농업
농업의 미래: 첨단 기술과 생태 사이
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새로운 농업 혁명의 필요성
농업은 인류 문명의 발전을 뒷받침한 핵심 기술이다. 현대에는 기계화와 산업화가 진행되면서 대부분의 사람은 식량 생산 현장과 떨어져 살게 되었다. 미국에서는 인구의 2% 미만이 농장과 목장에서 일한다. 이 글에서 인용한 과거 통계에 따르면 미국 농장 한 곳은 국내외에서 연평균 169명에게 식량을 공급한다.
산업형 농업은 늘어나는 세계 인구를 먹여 살리고 산업과 서비스업에 필요한 노동력을 확보하는 데 기여했다. 그러나 다음과 같은 문제도 발생할 수 있다:
- 일부 식품의 영양 품질 저하. 영향은 품종과 재배 조건에 따라 다르다.
- 농약, 제초제 및 비료에 의한 수자원 및 식품 사슬 오염.
- 곤충 개체수부터 전 세계 생물다양성까지 생태계 손상.
- 토양 침식과 경작지의 비옥도 저하.
- 온실가스 배출. 농업·임업·기타 토지 이용은 IPCC가 집계한 2019년 전 세계 인위적 온실가스 순배출량의 약 22%를 차지했다.
녹색혁명은 식량 생산을 늘리고 1970년대의 세계적 기근 우려를 줄이는 데 기여했다. 이제는 그 성과를 유지하면서 환경 문제를 해결해야 한다. 생명공학, 로봇, 소프트웨어, 우주기술의 발전은 더 큰 트랙터와 더 많은 농약에만 의존하지 않는 선택지를 제공한다.
로봇과 드론
농업용 로봇과 드론의 발전은 앞으로 농작업을 크게 바꿀 수 있다. 최근 몇 년 사이 다음과 같은 기술적 진전이 이를 뒷받침했다:
- 센서와 기계 부품 비용 감소.
- 머신 비전: 로봇이 작물과 주변 물체를 인식하도록 돕는다.
- 배터리 개선: 장비의 가동 시간을 늘린다.
- 인공지능: 작업 자동화와 자율 주행을 지원한다. 완전 자율 운용에는 안전성과 현장 검증이 필요하다.
이러한 기술은 과일 수확, 제초, 해충 관리처럼 크고 무거운 트랙터만으로 기계화하기 어려운 작업을 도울 수 있다.
출처: Corteva
작고 자율성이 높은 농업용 로봇은 기존과 다른 재배 및 관리 방식도 가능하게 한다.
예를 들어 레이저로 잡초를 제거하거나, 머신 비전으로 인식한 잡초에만 제초제를 뿌릴 수 있다. 밭 전체에 일괄 살포하는 방식과 비교해 투입량을 줄일 가능성이 있다.
대형 드론은 특히 산악 지형에서 비료 포대나 수확물 운반에 활용될 수 있다. 일부 장비는 옥수수밭의 인공 수분 작업에도 사용된다.
기술의 활용 사례와 관련 기업은 “투자자가 주목해야 할 변화: 농업에 도입되는 로봇”에서 자세히 다뤘다.
데이터
농업에서도 데이터의 중요성이 커지고 있다. 농부의 경험과 직관에 측정 및 분석 정보를 더하면 관개와 농약 사용 등의 의사결정을 지원할 수 있다.
주요 도구 중 하나는 여러 파장대의 빛으로 작물을 촬영하는 다중분광 영상이다. 물이 부족하거나 병해 징후가 있는 구역을 찾고 수확량을 예측하는 데 도움을 줄 수 있다.
이러한 영상은 주로 드론이나 위성으로 상공에서 촬영한다. 토양의 영양분과 수분을 측정하는 현장 센서의 정보로 보완할 수 있다.
소프트웨어 / AI
농장은 일상 운영에도 소프트웨어를 점점 더 많이 활용한다. 다중분광 영상 분석뿐 아니라 급여, 일정, 장비 정비, 청구 등은 전사적 자원 관리 시스템인 ERP로 관리할 수 있다.
출처: AgriERP
농장 데이터가 충분하고 체계적으로 모이면 AI 분석의 활용도가 높아질 수 있다. 예를 들어 기상 예보, 작물 상태, 사용 가능한 장비를 함께 분석해 수확 일정을 조정할 수 있다.
