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스페셜리포트

[All That SmartFarm] 농업·기계·에너지 기술 융·복합

냉난방·신재생E·환기 등 기계설비 핵심역할
생산·유통·소비 각 부문별 기술개발 병행돼야
기존대비 생산량 32.1% 증가…미래농업 ‘한축’



물가상승으로 자영업자와 가정의 부담이 가중되고 있는 가운데 폭염과 장마 등으로 인해 농가의 작황마저 부진해 채소값이 폭등하고 있다. 가격상승은 비단 채소뿐만 아니라 글로벌 식량위기의 심각성을 경고하는 신호로 변해가고 있으며 이를 해결할 수 있는 방안에 대한 논의가 지속되고 있다.

이러한 당면과제를 타개하기 위해 스마트팜이 주목받고 있다. 스마트팜은 데이터를 통해 생산성을 높이고 환경을 통제해 연중 안정적인 작물재배를 가능케 한다.

대표적인 미래농업으로 지목되고 있는 스마트팜은 온실의 온·습도, CO₂, 양액 등을 인위적으로 조절함으로써 작물생육에 최적화된 환경을 조성하고 축적된 데이터를 기반으로 농업의 진입장벽을 낮춰주는 역할을 한다.

또한 냉난방공조, 신재생에너지 등 다양한 에너지기술이 복합됨으로써 정부의 온실가스 저감목표에 기여할 수 있으며 미래농업 생산거점으로써 예냉, 저온저장 등 콜드체인의 시발점이 되고 있다.

이번 기획에서는 스마트팜을 주제로 정부의 스마트팜산업 육성계획을 소개하고 다양한 관련기술 및 현장사례를 알아본다.

농업생태계 악순환…타개책 필요
현재 국내 농업은 농업인구의 급격한 감소, 심화되는 고령화, 농업인의 소득감소, 농업성장률 정체로 이어지는 악순환에 빠져 있다. 특히 농업인구 중 청년층 감소는 당장의 노동력과 생산성 감소로 직결되기도 하지만 나아가 고령화에 따른 농업기반 약화라는 심각한 문제를 야기할 수 있다.

농업사회 전반이 축소되는 상황에서 첨단 ICT와 빅데이터 등을 활용해 농업의 자동화·정밀화를 추진하는 스마트농업의 중요성은 점점 증가하는 추세다. 이러한 스마트팜산업에 젊고 유능한 청년농을 유입시킨다면 미래 농산업 성장을 위한 동력확보는 물론 청년일자리 창출 효과까지 기대할 수 있다.



스마트팜, 농업경쟁력 확보 ‘열쇠’
스마트팜은 농업 밸류체인을 시작하는 생산부문에 첨단 ICT를 접목해 자동화와 지능화를 구현하는 개념으로 온실, 축사 등 시설농장의 생육환경을 모니터링하고 적기에 영농의사결정이 수행되는 농장을 의미한다.

4차 산업혁명에 따른 파괴적 기술확산으로 제품·생산방식의 혁신, 새로운 비즈니스모델이 등장함에 따라 농업분야에도 폭넓은 변화가 이뤄지고 있다.

스마트팜 도입은 재배에 소요되는 노동력과 노동시간을 절약하고 병해충을 감소시키는 등 다양한 효과를 가져왔다.

이중 가장 큰 경쟁력은 생산성이 크게 향상된다는 점이다. 공식적인 연구에 따르면 스마트팜을 도입한 농가에서는 도입 이전과 비교해 생산량이 32.1% 향상되는 결과가 나타났다.

특히 정부가 스마트팜산업 본격육성을 위해 추진한 스마트팜 혁신밸리에서는 온·습도, CO₂ 등 생육환경 제어와 효율적인 냉난방시스템 구축을 통해 일반농가의 1.7배에 해당하는 높은 수확을 달성하고 있어 스마트팜 확대에 따른 지속적인 고품질 농산물 생산성 증대가 기대되는 상황이다.

이미 운영에 돌입한 상주·김제를 비롯한 올해 완공예정인 고흥·밀양까지 4개 지자체의 스마트팜 혁신밸리를 거점 삼아 스마트팜 확산이 이뤄진다면 기후변화 등 외부요인의 영향을 받지 않는 안정적인 작물재배가 전국적으로 가능해질 전망이다.

이러한 장점은 해외시장 및 수요자의 요구에 부합하기 때문에 장기적으로 스마트농가 생산물의 수출확대라는 결과로 이어져 국내 농업발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.



