스마트농업과 식물공장이 기후위기와 농업 노동력 문제의 대응 방안으로 주목받는 가운데, 한국농촌경제연구원이 ‘수직농장의 운영 실태와 정책과제’(서대석 연구위원 등) 연구보고서를 냈다.

이번 연구는 수직농장의 개념을 명확히 살펴보고, 국내외 수직농장 운영 현황과 실태 및 문제점을 분석해 발전을 위한 정책과제를 제시하기 위한 것이다. 

식물공장(plant factory)은 스마트농업의 한 형태로 인위적으로 환경을 통제, 제어할 수 있는 온실에서 스마트 기자재를 활용하는 작물 재배 시스템을 말한다. 

한편, 수직농장(vertical farm)은 식물공장의 한 형태로 다단재배 실내구조물에서 작물을 키우는 실내농장 방식이다. 자동화된 시스템에서 고도의 환경조절을 통해 작물의 생산량과 품질을 높이는 차세대 식물생산 방식이라 정의할 수 있다. 

스마트팜과 식물공장은 최근 기후위기와 노동력 부족 등 농업 대내외 환경변화에 대한 적극적인 대응책과 성장 동력원으로 주목받고 있다. 특히, 정부가 ‘新성장 4.0 전략 2023 추진계획 및 연도별 로드맵’에서 도심형 복합수직농장 구축(~2027) 및 민간 주도 대규모 스마트팜 조성을 발표하면서 이 분야에 대한 기대가 커졌다. 

그러나 식물공장과 수직농장 등 시설이 현행법상 농업시설로 인정되지 않아 농지전용 허가를 통해 농지에 설치할 수 있는 등 농업 안에서 제자리를 찾지 못하고 있다. 또한 현행 유기농 농산물 인증제도는 ‘토지’에서 생산된 농산물만을 대상으로 하므로 식물공장에서 생산된 농산물의 분류가 명확하지 않다. 수직농장 운영에 필요한 자원, 에너지 소비량 및 배출로 인한 환경 문제 발생 우려도 크다. 

국내에서 수직농장을 설치 운영하고 있는 민간사례는 약 15개 농장의 사례가 있다. 가장 큰 규모는 6600㎡ 운영 규모로서 대부분 엽채류를 생산하고, 산양삼 등 약재와 그린백신용 원재 생산업체가 일부 있다. 대부분 소규모 운영체제이며 인근 대형마트와 직거래 또는 현장판매, 계약재배를 통한 급식 납품을 하고 있다. 

이번 연구를 총괄한 서대석 농경연 연구위원은 “우리나라 수직농장의 도입과 운영이 아직 초기 단계”라며 “수직농업 관련 산업 현황과 경영 실태, 농업인의 인지도 및 수용성을 분석하고 이를 반영한 수직농장 활성화 과제와 발전 방향을 찾고자 했다”고 밝혔다. 

식물공장은 기존의 관행농업 관점에서 농산물 생산의 제약요인인 자연광(태양광), 기후와 토양의 제한을 극복하기 위한 인위적 농작물 생산체계라 볼 수 있다. 

농작물은 품종별로 지리적 입지(기후대)와 토양 조건 등의 제약이 있으므로 사막과 극지방에서는 영농활동이 불가능했다. 그러나 식물공장은 이러한 지리적·환경적 요인을 극복해 영농활동이 가능하다. 

식물공장의 시초는 1957년 덴마크의 한 농장이 컨베이어 시스템과 인공광원을 사용해 새싹채소를 재배한 것이다.  이어 1960년대 오스트리아 루스나 사가 빌딩 형태의 입체식(다단) 자동 식물공장을 최초로 개발했다. 이 시설은 고압나트륨램프를 보조광으로 병행 사용하고, 타워식 입체형태의 재배상을 도입해 식물의 생장에 맞춰 이동형으로 설계·운영하는 획기적인 시도를 했다.

식물공장은 인공광 조명 기술(LED 등), 냉·난방 기술과 CO2 제어 공조시스템 등 기자재(하드웨어)는 물론, 재배사 환경을 자동으로 조절할 수 있는 IT 기반의 AI 솔루션 기술(소프트웨어) 등 첨단기술을 융복합한 최신 농업 생산체계의 발전 단계라 할 수 있다. 

