수직 농업은 어디까지 갈 수 있나요?

수직 농업은 도시의 작은 공간과 우리 발 밑에서 식량이 재배되는 미래를 약속합니다. 그러나 실제로 얼마나 멀리 갈 수 있습니까?  2010년 일본 채용 회사의 9층 사무실에 Pasona Urban Farm이 문을 열었을 때 음식을 먹을 사람들의 발에서 재배되는 미래를 약속했습니다.

회의실 전등에 매달린 토마토, 넓은 회의 공간을 가득 채운 논, 벤치 아래 눈에 띄지 않게 숨겨진 서랍에서 버섯이 자랐습니다. 사무실은 일터라기보다는 농업 박물관에 가까웠다.

거대한 식물 라자냐처럼 서로 위에 쌓인 쟁반이나 파이프에서 식량을 재배하는 수직 농업의 현대적 개념은 1990년대부터 시작 되었지만 농부들은 더 적은 공간에서 더 적은 비용으로 더 많이 재배하는 방법을 찾았다고 주장할 수 있습니다. 수세기 동안 토양. 일반적으로 사과와 배나무인 스텝 오버 과일 나무는 땅에서 1피트(30cm)만큼 낮게 자라며 할당지와 과수원의 얇은 공간을 채우기 위해 옆으로 퍼집니다. 스텝 오버 기술은 고대 로마 포도 재배로 거슬러 올라갈 수 있는 espalier 훈련을 기반으로 합니다.

비용과 에너지 사용 문제를 극복할 수 있는 방법을 찾았다면 그러한 농장에서 모든 식량이 재배되는 세상은 어떤 모습일까요?

그러나 현대적 의미의 수직 농업은 이제 빠르게 확산되고 있습니다 . 뉴저지에 기반을 둔 수직 재배 딸기 브랜드 Oishii가 한 가지 예입니다. 2021년, 탐나는 일본산 오마카세 딸기 가 뉴욕의 고급 슈퍼마켓에서 50달러(44파운드)에 판매되었습니다. 일부에게 이것은 시간이 지남에 따라 수직 농업이 품질면에서 전통적인 농업과 경쟁하고 궁극적으로 능가할 수 있다는 증거였습니다. 다른 사람들에게는 기이한 가격이 수직 농장을 상업적으로 실행 가능하게 만드는 데 큰 어려움을 강조했습니다.

이 기술은 많은 가능성을 보여주지만 비용과 에너지 비용은 여전히 ​​높습니다. 즉, 잎이 많은 샐러드, 작은 채소 및 토마토와 딸기와 같은 과일(빠르게 자라는 고부가가치 작물)은 현재 수직 농장에서 상업적으로 사용할 수 있는 것의 한계에 가깝습니다.

그러나 우리가 수직 농장에서 실제로 자랄 수 있는 것의 한계는 정확히 어디에 있습니까? 그리고 비용과 에너지 사용 문제를 극복할 수 있는 방법을 찾았다면 그러한 농장에서 모든 식품이 재배되는 세상은 어떤 모습일까요? 토양이 전혀 없는 농업으로 전환할 수 있을까요?

일본 도쿄에 있는 Pasona Group의 도시 농장은 회사원들이 직장에서 자신의 음식을 수확할 수 있도록 했습니다. (Credit: Andia/Getty Images)

위로 파밍

수직 농장이 무엇인지에 대한 엄격한 정의는 없지만 일반적으로 건물 내에 쌓인 얕은 쟁반으로 구성되며 각 층마다 LED 조명이 켜집니다. 많은 수직 농장에는 창문이 없으며 일부는 심지어 지하에 지어졌습니다 .

이러한 종류의 농장은 물, 영양분, 햇빛, 수분 조절제, 해충 방제 등 모든 것을 공급해야 합니다. 다른 것들은 태양의 빛과 열을 최대한 활용하면서도 여전히 물과 같은 다른 입력을 제어하는 ​​거대한 온실에 지어질 수 있습니다.

때로는 흙을 사용하기도 하지만 점점 더 수직 농장에서는 수경재배 또는 수기경재배 시스템을 사용합니다. 여기서 영양분이 주입된 물(수경재배용) 또는 수증기(수기재배재배용)는 식물의 뿌리 주위로 직접 순환됩니다.

