농업
인도어 파밍, AI 통합을 통해 효율성 향상 기대
인도어 파밍은 제어된 환경 농업이라고도 하며, 이름 그대로—보통 실내에서 제어된 환경에서 작물을 재배하는 실천입니다.
전 세계 인도어 파밍의 현재 가치는 $40.51 bln이며, Fact.MR의 보고서에 따르면, 향후 10년 내에 $118bln을 초과할 것으로 예상됩니다.
이러한 형태의 파밍에서는 인공 조명과 기술을 사용하여 성장 조건을 최적화하고 작물 수확량을 증가시킵니다.
“인간의 편안함을 위해 건물에서 볼 수 있는 많은 기술들이지만, 이제는 식물에 활용되고 있습니다.”
– Jennifer Amann of the American Council for an Energy-Efficient Economy
신선하고 영양가 높은 식품에 대한 수요 증가, 기후 변화 영향을 완화하려는 노력, 제한된 공간과 물을 사용해 연중 높은 수확량을 필요로 하는 상황으로 인해, 밀폐된 공간에서 작물을 재배하려는 관심이 높아지고 있습니다.
결국 인도어 파밍은 경제적이며 자원 효율적이고 환경적으로 지속 가능한 식품 재배 방식을 제공합니다.
또한 습도, 조명, 온도, 영양소 수준 등 환경 요인을 정밀하게 제어함으로써 생산성을 높이고 전통 농업과 관련된 문제들을 해결할 수 있습니다.
인도어 농업에서 사용되는 인기 있는 방법으로는 수경재배, 에어로포닉스, 아쿠아포닉스가 있으며, 이들은 실내에서 재배 가능한 범위를 확대했습니다. 또한 LED 조명, 사물인터넷(IoT), 인공지능의 통합이 이 분야를 발전시키고 있습니다.
예를 들어, 텍사스와 미국 전역에서 수직 수경 온실 기업 Eden Green Technology는 82,500평방피트 규모의 시설에서 식물의 모든 생애 단계를 관리합니다. 7마일에 달하는 파이프가 영양이 풍부한 물을 공급하고 차가운 공기를 펌프해 상추에 최적의 미세기후를 조성하며, 이후 월마트에 판매됩니다. 이 시설은 LED 조명을 사용하며, 프로그래밍된 알고리즘으로 적절한 빛을 제공하고 자연광도 함께 사용해 ‘외부 환경에 크게 구애받지 않는다’는 특징이 있습니다.
농업에서 기술 활용은 비용 절감, 작물 생산량 증가, 효율성 향상 능력 덕분에 꾸준히 증가하고 있습니다.
빅데이터, IoT, 로보틱스, AI의 활용은 특히 농업 작업 자동화에 큰 도움이 됩니다. GPS와 센서는 데이터 기반 접근으로 작물 생산을 최적화하고, 드론은 현장 점검 및 작물 성장과 가축 모니터링을 지원합니다.
인도어 파밍에서 AI를 활용한 에너지 사용 감소
인도어 파밍은 기술 활용으로 강화된 새로운 농업 방식입니다. 그러나 인공 조명을 사용하는 식물 공장(PFAL)은 단위 면적당 식량 생산을 늘릴 수 있지만, 최적의 식물 성장 조건을 유지하기 위해 이산화탄소와 에너지와 같은 자원이 필요합니다.
그래서 새로운 연구에서는 AI라는 신기술을 활용해 인도어 파밍의 에너지 소비를 최대 25%까지 감소시켰습니다.
식물 공장에 AI를 도입하면 조명 및 기후 시스템을 조절하여 공장의 에너지 사용을 크게 줄이고, 귀중한 자원을 절약하면서 효율성을 높일 수 있습니다.
이러한 식물 공장은 완전한 기후 및 조명 제어가 갖춰진 대형 실내 농장입니다. Cornell Engineering 에너지 시스템 공학 연구실의 Fengqi You 박사 연구실에서 박사후 연구원인 Benjamin Decardi-Nelson에 따르면, 전 세계의 이러한 식물들이 AI를 사용한다면 ‘건물 내에서 작물의 광합성, 증산 및 호흡을 촉진’할 수 있다고 합니다.
