관련 기술을 보유하고 있으며 빅데이터 분석 및 서비스 제공 기업에서 보유하고 있는 경우가 56.3%로 가장 높은 비중을 차지한다.

2022년 농림축산식품부 보도자료에 따르면, 우리나라 스마트팜 기술은 스마트팜 선진

국가인 EU 국가 전반과 비교할 때 2020년을 기준으로 4년 정도 뒤처져 있으며, EU 국가의 발전 수준을 100%로 상정할 시 70% 수준에 불과하다. 과기정통부가 발표한 2020년 기준 미국 대비 기술 수준 또한 같은 수치다.

식물공장에서는 상추, 치커리, 청경채, 케일, 엔디브 등 대부분의 쌈채소 재배가 가능하다. 또한 허브류(바질, 딜, 루꼴라)를 비롯해 새싹채소, 어린잎채소, 새싹삼, 수경삼 등의 작물도 재배 생산되고 있다.

최근에는 건강기능식품의 원료가 되는 천연물 소재를 생산하기 위하여 LED 광파장, 온도 등 재배환경에 따른 약용작물의 유효성분 함량을 분석하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히 루테인의 원료가 되는 마리골드, 의료용 대마(햄프, Hemp) 등 식물공장 생산에 관심이 집중되고 있다(콜드체인 뉴스, 2022. 8. 2.).

식물공장 사업 운영 업체들이 증가하고 있으나, 손익분기점을 넘어선 곳을 찾기는 어려워 경영성과가 명확하지는 않다. 다만 몇몇 기업이 높은 성장 가능성을 보이며 자리 잡아가고 있다.

- 팜에이트(Farm8)는 현재 가장 큰 규모의 실내농장을 운영하고 있는 기업이다. 이미 실내농장에서 재배한 신선편이 샐러드 제품의 유통망을 확보하고 있는 상태이며 손익분기점 이상의 성과를 얻을 수 있는 가능성이 가장 큰 곳이다.

- 2014년 창업한 엔씽은 현재 40피트 컨테이너 형태의 모듈형 스마트팜을 개발해 설치 운영하고 있으며 아부다비 등 중동 지역 진출을 추진하고 있다.



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