관개 시설의 누수 감지, 비료와 농약 사용 최적화, 가축의 위치와 건강 모니터링, 수확물 자동 선별 등에도 활용할 수 있다.
유전공학
인류는 오랫동안 생산성, 내구성, 영양가가 더 나은 작물 품종을 만들기 위해 노력해 왔다. 재배 방식과 육종 기술 모두 시대에 따라 변화해 왔다.
전통 육종은 자연적으로 존재하는 변이를 선발하고 교배하는 방식에 의존했다. 이후 유도 돌연변이, 분자표지 등 다양한 기술이 추가되었지만 새 품종을 개발하는 데에는 여전히 시간이 걸린다.
현대 생명공학은 작물 개량의 선택지를 넓혔다. 유전자변형 작물은 논쟁과 규제의 대상이지만 미래 농업의 한 도구가 될 수 있다. 초기의 제초제 내성과 해충 저항성 외에도 다양한 형질을 개발하고 있다.
새로운 작물 개량 기술이 추구하는 목표에는 다음이 포함된다:
- 물 사용량을 줄이고 고온이나 가뭄에 대한 저항성을 높이는 것.
- 염분이 높은 토양에서 더 잘 자라도록 하는 것. 벼 재배지와 염류가 축적된 관개 지역에서 특히 유용할 수 있다.
- 다양한 생물학적 기작을 활용해 해충과 질병에 대한 저항성을 개선하는 것.
“식물 미생물군집 공학: 세균으로 작물 보호하기”에서는 식물과 미생물의 상호작용을 조절해 작물의 회복력과 생산성을 높이려는 연구를 다뤘다. 모든 접근법이 작물 자체를 유전자변형하는 것은 아니다.
야생 식물의 신규 작물화
우리가 먹는 많은 작물은 야생 식물을 오랜 기간 재배하고 선발한 결과다. 아직 충분히 활용되지 않은 식물 가운데서도 새로운 작물 후보를 찾을 수 있다.
이러한 접근을 신규 작물화, 즉 “de novo domestication”이라고 한다. 기존 고수확 작물에 야생종의 저항성을 더하는 대신, 저항성이 강한 야생 식물에 재배와 수확에 적합한 형질을 부여하는 방식이다.
“AI와 유전공학으로 발전하는 농업: 재배의 미래”에서는 이 아이디어를 자세히 설명했다. 작물을 광학적으로 구별할 수 있는 표지와 다중분광 영상을 결합해 로봇이 작물과 잡초를 식별하도록 하는 방안도 연구되고 있다.
새로운 식품 유형
새로운 식품을 개발하는 것도 한 방법이다. “CRISPR-Cas9으로 식용 균사체를 개량해 육류 대체품 만들기”에서는 균류의 색, 맛, 영양 성분 등을 바꾸려는 연구를 소개했다. 영양상 이점은 구체적인 제품과 비교 대상에 따라 검증해야 한다.
골든라이스처럼 특정 영양 성분을 늘리거나 맛을 개선하는 접근도 식량의 가치를 높일 수 있다. 영양 개선이 곧바로 단위 면적당 수확량 증가를 뜻하는 것은 아니다.
새로운 농업 방법
로봇, 데이터, AI, 유전공학만이 농업의 미래를 결정하는 것은 아니다. 생태계와 구성 요소의 상호작용을 이해하면 농장 설계와 관리 자체를 개선할 수도 있다.
이런 관심은 퍼머컬처, 재생 농업 등 여러 접근법으로 나타난다. 각각의 정의와 근거는 다르므로 모든 방식의 효과를 동일하게 볼 수는 없다.
퍼머컬처 & 재생 농업
퍼머컬처는 생태적 관계를 고려해 토지와 생활공간을 설계하는 접근법이다. 일부 실천은 지속 가능한 농업에 도움이 될 수 있지만, 생산성과 수익성은 지역, 작물, 관리 방식에 따라 달라진다.
핵심은 건강한 토양, 식물 종 사이의 상호작용, 해충의 천적, 토양 유기물 등을 하나의 관리 체계 안에서 고려하는 것이다.
유기농 인증과는 별개로 재생 농업을 표방하는 여러 인증과 표시도 등장하고 있다. 기준이 서로 다르므로 구체적인 요건을 확인해야 한다.
