중국 딸기 스마트 농업 혁신: 50제곱미터 식물공장에서 미래를 엿보다

중국 상하이에서 미래 농업의 가능성을 엿보는 흥미로운 대회가 개최되었습니다. 한국에서 이러한 기술 경연이 가져올 농업 혁신의 잠재력과 도전 과제를 고려해 볼 필요가 있습니다.

미래 농업의 장, 50제곱미터 식물공장

지난 4월, 중국 상하이 펑셴 농업과학혁신밸리에서 제5회 ‘도도 농업 연구 기술 대회’ 결승전이 열렸습니다. 전국 각지에서 모인 4개 팀이 50제곱미터 규모의 식물공장에서 각자의 방식으로 딸기를 재배하며 농업의 새로운 지평을 열고 있습니다.

이 대회는 단순한 딸기 재배 경연이 아닙니다. 각 팀은 50제곱미터 규모의 식물공장을 직접 설계하고 건설해야 하며, 이후 6개월 동안 원격으로 딸기의 성장 환경을 제어해야 합니다. 궁극적인 목표는 생산량, 품질, 비용, 에너지 소비를 모두 아우르는 체계적인 국산 딸기 재배 시스템 솔루션을 제시하는 것입니다.

기술적 도전: 50제곱미터 공간의 한계를 넘다

사이버 파머스팀의 식물공장 내부로 들어서면, 7열 6층으로 이루어진 이동식 재배대가 질서정연하게 배열되어 있습니다. 이를 통해 재배 면적은 126제곱미터까지 확장되었습니다. 중국농업대학 출신의 이 베테랑 팀은 ‘식물과 대화’를 모토로 하는 지능형 환경 제어 시스템을 선보였습니다. 이는 미리 설정된 프로그램에 따라 기계적으로 조절하는 방식이 아닌, 식물의 요구에 따라 환경을 최적화하는 시스템입니다.

팀장 천민후이는 상하이의 지난 20년간 기상 데이터를 바탕으로 맞춤형 매개변수를 설계했다고 밝혔습니다. 에너지 절약을 위해 실외 냉원 및 2차 환기 기술을 도입하여 에어컨 에너지 소비를 30% 이상 절감했습니다. 7명의 박사와 3명의 석사로 구성된 이 팀에게 가장 큰 도전은 기술 그 자체보다 AI가 식물의 언어를 진정으로 이해하도록 만드는 것이었습니다.

데이터 부족과 AI 활용의 딜레마

천민후이 팀장은 영양액 내 이온 활성도와 이온 EC 기여율을 기반으로 이온 농도를 판단하여 딸기의 성장 단계에 맞춰 정밀하게 영양을 공급하는 수분 비료 관개 조절 시스템을 개발했다고 설명했습니다. 그러나 그는 "이것은 모델 훈련을 위한 방대한 실제 데이터를 필요로 하지만, 농업 데이터 확보에는 시간이 너무 오래 걸리고 비용이 너무 많이 든다"고 토로했습니다.

이는 현재 스마트 농업이 직면한 보편적인 어려움입니다. 대회 심사위원인 중국농업대학 수리토목공학원 박사과정 지도교수 허둥셴은 "농업 분야의 AI 적용은 (산업 분야의) 대규모 언어 모델 적용 수준에는 훨씬 못 미치며, 아무도 그렇게 많은 데이터를 가지고 있지 않다"고 말했습니다. 그녀는 진정한 돌파구는 ‘생산 현장을 연구 현장으로 바꾸는 것’에 있다고 보며, 식물은 살아있는 존재로서 불확실성이 너무 많기 때문에 농업의 산업화는 자동차 생산 라인보다 훨씬 복잡하다고 덧붙였습니다.

데이터 부족에 직면한 참가팀들은 실제 환경에서 해결책을 모색해야 했습니다. 베리 큐브팀은 AI를 보조 진단 도구로 활용하는 방안을 시도했습니다. 그들은 잎사귀 촬영을 통해 AI 시스템이 자동으로 비교 분석하여 딸기 식물의 질소 및 칼륨 함량을 90% 이상의 정확도로 판단할 수 있는 이미지 인식 시스템을 개발했습니다. 팀장 허스웨이는 "최종 결정은 사람이 내려야 하지만, AI는 문제의 위치를 빠르게 파악하는 데 도움을 줄 수 있다"고 말했습니다. 또한, 그들은 식물공장 내부에 반사 필름을 부착하여 LED 빛을 식물에 효율적으로 반사시켜 빛 에너지 활용률을 17.2% 향상시킬 것으로 예상하고 있습니다.

학제 간 협력과 에너지 효율 혁신

데이터보다 더 어려운 것은 학제 간 협력의 조율이었습니다. 베리 큐브팀은 상하이 자오퉁 대학의 세 학과와 두 기업의 인재들(원예 전문가, 자동화 전문가, 딸기 재배 전문가, 상업화 담당자)을 한데 모았습니다. 팀장은 "융합 과정이 순조롭지 않았다"며 "농업 논리와 산업 논리에는 차이가 있으며, 단순히 자재를 쌓는 방식으로 딸기 성장을 가속화할 수는 없다"고 언급했습니다.

