[기술 & 시장 분석] 식물 재배기(plant grower)

가정이나 소규모 농원에서 사용 가능한 식물재배기는 조립이 가능하고 공간 활용성이 우수하며, 단위 화분이 수납된 식물재배기를 하나의 모듈 형태로 수직 적층이 가능 한 구조다. 생장환경의 모니터링에 적합한 구조로 가정이나 소규모 원예시설은 물론 스마트팜용 식물재배기 등 다양하게 활용된다. 식물재배기 분야 특허 기술 트렌드 및 시장 동향을 살펴본다 <편집자>

주목받는 식물재배기…. 새로운 식물공장, 스마트팜 확산

식물재배기는 식물의 생장에 필요한 빛, 수분, 토양, 온도를 인공적으로 공급해 식물의 재배가 가능하도록 하는 장치이다.

최근의 식물재배기는 빛으로 LED 광원을 사용해 공급하며, 일반적인 토양에 물을 주어 수분을 공급한다. 하지만 시설원예의 발달과 함께 토양의 역할을 수용액이 담당하는 수경(양액)재배도 많이 활용된다.

이러한 수용액에는 식물의 생장에 필요한 수분과 필수영양분(C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg) 및 미량원소(Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Cl, Ni)가 함유되어 있으며 토양이 전혀 없는 양액으로만 키우는 방식도 있지만, 펄라이트, 피크모스 등의 상토와 함께 재배되는 담액수경으로 재배되는 경우도 있다.

식물재배기는 최근 일반인의 식품안전성에 대한 우려 증가, 식물공장 및 스마트팜에 대한 기술투자가 활발해 지면서 재조명 되는 제품이다.

일반인의 경우 간단한 채소를 직접 재배해 섭취하려는 경우가 증가하고 있다. 식물공장이나 스마트팜에서 식물을 재배하기 위해서는 이를 위한 장치가 필요하며, 이러한 장치의 가장 기본적인 요소가 바로 식물을 생장시킬 수 있는 재배기이므로, 관련 산업의 성장에 따라 식물재배기의 중요성이 부각되는 것은 당연하다.

스마트팜은 사물인터넷과 같은 ICT(Information & Communication Technology)와 BT(Bio Technology)를 시설원예 등에 적용해 농산물의 생산성 및 품질을 향상시키는 진보된 농업형태를 의미한다.

스마트팜 구성도 ※ 출처: 클라우드 기반 스마트팜 기술, 한국통신학회지, 2016

시설원예에서 스마트 팜을 구성하기 위해서는 작물의 생육환경(온습도, CO2 농도, 토양 및 양액정보, 기상정보 등)을 모니터링하는 센서정보와 작물의 생육을 카메라로 모니터링 한 영상정보를 처리하는 기술, 이러한 정보를 수집해 관리시스템으로 전송하는 기술, 전송된 정보를 바탕으로 최적의 생육조건을 분석해 찾아내는 분석기술, 최적 생육조건을 실제 조건으로 구현하는 다양한 장치 및 설비 그리고 이를 구동 및 운전하는 제어기술 등이 필요하다.

가정용 아쿠아포닉 채소재배장치… 친환경 생태시스템

아쿠아포닉이란 물을 의미하는 ‘Aqua’와 수경재배를 뜻하는 ’Hydroponics’의 합성어로 일종의 순환 농법이다. 수경재배를 위해서는 농작물에 양액(영양소)이 공급되어야 하는데, 아쿠아포닉 시스템은 이러한 영양소를 식물에게 이로운 비타민을 함유한 물고기의 배설물 등을 활용한다.

가정용 아쿠아포닉 채소재배장치 개념도
※ 출처: 가정용 아쿠아포닉스 재배장치의 개발 최종보고서, 농림축산식품부, 2018

위 그림은 가정용 아쿠아포닉 채소재배장치의 개념도를 보여주고 있으며 물고기가 자라는 어항부의 물이 여과기를 통해 정제되어 저수통으로 흘러가고, 이것이 식물이 심어져 있는 구역으로 옮겨지게 된다. 다음으로 식물의 뿌리부에서 사용된 물(양액)이 다시 필터를 통해 물고기가 자라는 어항부로 순환되는 구조를 갖게 된다. 이러한 순환구조를 통해 어항부의 물 오염을 방지해 물고기의 생장을 돕고, 식물에 유용한 양분을 친환경적으로 공급하는 시스템을 구현하게 된다.

현진조명이 등록한 재배공간 확장형 식물재배장치’ 특허는 제한된 공간에서 다량의 작물을 재배하기위한 트레이 장치다. 상부 트레이의 하단에서 수평 방향으로 이동시키기위한 이송 수단을 설치함으로써, 복수의 재배 트레이를 설치할 수 있다.

또한, 재배 포트에 심은 작물의 유형 및 성장 시간에 따라 LED 조명의 밝기를 조절하고, 작물의 성장이 완료되면 제어 장치에 설치된 수확 버저를 통해 이를 알려주는 기능도 제공한다.

에이아이플러스가 등록한 ‘사물 인터넷을 이용한 스마트 식물 재배 장치’ 특허는 종자를 유지 및 관리하고 재배 공간에 삽입하기 쉽도록 캡슐이 삽입되는 식물 재배 기술이다.

급성장하는 확장형 식물재배기 시장… 연평균 1.6% 성장

확장형 식물재배기는 통제된 시설 내에서 생물의 생육환경(빛, 공기, 열, 양분)을 인공적으로 제어해 공산품처럼 계획생산이 가능한 시스템적인 농업 형태인 식물공장과 관련성이 높다.

온도와 습도를 제어하고 인공 광원으로 농작물을 재배하는 시설농업의 일종인 식물공장은 농업과학 기술에 기계, 전기, 전자, 제어, 환경 등 첨단 기술을 접목해 공장형 농업을 실현하는 첨단기술 농업의 한 형태라 할 수 있다.

세계 식물공장 세계시장은 2015년 약 1조 9천억 원 규모에서 3.8% 성장해 2017년에는 2조 603억 원 규모를 나타냈다. 반면 국내 식물공장 시장 규모는 2015년 1,800억 원에서 연평균 27.9% 성장해 2017년에는 3천억 원에 달하는 규모로 확대됐다.

확장형 식물재배기 국내외 시장 규모 추정 (단위: 억 원, %)

전세계 확장형 식물재배기의 시장 규모는 2018년 4천 5억원이며 2023년 4천 345억원으로 연평균 1.6% 성장했다. 국내 시장규모는 2018년 550억원에서 2020년 처음 600억원을 갱신하고 2022년에는 700억원을 넘어 2023년에는 760억원에 이를 것으로 예상된다.

기술&시장 분석 시리즈는 한국발명진흥회 지식재산평가센터가 다년간 축적해온 기술시장 자료를 기반으로 작성됐다. 기술가치평가는 사업화하려는 기술이나 사업화된 기술이 해당 사업을 통해 창출하는 경제적 가치(금액)를 시장에서 일반적으로 인정된 가치평가 원칙과 방법론에 입각해 평가하는 작업이다. 한국발명진흥회 지식재산평가센터는 기술이전 및 사업화 촉진에 관한 법률 제 35조, 발명진흥법 제28조 등에 따른 정부 공인 기술평가기관이다.