 

식물공장의 발전과정은 크게 4단계로 구분하고 있다. 제1기 도입기(1950년대 중반~1970년), 제2기 실용화 초기(1970년대 초~1990년), 제3기 실용화 진입기(1991년~2010년), 제4기 실용화 실현기(2011년~현재)이다.  제4기에 진입한 현재는 다양한 기술발전과 자동화가 진척되어 식물공장 실용화가 본격 확대되고 있는 시기이다.

 

기후변화에 대응하고 신선농산물의 잔류 농약과 기생충 등 안전성 문제에 대한 관심과 요구가 증대됐다. 글로벌 환경위기에 대응하는 식량안보와 안전 농산물의 관심 증대에 따라, 농업용수를 절약하고 농약·비료 등 영농 투입재를 크게 절감하는 식물공장에 대한 관심과 중요성이 커졌다. 최근 클라우드 기반 영농관리 솔루션 개발과 수직농장 관련 설비, 기자재 등의 산업이 성장하고 있다. 반면, 식물공장 에너지 소비량 문제의 대안이 필요하다는 요구도 높아지고 있다. 

서대석 연구위원은 “수직농장의 주요 기술은 다양한 분야의 기자재(HW)와 제어·관리 시스템(SW) 융복합 기술이며 관련 산업과의 연계와 동반 성장이 무엇보다 중요하다”고 말했다. 

제한된 인위적 공간에서 농작물을 생산하는 수직농장은 ‘농생명 기술’과 함께 ‘환경조성 및 제어(시스템) 기술이 필요하다. 농작물 재배 건축물의 외형과 구조물, 식물 광합성을 위한 광원 등 조명 기자재, 수경재배 관련 기자재, 공조시스템, 전기 등 에너지 공급 제어 시스템, 자동 계측 장비와 통신 장비(센서와 IoT), 환경 제어 및 관리 시스템 등 다양한 기술이 적용된다. 

수직농장의 잠재력은 활용할 수 있는 부문과 영역이 매우 넓은 데서 찾을 수 있다. 신선농산물의 생산과 공급을 넘어 그린바이오(green bio)·레드바이오(red bio) 산업과 연계 발전이 가능하다. 그린바이오와 접목해 약용 및 기능성 강화 재배기술을 활용하는 수직농장, 의약품 제조를 위한 레드바이오 소재 작물 생산 발전도 기대된다. 

수직농장의 건축과 입지특성을 활용해 도시와 농촌 및 광산촌 폐건물 활용부터 우주농업까지 다양한 생산 및 공급 체계를 구현할 수 있다. 나아가 종자 개량 및 데이터 농업이 수직농장의 발전을 이끌어 갈 것이라는 전망도 나오고 있다.

국내 정책에서 식물공장과 수직농장 등 인위적 영농체계와 관련된 명확한 법규는 현재 없는 상태이다. 관련이 있는 ‘스마트농업 육성 및 지원에 관한 법률’은 스마트농업과 스마트팜의 개념과 정의 및 범위 등을 명확히 설정했고, 관련 산업과 데이터 등 농업 관련 첨단 산업을 확산하고 이를 지원할 법적 근거를 마련했다. 

‘도시농업의 육성 및 지원에 관한 법률(도시농업법)’에서는 ‘도시농업’의 정의로 도시지역에 있는 토지, 건축물 또는 다양한 생활공간을 활용한 ‘농작물을 경작 또는 재배하는 행위’, ‘수목 또는 화초를 재배하는 행위’와 ‘곤충 사육 행위’로 규정하고 있어 연관성을 유추할 수 있다. 

식물공장과 수직농장 관련해서 가장 눈에 띄는 구체적인 정책으로는 수직농장(실내농장) 관련 모델 개발을 위한 정부의 시범사업이 있었다. 농림축산식품부는 2017~2018년 ‘수직형농장 비즈니스 모델 실증 사업’을 지방자치단체와 공동으로 추진했다. 이 사업을 통해 수직형농장에서 경제성과 경쟁력을 갖춘 영농 시스템을 발굴하고 실증하고자 했다. 

한편, 농촌진흥청이 2019~2021년 ‘수직형 스마트팜 모델 시범 구축사업’을 추진한 바 있다. 수직형 스마트팜 모델 구축을 통한 미래농업 기술 기반 마련과 수익성 높은 미래형 실내농장 조성으로 첨단기술 경쟁력 확보를 목적으로 했다. 

 

이번 연구보고서에서는, 우리나라를 비롯해 주요 국가에서 수직농장 등 인공적 영농체계에 대해 법과 제도상 명확한 근거를 명시한 사례는 없다고 밝혔다. 

