스마트팜을 통한 농업의 혁신: 최신 트렌드와 기술

1. 스마트팜의 정의
스마트팜은 IoT(사물인터넷), 인공지능(AI), 빅데이터 등을 통해 실시간으로 데이터를 수집하고 분석하여 농작물의 생육 환경을 최적화하는 농업 시스템입니다. 이러한 시스템은 농업의 효율성을 극대화하고, 생산성을 높이며, 자원의 낭비를 줄이는 데 기여합니다.

 

[출처] 시설원예 스마트팜

 

2. 스마트팜의 등장 배경
스마트팜의 등장은 여러 가지 요인에 의해 촉발되었습니다. 

첫째, 기후 변화로 인한 농업 환경의 불확실성이 증가하고 있습니다. 기후 변화는 농작물의 생육에 직접적인 영향을 미치며, 이에 따라 농업 생산성의 안정성을 확보하기 위한 기술적 필요성이 대두되었습니다. 

 

둘째, 인구 증가와 식량 부족 문제는 스마트팜의 필요성을 더욱 부각시켰습니다. 세계 인구가 증가함에 따라 식량 수요가 급증하고 있으며, 이를 해결하기 위한 효율적인 농업 시스템이 요구되고 있습니다. 세계 인구는 2050년까지 97억 명에 이를 것으로 예상되며, 이에 따라 식량 수요는 60% 증가할 것으로 보입니다. [출처: ]

 

마지막으로, 기술 발전이 스마트팜의 발전을 가속화하고 있습니다. IoT, AI, 빅데이터 등의 기술이 농업에 접목되면서, 농업의 생산성과 효율성을 극대화할 수 있는 가능성이 열렸습니다

 

3. 현재 스마트팜의 선두 국가
스마트팜 기술이 가장 발전한 국가는 네덜란드입니다. 네덜란드는 제한된 농업 면적에도 불구하고 세계적인 농산물 수출국으로 자리 잡고 있으며, 고도화된 스마트팜 기술을 통해 효율적인 농업을 실현하고 있습니다. 또한, 한국도 스마트팜 기술 개발에 적극적으로 투자하고 있으며, 정부의 지원을 통해 다양한 스마트팜 프로젝트가 진행되고 있습니다. 그 외에도 미국, 일본, 이스라엘 등도 스마트팜 기술을 선도하고 있는 국가들입니다.

4. 스마트팜 주요 작물
스마트팜 기술은 다양한 작물에 적용되고 있으며, 특히 다음과 같은 작물들이 주요하게 재배되고 있습니다:

채소류: 상추, 토마토, 오이 등은 스마트팜에서 많이 재배되는 작물입니다. 이들은 생육 환경을 정밀하게 조절할 수 있어 생산성이 높습니다.

 

과일류: 딸기, 블루베리, 파인애플 등도 스마트팜에서 재배되고 있으며, 자동화된 시스템을 통해 품질 높은 과일을 생산할 수 있습니다.

 

허브 및 약용 식물: 바질, 로즈마리, 알로에 베라 등은 스마트팜에서 효율적으로 재배되고 있으며, 수요가 증가하고 있습니다.

 

축산물: 스마트팜 기술은 축산업에도 적용되어, 자동화된 사료 공급 시스템과 건강 모니터링 시스템을 통해 효율성을 높이고 있습니다.

 

 

5. 스마트팜 핵심 기술 세 가지

1) 인프라 및 설비 기술

스마트팜의 인프라와 설비 기술 발전은 주로 고비용 에너지 문제를 해결하기 위한 방향으로 전개되고 있습니다. 이제는 가스 등의 화석연료에 의존하는 난방 방식에서 벗어나 신재생 에너지를 활용하거나 계절간 냉온기 저장과 같은 대안을 찾는 방향으로 인프라와 설비 개선이 이뤄지고 있습니다. 특히 기존의 고압 나트륨 등을 고효율 LED 광원으로 교체하거나, 에너지 절감을 위해 재배작물의 환경 적응력을 높이는 신품종 개발도 진행 중입니다.