국내 스마트농업 연평균 15.5% 상승
글로벌 리서치기관인 Marketsand-Markets 발표에 따르면 세계 스마트농업시장은 2020년 138억달러에서 2025년까지 220억달러로 연평균 9.8% 성장이 예상된다. 가장 비중이 큰 정밀농업분야는 2025년 110억달러로, 상대적으로 비중이 작은 스마트온실은 18억5,000만달러로 연평균 8.2% 상승할 전망이다.

국내 스마트농업시장은 2020년 2억4,000만달러(4,173억원)에서 2025년 4억9,000만달러(7,052억원)로 글로벌 연평균 성장률보다 높은 15.5% 상승이 예상된다. 2021년 연구개발특구진흥재단이 조사한 바에 따르면 국내 스마트온실은 2021년 6,485ha, 스마트축사는 4,785호로 집계됐다.

정부는 스마트팜산업을 본격적으로 육성하기 위해 김제, 상주에 스마트팜 혁신밸리를 건설했다. 올해 하반기까지 고흥, 밀양 등에도 스마트팜 혁신밸리를 차질없이 조성하고 이를 스마트팜 확산 및 인력양성의 거점으로 육성해 나갈 계획이다.

스마트팜 혁신밸리 내 포함된 청년창업보육센터와 임대형 스마트팜을 통해 청년농의 스마트팜 실습을 지원하고 스마트팜창업을 희망하는 농가들의 영농정착도 지원할 예정이다.

또한 스마트팜 혁신기술개발, 노지농업 디지털전환 기술개발 등 R&D 투자를 통해 기술경쟁력을 확보해 스마트팜산업 고도화를 추진한다. 이를 위해 농식품부, 과기정통부, 농진청 등이 협력해 2027년까지 총 3,867억원 규모의 스마트팜 혁신기술 개발에 나선다.

농가들의 현장문제를 해결할 수 있는 데이터기반 서비스도 개발·보급할 예정이다. 우수한 스마트농업 기술·서비스기업이 육성될 수 있도록 사업화 자금, 컨설팅 등을 지원하고 농식품 모태펀드 등을 활용해 스마트농업에 대한 민간투자 기반도 확충할 방침이다.

이를 통해 농업이 미래성장산업의 한축으로 자리매김할 수 있도록 정책적 역량을 집중해 나가는 것이 장기적인 전략이다.

신재생E 확대 ‘당면과제’
현재 국내 농업은 농산물시장 개방에 따른 가격경쟁력 확보, 소비패턴에 대한 능동적 대응, 안정적 생산량 확보를 달성하기 위해 온실산업에 대한 지속적인 투자가 이뤄지고 있다. 하지만 온실 내 농작물생육환경 조성을 위한 에너지비용 부담이 크고 이로 인해 수익창출에 대한 한계를 분명히 가지고 있다.

대부분 온실의 에너지공급은 화석연료를 이용한 설비들이 적용돼 환경오염 및 유지관리 비용증가 문제를 가지고 있다. 일부 온실의 에너지비용을 줄이기 위해 지열히트펌프시스템, 태양열시스템 등을 적용하고 있으나 초기투자비용, 시스템 설계 및 구축 미흡, 유지관리 어려움, 사후관리 미흡 등으로 보급이 정체되고 있다.

온실의 에너지비용 문제해결은 온실산업에 있어 중요한 이슈이며 생육환경 충족 및 제어를 통한 농산물 생산성 향상과 출하시기 다변화를 통한 부가가치 극대화가 필요한 상황이다.

이에 따라 온실맞춤형 최적의 신재생에너지를 적용한 에너지자립형 온실개발의 필요성이 대두되고 있으며 각 공공기관 및 지자체에서는 온실의 에너지절감을 통한 수익성 강화 및 청년농업인 육성 활성화를 위해 신재생에너지 적용을 위한 개발 및 투자를 진행하고 있다.

기후변화 도래에 따라 화석연료가 아닌 청정에너지인 신재생에너지로의 전환은 필수적인 사항이다. 국가정책으로서 온실가스 저감 및 신재생에너지 활성화에 부응하기 위해 온실의 화석연료 사용을 대체하는 신재생에너지 이용으로 열에너지 공급시스템을 적극적으로 확대 및 보급해야할 시점이다.

농업분야 중 특히 유리온실이나 스마트팜에서의 식물재배는 재배식물이 요구하는 온도조건을 충족시켜야 하고 결국 온도유지를 위해 전기료나 유류대 부담이 현실적인 문제가 되고 있다.

