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SD, LED 활용해 기능성 강화
Showa Denko(SD)는 그동안 식물공장의 생산효율 향상과 품종 확대에 주력해왔으나 최근 작물의 기능성을 개발하는데 총력을 기울이고 있다.
SD는 1970년대 초 LED(Light Emitting Diode) 시장에 진출했으나 액정디스플레이에 사용되는 백라이트 광원용 시장이 급성장하면서 한국, 타이완기업들과 경쟁이 심해짐에 따라 LED의 특정 범위 파장을 중시하는 분야를 중심으로 차별화 전략을 추구하고 있다.
식물육성용 LED 시장에는 2009년 진출했으며 알루미늄, 갈륨, 인듐, 인 등 4원소로 구성된 화합물반도체를 활용해 식물 육성에 최적화된 660nm의 파장을 발현하는 적색 LED를 개발하는데 성공했다.
또 Yamaguchi 대학의 시교 마사요시 교수와 함께 식물을 고속으로 육성하는 「Shigyo재배법(S재배법)」을 개발했다.
S재배법은 형광등 혹은 LED를 활용한 일반 재배법과 비교하면 출하 사이클이 짧고 수확량은 약 2배에 달하는 것으로 알려졌다.
양상추는 일반 LED 식물공장에서는 43일 동안 70g을 출하할 수 있지만 SD의 식물공장은 33일에 100g을 출하하고 있다.
양상추 수요의 60%를 차지하고 있는 업무·가공용은 중량으로 거래하기 때문에 S재배법이 유리한 것으로 나타났다.
SD는 LED 조명 외에도 자사의 개발소재를 활용해 알루미늄 재배 유닛, 식물공장용 광촉매 응용 단열패널 등을 개발하고 식물공장의 설비공사에서 재배법까지 종합적으로 제공하고 있다.
현재 일본 전국에서 20건 이상의 식물공장 운영을 지원하고 있으며 차별화 전략을 위해 기능성을 강조하는 개량 재배법도 확대하고 있다.
개량 재배법에는 재배조건을 최적화함으로써 특정 영양소의 함유량을 늘리는 방법이 있다.
시금치는 수산(Oxalic Acid)을 함유하고 있어 쓴 맛이 나기 때문에 유럽과 미국에서는 수산 농도에 대한 기준을 마련해놓고 있으며 조리하지 않은 상태로는 먹지 않도록 권장하고 있다.
이에 따라 SD는 개량 재배법을 통해 수산의 농도를 낮추어 생으로 먹어도 쓰지 않은 시금치를 개발했다.
일반적인 농지 재배에서는 불가능한 일이지만 식물공장에서는 LED의 빛, 습도, 온도, 배양액 농도, 풍량, 탄산가스 농도 등의 조건을 변경하면 영양소의 농도를 조절할 수 있다.
최근 종자기업들이 영양가가 높은 채소 종자를 개발하고 있는데 SD는 식물공장의 설비를 이용해 SD의 재배법과 잘 맞는 종자를 개발하는 방안에 대해서도 검토하고 있다.
앞으로도 수요자의 니즈에 맞추어 종자 및 재배법을 선택하고 양질의 작물을 재배하는 식물공장 솔루션을 제공해나갈 예정이다.
전기·전자, 식물공장 진출 가속화
대부분의 인공광 타입 식물공장이 적자경영을 지속하고 있는 가운데서도 LED 타입의 식물공장은 안정적인 수익성을 확보하고 있다.
최근에는 LED에 센서, 네트워크 등 정보통신(ICT) 기술을 접목하기 위해 전기·엔지니어링 등 이종산업과의 협업이 강화되고 있다.
Fujitsu는 일반농지 및 하우스 재배, 축산 등을 커버하고 생산에서 경영·판매까지 전체 경영을 지원하는 클라우드 서비스 「Akisai」를 제공하고 있으며 2014년부터 농업 현장에서 수집한 데이터 등을 관리하는 식물공장용 생산관리 솔루션을 추가로 제안하고 있다.
Panasonic은 2014년부터 Panasonic AVC Networks의 Fukushima 공장 내부에 LED 타입의 식물공장을 구축하고 재배를 시작했다.
해당 공장은 가전 분야에서 축적한 조명, 공조 등의 기계설비·장치 개발기술을 활용하고 있다.
Toshiba도 2014년 Yokosuka 소재 반도체 공장에 환경변화를 감지할 수 있는 센서기술을 응용한 식물공장을 설치했다.