이러한 설계에는 작물뿐 아니라 나무, 관목, 생울타리, 연못 등을 통합할 수 있다. 생태적 이점을 기대할 수 있지만 큰 트랙터를 사용하는 작업과 양립시키기 어려운 경우도 있다.
소형 전동 장비, 로봇, 드론은 복잡한 농장 구조에서 작업하는 데 도움이 될 수 있다. 데이터 분석도 이런 시스템의 성과와 관리 필요를 파악하는 데 활용할 수 있다.
혼농임업, 탄소 농업, 바이오차
농업의 탄소 배출을 줄이려면 토양의 탄소 순환을 고려해야 한다. 토양 유기물을 보전하고 늘리는 것은 탄소 저장에 기여할 수 있지만, 저장량과 지속성은 토양, 기후, 관리 방식에 따라 달라진다.
깊은 경운과 장기간의 나지 상태는 토양 유기물 손실을 촉진할 수 있다. 이는 탄소 배출뿐 아니라 물과 영양분을 유지하는 능력에도 영향을 미친다.
탄소 농업은 농경지의 탄소 흡수와 저장을 늘리고 배출을 줄이려는 관리 활동을 말한다.
한 가지 방법은 혼농임업이다. 같은 땅에서 나무와 작물 또는 가축을 함께 관리한다. 나무는 그늘, 낙엽, 서식처와 탄소 저장 기능을 제공할 수 있으며, 적절한 수종은 장기적으로 목재 수입원도 될 수 있다.
또 다른 범주는 탄소 농업 전반이다. 토양 유기물을 늘리거나 손실을 줄이는 실천이 여기에 포함된다. 여러 지역에서 관련 정책을 추진하고 있으며, 그 예로 유럽연합은 토양과 산림의 탄소 저장을 늘리고 농업 배출을 줄이는 활동을 지원하는 제도를 발전시키고 있다.
출처: Stop Waste
또 하나의 방법은 바이오차다. 작물 잔재나 목재 같은 유기물을 산소가 제한된 조건에서 열분해해 만든다. 완전히 태워 재로 만드는 것과 달리 탄소가 풍부한 다공성 고형물이 남는다.
바이오차의 일부 탄소는 장기간 토양에 남을 수 있다. 안정성과 토양 개선 효과는 원료, 제조 조건, 토양 특성에 따라 달라진다. 골프장 관개량을 줄이려는 활용 사례도 보고되어 있지만, 특정 사례의 30% 절감 수치를 모든 현장에 적용할 수는 없다.
재생 가능 에너지
농장에서는 태양광과 풍력 등 재생에너지 설비도 늘고 있다. 2022년에는 미국의 농장과 목장 153,101곳이 재생에너지 생산 설비를 사용했다. 2012년의 57,299곳과 비교하면 약 167% 증가한 수치다.
태양광 설비와 작물 재배를 같은 부지에 배치하는 영농형 태양광도 가능하다. 자세한 내용은 “실제 농장과 태양광 발전을 결합하는 영농형 태양광”에서 다뤘다.
가축 분뇨와 농업 폐기물을 혐기성 소화조에서 처리해 바이오가스를 생산하는 농장도 있다. 환경 성과는 메탄 누출 방지와 소화액 관리 등에 달려 있다.
지열과 수동형 온실 설계도 난방 에너지를 줄이는 선택지다. “지열 및 패시브 온실: 농업의 탄소 배출 줄이기”에서 자세히 설명했다.
비료의 탄소 배출 줄이기
NPK 비료의 P와 K에 해당하는 인과 칼륨은 주로 광물 자원에서 얻는다. 관련 배출을 줄이려면 채굴뿐 아니라 가공과 운송에 쓰이는 에너지, 공정 배출도 함께 고려해야 한다.
질소비료용 암모니아는 공기 중 질소와 수소를 반응시켜 만든다. 현재 수소 생산과 공정 에너지에 천연가스 등 화석연료가 널리 사용된다.
재생전력으로 물을 전기분해해 얻은 수소를 사용하는 그린 암모니아 공급망도 개발되고 있다. “또 다른 수소 연료: 그린 암모니아 관련 주요 기업 다섯 곳”에서는 FuelPositive와 AmmPower 등 모듈형·분산형 생산을 추진하는 기업을 소개했다.
