한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)이 탄소중립형 스마트팜 관련 최신 연구성과를 공개했다.

스마트팜은 과학기술을 활용해 온도, 습도, 이산화탄소농도 등의 작물의 생육환경을 최적의 상태로 관리하는 농업방식이다. 작물의 생산성과 품질이 향상되어 수익이 증대되는 효과가 있다. 

하지만 이를 위해 냉·난방 등 시설 운영에 많은 에너지가 투입되는 점, 생육환경의 최적 조건을 관리하는 전문 컨설턴트가 직접 농가에 방문이 필요한 점 등은 스마트팜 보급화에 걸림돌이 되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 차세대태양전지연구센터, 스마트팜융합연구센터 등 KIST 여러 부서에서는 자동화된 스마트팜을 구축, 스마트팜의 에너지의 효율성을 확보 등을 목표로 산·학·연 공동연구를 진행하고 있다. 

먼저, ▷‘스마트팜 수집 데이터의 모델링을 통한 의사결정 알고리즘 개발’은 ‘시설 과채류 작물의 디지털 재배관리를 위한 의사결정 SW(주관기관 써브스트라투스코리아)과제의 일환으로 연구가 진행되었다. 

기존 스마트팜의 경우 컨설턴트가 주기적으로 농가를 직접 방문해 관리 방법에 대한 리포트를 제공해주는 방식으로 진행했다. 그러나 코로나19로 인한 방문에 제약이 생기고, 스마트팜 내 다양한 센서들의 데이터 수집이 가능해지면서 데이터를 분석해 온라인 방식으로 컨설팅 서비스를 제공하려는 시도이다.

KIST 스마트팜융합연구센터 김형석 센터장 연구팀은 써브스트라투스코리아(주)(대표 김성은), 원투씨엠(주) 김치권 박사, ㈜티맥스엔터프라이즈 김선영 상무, ㈜컬티랩스 김창근 대표, ㈜마스터벨그로우 김균희 연구팀과 공동연구를 통해 스마트팜 작물 재배 온라인 컨설팅 서비스 상용화에 박차를 가하고 있다. 

기존 대면 컨설팅을 온라인화할 때 요구되는 의사결정 항목과 결정 기준은 국내 최고 수준의 재배 컨설턴트들이 집합된 ㈜써브스트라투스코리아에서, 그리고 의사결정에 요구되는 스마트팜 작물 생육 정보를 스마트폰을 통해 간편하게 취득하는 기술 고도화 및 데이터 수집은 ㈜컬티랩스에서, 작물의 무게측정 및 잎 온도 측정을 통한 양수분 정보 및 작물 생리상태 모니터링 센서 기술은 ㈜마스터벨그로우에서 맡아 수행하고 있다.

KIST는 수집된 데이터의 분석 및 모델링을 통해 의사결정을 할 수 있는 알고리즘 및 마커를 개발한다. 이러한 개발 내용을 앱 형태로 서비스화하는 것은 SW 전문기업인 원투씨엠(주)에서 수행하고 있다. 

현재까지 개발된 온라인 재배 컨설팅 SW는 15개 실증 스마트팜 농가를 대상으로 적용되어 데이터의 수집 및 SW 고도화 중에 있고, 보다 범용성 있는 서비스의 개발을 위해 온·습도 등 온실 내부환경을 모니터링하면서 내부환경 인자들이 적정 기준을 벗어날 때 경고를 하는 서비스 앱을 30개 시범 농가에 적용하였다.

KIST 김형석 센터장은 “비대면 온라인 재배컨설팅은 기존 재배컨설팅 서비스를 온라인으로 간편하게 대체하는것 뿐 아니라, 서비스 적용 과정에서 생성된 스마트팜 데이터의 지속적인 분석 및 인공지능 기술 적용을 통해, 보다 정확하고 효과적인 스마트팜 관리 처방으로 발전시킬 수 있다는 점에서 의미가 있다”고 밝혔다.

▷ ‘선택적 광투과 스마트팜 태양전지’ 기술은 작물 재배에 필요한 태양빛만을 선택적으로 투과시키고 나머지는 빛으로 전기를 생산하는 스마트팜 용 태양전지이다. 기존 실리콘 태양전지의 경우 설치 시 태양빛을 막기 때문에 작물을 그늘지게해 작물 생육에 악영향을 준다. 

이 때문에 태양전지를 스마트팜에 적용하는 것은 여러 어려움이 있었다. KIST 청정신기술연구본부 민병권 본부장, 이필립 책임연구원 연구팀은 고려대학교 전용석 교수 연구팀, 국민대학교 도영락 교수 연구팀과 함께 이러한 문제를 해결하기 위해 투광형 태양전지 기술과 이색성 광필터 기술을 접목했다. 

청색광(430-470nm)과 적색광(630-680 nm) 태양빛은 투과를 시켜 작물 생육에 활용하고, 나머지 태양빛 대부분에 해당하는 파장의 빛을 광필터가 모두 반사시켜 태양전지가 흡수, 발전할 수 있도록 하는 기술이다. 

또한 이 태양전지는 투과하는 빛의 파장영역과 광량을 미세하게 조절할 수 있어서 작물의 종류에 따라 최적의 광 조건을 만들 수 있다는 장점이 있다.

KIST 민병권 본부장은 “이 기술은 작물재배에 필요한 최소한의 태양빛을 제외한 나머지 파장의 빛을 모두 태양광 발전에 사용할 수 있기 때문에 스마트팜 온실 운용에 필요한 에너지 대부분을 재생에너지로 충당 가능하여 스마트팜의 탄소중립 구현을 가능하게 한다는 점에 큰 의의가 있다”고 밝혔다.

한편, 위 연구성과는 농림축산식품부 및 과학기술정보통신부, 농촌진흥청의 재원으로 농림식품기술기획평가원과 재단법인 재단법인 스마트팜연구개발사업단(단장 조성인)의 스마트팜다부처패키지혁신기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며,. 25일부터 27일까지 광주광역시 김대중 컨벤션 센터에서 열리는 ‘GREEN&AGRITECH ASIA 2022’에 참가해 이번 ‘GREEN&AGRITECH ASIA 2022’ 전시에서는 그 일부를 공개했다.