첫 참가팀인 오풀 스마트 베리팀은 식물공장 에너지 소비의 70%를 차지하는 ‘조명’에 주목했습니다. 이 팀은 400개가 넘는 조절 가능한 스펙트럼 LED 조명을 위한 중앙 집중식 전원 공급 및 수랭 시스템을 개발하여, 각 조명에 분산되어 있던 전원 장치를 외부로 통합하고 열을 직접 배출함으로써 기존 방식보다 10%의 에너지를 절감했습니다. 또한, 지붕과 남측면에 태양광 패널을 설치하여 오프그리드 태양광 에너지 저장 시스템을 도입함으로써 고에너지 소비 문제를 에너지 공급 측면에서 해결하고자 했습니다.

의태 생태팀의 독특한 접근과 해외 시장 개척

4개 팀 중 의태 생태팀은 다소 특별해 보입니다. 그들은 유일하게 의태 생태학적 얕은 액류 재배 방식을 채택했으며, 자체 설계한 전용 트레이와 재배 장비를 통해 공간 활용률을 대폭 향상시켰습니다. 50제곱미터의 식물공장에서 이 팀은 4600주의 딸기를 재배할 계획입니다.

이 연구 및 산업 결합 팀의 배경에는 부자의 이야기가 있습니다. 팀장 허정양은 뉴질랜드 농장에서 자랐으며, 철학, 예술, 생태 환경을 아우르는 학제적 배경을 바탕으로 ‘의태 생태 농업’ 개념을 제시했습니다. 이는 기술을 사용하여 자연의 물질 순환을 모방하여 제로 배출, 제로 농약 잔류의 폐쇄형 생산을 목표로 합니다.

허정양의 아버지이자 전자 기술자 출신인 허차오후이는 "우리는 ‘물을 매개로’ 전통 농업 토양에 유익균을 첨가하여 유기물을 분해한다"고 말했습니다. 이 재배 기술은 토마토, 수박 등 다양한 작물에서 성공적으로 검증되었습니다. 더욱 주목할 점은 이들의 기술이 이미 해외로 진출하기 시작했다는 것입니다.

허차오후이는 작년에 카타르에 의태 생태 딸기 재배 식물공장 시스템을 수출했으며, 싱가포르와 중동 국가들은 열대 지역에서 딸기를 재배할 수 있는 이 기술에 큰 관심을 보이고 있다고 설명했습니다. 그가 보기에 식물공장의 해외 진출 핵심 강점은 두 가지 문제점을 해결한다는 것입니다. 첫째는 열대 지역의 높은 기온으로 인해 딸기가 자연적으로 꽃눈 분화를 할 수 없다는 점이고, 둘째는 해외 시장에서 무농약 고품질 과일에 대한 강한 수요가 있다는 점입니다.

상업화의 과제와 새로운 농업인의 역할

베리 큐브팀의 상업화 담당인 친칭은 이번이 두 번째 대회 참가입니다. 그녀는 과학 기술 성과 전환의 가장 큰 장애물은 "연구가 너무 빨라 산업이 따라가지 못하거나, 연구가 너무 느려 산업이 기다리지 못하는" 것이라고 생각합니다.

그녀는 흥미로운 관찰을 언급했습니다. "환경 제어 측면에서, 현장의 경험 많은 노련한 농부는 ‘적당할 때 창문을 닫으면 된다’고 말하지만, 우리는 이산화탄소 농도, 온도 등 데이터를 봅니다. 데이터와 경험 사이에는 다리가 필요합니다." 이 다리를 놓는 것이 바로 젊은 세대 신농업인들의 사명입니다.

허둥셴 심사위원은 일본의 신선 잎채소 중 식물공장 생산 비율이 10년 전 0.4%에서 현재 약 15%로 증가했으며, 생산 비용도 킬로그램당 20~30위안으로 하락했다는 비교 데이터를 제시했습니다. 이는 데이터 기반의 스마트 재배 모델이 탁상공론이 아님을 보여줍니다.

미래 농업을 향한 열정적인 탐색

대회는 계속되고 있습니다. 5월부터 10월까지 4개 팀은 6개월에 걸친 최종 재배 경쟁에 돌입할 것입니다. 이들은 기술적 난제뿐만 아니라 상업화 경로라는 현실적인 시험에 직면해 있습니다. 이 젊은이들은 50제곱미터의 공간에서 열정과 지혜를 동원하여 농업의 새로운 해답을 찾고 있습니다.

이러한 혁신은 제한된 공간에서 최적의 수율과 지속 가능성을 달성하려는 전 세계적 노력에 중요한 시사점을 제공합니다. 기술과 열정이 결합된 미래 농업의 성장이 기대됩니다.