네덜란드 WUR(Wageningen University&Research)의 GREENHOUSE2030 사례는 네덜란드가 자국의 스마트팜 기술을 지속가능한 미래 농업에 적합한 형태로 변화시키기 위한 R&D 측면의 노력이라는 점에서 세부 추진 내용들을 참고할 필요가 있습니다. 

한국에서는 '스마트팜 365' 프로젝트를 통해 365일 동안 농작물의 생육 환경을 모니터링하여 최적의 조건을 유지하는 시스템을 운영하고 있습니다. 

 

2) 시스템 제어기술

스마트팜의 시스템 제어는 작물의 생산성과 품질을 극대화하고 비용을 최소화하기 위해 지능형 로직을 탑재하는 방향으로 발전하고 있습니다. PRIVA사의 ECO(Energy Crop Optimizer)와 ECO’s AI 제품은 작물 생산에 필요한 비용을 절감하고, 필요한 열 에너지를 예측해 효율적인 설비 제어 로직을 도출하는 기능을 갖고 있습니다.

최근 PRIVA사는 핀란드의 Sig-Plant사와 함께한 파일럿 프로젝트를 통해 PRIVA ECO의 디지털 트윈 기술을 사용한 솔루션이 효과적으로 온실 에너지 비용 절감을 이끌었다는 결과를 발표했습니다. Hoogendoorm사의 IIVO와 Blue Radix사의 Crop controller 기술 등 인공지능을 기반으로 한 지능형 제어 솔루션들도 모두 실제 스마트팜 작물 생산 회사들과의 파일럿 프로젝트를 통해 검증하고 확산하는 전략을 추진하고 있습니다.

 

3) 작물 재배관리 기술

작물의 재배관리는 작물 최적 재배를 위한 광, 온도, 습도 등의 재배환경 관리, 물과 영양분의 공급 관리, 병해충 관리, 농작업 관리, 그리고 출하 및 유통을 포함하는 경영관리까지 포함합니다.

스마트팜의 재배생산이 규모화되면서, 기상변화와 고에너지 비용 등 빠르게 변하는 외부요인에 능동적으로 대응하는 것이 필요해졌는데요. 이에 재배관리 의사결정 방식이 기존의 경험과 지식에 의존하는 것에서 다양한 상황에 따른 데이터 분석을 통한 의사결정 방식으로 전환되고 있습니다. 이에 다양한 데이터를 체계적으로 수집하고 분석할 수 있는 소프트웨어의 사용이 증가하고 있는데요. 인공지능 기술이 발전하며, 스마트팜에서 수집된 데이터 분석 및 예측에 분석형 인공지능(Analytical AI)이 활용되고 있습니다. 뿐만 아니라 농업에 대한 질문과 답변, 특별한 상황에 대한 예측 등에도 생성형 인공지능(Generative AI)을 활용할 수 있을 것이라는 가능성도 주목받고 있습니다.

종자, 작물보호제, 디지털 파밍 분야의 글로벌 기업인 Bayer 사는 최근 농업용 생성형 AI인 GenAI를 개발해 테스트하고 있는데요. 사용자가 질문하면, Bayer 사의 농작물 및 작물 관리 관련 정보를 신속하게 제공합니다. 아직 초기 단계지만, 계획 수립, 재배 적용 테스트, 작물 반응 평가, 새로운 계획 수립 등 농업생산을 위한 반복 과정을 데이터로 학습시키고 개선된 결과를 얻어, 새로운 계획을 수립하는 데 도움을 받을 수 있습니다.

 

6. 스마트팜의 장점
생산성 향상
스마트팜은 데이터 기반의 의사결정을 통해 생산성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, '정밀 농업' 기술을 통해 최적의 물과 영양 공급을 통해 작물의 생육을 극대화할 수 있습니다.

자원 효율성
스마트팜은 물, 비료, 에너지 등의 자원을 효율적으로 사용하여 낭비를 줄이고, 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 지속 가능한 농업을 위한 중요한 요소입니다.