이는 거대한 성과이며 인구 증가에 따라 늘어나는 세계 식량 수요를 충족시키는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있습니다. 현재 세계 인구는 82억 명이며, 유엔 전망에 따르면 2050년에는 97억 명, 2100년에는 112억 명에 이를 것으로 예상됩니다.
도시화와 기후 변화가 결합되면서 현재의 식량 생산 시스템을 개선하고 효율성을 높여 증가하는 수요를 충족시킬 필요가 있습니다. 따라서 기술을 활용해 제어된 환경을 만드는 인도어 파밍에 초점이 맞춰지고 있습니다. 이는 전통 농업에 영향을 미치는 기후 변화 및 기타 요인에 덜 취약하게 합니다.
하지만 인도어 파밍에도 도전 과제가 있습니다. You에 따르면 현재의 환경 제어 시스템은 단순히 ‘충분히 스마트하지 않다’고 합니다. 이 시스템은 에너지 집약적이며 지속 가능하려면 신중한 자원 관리가 필요합니다.
한 가지 해결책은 환기이지만, 에너지 사용을 낮출 수 있는 반면 이산화탄소 수준과 습도 균형에 영향을 미쳐 식물 성장에 복잡성을 더합니다. 여기서 AI는 이러한 복잡성을 관리함으로써 큰 도움이 될 수 있습니다.
인공지능은 이미 위성 데이터 기반 수확량 예측, 현장 사진 및 위성, 날씨, 토양 습도 등 다양한 데이터 분석을 통한 작물 문제 식별, 식물 분석을 통한 질병 패턴 예측 및 치료법 제안, 영향을 받은 영역만을 지정해 살충제 사용을 줄이는 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. AI는 또한 수확량 및 품질 수준을 평가해 자원 사용을 최적화하고 수확 가격 협상에도 도움을 줍니다.
한편, 최신 연구에서는 AI를 사용해 인도어 파밍의 에너지 사용을 감소시켰습니다. Decardi-Nelson에 따르면, AI를 활용해 운영을 효율화하면 에너지 소비를 줄여 제한된 에너지 절감 기회가 있는 지역에서도 실내 농장을 실현 가능하게 만들 수 있습니다.
“환경 제어 시스템 기술을 식물 생물학과 전략적으로 정렬함으로써, 환기를 이용해 에너지를 절약하면서 이산화탄소 폐기를 최소화하고 이상적인 성장 조건을 유지할 수 있습니다.”
식량 생산을 지속 가능하게 만드는 스마트 시스템
2024년 9월 9일 Nature에 발표된 이 연구는 딥 강화 학습과 계산 모델링을 사용해 식물-환경 상호작용을 조사했습니다.
코넬 대학 연구진은 AI 기술을 활용해 다양한 기후를 가진 전 세계 10개 지역의 인도어 농업 시설에서 재배된 상추를 평가했습니다. 여기에는 미국 전역의 8개 지역(뉴욕 이타카, 노스다코타 파고, 피닉스, 밀워키, 시애틀, 마이애미, 시카고, 로스앤젤레스)과 두 개의 해외 지역인 아랍에미리트 두바이와 아이슬란드 레이키비크가 포함되었습니다.
연구 결과 AI가 PFAL에서 에너지 절감을 크게 향상시키고 지속 가능한 식량 생산을 지원할 수 있음이 밝혀졌습니다. AI는 조명 및 기후 조절 시스템을 최적화해 에너지 사용을 감소시켰습니다.
현재 비AI 기술을 사용하는 냉랭한 기후 지역에서는 AI 도입으로 실내에서 1kg 상추를 생산하는 데 필요한 에너지가 32.42% 감소했습니다. 구체적으로 에너지 소비는 9.5kWh에서 6.42kWh로 감소했습니다.
두바이와 미국 남부와 같은 따뜻한 기후에서는 AI가 에너지 사용을 22.28% 감소시켜, 1kg당 10.5kWh에서 7.26kWh로 낮췄습니다.
연구에 따르면, 외부 온도가 0~25°C 사이일 때 환기에 의한 에너지 절감이 유리합니다. 그러나 환기에 따른 에너지 절감은 CO2 사용과 같은 다른 자원 활용에 부정적인 영향을 미칩니다. 반면 외부 습도는 에너지 사용에 뚜렷한 패턴이나 영향을 보이지 않았습니다.