Harper Adams University의 식물 생물학자이자 Urban Farming Group 책임자인 Laura Vickers는 "뿌리가 영양분과 물을 훨씬 더 빨리 얻을 수 있기 때문에 수경재배와 수기경재배에서 물 효율성과 영양분 효율성이 상당히 높습니다"라고 말합니다. 영국에서. "유기물이 없습니다. 식물이 경쟁하거나 물을 추출할 다른 것은 없습니다."

이것은 수직 농장을 사용하면 식량을 재배하는 데 필요한 물과 비료를 상당히 줄일 수 있음을 의미합니다. 한편, 수직 농장의 폐쇄되고 통제된 환경은 해충이 들어오는 것을 막는 데 도움이 될 수 있으며 결과적으로 살충제의 필요성을 줄일 수 있습니다 .  

이 기술은 또한 전통적인 농업이 불가능한 지역에서 작물이 자랄 수 있도록 합니다. 예를 들어, 국제 우주 정거장의 우주 비행사는 LED 조명 아래 토양이 없는 시스템에서 양배추, 미즈나 머스터드, 상추, 케일 을 메뉴에 포함하여 식량을 재배하고 있습니다.

그러나 보다 일반적으로 수직 농장에 필요한 적은 양의 토지는 식량이 도시 근처에서 재배될 수 있음을 의미한다고 영국 Cranfield University의 엔지니어인 Natalia Falagan은 말합니다. 이는 엄청난 이점을 제공할 수 있습니다. 더 짧은 공급망은 식품 안전과 식품의 품질을 모두 향상시킬 수 있습니다. 식품이 더 빨리 우리에게 도달할수록 영양소가 덜 악화되고 미코톡신 과 같은 눈에 보이지 않는 독소가 덜 발생하기 때문입니다. 또한 많은 수입 대안보다 푸드 마일 이 훨씬 적고 작물의 출처를 보장하는 동시에 토양, 물 및 대기와 같은 천연 자원에 대한 부담을 줄이는 데 도움이 될 것이라고 그녀는 말합니다. 게다가 첨단 식물 과학을 통해 작물이 더 건강하고 맛있도록 조작될 수 있다고 그녀는 덧붙입니다.

와이오밍 주 잭슨의 도시 수직 수확은 대규모 수직 수경 재배 농장에서 양상추, 작은 채소 및 토마토를 재배합니다(Credit: George Rose/Getty Images)

Falagan은 도시 한가운데에 수직 농장을 가짐으로써 식량 생산 방식을 더 잘 알 수 있게 해준다고 말합니다. 예를 들어, Pasona Urban Farm은 단지 보여주기 위한 것이 아니라 회사 직원들이 직장에서 자신의 음식을 수확할 수 있도록 했으며 회사는 이를 통해 정신 건강과 신체 건강을 모두 개선할 수 있기를 바랐습니다. Falagan은 우리 음식이 어디에서 오는지와 더 밀접하게 연결되어 있으면 소비자들이 음식물 쓰레기에 더 주의를 기울이도록 장려할 수도 있다고 말합니다. "만약 사람들이 우리 음식을 생산하는 데 얼마나 많은 돈이 들어가는지 안다면 아마 그것을 버리는 것에 대해 두 번 생각할 것입니다."라고 그녀는 말합니다.

현재 대부분의 수직 농장은 공급해야 하는 열, 빛 및 물의 양에 대해 더 많은 수확량이 있기 때문에 1인분당 무게가 덜 나가는 허브, 샐러드, 작은 과일 및 채소와 같은 낮은 바이오매스 작물에 집중하고 있습니다. 또한 수명 주기가 짧기 때문에 공간을 최대한 활용해야 한다고 Vickers는 말합니다. 잎이 많은 녹색은 빠르게 자라며 며칠 또는 몇 주 안에 수확할 준비가 되는 반면 호박은 자라는 데 몇 달이 걸리고 햇빛에 경화되어야 합니다 .

샐러드와 허브는 꽃이 피고 수정될 필요가 없으므로 수직 농업과 관련하여 다른 작물에 비해 또 다른 이점을 제공합니다.

53개국의 다양한 환경에서 도시 농업을 메타 분석한 결과 양상추, 케일, 브로콜리가 특히 수직 농장에 적합하다는 사실이 밝혀졌습니다. 시금치와 같은 작물은 종자에서 수확까지 30일 안에 자랄 수 있습니다. 즉, 수직 농부는 매년 같은 쟁반에서 12번 수확할 수 있습니다. 게다가 농부가 한 줄의 쟁반에서 다음 쟁반으로 농작물을 심는 것을 어지럽히면 농장에서 일년 내내 거의 지속적으로 식량을 공급받을 수 있습니다. 이는 전통적인 농부가 꿈꿀 수 있는 일입니다.

