1. 식물공장의 가능성 

실내형 식물공장의 수직 재배의 개념은 1999 년에 미국 Dickson 교수에 의해 처음으로 제안된 개념으로 미래의 인구 증가에 따른 식물의 생산량 부족을 해결하기 위해 수평 상태의 재배에서 수직 상태의 재배가 필요하다는 논리로 시작이 되었지만, 식물의 재배 방법은 노지 재배에서 비닐하우스 및 유리온실의 재배로 변화되었고 날씨와 계절의 제약을 약간 극복하면서 해충이나 바이러스의 침입을 방지하는 등의 몇 가지 효과를 보았습니다. 이후 완전히 밀폐된 공간에서 다층 재배와 인공 조명을 적용하여 대량 생산이 가능한 본격적인 식물 공장으로 진화가 되었고 현재 식물 공장의 문제점은 초기 투자비가 많이 소요되며 인공 광원의 전력 비용, 모듈화로 다양한 규모에 대응, 재배 자동화 등이 있습니다만, 이러한 문제는 점차 개선될 것으로 기대 되고 있고 향후 채산성이 맞는 식물공장이 나오게 되면 급속히 보급이 될 것으로 전망하고 있습니다. 또한, 실내형 식물공장은 기후로부터 자유로워 호우, 장마, 우박, 폭설, 가뭄, 태풍, 한파, 폭염 등의 재해로부터 영향이 적고 토양이 없는 장소에서도 재배할 수 있어 우주정거장, 북극과 남극, 사막, 산악지대, 유전지역, 발전소 등 식물 재배가 불가능한 지역에서도 사계절 내내 밤낮에 걸쳐 계속 식물을 재배할 수 있어 어디에서도 균일한 품질과 생산성을 얻을 수 있을 뿐 아니라 토양으로부터 전파되는 병충해를 피할 수 있고 자연 비료를 사용하지 않기 때문에 미생물 오염도 없고 연작 피해도 없습니다. 실내형 식물공장의 장점은 LED 등의 인공 광원을 이용하여 식물의 성장에 효과적인 파장의 빛을 선택할 수 있고 최적의 빛의 강도와 주파수 등의 제어가 가능하며 외부와 차단된 공간이기 때문에 온도와 습도의 조절이 용이하고 외부에서 들어오는 공기를 여과하여 해충, 세균, 황사 등 유해 물질의 침입을 방지하고 식물의 생장에 적당한 이산화탄소 가스의 농도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 토양을 사용하지 않고 수경 재배로 양액과 산소, 물을 공급하는 재배 방식으로 식물의 성장에 적합한 양액의 성분, 농도 (EC), 산도 (pH)의 제어가 가능하며 잔류 농약, 잔류 중금속, 기생충, 방사능 낙진, 산성비 등의 오염 위험이 없는 장점이 있습니다. 자연 재해가 많아지면서 병충해가 많아져 현재 농약을 예전보다 100 배 이상 사용하고 있으며 향후 재해는 더 늘어날 것이므로 미래는 현재보다 더욱 100 배 이상의 농약을 사용하는 시대가 될 것입니다. 또한 현재 우리는 수돗물 대신 몇 백배 이상의 비싼 생수를 사서 마시는 것처럼 지구의 오염과 생태계의 불안정, 인구의 증가와 함께 도심에 인구 집중에 의한 식량 문제가 발생하면서 야채의 가격은 매우 상승할 것으로 예상되고 무공해의 청정한 야채가 요구되어져 미래에는 절반 이상의 야채를 식물공장에서 공급하게 될 것으로 전망하고 있습니다.

2. 식물재배 연구의 필요성

식물공장에서 재배하는 식물은 현재는 거의 엽채류가 대부분으로 이러한 식물의 재배기술은 많이 개발되어 있지만 채산성이 좋지 않아 초대형 식물공장과 같이 대규모로 하지 않으면 수익이 어려운 실정입니다. 향후 특수식물, 약제식물, 기능성식물, 일반 식물에서도 식감과 맛을 바꾸는 경우,  어떤 식물에서 기능성 성분을 더 많이 생성되게 하는 경우 등은 재배 기술의 개발이 선행되어야 하며 그 재배 기술을 바탕으로 양산용 식물공장의 설계 및 운영, 관리를 할 수 ​​있습니다. 따라서 이러한 재배 기술은 앞으로 많은 식물에 대하여 여러가지 방법으로 개발할 필요가 있고 매우 가치가 있는 기술이 될 것으로 전망하고 있으며 미래에는 바이오 기술과 융합하여 특수식물의 재배 기술 개발도 유망한 사업이 될 것으로 판단하고 있습니다. 그리고 약이 되는 기능성 성분이 있는 식물은 좋은 재배 조건이 아니라 비정상의 열악한 재배환경의 조건에서 많이 생성되며 의약용, 화장품용 등의 경우는 농약의 성분이 포함되지 않아야 하기 때문에 실내에서 재배가 요구되고, 또한 바이오 기술로 완성된 변종 식물의 경우는 생태계를 교란시킬 우려가 있으므로 차단된 실내 재배가 필요하여 식물공장의 과도기인 2020 년에서 2030 년의 시기에는 이러한 부가가치가 있는 식물 재배용의 식물공장이 확산될 것으로 예측하고 있습니다. 재배 기술의 개발 기간이 얼마나 걸릴지 식물의 종류와 내용이 많아 실제로 재배하여 보지 않으면 일률적으로 이야기할 수 없습니다만, 한 번 재배하는데 1 달에서 몇 달까지 시간이 걸리고 더욱이 재배 조건은 수십 조건 (많게는 백 조건)이 있으므로 이러한 모든 실험을 수행하기 위해서는 5 년 ~ 20 년 정도 걸리는 것이 실정입니다. 일본의 Panasonic 사는 처음에는 30 대의 인큐베이터로 재배 실험을 하여 재배 레시피를 개발하였고 현재는 100 대의 인큐베이터를 가지고 식감과 맛을 바꾸는 재배 레시피까지 개발하고 있으며 이러한 노하우로 경쟁력을 높이고 있습니다. 지금까지 식물공장에서 양산하는 야채는 상추가 대부분이었기 때문에 Panasonic사외의 다른 회사에서 많은 인큐베이터를 가지고 재배 실험을 하는 회사는 거의 없었고 모든 재배 환경의 조건을 제어할 수 있는 인큐베이터도 출시되지 않은 실정입니다. 또한, 지금까지는 어느 정도 노지에서 완성된 재배 기술을 식물 공장에 전개하였던 단계이고 식물 공장에서 재배하는 식물도 거의 엽채류로 한정되어 있었기 때문에 재배 기술의 개발이 과제로 주목을 받지 못하였지만 특수식물, 재배가 어려운 식물, 기능성식물, 맛과 식감을 바꾸는 등의 상황이 되면 전혀 다른 국면이 되어 무엇보다도 재배 기술의 선결이 필수 불가결한 조건이 됩니다.