Hitachi는 2014년부터 독자적인 데이터 수집·제어 장치를 활용해 식물공장의 생육환경 데이터 등을 실시간으로 시각화하고 재배설비를 원격으로 제어하는 클라우드 서비스를 제공하고 있다.
Toyobo, 기존설비를 식물공장으로 전환
Toyobo Engineering은 2011년부터 식물공장 사업에 진출했으며 그룹의 기존 생산설비를 식물공장으로 전환하는 방식으로 설계·시공을 추진하고 있다.
식물공장은 초기 투자비용이 크기 때문에 사업성이 나쁘다는 평을 받고 있으나 Toyobo Engineering은 그동안 축적해온 공조, 전기, 시스템제어, 건축엔지니어링 기술 등을 활용해 빈 공장을 식물공장으로 바꾸고 시장진출에 소요되는 장벽을 낮추는데 주력하고 있다.
특히, 기존 방직공장의 환경조건이 식물공장과 유사하다는 점에 착안해 공조설비 등을 그대로 사용한 식물공장을 만드는 등 구체적인 성과를 내고 있다.
Toyobo Engineering은 식물공장의 기획, 설계, 시공까지 토탈디자인을 제공하고 있으며 1차적으로 미니플랜트를 제공하고 재배법 등을 전수한 이후 판매경로 확보 및 사업성 도출 과정을 거쳐 최종사업 진출을 결정하도록 유도하고 있다.
미니플랜트 단계에서 시장에 참여할지 여부를 판단함으로써 채산성 악화 등으로 사업에서 철수하는 사례를 줄이고 수익성이 좋은 식물공장만을 남기는 것이 목적이다.
미니플랜트는 재배규모가 100주 정도로 작고 조립방식이기 때문에 다양한 공간에 맞추어 재배환경을 제어하기 용이하고 재배규모를 추가적으로 늘릴 수 있으며 대규모 플랜트로 전환한 이후에는 미니플랜트를 연구개발용으로 활용할 수 있다.
그동안 Toyobo가 설계·시공한 식물공장 유저는 사업을 이어가고 있으며 2015년에도 Innovatus의 일본 최대급 완전폐쇄형 식물공장 「Fuji Farm」이 가동을 시작했다.
Fuji Fram은 Shizuoka현 Fuji시에 소재하고 있으며 재배규모는 1만2420주로 양상추 등 주로 잎채소를 재배하고 있다.
Innovatus는 앞으로 재배규모를 3만주 수준으로 더 확대할 예정이다.
Toyama의 Shogawa 공장에서도 100% LED형 완전폐쇄 식물공장의 테스트 플랜트인 HR Agriculture Lab(HAL) 건설공사를 완료했다.
HAL은 Toyobo Engineering이 설계·시공을 담당했으며 그룹내 계열사인 Toyobo STC가 운영하고 있다.
HAL은 Toyobo 그룹이 보유하고 있는 섬유, 필름, 부직포 등의 생산제품과 기기 등을 활용해 식물공장과 관련된 농업소재 개발에 나서고 있다.
판매 확대를 위해 업무·가공용 시장에 주목
식물공장은 LED 재배환경 제어와 전체 공정관리를 조합한 새로운 형태의 공장이 등장하면서 4차 붐이 일어날 것으로 기대되고 있다.
그러나 식물공장에서 재배된 작물의 가격은 일반농지에서 재배된 것보다 비싼 편이기 때문에 판매경로 확보가 급선무로 대두되고 있다.
예전에 비해 슈퍼마켓에서도 식물공장산 양상추를 많이 판매하게 됐지만 본격 경쟁은 어려운 것으로 파악되고 있다.
일본은 인구 감소와 TPP(환태평양경제동반자협정) 등의 영향으로 수입 농작물이 증가하면서 재배시장이 축소되고 있다.
이에 따라 일반 농가들은 수확량을 늘리고 채소의 영양소를 개량함으로써 수익 확대 및 신규 소비자 확보에 나서고 있다.
농약이나 화학비료 등에 의존하지 않는 유기채소 분야에서는 과학기술을 응용해 토양을 개량하고 그동안 감과 경험에만 의지해왔던 작업을 개선시켜 수확량과 품질을 향상시키고 있다.
농산물 판매경로 확대의 최대 걸림돌은 일본 농업협동조합(JA)으로, JA는 일본의 농산물 유통시장을 장악하고 있어 식물공장산 농산물을 일반 소비자에게 판매하기 위해서는 JA의 힘을 빌리는 것이 불가피한 것으로 파악된다.