정부의 지원사업과 관련해서는 EU의 청년 농업인 유치와 연계한 수직농장과 미국의 재생에너지 연계 프로그램 등을 참고할 필요가 있다고 제시했다. 특히 미국의 정부 지원 사례로, 인공광원 등 인위적 농업 생산체계를 유지하기 위해 많은 에너지를 소비하는 수직농장에 재생에너지를 연계한 ‘USDA 농촌에너지프로그램’을 소개했다. 

네덜란드를 중심으로 한 EU는 기존 시설원예 관련 기업들이 사업을 확장하고 있으며, 다양한 사업방식과 생산모형을 갖춘 스타트업이 늘고 있다. 필립스 등 조명 관련 기업과 글로벌 종자 기업도 관련 투자와 R&D를 확대하고 있다. 외식업체 및 식품유통업체의 수직농장 시설 도입도 늘고 있다.

미국 농무부(USDA)는 수직농장 농산물에 대해 유기인증을 시행함으로써 관련 농산물 수요 증진에 일조하고 있다. 뉴욕, 시카고, 밀워키 등 대도시를 중심으로 도시내 유휴시설(폐공장, 창고와 옥상공간 등)을 활용한 수직농장이 활성화 되고 있다. 

싱가포르는 수직농장과 수경재배를 활용한 도시농업의 대표적인 사례이다. 도시농업 농가들은 교육 및 휴양 서비스 등을 통해 소득 다각화 사업에 나서고 있다. 

일본은 글로벌 전자기업 후지쯔 등 대기업이 수직농장 관련 사업에 참여하고 있다. 농림수산성과 경제산업성 등 정부기관이 R&D와 사업비를 지원하고 있다. 식물공장 리스 사업을 통해 임대 비용을 50% 지원하는 사업도 시행하고 있다. 

우리나라는 직접적인 정부 지원의 부재, 관련 투자 유치의 어려움, 관련 비용 상승 등으로 관련 업체들이 어려움을 겪고 있다고 진단했다. 미국과 같은 재생에너지 프로그램 확대 지원과 효율적 기자재 개발 등이 필요하다고 덧붙였다.

 
이번 연구에는 수직농장의 인지도·수용성 및 문제 요인 분석을 위해 농업인과 전문가 설문조사가 포함됐다. 
농업인들의 수직농장에 대한 인지도 조사 결과, 전체적으로 60% 이상의 농가가 인지하고 있고, 특히 스마트팜 농가의 인지도는 약 70% 수준으로 높게 나타났다.  

수직농장이 활성화되면 신선농산물의 수급 안정에 기여할 것으로 기대하는 농가가 대부분(74%)으로 나타났고, 신농업에 미치는 영향과 미래농업에 미치는 영향에 대해서도 각각 72%, 76%의 농가들이 긍정적인 것으로 응답했다. 

농업인들이 수직농장을 도입하고자 하는 의향(수용성)은 중장기적 검토가 필요한 것으로 나타났다. 5년 이내 도입 의향이 있는 농가 비율은 22%, 5년 이후 도입 의향이 19% 수준으로 나타났고, 5년 이후 상황에 따라 중장기적으로 검토한다는 비율이 38%, 의향이 없다고 응답한 비율도 22%에 달했다. 

수직농장 도입에 긍정적이든 유보적이든, 대부분의 농업인들이 우려하는 부분은 초기 투자 비용과 운영비에 대한 부담이었다. 수직농장 도입을 희망하는 농업인이 가장 우려하는 부분은 비율순으로, 초기 투자 비용 부담(33%), 운영비 부담(20%), 관련 정보 부족(13%), 관련 기술 습득 어려움(12%) 등의 순으로 나타났다. 

수직농장 도입에 유보적인 농업인이 가장 우려하는 부분은 비율순으로, 초기 투자 비용 부담(32%), 운영비 부담(24%), 현재의 기술 수준으로는 재배 가능 작목이 제한적(14%), 관련 기술 습득 어려움(10%) 등의 순으로 나타났다. 

수직농장 관련 산업 활성화를 위한 전문가 조사 결과, 국내 산업의 기술 수준은 중·상 수준으로 나타났다. 
기자재(HW)는 4.51(7점 척도), 운영 솔루션(SW)은 4.12이고, 전문인력 수준이 상대적으로 낮은 4.02로 나타났다. 