연구에 따르면, 밤 시뮬레이션인 8시간 동안 높은 환기, 낮 시뮬레이션인 16시간 동안 낮은 환기를 유지하면 광합성을 위한 최적의 실내 CO2 수준, 호흡 및 식물 성장에 필요한 산소, 그리고 기타 환기 요구를 균형 있게 맞추는 에너지 효율적인 해결책이 제공됩니다.
“이는 스마트 홈과 매우 유사한 개념입니다.”
– You, Cornell University AI for Science Institute 및 Cornell Institute for Digital Agriculture 공동 이사
우리는 집에서 에너지 사용을 줄이면서 편안함을 추구하듯, 작물도 마찬가지라고 그는 말했습니다. AI가 인공 조명 및 기타 에너지 시스템을 최적화함으로써 비용을 절감할 수 있습니다.
“이 작업은 식량 생산을 최적화하고 지속 가능하게 하며 탄소 발자국을 낮추는 스마트 시스템에 초점을 맞추고 있습니다.”
– You
에너지 사용과 지속 가능성의 균형이 수익성의 핵심
에너지 사용 감소는 성공적인 인도어 파밍의 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 전통 온실보다 더 많은 에너지를 사용하기 때문에, 특히 조명이 에너지 소비의 대부분을 차지해 인도어 파밍의 주요 비용이 됩니다.
높은 비용은 이 사업의 수익성을 위협할 수 있어 수직 파밍의 지속 가능성과 실현 가능성을 크게 어렵게 만듭니다. 또한 비용 상승은 소비자에게 전가되는 경향이 있어, 에너지 사용 및 비용을 줄이면 재정적 부담을 완화할 수 있습니다.
이러한 배경에서 인도어 파밍 분야에서는 비용 절감과 지속 가능한 방법을 찾기 위한 지속적인 연구와 개발이 활발히 진행되고 있습니다.
지난 달, 네게브 벤구리온 대학 연구진은 에너지 사용을 줄이면서 더 많은 어류와 채소를 생산하는 폐쇄 루프 시스템을 만들었습니다. 수경 양식 시스템 연구의 일환으로, 이 새로운 시스템은 어류 고형 폐기물을 혐기성 소화로 처리하고 에너지와 영양소를 시스템에 회수함으로써 거의 무폐기물 단위를 형성했습니다.
아미트 그로스 교수(주커버그 물 연구소 소장) 주도로, 이 시스템은 기존 시스템에 비해 식물 생산성이 1.6배, 물 사용량이 2.1배 감소, 그리고 킬로그램당 사료 에너지 소비가 16% 감소하는 성과를 보였습니다.
1톤의 어류는 탄소 발자국이 훨씬 작고 고품질 단백질 공급원으로, 연구에 따르면 외부 에너지 없이도 시스템을 운영할 수 있게 합니다. 또한 폐기물이 거의 없고 상당한 탄소 격리를 이루어, 이 시스템은 지속 가능한 독립형 유닛이 될 잠재력을 가지고 있습니다.
“800억 명이 넘는 인구에게 식량을 공급하면서 온실가스 배출을 줄이려면 혁신적인 기술이 필요합니다. 두 가지 기능을 결합한 기술이 명백히 선호됩니다.”
– Prof. Gross
올해 7월에 진행된 별도 연구에서는 인공 조명 일정 조정을 통해 온실 전기 요금을 거의 25% 절감했습니다.
스콜텍 연구진이 진행한 한 달간의 실험에서, 다양한 상추와 치커리 품종을 두 개의 동일한 온실에서 테스트했습니다. 조명 일정만을 제외한 모든 조건은 동일했습니다. 두 온실 모두 매일 16시간 조명을 받았지만, 한 온실은 전기 요금이 가장 높은 시간대에 맞춰 어두운 시간을 흩뿌렸으며, 이는 ‘식물 성장에 측정 가능한 영향을 주지 않았다’고 보고되었습니다.
인도어 파밍 발전에 참여하는 기업들
이제 혁신적인 인도어 파밍 솔루션으로 농업 기술의 경계를 넓히고 있는 몇몇 기업을 살펴보겠습니다.
#1. Village Farms International (VFF)
이 기업은 제어된 환경에서 인도어 파밍, 농산물 및 대마초 재배에 참여하고 있습니다. 회사는 전액 소유 자회사 Village Farms Fresh를 통해 북미에서 고품질 온실 재배 과일 및 채소를 재배, 마케팅 및 유통합니다.