잃어버린 꿀벌

샐러드와 허브는 꽃이 피고 수정될 필요가 없으므로 수직 농업에 있어 다른 작물에 비해 또 다른 이점이 있습니다. 대부분의 과일과 채소는 수분이 필요하며 수직 농장에 수분이 필요한 경우 인위적으로 비용을 들여야 합니다. ( 인간이 그 어느 때보다 더 다양한 작은 곤충 가축을 기르는 방법에 대해 자세히 알아보십시오 .)

농부들은 이미 수분을 장려하고 실내 및 실외 농업 모두에서 결실을 극대화하기 위해 상업용 벌에 의존하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 85%가 캘리포니아 센트럴 밸리에 기반을 두고 있는 아몬드 산업은 매년 아몬드 꽃을 수분시키기 위해 플로리다에서 수만 마일을 오가는 수십억 마리의 꿀벌에 의존합니다 . 벌집은 트럭으로 옮겨지고 꿀벌은 다음 농장으로 이동하기 전에 각 숲으로 방출됩니다. 영국에서는 폴리터널에서 재배되는 딸기도 상업용 꿀벌 에 의해 수분됩니다. 하지만 이상하게도 야생 꿀벌에 의한 수분은 더 큰 과일을 낳습니다 .

Gazania 꽃의 이 자외선 유도 가시 형광 이미지에서 설명된 것처럼 식물 꽃잎은 벌을 유인하기 위해 UV 빛을 반사합니다(Credit: Calvin Jennings/Getty Images)

상업용 꿀벌 수분 은 이미 실내 농업에 적용 되었다고 Vickers는 말합니다. 그러나 실내 환경에서 꿀벌을 사용하는 것은 문제가 있습니다. 인공 조명으로 인해 꿀벌이 탐색하기 어려울 수 있습니다.

인간에게 실내 농장은 종종 네온 핑크와 퍼플 조명으로 나타납니다. 이것은 식물이 주로 파란색과 빨간색 파장의 빛 에 노출될 때 가장 잘 자라기 때문입니다. 이 빛은 멀리서 보면 분홍색이나 보라색으로 보입니다. 그러나 꿀벌의 시각은 우리의 시각과 매우 다릅니다. 그들은 빨간색 을 볼 수 없지만 인간이 볼 수 없는 자외선(UV) 스펙트럼에서 볼 수 있습니다. 야외에서 식물의 꽃잎은 UV를 반사하여 꿀벌이 꽃잎으로 이동할 수 있도록 도와줍니다 . 이로 인해 현재 UV가 사용되지 않는 수직 농장에서 꿀벌은 뚜렷한 불리한 위치에 놓이게 됩니다. 이를 추가하면 실내 농장을 훨씬 더 비싸게 만들 수 있습니다. 특히 이 동일한 조명이 야외 농부에게 완전히 무료라는 점을 고려하면 더욱 그렇습니다.

"우리는 식물의 관점에서 수직 농업에 대해 생각합니다."라고 Vickers는 말합니다. "그리고 우리는 꿀벌이 무엇을 보고 어떻게 식물을 찾는지에 대해 생각하지 않습니다. 꿀벌은 현재 LED 아래에서 탐색하기 위해 고군분투합니다."

 

수직 곡물

곡물과 같은 다른 작물은 바람에 의해 수분되며 수직 농장 내에서 초안을 만들어 쉽게 복제할 수 있다고 Vickers는 말합니다. 그러나 곡물 재배를 실험하는 수직 농장의 몇 가지 예가 있지만 여전히 드물다. "성장하는 데 수개월이 걸리는 보리 또는 밀은 현재 비용 효율적이지 않습니다."라고 Vickers는 말합니다.

이 높은 비용의 이유는 수직 농장의 광범위한 사용에 대한 가장 큰 장벽입니다. 엄청난 양의 에너지와 인프라가 필요합니다. 일년 내내 농작물을 재배할 수 있다는 것은 수직 농장의 효율성을 높이는 반면, 이러한 농장이 직면한 과제는 대안(야외 재배)에 무료 햇빛과 빗물이 제공될 때 에너지 사용을 줄이는 것입니다. 이러한 에너지 의존도는 수직 농장 을 불안정한 에너지 가격에 매우 취약 하게 만들 수도 있습니다 .