선진국 수준(100) 대비 선진국의 80% 내외 수준을 나타내는 것은 ‘냉난방 공조 설비’, ‘LED 등 인공광 설비’와 ‘양액·베드 등 작물생육 설비’ 등이고, ‘재배사 종합제어 솔루션’과 ‘수직농장 관련 종합 설계 및 시공’ 등은 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 

선진국에 비하면 수직농장 관련 ‘농작물의 생산 및 관리 기술 수준’은 향후 R&D를 통해 향상해야 하는 부분으로 나타났다.

수직농장 활성화 저해 요인에 대한 전문가 설문 분석 결과, ‘초기 투자 비용 부담’(31%)이 가장 크고, ‘에너지비용 등으로 수익성 불명확’(19%)과 ‘판로 확보의 어려움’(15%) 순으로 나타났다. 

아울러 수직농장 농산물의 유통 및 판로 확보가 어려운 요인에 대한 분석 결과로는 ‘기존 농산물 대비 가격 경쟁력 열위’(49%)가 가장 높았고, ‘기존 유통망에 대한 판로 개척 어려움’(29%) 등의 순으로 나타났다. 수직농장의 높은 운영비로 인해 기존 농산물과의 가격 경쟁력 열위와 차별화가 어려운 품질 경쟁 등이 요인이며, 기존 유통망 이외 직거래와 식품업체 납품 등 새로운 유통 채널 생성이 어려운 측면이 있다. 또한 기존 농가들이 농협과 영농조합법인 등으로 잘 조직화되어 있음에 비해 수직농장 운영업체는 이를 개별업체들이 모두 감당해야 하는 어려움도 존재한다.

전문가들은 수직농장 확산 시기에 대해 ‘5년 이내 보급 확대’와 ‘5년 이후 보급 확대’를 각각 37%와 34%로 비슷하게 응답해, 중기적 관점의 접근이 필요하다고 보고 있다. 아울러 수직농장 관련 기자재와 인력 등을 통한 산업 활성화에 대해서도 ‘5년 이내 수출 확대’로 보는 비율이 37%로 가장 높았다. 

서대석 연구위원은 이번 연구보고서에서, 관련 산업의 발전과 확산을 위해 명확한 용어의 개념화와 정의가 필요하다고 밝혔다. 식물공장, 수직농장, 실내농장 등 다양한 용어가 혼재돼 있으나 수직농장으로 정리할 것을 제안했다. 이에 근거해 기존의 스마트농업법과 도시농업법 등의 관련 조항 수정 보완 검토도 필요하다고 말했다.  또한, 농가 단위 및 개별 수직농장 설비와 시공을 위한 표준화 설정 및 제시의 필요성도 강조했다. 수직농장의 주요 품목별, 재배사 형태별 전문 교육과 컨설팅 지원을 비롯해 관련 전문가 양성도 중요하다고 밝혔다. 

관련 제도 개선 과제도 제시됐다. 수직농장 입지 및 영농 주체에 대한 농업경영체 인정 등을 위한 법제화 필요성이다. 수직농장이 농업용 시설로 인정돼 농업진흥지역 내 설치가 가능하도록 농지법 등 관련 법 개정이 검토되고 있다. 농업경영체 인증 현 1000㎡ 이상 규정에 대응해 수직농장에 대한 규정도 필요하다.

수직농장 생산물에 대한 친환경 인증 여부도 관건이다. 싱가포르 등 일부 국가가 유기농산물 인증을 하고 있으나 면밀히 검토하여 친환경 농산물 개념에 대한 혼란을 피해야 한다. 

도시농업과 기존 농업인이 동일 및 유사 품목을 둘러싼 경쟁을 완화하기 위한 수요처 다변화, 유통망 지원 등의 대책도 강구해야 한다. 그린바이오·레드바이오 등 수직농장 농산물의 공급과 수요처 차별화 정책도 마련해야 한다. 에너지 소비 절감을 위한 생산기술 발전과 기자재 효율 제고와 함께 신재생에너지 활용을 적극적으로 모색해야 한다. 

수직농장을 활성화하고 관련 산업 발전을 위해 모색해야 할 3대 전략과 세부 과제도 마련했다.[표] 아울러 수직농장을 통해 농업의 범위와 새로운 역할과 미래에 대한 비전을 강조했다. 그린 및 레드바이오를 위한 소재 농축산물 생산과 유통, 데이터 및 AI를 도입하여 완전 자동화 농업 실현, 미래형 실내농장을 비롯한 우주농업으로 신 농업체계 구축 등이 주요 범위로 예상되고 있다.