농촌 지역소멸에 대한 우려가 깊어지며 지역소멸을 막기 위한 일환으로 농업에 ICT를 접목한 스마트팜 기술이 주목 받고 있습니다. 스마트팜 이란 무엇을 의미하며 기대 효과 그리고 한국형 스마트팜 추진 과정 3단계에 대해 알아보았습니다.
글의 순서
- 1. 스마트팜 이란?
- 2. 스마트팜 운영 원리
- 3. 스마트팜 종류 및 적용 분야
- 4. 스마트팜 장단점과 기대효과스마트팜 문제점 3가지, 대책 없으면 심각한 상황 발생
- 5. 스마트팜 관리
- 6. 한국형 스마트팜 개발 추진
- 7. 마무리 정리
1. 스마트팜 이란?
스마트팜이란 농사에 ICT(정보통신기술)을 접목하여 작물의 생육 환경을 원격으로 적절하게 관리할 수 잇는 농장입니다. ‘시간과 공간의 제약 없이’ 작물의 생육 환경을 관측하고 최적의 상태로 관리할 수 있어 1년 365일 농사가 가능할 수 있어 생산성은 향상되고, 노동시간과 강도는 낮출 수 있는 특징이 있습니다.
스마트팜 농사는 농산물의 상산량 증가는 물론, 노동시간 감소를 통해 농업 환경을 개선하고 빅테이터 기술과 결합해 최적화된 생산/관리의 의사결정이 가능합니다.
최적화된 생육환경을 제공해 수확시기와 수확량 예측 뿐만 아니라 품질과 생산량을 한층 더 높일 수 있습니다.
AI, IoT, 빅테이터 등 4차 산업혁명이 농업에 적용된 것이 스마트팜입니다.
과거 농업은 1차 산업으로 농산물 생산이 주요 역할이었다면 ICT와 결합한 농업은 생산(1차) + 가공(2차) + 유통(3차)까지 가능한 산업으로 발전했다하여 농업을 6차산업으로 부르기도 합니다.
또 스마트팜 단계에 따라 노동력 투입량이 다릅니다. 현재는 우리나라에 많이 보급된 수준은 스마트팜 1단계 수준으로 하우스 차광막 개폐, 양액 공급, 이산화탄소 측정 및 공급 등 작물 재배 환경을 자동화하는 수준입니다.
작물 재배 환경을 원격에서 관리할 수 있다는 점에서는 기존 하우스에 비해 시간을 아끼고 노동력을 절약할 수 있지만 작물의 생육과 수확을 자동하지는 못하기 때문에 농사라는 근본적인 노동력을 줄였다고 볼 수는 없습니다.
아직은 농부의 손길이 농사의 성공여부를 결정하는 시기입니다.
2. 스마트팜 운영 원리
스마트팜은 기본적으로 폐쇄된 공간(비닐하우스, 유리 온실, 컨테이너, 식물 공장 등)을 제어하여 최적의 생육환경을 제공합니다.
최적의 환경을 제공하기 위해서는 다음과 같은 기본적인 환경이 구축되어야 합니다.
- 스마트농장의 상황을 모니터링할 수 있는 장치
- 농장 내의 환경을 최적의 상태로 유지 관리할 수 있는 S/W
- 모니터링 장치와 관리 S/W는 인터넷으로 연결되어 자동/원격 제어 가능
스마트팜 내부 환경 모니터링과 재어 중 가장 우선 관리하는 대상은 실내 온도입니다.
생육과 최상의 상품을 생산하기 위한 생육 과정의 온도를 설정하여 24시간 컨트롤합니다. 예를 들어 낮에는 20도 이상의 온도가 필요하고 밤에는 5도 이하의 온도가 필요한 작물이 있다면 냉난방 시스템을 컨트롤하여 1년 365일 20도와 5도로 유지하는 것입니다.
같은 원리로 습도, CO2 등 온도센서, 습도, CO2센서와 연결된 제어기가 빅데이터를 기반으로 프로그램된 최적 환경을 유지합니다. 최적 환경 유지를 위해서는 비용이 소요되기 때문에 1년 중 계절과 생산물의 최적 출하량, 가격 등을 고려하여 식재와 생육 시기를 결정해야 합니다.
필요할 때 양액(영양분, 비료)과 물을 원격으로 제공할 수 있고, 여름의 태양 노출 시간이 길면 차양막으로 가시광선을 막아주고, 겨울 생육에 더 많은 빛이 필요할 때는 LED 광원으로 제공하여 생육 환경을 조절 관리할 수 있습니다.