암모니아는 비료뿐 아니라 연료로도 연구되고 있다. “그린 암모니아로 국제 해운 항로의 탄소 배출 줄이기”에서는 해운 분야의 가능성과 과제를 살펴봤다.
농업 장비에 활용할 가능성도 있지만, 독성 관리와 연소 배출, 저장 및 공급 체계 등 해결할 문제가 남아 있다.
다른 접근으로는 질소 고정 미생물을 활용해 작물이 대기 중 질소를 이용하도록 돕는 방법이 있다. 이런 제품이 모두 유전자변형 미생물인 것은 아니다.
무토양 농업
농업의 변화에는 토양을 더 잘 관리하는 방법뿐 아니라 토양 없이 작물을 생산하는 방식도 포함된다.
소비지 가까이에서 식량을 생산하는 도시 농업에서도 이런 기술을 활용할 수 있다. “도시 농업의 확대가 가져올 여러 이점”에서 관련 가능성을 설명했다.
수직 농업
수직 농업은 실내에서 여러 층으로 작물을 재배하는 방식이다. 인공조명과 환경 제어를 활용하지만 모든 전통 농업을 대체하는 방식은 아니다.
일부 작물에는 유망할 수 있으나 전력비, 시설비, 노동비 등을 고려해 기존 농업과의 경쟁력을 평가해야 한다.
자세한 내용은 “수직 농업과 그 세계적 영향 심층 분석”, “주요 수직 농업 기업 다섯 곳”, “주요 실내 농업 기업 열 곳”에서 다뤘다.
많은 실내·수직 농장은 토양 대신 영양액으로 뿌리에 양분을 공급하는 수경재배를 사용한다. “수경재배: 알아야 할 핵심 내용”에서 작동 원리를 설명했다.
뿌리를 영양액에 담그는 대신 물과 영양분을 미세한 안개 형태로 분사하는 방법은 분무경이다.
양어와 작물 재배를 결합하는 아쿠아포닉스에서는 물고기의 배설물에서 나온 영양분을 식물이 이용하고 식물 및 미생물이 물 정화에 기여한다.
새로운 식품 원료도 재배할 수 있다. 예를 들어 단백질과 항산화 성분을 함유한 미세조류는 보충제나 음료의 원료로 활용될 수 있다.
재생 가능 재료 및 에너지용 농업
바이오연료
농업은 식량뿐 아니라 재생 불가능한 원료를 대체할 바이오 기반 소재를 공급하는 역할도 한다.
지금까지는 여러 세대의 바이오연료를 통해 이런 활용이 이루어졌다. 앞으로 바이오연료용 조류 재배가 새로운 사업 모델이 될 가능성도 있지만 비용과 규모 확대의 과제가 있다.
바이오소재
일부 소재는 화석자원에 의존하거나 제조·사용 과정에서 환경 문제를 일으킨다. 새로운 생명공학은 대체 소재 개발에 도움을 줄 수 있다. 다만 바이오 기반이라는 이유만으로 안전하거나 환경성이 더 좋다고 단정할 수는 없다.
바이오플라스틱도 한 사례다. 여러 기업이 플라스틱 원료와 처리 방식의 대안을 개발하고 있다. 바이오 기반과 생분해성은 서로 다른 개념이며, 실제 효과는 생산과 폐기 조건에 달려 있다.
목재도 중요한 재생 가능 원료다. 나무의 유전적 특성과 산림 관리 개선은 목재 생산에 기여할 수 있다. 탄소 효과는 성장, 벌채, 제품 수명과 토지 이용을 함께 평가해야 한다.
화학 처리, 압축, 바이오폴리머 등을 활용하면 목재의 물성을 바꿀 수 있다. 개질 목재가 높은 강도와 강성을 보인다는 보고도 있다. 다만 특정 시료와 시험 조건의 결과를 모든 목재가 강철이나 콘크리트보다 우수하다는 뜻으로 일반화할 수는 없다.
농업 투자
식품과 바이오소재 생산에 투자하는 경로는 다양하다. 식품 시장은 큰 규모이며, 전 세계 식품 매출 추정치는 집계 연도와 시장의 정의에 따라 달라진다.