3. 식물재배 연구용 인큐베이터의 개발

나라셀텍(주)에서는 이러한 실정을 착안하여 25 년간의 모니터링과 제어, 평가설비의 자사기술과 접목하여 식물 재배 인큐베이터의 개발을 시작하였고 2017 년 10 월에 1차제품, 2018 년 2 월에 이차제품, 2018 년 말에 3차제품의 인큐베이터가 완성되어 지금까지 전무하였던 모든 재배 환경을 완전히 제어할 수 있는 다기능, 고성능의 인큐베이터를 기획하였습니다.

4. 식물재배 연구개발 내용

식물재배 연구용 인큐베이터를  많은 회사/연구소/대학교에서 운용하여 하기와 같은 연구개발이 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

•재배 기술의 위탁 연구와 자체적으로 재배 기술을 개발
•식물공장의 설계기술 개발과 식물공장을 건설 및 운영
•다양한 특수 식물, 기능성 식물 개발하여 식물공장에서 양산 실현 
•전문 회사와 협력하여 기능성 성분의 측정 서비스
•비료, 호르몬, 양액 등의 효과 연구 및 개발
•에너지 절약 기술의 개발 (신재생에너지, 연료전지, 이차전지 이용) : Zero Energy Farm
•CO2 기술 개발 ( 저가의 CO2생산 공급 기술)
•6 차 산업의 개발 (생산, 가공, 판매 네트워크)

5. 제로에너지 팜

식물공장 운영비의 인건비를 제외한 총 생산 비용의 65 %가 전기료이며 이 비용에 대한 절감이 없이는 식물공장의 수익성은 없습니다. 2025 년 이후 에너지 시스템의 기술은 식물공장의 설계에 있어서 가장 중요한 요소가 될 것으로 예상하고 있으며 한국은 가격, 고성능, 안전한 품질, 시스템 기술 등에서 경쟁력이 있는 에너지 저장 시스템을 다양한 이차전지 및 연료전지를 이용하여 개발하고 있으며 나라셀텍(주)는 25년 동안의 이차전지, 커패시터, 연료전지의 경험과 기술을 가지고 있으며 향후 다양한 재생 에너지와 에너지 저장 시스템을 결합한 Zero Energy Farm 솔루션을 제공할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 

•파워 서플라이 유니트와 최적의 맞춤형 LED를 제공하며 이러한 조합을 사용으로 최대의 에너지를 절약
•핵심 요소 기술 및 시스템 기술을 기반으로 완전히 자동으로 제어
•모든 재배 시스템을 표준화하고 블록화하여 어떤 공간이나 크기에도 유연하게 적용
•화학 물질 제로, 오염 제로 및 에너지 제로 시스템을 갖춘 식물공장을 실현

6. 인큐베이터의 운용한 재배기술의 개발 

최근 재해가 많은 미국의 일부 지역에서는 식물공장의 보급이 확대되고 있고 또한 식물 공장에서 재배된 무공해 채소가 고가로 판매되는 시대가 열릴 것으로 예상되고 있어 식물공장은 열악한 지역뿐만 아니라 전 세계에서 필요로 하게 될 시기가 멀지 않았습니다. 일본에서는 농업 인구의 감소와 고령화의 대책으로서 식물 공장이 증가되고 있고 미국에서는 의료용 마리화나의 재배가 허용되었으나 까다로운 재배조건 때문에 식물공장에서 재배하는 것이 붐을 이루고 있습니다. 마리화나 이외의 식물도 의료, 화장품용으로 이용될 수 있는 식물이 많으며 또한 기능성식물을 재배하는 경우, 기능성 물질의 성분을 어떠한 방법으로 많이 생성하도록 재배할지는 재배 기술의 개발과 함께 기능성 성분의 측정이 매우 중요합니다. 따라서 100 대의 재배실험 인큐베이터로 단시간에 최적의 재배 기술을 개발하고 기능성 성분을 측정으로 그 결과를 확인하는 것이 중요하다고 생각하며 완벽하게 모든 환경을 제어할 수 있는 인큐베이터의 도입과 운용으로 다양한 식물에 대한 재배기술의 빅 데이터베이스를 구축하여 관련 요소기술을 개발하고  AI(인공지능) 적용으로 다양한 식물재배 기술의 개발이 필요합니다.