식물공장과 LED 조명을 이용한 식물재배에 관한 과학적 고찰 ( 1 )

 

작성자: ㈜ 카스트엔지니어링, ㈜ 카스트친환경농업기술 대표 박후원

 

1,서론

 

근래 식물공장이란 말이 자주 등장하고 있다.

식물공장이란 말 그대로 식물을 공장에서 대량으로 생산한다는 말이다.

그럼 왜 식물을 이제와서는 공장에서 키워야 하는 걸까.

 

* 왜 식물공장이어야 하는가?

 

며칠 전, 스위스에서 온 토마스 마티라는 분 내외를 만난 일이 있다.

나는 우선 내가 제일 궁금해 하는 질문, 스위스에서는 겨울철에 어디서 야채를

공급받는지를 물어봤다.

스위스에서는 겨울철 채소를 주로 남부 스페인에서 공수해 온다고 한다.

영국의 수도 런던에서는 겨울철 싱싱한 채소를 남아프리카공화국(남아공)에서 공수해

온다고 한다.

 

아시다시피 런던은 북위 50도 선상에 위치해 있다.

그래서 겨울철엔 해가 수평선에서 16.5도 선상까지만 떠오르고, 일조시간도 하루 4~5시간

밖에 안된다

 

이 말은, 런던에서는 겨울철 야채를 자체 공급할 수가 없어 남부지방에서 공수해 와야

하는데, 남아공에서 런던까지 채소 1kg을 공수해 오는데는 탄산가스가 430g이 발생한다.

 

런던 뿐만이 아니라, 북 유럽의 대부분의 도시, 예를 들어 한국의 대전은 북위 35도 선에

위치해 있는데 반해 베를린은 북위 52도, 스위스의 베른은 47도 선에, 스톡홀름 58도, 오슬로

60도, 헬싱키 62도, 바르샤바가  51도 선에 있다.

 

즉 대부분의 북유럽 대도시들은 겨울철 일조시간이 짧아 채소 재배가 어려운데, 앞으로는

채소를 비행기를 이용해 운반할 수가 없게 된다는 점이 문제다.

비행기 연료의 소모에 따른 탄산가스 배출이 규제를 받게 되기 때문이다.

 

다시말해 유럽의 대도시를 비롯해 세계의 모든 대도시에서는 가까운 곳에서 채소를 재배하고

공급받아야 한다는 뜻이고, 이는 앞으로 엄청난 식물공장의 건립이 필요하게 된다는 뜻이다.

 

다행히 한국은 일본, 대만과 함께 LED 제조 기술이 뛰어나다.

LED는 계속 발전해 나간다. 광변환 효율은 증가하고, 가격은 낮아진다.

 

LED는 반도체, 태양전지의 제조방식과 흡사해서 앞으로의 광변환 효율이나 가격면에서의

국제적 우위를 점해 나갈 수 있다.

 

그 위에 LED를 이용한 식물 재배의 기술, 빛의 혼합과 제어, 식물공장 운용 Software 기술만

갖춘다면 우리는 앞으로 몇 년 내에 닥칠 세계 식물공장 건립의 종주국으로 세계를 제패할 수

있게 되리라는 추측이다.

 

그리고 그 수출액수는 엄청난 금액이어서 향후 10년 20년 후의 한국을 먹여 살릴 수 있게

되리라고 확신한다.

 

뿐만 아니라 가까이는 가장 저렴하고 효율적인 소형 식물공장의 건립으로 농민들의 새로운

소득원을 찾아내는 것이 목적이기도 하다.

 

식물공장은 물을 절약하고 인력과 에너지를 절약하고 무엇보다 농약을 전혀 사용하지 않아

친환경적이다.

 

다만 식물공장은 휘황한 조명이 비치는 농장 곁으로 깨끗한 산책로가 있어 어린애를 데리고

가족이 피크닉을 다니거나, 할 수는 없는 곳이다.

식물공장은 세균으로부터 격리되어야 하고, 에너지의 낭비를 막기 위해 두꺼운 단열재로 둘러

쌓인, 유리창 조차 없는 건물이다.

 

식물공장은 궁극적으로 얼마만큼의 전기 에너지를 투입해 얼마만큼의 식물을 수확할 수 있는가

하는 치열한 효율성 경쟁이 벌어지는 생산공장 현장일 뿐이다.

 

그렇듯 우리가 식물공장(식물촉성재배방법)에 관한 세계적 기술 우위를 차지하기 위해서는,

우리는 이에 관한 최소한 30,000점의 측정, 연구, 시험을 거친 자료를 축적하고 있어야 한다.

그 중 처음 10,000 점의 자료(data)는 단순히 측정, 시험만으로도 가능하고 시간도 그리

오래 걸리지 않는다.

 

그 후의 10,000 점의 기술자료는 예를 들어 식물의 종류에 따른 최적의 빛 혼합비율, 빛의

세기에 따른 가장 효율적인 비용절감의 공식 등을 찾아내는 길이다.

이에는 대략 100명의 연구원이 한 10년쯤을 투자하면 되리라고 본다.

 

그리고 다음의 더 어렵고 지루하고 세밀한 연구가 필요한 시험자료, 예를 들어

어떻게 하면 비타민의 함량을 더 증가시킬 수 있는 지와 해충에 대한 면역력 등 우리가

필요한대로 식물을 키울 수 있는 방법에 대한 연구에는 한 1,000명의 연구원이

10년쯤은 연구를 해야 하리라.

 

이제 우리 카스트(KAST)는, 그리고 우리 국내 연구진들은 겨우 처음 10,000점의 쉬운 측정,

시험 자료 중 한 1,000점의 데이터를 얻었다고 본다.

 

* 왜 LED 이어야 하는가.

 

현재까지 인공광을 이용한 식물의 재배방법에는 형광등이 주로 사용되어 왔다.

형광등의 광변환 효율은 통칭 20% 정도라고 알려져 왔고, 다른 광원(예를 들어 백열등은

8%)에 비해 높은 편이기 때문이다.

 

그러나 LED의 광 변환효율은 대략 25~30%정도로, 형광등보다는 높아 같은 광량을

발산하면 형광등보다 열이 덜 난다.

 

실제 시험에서도, 형광등(18W)에서의 외부 접촉온도는 110℃ 였으나, LED(1W급 13개가

장착된 LED Bar)에서의 접촉온도는 35℃ 였다.

이 말은, LED 광원이 더 재배식물에 가까이 둘 수 있다는 이야기다.

빛의 세기는 광원과의 거리의 제곱에 반비례한다.

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