아직은 초보적인 단계입니다. 생육을 위한 외부 환경 조절 수준을 넘지 못하고 있기 때문입니다. 그렇지만 스마트팜 운영 원리는 원격 모니터링과 데이터를 기반한 제어가 기본이라 할 수 있습니다.
3. 스마트팜 종류 및 적용 분야
1) 스마트 온실
스마트팜의 기본형입니다. 채소나 과일 생산에 주로 사용되고 있으며 현재까지는 가장 많이 적용되고 있습니다. PC 또는 모바일을 통해 온실의 온돈, 습도, CO2 등을 모니터링하고 창문 개폐, 차양막 개폐, LED 전원 관리, 물과 영액 공급 등을 원격 자동으로 제어하여 작물의 최적 생장환경을 유지 및 관리할 수 있습니다.
흔히 1년 12달 야채를 생산할 수 있는 시스템이고 30일 내외의 생육기간을 가진 채소의 경우 매월 생산 출하하여 월급처럼 매출을 발생 시킬 수 있습니다.
2) 스마트 과수원
과수원은 노지 스마트팜의 대표적인 예입니다. 대단위 과수원의 경우 드론 방제도 포함되며 병충해 방제의 효율성을 위해 스마트 과수원은 식재와 전지 작업이 달라야 합니다.
스마트 방제기를 활용할 수 있도록 과수 나무를 조절하여야 하며, 최종적으로 스마트 로봇이 후확할 수 있는 시스템을 갖추어야 합니다. 초기에는 PC 또는 모바일을 통해 온도, 습도, 기상상황 등을 모니터링하고 원격 자동으로 과수, 병해충 등을 방제 관리할 수 있습니다.
3) 스마트 축사
축사 역시 PC 또는 모바일을 통해 온도, 습도 등 축사 환경을 모니터링하고 필요에 사료 및 물공급 시기와 양 등을 원격 자동으로 제어합니다. 축사 환경을 완전 통제하기에는 아직 넘어야 할 과제가 많은 것으로 보입니다.
4. 스마트팜 장단점과 기대효과
스마트팜 문제점 3가지, 대책 없으면 심각한 상황 발생
- 스마트팜의 장점
농촌의 노동력 부족과 생산성 하락을 반전시킬 수 있는 유일한 길이 스마트팜이라 할 수 있습니다. 농업에 ICT를 접목함으로서 1년 365일 생산활동이 가능합니다. 과거 노지 농사의 경우 수확 시기가 한꺼번에 몰리면서 농산물 파동 현상이 발생하는데 1년 내내 생산할 수 있다면 출하시기를 조절하면서 농산물 파동을 피해갈 수 있습니다. 또 상당한 일거리를 자동 제어함으로써 인력 투입을 최소화할 수 있습니다.
예를 들어 스마트농장 환경은 일정한 온도를 유지하고 있어 노지 농사에서 경험하는 한여름, 한겨울 노동을 피할 수 있습니다. 또 가을에 집중된 출하 시기를 비수기에 수확할 수 있도록 조절도 가능합니다. 이는 농산물 파동을 막고 고부가가치 창출로 연결됩니다. 이처럼 스마트팜 장점이 더 많이 부각되고 있습니다.
- 스마트팜의 기대효과
농사에 ICT를 접목한 스마트팜은 단순히 노동력 절감 차원을 넘어서 농작물의 시간적/공간적 구속으로부터 자유로워지는 농업입니다.
결국 스마트팜 도입은 농부들이 여유 시간이 늘려주어 삶의 질을 개선하고 있습니다. 이로서 농사에 대한 인식 변화를 이끌어 농업의 경쟁력을 높이고 농업 종사자 및 귀농 인구 증가를 유도하여 지역소멸을 막고 식량안보를 확보할 수 있다는 기대감을 가지게 합니다.
- 스마트팜의 단점
물론 단점으로 비용 문제를 들지 않을 수 없습니다. 노지 농사의 경우 초기 농지 구입 비용 정도가 필요하다면 스마트팜 구축을 위해서는 농지는 몰론 농지 위해 스마트팜이라는 건물을 올려야 하기에 상당한 비용이 소요됩니다.
스마트팜 문제점이랄 수 있는 초기비용 진입장벽을 낮추기 위한 정책적 지원이 필요합니다.
스마트팜 구축 이후에도 전기, 인터넷, 다양한 시설 장비 등의 운용 노하우의 어려움, ICT 기술에 대한 이해가 낮을 경우 오작동 또는 악의적 오작동에 의한 하우스 전체가 오염되거나 생육환경이 파괴될 수도 있다는 점입니다.