1987년부터 시장에 진입한 Village Farms는 현재 미국과 캐나다에 240에이커(약 97헥타르)의 유리 온실을 보유하고 있습니다. 최근 인터뷰에서, 사장 겸 CEO인 Mike DeGiglio는 온실 내부 환경을 제어하기 위한 소프트웨어 설계에 기술적 초점을 맞추고 있다고 말했습니다. 회사 자금의 대부분은 외부 환경에 관계없이 작동하는 온실 기후 구축에 사용됩니다.
또 다른 초점은 에너지 측면의 기술과 이산화탄소 보충에 있습니다. DeGiglio는 “에너지 비용을 줄일 수 있다면 훨씬 더 지속 가능해질 것”이라고 말했습니다. 따라서 Village Farms는 FuelCell Energy, Quadrogen Power Systems, 캐나다 국립연구위원회와 협력해 브리티시컬럼비아에 있는 온실을 위한 연료전지 기술 파일럿 프로젝트에 투자했습니다.
(VFF )
시가총액 1억 1,061만 달러인 VFF 주식은 현재 주당 $0.99에 거래되고 있으며, 연초 대비 30.09% 상승했습니다. EPS(TTM)는 -0.45, P/E(TTM)는 -2.18입니다. 2024년 2분기에 회사는 통합 매출이 전년 대비 19% 증가한 9,210만 달러를 기록했으며, Fresh Produce 부문은 7% 증가, 캐나다 대마초 부문은 45% 증가했지만, 미국 대마초 부문은 감소했습니다.
순손실은 2,350만 달러였으며, 조정 EBITDA는 360만 달러 손실을 기록했고 현금 흐름은 570만 달러로 개선되었습니다. 올해 회사는 2억 달러 규모의 공모를 신청했으며, 그 수익은 운전자본 및 일반 기업 목적에 사용될 예정입니다.
#2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM)
Hydrofarm은 수경재배 및 인도어 파밍을 위한 제어된 환경 농업(CEA) 장비와 공급품을 제공하는 업체입니다. 여기에는 영양제, 조명, 상업 운영을 최적화하거나 확장하기 위한 계획 등이 포함됩니다.
(HYFM )
시가총액 3,126만 달러인 HYFM 주식은 현재 주당 $0.68에 거래되고 있으며, 연초 대비 25.89% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -1.55, P/E(TTM)는 -0.44입니다. 2024년 2분기에 회사는 순매출이 13.1% 감소한 5,480만 달러를 기록했습니다. 이에 따라 순손실은 2,350만 달러로 증가했으며, 총 이익은 1,090만 달러, 조정 EBITDA는 170만 달러였습니다.
“2022년 2분기에는 지난 5분기 중 4번째로 조정 EBITDA가 플러스를 기록했으며, 이는 구조조정 계획 및 관련 비용 절감 노력의 효과를 보여줍니다.”
– Bill Toler, 회장 겸 CEO
Hydrofarm은 현재 시설의 활용도와 생산성을 향상시켜 비용 절감을 추구하고 있으며, 성장 기회에 대한 자신감을 유지하고 있습니다. 분기 말 기준 현금 3,030만 달러를 보유하고 있으며, 차입 한도 2,000만 달러를 유지하고 있습니다.
결론
오늘날 우리는 급격히 증가하는 인구, 도시화, 기후 변화, 토양 황폐화, 그리고 광범위한 농약 및 비료 사용이라는 문제에 직면해 있으며, 동시에 영양가 높은 식품에 대한 소비자 수요가 최소한의 환경 영향을 요구하는 상황에 놓여 있습니다.
이 때문에 인도어 파밍이 큰 인기를 얻고 있습니다. 이는 도시 환경에 적합할 뿐만 아니라 물 사용량이 적고, 직업적 위험이 적으며, 환경 영향을 감소시킵니다. 이러한 많은 장점으로 인도어 파밍은 현대 농업의 과제에 대한 유망한 해결책을 제공합니다.
기술을 활용해 제어된 환경을 만들면서 인도어 파밍은 신선하고 지역에서 재배된 영양가 높은 식품에 대한 증가하는 수요를 충족시키고, 지속 가능성 문제를 해결합니다.
