일본산업뉴스요약

스타트업X
식물공장, 관건은 IoT 활용과 제조의 발상
진화하는 식물 공장 / 광합성 측정해 식물의 ‘건강진단’

실내에서 야채를 재배하는 ‘식물공장’의 기술이 새로운 스테이지로 돌입하고 있다. 관건은 IoT(사물인터넷)의 활용과 제조의 발상이다. 스타트업 기업들은 독자적인 방법을 사용해 공장이라고 부르기에 적합한 공장을 실현시킨다. 그들이 목표하는 ‘식물공장2.0’은 고령화나 후계자 부족에 고민하는 일본의 농업을 구할 잠재력을 안고 있다.

-- 밀폐공간에서 생산 --
도쿄 교바시의 오피스 거리. 그 한 켠에 위치한 2층짜리 작은 건물로 들어서자 마치 기업의 연구실처럼 보이는 공간이 펼쳐졌다. 벽에 걸린 많은 모니터는 실시간으로 그래프를 표시하고 있고 유리 너머로는 거대한 상자 모양의 장치가 보인다.

장치 속을 들여다보면 연구실이라는 인상은 일변한다. 보이는 것은 밀폐공간에서 재배되고 있는 양상추다. 태양 밑에서 성장하는 채소와도, 창고 등을 개조한 대형 시설에서 키우는 채소와도 다른 풍경이었다.

이는 농업 스타트업 기업 플랜텍스(PLANTX, 지바현)가 개발한 야채 재배 장치다. 세로 3m, 가로 8m, 안 길이 2m의 크기다. 파종에서 1개월이면 수확이 가능하다.

농림수산성에 따르면 식물공장이라는 것은 ‘시설 내에서 식물의 생육환경을 고도로 제어하는 재배 시설’을 말한다. 그러나 실태를 조사해 보면 큰 격차가 있다. 가동을 멈춘 폐공장 등에 선반을 들여와 식물을 키우는 경우도 있다. 공장이라기 보다는 ‘실내 재배’라고 할 수 있다.

건물이 넓으면 온도나 습도, 밝기를 제어하려 해도 균일함을 유지하기 어렵다. 조명에 가까운 위치에 있는 선반과 먼 위치에 있는 선반은 5도 정도의 온도 차이가 나는 경우도 있다고 한다. 이것도 균일한 환경에서 동질의 제품을 만들어내는 공장으로서는 바람직하지 못하다. 또한 충분한 침입 대책을 세워도 벌레 등이 들어 오는 위험을 완전히 부정할 수는 없다.

플랜텍스는 기존 스타일의 식물 공장이 안고 있는 과제를 해결하기 위해 밀폐공간에서 식물을 키우는 ‘식물 생산기’를 개발했다. 내부는 단열재로 밀봉해 외기 등의 영향을 배제한다. 재배 선반은 각각 독립시켜 선반 별로 온도 등을 제어할 수 있다.

식물이 성장하기 위해 반드시 필요한 요소는 빛과 물과 공기다. 안정적인 성장에는 3개의 요소를 정확하게 제어할 필요가 있다. 플랜텍스의 식물 생산기는 발광 다이오드(LED) 조명이나 가온기, 양액의 순환 장치 등을 갖추고, 밀폐 공간에서 3요소를 항상 최적의 상태로 유지한다. 이것이 플랜텍스가 생각하는 ‘식물공장2.0’이다.

플랜텍스는 2014년에 설립. 창업 맴버는 일본 금형산업에 혁신을 일으킨 INCS(현, SOLIZE) 출신자가 많다. 식물 생산기에는 자동차 등의 제조 현장에서는 당연한 ‘생산관리’의 개념을 채용했다.

야마다(山田) 사장은 재배 이론에 관한 300개 이상의 논문을 2년동안 정독하며 식물의 성장에 필요한 복수의 요소를 채용한 계산식을 만들어냈다. 이 계산식을 바탕으로 제어 소프트를 개발해 효율적으로 성장시키고 있다.

“식물의 성장 관리에서 가장 중요한 것은 속도를 아는 것이다”라고 야마다 씨는 말한다. IoT 센서로 온도나 이산화탄소(CO₂)의 농도 등을 정밀하게 파악해, 1시간에 얼마나 물이나 비료를 흡수했는가 등의 ‘시속’을 파악한다. 이것으로 성장을 정밀하게 예측할 수 있다. 공장에서 생산성을 관리하는 것과 같은 발상이다.

양상추를 이용해 식물 생산기의 ‘면적 생산성’을 계측한 결과 일반 식물공장의 3~5배였다고 한다. 정밀 관리는 품질 향상으로 이어질 것으로 보고 있다. 연내 본격 판매를 목표한다.

일본에서 식물공장이 본격적으로 보급된 것은 1970년대라고 한다. 일본시설원예협회에 따르면 국내에는 400곳 가까운 식물공장이 있으며 11년 대비 약 4배 증가했다.

-- 거의 절반이 적자 --
그러나 수익은 좋지 않다. 일본시설원예협회의 19년 조사에서는 식물공장의 49%가 적자였다. 재배효율이 낮은데다 안정적인 수확량 확보가 어렵다는 것이 주요 요인이다. 흑자 경영을 위해서는 기술혁신이 반드시 필요하다.

“성장이 늦지만 자연의 것이기 때문에 생각대로 되지 않는다”라고 말하는 식물공장 담당자도 많다. 그래서 에히메대학발 스타트업 PLANT DATA(마쓰야마시)는 식물을 ‘건강 진단’하는 방법을 개발했다.

상부에 배기구가 달린 투명한 비닐 커버로 식물을 덮고, 밑에서 들어오는 공기와 위로 나가는 공기를 분석한다. CO₂ 등의 양으로 얼마나 광합성을 하고 있는지 알 수 있으며 그것은 생명 활동의 활발한 정도를 나타낸다. 식물이 효율적으로 잘 성장하는 조건을 파악하는데 활용할 수 있다.

광합성에서 사용하는 빛 에너지를 충분히 수용하고 있는지를 확인하는 기술도 확립했다. 청색 LED 빛을 식물에 조사(照射), 빨간 빛이 강하면 광합성이 제대로 이루어지고 있지 않은 상태를 나타낸다. 이 경우는 질병 등의 가능성이 있다.

기타가와(北川) CEO는 “많은 현장에서는 식물이 정말로 필요로 하는 빛이나 물의 양을 파악하지 못하고 있다”라고 강조한다. 건강진단 결과를 참고해 식물의 성장을 최적화한다. 이것도 ‘식물공장2.0’에는 반드시 필요한 기술이다. 이미 대형 식품업체의 생산 현장에 도입되었으며 앞으로도 확대해 나간다.

일본 국내는 농업 담당자 부족 문제가 심각하지만 기술혁신을 실현한 식물공장은 노동력 부족이나 저채산과 같은 과제를 해결할 수 있는 힘을 갖고 있다. 그러나 이를 잘 활용하기 위해서는 농가나 농업법인이 발상을 전환해 진정한 의미에서 제조업이 되려는 의식 개혁도 요구된다.

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