5. 스마트팜 관리
스마트온실에서 작물을 재배하는 이유는 작물의 재배에 불리한 환경 (저온, 고온, 건조 등)을 극복하여 최적의 환경을 만들어 주기 위해서 입니다. 작물 재배에 가장 적합한 환경을 만들면서 경제성 있는 관리를 하는 것이 스마트온실 운영의 목적이라 할 수 있습니다.
노지 농사에서 수확하는 시기에 스마트팜에서 출하하면 가격 경쟁력에서 이길 수 없습니다. 노지 농법으로는 공급할 수 없는 시기, 노지 농법으로는 공급하지 못하는 작물을 공급할 수 있어야 경쟁력이 있습니다.
ICT 기술을 이용하여 탄산가스, 온도, 습도, 광 등 컴퓨터와 데이터를 최적으로 조합하여 최대한으로 광합성 하고, 생육할 수 있는 환경을 만들어야 합니다. 작물이 광합성을 잘할 수 있도록 하며 생식 생장과 영양 생장을 균형있게 관리하는 것이 스마트온실을 구축한 이유기도 합니다.
에너지를 가장 적게 들이면서 작물에게 적합한 환경을 만들어 주기 위해서 스마트팜이 필요합니다. 환경제어컴퓨터가 없어도 재배자가 정밀하게 관리하면 생산성이 높아집니다. 스마트팜 시설이 있더라도 제어를 정확하게 못하면 일반온실보다 생산성이 떨어질 수 있습니다.
결국 작물 생산에 필요한 데이터가 정확해야 스마트온실 설정을 할 수 있고, 그에 맞는 환경으로 제어할 수 있습니다. 스마트팜 관리는 결국 기계를 제어하는 것이지만 작물 재배에 필요한최적 환경을 유지 관리하는 것입니다.
결론은 스마트팜 관리자는 작물의 생육 환경에 대해 잘 알아야 스마트팜 관리를 잘 할 수 있게 됩니다.
※ 작물을 재배할 줄 알아야 온실 제어가 가능, 스마트팜이 없어도 작물을 재배할 줄 알면 높은 생산성을 보입니다.
6. 한국형 스마트팜 개발 추진
- 1단계
원격관리에 의한 농가의 편의성 향상을 목적으로 현재까지 개발된 자동화 및 ICT 기술들을 시설수준에 맞춰 적용한 모델을 제시한다. 현재 운용되고 있는 스마트팜이 이에 해당합니다.
- 2단계
식물의 생육시기별 환경요인(온도, 광, CO₂ 농도) 변화에 따른 생장을 예측하고 시기별 최적 환경과 양분·수분 관리를 정밀하게 할 수 있는 생육모델을 기반으로 생산성을 향상하는 것을 목적으로 한다. 미래 지향적이 경험치에 의한 수치가 아닌 다양한 인공조건에서 생육환경을 확인하여 지금까지 인간의 경험 중심의 재배 환경을 넘서는 최적 환경을 찾아 내고 그 환경을 AI에 의해 자동으로 조절할 수 있도록 하는 단계입니다.
- 3단계
한국형 스마트팜을 기술적으로 완성하는 단계로 1, 2단계 기술을 토대로 에너지시스템의 최적화, 로봇 등을 활용한 무인자동화시스템을 적용해 스마트팜의 통합제어가 가능한 단계다. 결국 최적 환경을 자동 제어한 이후에는 식재에서 수확까지 자동화, 로봇화하는 단계라 할 수 있습니다.
한국형 스마트팜 개발은 국내 스마트팜 성공사례를 바탕으로 농장의 규모화와 경쟁력을 향상시킬 뿐만 아니라 저비용, 고효율의 한국형 스마트팜 수출까지 염두에 둔 것으로 우리나라를 농업 선진국으로 이끌 핵심 역할을 하게 될 것입니다.
7. 마무리 정리
스마트팜 이란 농업에 ICT를 접목하여 노동 투입량은 줄이고 생산량을 증가시키는 것을 목적으로 농업을 원격 조작할 수 있는 수준을 스마트팜이라고 합니다.
단순 원격 제어 수준은 1단계 수준이고, 작물의 재배 환경을 컨트롤 할 수 있는 것은 2단계라고 요약할 수 있습니다. 그리고 3단계는 로봇이 스스로 농사 지을 수 있는 수준까지 향상되는 것입니다.
우리나라는 3단계 추진을 준비하고 있으며 지금까지 농업이 자급자족이 되지 않고, 1차 산업이라는 미명으로 투자가 이루어지지 않았다면 앞으로 농업은 첨단 산업으로 분류하여 자급자족하는 농업을 넘어 농업 기술의 수출을 꽤하고 있습니다.
K-스마트팜 수출을 위해서는 우리나라에서 실증 데이터를 많이 축적하고 성공한 농부들이 많이 나와야 할 것입니다.
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