환경 보호 및 지속 가능성
스마트팜은 환경에 미치는 영향을 최소화하며, 지속 가능한 농업을 실현하는 데 기여합니다. 예를 들어, 정밀 농업 기술을 통해 화학 비료와 농약의 사용을 줄일 수 있습니다.

7. 스마트팜의 적용 사례
국내외 성공 사례
국내에서는 '농업기술실용화재단'이 주관하는 스마트팜 프로젝트가 성공적으로 운영되고 있으며, 해외에서도 다양한 사례가 있습니다. 예를 들어, 네덜란드의 '프리미엄 농업'은 고온 다습한 환경에서도 효율적으로 작물을 재배하고 있으며, 이 시스템은 세계적으로 인정받고 있습니다.

 

미국 FARMANYWHERE사는 컨테이너팜을 활용해 신선한 채소를 재배할 수 있도록 컨테이너팜을 구입, 대여해주는 파이낸싱 프로그램을 제공하고 있습니다. 

도시농업 생태계를 조성하고 사업화를 추진하는 미국 Square Roots사는 최근 ‘Dark Growth Farm’ 기술을 소개했습니다. 비료로 제공되는 아세테이트(acetate)에서 탄소를 흡수할 수 있도록 유전자 교정을 한 컨테이너팜 용 식물을 공개한 것인데요. 이는 컨테이너팜 운영의 상당한 비중을 차지하는 인공광원 비용을 절감할 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖고 있습니다.

 

미국 Oishii사는 수직농장 환경을 최적으로 제어하고, 고품질 고부가가치 농산물을 생산해 차별화를 추구하고 있습니다. 해당 회사는 자체 수직농장에서 생산하는 ‘오마카세 베리’부터 고당도 토마토까지 제품군을 확대했는데요. 안정적인 생산량을 확보하기 위해 새로운 시설을 구축하고 있습니다.

미국 Zordi사는 스마트팜 온실을 활용해 고당도 딸기를 생산하고 판매하는 한편, 스마트팜에 적용 가능한 AI 기반의 자동 온실 제어 솔루션과 수확 로봇 등을 사업화하고 있습니다. Zordi사는 미국에서 판매되는 딸기 품종보다 2~3배 더 당도가 높은 딸기를 최적의 시기에 수확해 24시간 이내에 배송함으로써, 고객들이 최상의 맛을 즐길 수 있도록 서비스를 제공하고 있는데요. 최근에는 인공지능과 로보틱스 기술을 활용해 기존 스마트팜 온실에 필요한 노동력의 80%를 절감할 수 있는 솔루션을 개발하고 있습니다.

다양한 작물 및 축산물에의 적용
스마트팜 기술은 다양한 작물뿐만 아니라 축산업에도 적용되고 있습니다. 예를 들어, 'Vingroup'는 자동화된 사료 공급 시스템과 건강 모니터링 시스템을 도입하여 축산업의 효율성을 높이고 있습니다.

 

 

8. 스마트팜의 도전 과제
초기 투자 비용
스마트팜 구축에는 상당한 초기 투자 비용이 필요합니다. 이는 많은 농민들에게 부담이 될 수 있으며, 정부의 지원이 필요합니다.

기술적 한계
스마트팜 기술은 아직 발전 중이며, 기술적 한계가 존재합니다. 예를 들어, 센서의 정확성이나 데이터 처리 능력 등이 개선되어야 합니다.

농민의 기술 수용성
농민들이 새로운 기술을 수용하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 따라서 교육과 지원이 필요합니다.

9. 미래 전망
스마트팜의 발전 방향
스마트팜은 앞으로 더욱 발전할 것으로 예상되며, AI와 IoT 기술의 융합이 더욱 강화될 것입니다. 이는 농업의 효율성을 극대화할 것입니다.

정책 및 지원 방안
정부는 스마트팜을 지원하기 위한 다양한 정책을 마련하고 있으며, 농민들에게 교육과 자금을 지원하는 프로그램을 운영하고 있습니다.

[출처] 농림축산식품부 사이트

 

감사합니다.