실제 수직농장에 플라즈마 스마트팜 기술을 적용해 상추를 재배하는 모습

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수직농장과 같은 제한된 공간에서도 식물이 잘 자랄 수 있도록 돕는 플라즈마 기반 스마트팜 기술이 개발, 식량 안보 등 농업 문제 해결에 기여할 것으로 기대된다.

한국핵융합에너지연구원(원장 오영국) 플라즈마기술연구소는 플라즈마 기술을 활용해 식물 생장에 필요한 이산화탄소를 공급하고, 대기 중 질소를 비료로 전환해 활용하는 시스템 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

스마트팜의 한 형태인 수직농장은 정해진 공간에 선반을 수직으로 쌓아 작물을 재배하는 방식으로 경제성 및 농작물 품질 향상을 위한 다양한 기술 개발이 필요하다.

핵융합연 플라즈마기술연구소의 홍용철 박사팀은 식물 광합성에 필요한 이산화탄소를 친환경적으로 농축·공급하는 '플라즈마 버너 연소식 탄산시비(작물 광합성에 필요한 이산화탄소를 인위적으로 공급하는 농법)' 기술을 개발했다.

수직농장과 같이 밀폐된 공간에서 작물을 고밀도로 재배할 시 이산화탄소 농도가 낮아져 생장이 저하될 수 있다.

이를 해결하기 위하여 천연가스나 LPG 등의 연료를 연소해 이산화탄소를 공급하는 방법이 활용되고 있으나, 연소 과정에서 질소산화물 등 유해가스가 발생해 정화를 위한 후처리 장치가 필요하다는 단점이 있다.

반면 플라즈마 버너 연소식 탄산시비 기술은 플라즈마로 연료를 연소하는 방식으로, 기존 연소 반응 대비 연료와의 반응 속도가 빨라 완전연소를 유도할 수 있어 유해가스 배출을 최소화 할 수 있다.

추가 정화시설이 불필요해 경제성과 친환경성을 동시에 갖춘 탄산시비가 가능하다.

연구팀은 수직농장의 생산성 향상을 위하여 플라즈마로 대기 중 질소를 비료로 전환하는 '대기질소 비료화 기술'도 확보했다. 이 기술은 플라즈마 방전으로 대기 중 공기와 질소를 반응시켜 활성종을 생성하는 것으로 물, 공기, 플라즈마만으로 비료를 생산할 수 있어 매우 효율적이다.

또 식물 생장에 필요한 영양소가 약 50~100배로 고농축된 비료를 생성하고 이를 물에 녹여 사용함으로써 운송과 보관 효율성을 높이고, 적은 양으로도 많은 농작물에 효과적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 장점 덕분에 수직농장 외에도 전력 인프라와 비료 수급이 어려운 지역에서 태양광 시설 등을 활용해 효과적으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

더불어 연구팀은 해당 기술을 실제 수직농장에 적용하여 실증 평가를 수행한 결과, 기존의 탄산시비 및 질소 비료 기술과 유사한 수준으로 작물의 생장률과 품질을 향상시키는 효과를 확인해 상용화 가능성을 입증했다.

홍용철 박사는 “플라즈마 기반 스마트팜 기술이 실제 농업 현장에서도 유용성이 입증되어 큰 보람을 느낀다”며 “현재 산업체 기술 이전을 통해 상용화를 준비하고 있으며, 향후 국내외 식량 문제 해결에 기여할 수 있길 바란다”고 덧붙였다.

오영국 원장은 “이번 연구 성과는 플라즈마 기술이 인류의 식량 문제 해결에 새로운 가능성을 보여주었다는 점에서 큰 의미가 있다”며, “앞으로도 플라즈마와 핵융합 기술을 바탕으로 신산업 창출과 글로벌 시장 개척에 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 농림축산식품부 및 과학기술정보통신부, 농촌진흥청의 재원으로 농림식품기술기획평가원과 재단법인 스마트팜 연구개발 사업단의 스마트팜 다부처 패키지 혁신기술 개발사업 지원을 받아 연구됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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