온실운영에 관한 전체 비용 중 냉난방비용이 25% 내외를 차지하고 있는 만큼 수익성 개선을 위해서라도 신재생에너지의 적용은 필수적이다. 신재생에너지 적용 시 기존 화석연료를 사용하는 것보다 50~70%의 에너지를 절감할 수 있다는 사실이 그동안 적용농장 사례를 통해 확인되고 있다.

특히 혹한기와 혹서기에 변함없는 열원공급이 가능한 지열에너지는 온실의 안정된 온도조건을 충족시켜 줄 수 있는 안전하고 효율이 가장 좋은 신재생에너지임은 명확하게 입증되고 있는 사실이기도 하다.

또한 지열에너지에 이어 축분펠릿도 농업용 신재생에너지원으로써 주목받고 있다. 농업분야에서 열에너지는 주로 화석연료와 농사용전기, 지열히트펌프를 통해 공급돼왔다.

경작지 감소, 토양부영양화 등으로 인해 매해 발생량이 증가하는 축분은 골칫덩이였다. 이러한 축분의 친환경적 활용과 연료전환을 통한 탄소중립 기여로 주목받는 것이 축분펠릿이다.

최근 경북도와 한전의 신재생에너지 축분연료 사업화를 통해 시설재배 온실 및 축산농장에 적응하면서 가능성을 엿보고 있다.



생산·유통·소비 연계
스마트팜을 큰 시야에서 보면 농업 전체 밸류체인으로 연결시킬 수 있다. △농사 사전단계 △농사 진행단계 △유통·소비 단계 등 3단계 중 진행단계의 생산, 재배, 관리, 수확, 선별까지가 스마트팜의 역할이다.

유통·소비는 생산에 이어 본격적인 콜드체인이 시작되는 단계다. 저온저장 및 저온수송을 포함하는 스마트유통시스템과 △모니터링 △이력인증 △품질 및 위해요소 관리 등이 이에 해당된다.

이러한 스마트농업기술은 기존 농업기술에 IoT를 융합, 생산의 효율화와 농작물 고부가가치 창출을 목표로 생산·유통·소비 전 과정에 걸쳐 생산성·효율성과 품질향상 등을 위해 많은 기관이 연구하고 있다.

정부는 저온유통체계구축사업을 통해 생산 및 가격변동이 큰 원예작물의 유통과정에서 품질저하 방지와 출하시기 조절 등을 위해 저온저장시설과 저온수송차량 보급을 지원하고 있다. 2008년부터 매년 평균 33개 단체(총 461개)에 예냉처리, 저온저장·수송을 위한 시설과 차량을 지원하고있다. 2021년까지 13개소 약 139억원이 지원됐다.

사업 전·후 성과를 분석한 결과 저장·취급물량이 11% 증가하고 저장 시 감모율이 6%p 감소하는 등 저장능력이 향상됐으며 저장시설의 연평균 가동일도 26% 증가해 출하가능기간 연장 등 수급안정 효과도 증대됐다.

하지만 현재까지 스마트농업은 농업생산분야를 핵심으로 전개되고 있는 것이 한계다. 일례로 2021년 운영을 시작한 김제 스마트팜 혁신밸리에는 농식품부 사업입찰 당시 포함됐던 스마트APC가 설계단계에서 빠진 채 완공돼 아쉬움을 남기고 있다.

기계설비, 스마트팜 핵심요소
스마트팜은 농작물이 최적의 생육활동을 할 수 있도록 기계설비를 통한 인위적인 환경조성이 필수다.

가장 기본적인 난방을 비롯해 냉방, CO₂시비, 습도조절, 제어 등이 필요하며 사람이 재실하는 일반 건물과 공통분모를 가지고 있다. 특히 CO₂시비, 양액공급, 송풍기를 통한 기류흐름 조성, LED 인공광 등은 스마트팜 기계설비의 특징이다.

농작물은 사람보다 환경에 취약하다. 온·습도, CO₂농도가 맞지 않으면 병충해에 시달리고 이로 인해 심각한 경제적 타격을 받는다. 스마트팜은 농업생산성을 증대시키고 안전한 먹거리를 생산할 수 있는 만큼 기계설비의 발전과 효율화가 필수적인 분야다.

또한 농업 생산물은 생산·유통·소비를 통틀어 밸류체인이 이어지고 각자부문에서의 기계설비 기술개발과 산업활성화 방안마련이 동시에 이뤄져야 한다.

특히 기후이변으로 전 세계가 고통받고 있는 만큼 농업부문에서도 신재생에너지를 이용한 에너지효율화 기술개발로 환경·에너지 문제해결은 물론 농업경쟁력 향상에 지원해야 할 것으로 보인다.

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