농업에는 소규모 기업과 가족 경영 농장이 많다. 장비, 종자, 농약, 노동, 가공, 유통, 판매를 서로 다른 기업이 담당하는 경우가 많지만, 수직 통합된 사업자도 존재한다.
식품 관련 상장기업에는 여러 증권사를 통해 투자할 수 있다. Securities.io에서는 미국, 캐나다, 호주, 영국 및 다른 국가의 증권사 비교 정보를 제공한다. 거래 가능 상품과 비용은 국가 및 증권사에 따라 다르다.
개별 기업 대신 농업·식품 관련 ETF를 검토할 수도 있다. 예를 들어 Global X AgTech & Food Innovation ETF (KROP), iShares MSCI Agriculture Producers ETF (VEGI), VanEck Agribusiness ETF (MOO)가 있다. 편입 종목, 수수료, 현재 거래 가능 여부를 확인해야 하며 분산투자도 손실 위험을 없애지는 않는다.
식품 생산 및 농업 혁신 기업
CTVA 가격 차트
Corteva는 종자와 작물 보호 제품을 중심으로 하는 세계적인 농업 기술 기업이다. 로봇 등 새로운 농업 기술도 연구한다.
Corteva의 2023년 순매출은 약 172억 달러였다. 미국에 본사를 둔 이 회사는 독일계 Bayer와 스위스에 본사를 둔 Syngenta 등과 경쟁한다.
2024년 상반기 실적에서는 작물 보호 부문의 매출이 감소한 반면 종자 매출은 증가했다. 가격, 물량, 재고 조정과 환율 등 여러 요인이 작용하므로 이를 농약 사용량 감소만으로 설명할 수는 없다.
출처: Corteva
Corteva의 종자 사업에서는 옥수수와 대두가 중요하다. Enlist E3 대두는 2,4-D 콜린, 글리포세이트, 글루포시네이트 등 세 제초제에 내성이 있다. 2024년 8월 자료에서 회사는 해당 기술의 미국 대두 시장 침투율이 2019년 5% 미만에서 2024년 65%를 넘을 것으로 추정했다.
출처: Corteva
인용한 자료에서 작물 보호 부문 매출의 절반 이상은 제초제였으며, 나머지는 주로 살충제와 살균제였다.
출처: Corteva
Corteva의 기존 종자 및 작물 보호 사업은 연구개발 투자의 재원이 된다. 수익성은 농산물 가격과 투입재 수요 등 시장 상황의 영향을 받는다.
Corteva는 변화하는 농업 수요에 대응하기 위해 다음과 같은 분야에도 투자하고 있다:
- 기존 작물의 유전자 편집, 여기에는 CRISPR 기술의 활용도 포함된다.
- 농업기술 스타트업을 위한 투자·협업 플랫폼인 Corteva Catalyst. 머신러닝을 활용해 관련 기술과 연구 우선순위에 맞는 기회를 찾는 접근도 소개되었다.
- 생물자극제, 생물학적 방제 제품, 곤충 페로몬 등 자연 유래 제품 개발. 효과와 일관성은 제품과 사용 조건별로 검증해야 한다.
- 질소 고정 세균을 활용하는 BlueN™ 또는 Utrisha™ N 제품. 작물의 대기 중 질소 이용을 돕는 것으로, 모든 비료를 대체한다는 의미는 아니다.
- 프로비타민 A 함량을 높인 수수 개발. 아프리카의 영양 부족 문제를 해결하기 위한 연구의 일부다.
- 보행형 로봇을 이용한 줄지어 재배하는 작물 연구.
- 농업 현장의 AI 활용 연구: 과일 수확부터 종자 생산을 위한 우수 형질의 식물 선발까지 다양한 용도를 탐색한다.
- 디지털 솔루션: 농지 영상 분석, 농장 관리, 탄소 크레딧의 모니터링과 거래 지원 등이 포함된다.
Corteva는 저탄소 바이오연료와 특수 단백질의 수요 증가 가능성도 검토하고 있다. 인용 자료의 2035년 시장 규모 추정은 전망치이며, 이미 실현된 회사 매출이 아니다.
출처: Corteva
Corteva는 기존 산업형 농업의 대형 기업이면서 새로운 기술에도 투자하고 있다. 이런 준비가 장기적 기회로 이어질 수 있지만, 개별 사업의 성공은 연구 결과, 규제, 비용과 시장 수용성에 달려 있다.