그러나 JA가 일반농가의 수요를 빼앗을 수도 있는 식물농장산 채소를 우호적으로 지원할지에 대해서는 회의적인 의견이 많다.
이에 따라 식물공장 운영기업들은 식품기업, 레스토랑, 편의점, 베이커리 등이 주로 이용하는 업무·가공용 채소 시장에 주목하고 있다.
채소 가공 메이저들은 하루에 수톤 수준의 채소를 소비하고 있으며 톤당 1만주가 소요되는 것으로 나타났다.
식물공장은 계획생산이 가능하기 때문에 안정적 수익을 기대할 수 있다.
특히, 양상추는 업무·가공용이 전체 수요의 60%를 차지하고 있고 오래 보존하기 어려운 특성 때문에 일본산이 주류를 이루고 있다.
겨울 등 비수기에는 일반농지산 양상추 공급이 부족해지기 때문에 1년 내내 안정적인 공급이 가능한 식물공장이 주목받고 있다.
또 최근에는 외식산업, 편의점 등이 고부가화를 추구하며 채소에도 기능성을 요구하고 있기 때문에 식감과 풍미 등을 개량할 수 있는 식물공장산 채소 수요가 점차 늘어날 것으로 기대되고 있다.
이종산업과 연합해 해외시장 공략해야…
식물공장은 앞으로 일본보다 해외시장에서 급속도로 확대될 것으로 예상되고 있다.
Panasonic은 싱가폴에 식물공장을 건설했으며 Sharp도 중근동 지역에 딸기를 재배하는 식물공장 사업화를 추진하고 있다.
SD는 2015년 Yamaguchi 대학과 LED형 식물공장 기술의 해외이전에 대한 업무협정을 체결했으며 Yamaguchi 대학이 보유하고 있는 해외 네트워크를 활용해 전 세계 연구기관에 기술을 이전하고 SD가 가지고 있는 식물공장의 시스템 설계·운영 노하우 제공을 확대할 계획이다.
Toyobo Engineering은 중국을 중심으로 식물공장 사업을 계획하고 있는 해외 유저들에게 제안활동을 강화하고 있다.
중국의 양상추 수요는 1800만톤 수준으로 현재 타이완기업이 식물공장 건설을 추진하고 있다.
중국은 수년 전부터 폐쇄형 식물공장에 대한 연구개발이 진행돼 왔으나 배양액과 물 관리 등이 어려워 가동률이 낮은 것으로 나타났다.
Toyobo는 자사가 보유한 수처리 기술 등을 식물공장에 응용하면 재배 노하우는 물론 해당국가의 환경에 적합한 순환형·절수형 식물공장을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
그러나 시설원예 자동화 등의 분야에서 높은 경쟁력을 갖춘 유럽·미국기업도 해외시장 진출에 주력하고 있어 글로벌 식물공장 시장은 경쟁이 심화될 것으로 예상되고 있다.
일부에서는 네덜란드 등 시설원예의 기계화를 추진하고 있는 국가의 관련기업이 원예규모를 축소하고 식물공장으로 전환할 가능성이 있다고 우려하고 있다.
하지만, 식물공장은 반도체, 액정디스플레이 등 생산설비를 구축하는 것만으로 제조가 가능한 장치산업과는 달리 조율이 필요한 영역이 많으며, 같은 조건 아래 재배하더라도 생물을 다루는 작업이기 때문에 10개의 종자에서 10가지의 서로 다른 작물이 탄생하기도 한다.
이에 따라 섬세하게 대응할 수 있다는 점에서 일본기업들이 강점을 나타내고 있다.
다만, 일본기업이 단독적으로 해외시장을 개척하는 것은 한계가 있으며 화학소재, 전자, 엔지니어링, 건축 등 관련기업들이 각자의 장점을 모아 일본식 식물공장을 구축해야만 시장을 선도할 수 있을 것으로 판단된다.
식물공장은 현재 새로운 부흥을 앞두고 있다.
특히, LED를 활용한 식물공장은 수익이 안정적이고 ICT 기술을 도입함으로써 차세대 스마트화가 추진되고 있다.
일본은 식량 자급률이 낮고 농업시장이 쇠퇴하고 있는 만큼 식물공장을 국책사업으로 육성하고 판매경로 개척 문제 등을 포함해 각종 과제를 해결해야 한다는 의견이 강하게 제기되고 있다. <강윤화 기자: kyh@chemlocus.com>
표, 그래프 : <S재배법과 다른 재배법 비교><일본의 양상추 공급비중>
<화학저널 2016년 10월 3일>
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