많은 곳에서 수직 농장에 전력을 공급하는 데 사용되는 전기도 여전히 화석 연료에서 나옵니다. 이는 전체 온실 가스 배출량이 야외 농업보다 훨씬 높을 수 있음 을 의미합니다 . 재생 에너지로 전환하는 것이 이 탄소 발자국을 줄이는 확실한 방법 이지만 대부분의 재생 에너지 자체에는 토지가 필요하기 때문에 실내 농업의 토지 절약 이점이 다소 줄어들 수 있습니다.

농부들이 인도네시아 서부 자바에 있는 Sentral Farm 건물 내부에서 채소 작물에 조명을 비추는 경향이 있습니다(Credit: Dasril Roszandi/Getty Images)

식물학적으로 말하자면, 보리나 밀은 뿌리 구조가 짧기 때문에 수직 농업 시스템 내에서 꽤 가능하다고 Vickers는 말합니다.

수직 농장에서 모든 곡물을 재배할 가능성은 거의 없지만 일부 상황에서는 여전히 유용할 수 있습니다. 2020년에 여러 미국 대학의 농업 과학자들은 수직 농업이 미래의 예기치 않은 공급망 중단에 대비하는 역할을 할 수 있다고 주장하는 기사를 발표했습니다. 현재 진행 중인 우크라이나 전쟁으로 인해 동유럽 곡물에 대한 세계의 의존도가 부각되고 대체 공급원 에 대한 검색이 촉발되었으므로 고려할 가치가 있는 제안일 수 있습니다.

 

실내 과수원

그러나 Vickers는 수직 농장에서 자랄 수 있는 것의 한계를 실제로 테스트할 과일 나무와 같은 목본 작물이라고 말합니다. 특히 토양 없이 상당한 지원이 필요하기 때문입니다. 그러나 식물학적으로 실내 과수원이 불가능할 이유는 없다고 그녀는 말합니다.

"나무는 이미 일종의 수직 농장입니다."라고 영국의 실내 농업 커뮤니티 를 대표하는 UK Urban AgriTech의 회장인 Mark Horler는 말합니다 . "나무는 영양분을 함유한 물을 흡수하여 잎과 열매가 자라는 일련의 층에 분배합니다. 언제나처럼 자연이 먼저 존재했습니다."

McGill University의 지리학자인 Kerstin Schreiber와 함께 Horler는 수직 농업의 이점을 홍보하기 위해 설립된 이니셔티브인 Soya Project 의 공동 창립자입니다. 그는 현재 외부에 심기 전에 성장 속도를 높이고 생존율을 높이기 위해 수직 농장에서 실내에서 버드나무 묘목을 재배할 가능성을 조사하고 있습니다. "재조림 및 조림 프로젝트의 실패율은 경이롭습니다."라고 그는 묘목 이 매우 작을 때 요소에 얼마나 취약한 지를 언급하면서 말합니다(한 연구에서는 다시 심은 나무의 83%가 10년 이내에 사망했습니다 ). "정말 작은 비율만이 최종 등급에 도달합니다."

그러나 유리한 출발이 주어지면 Horler는 묘목이 더 나은 기회를 갖기를 희망합니다. 그리고 그는 나무에 힘을 실어주기 위해 수직 농업을 찾는 유일한 사람이 아닙니다. 영국 Surrey 대학의 환경 과학자인 Zoe M Harris는 최근 영국 정부 자금으로 400만 파운드(480만 달러)를 받은 유사한 프로젝트를 이끌고 있으며, 수기경 재배 시스템에서 사과나무 묘목을 번식 시키는 프로젝트 는 영국에서 시작되었습니다. 작년.  스코틀랜드의 수직 농장 프로젝트의 초기 시도는 전통적인 야외 파종에서 일반적인 것보다 6배 빠르게 나무 묘목을 재배했습니다.

여기 사진에 있는 콜로라도 주 덴버에 있는 Altius 농장과 같은 수직 농장은 현재 빠르게 확산되고 있습니다(Credit: Kevin Mohatt/Alamy)

Horler는 나무가 음식을 위해 실내에서 영구적으로 자랄 수 없는 이유가 없다고 말합니다. 그러나 수직 과수원은 우리가 보던 것과는 조금 다르게 보일 수 있습니다. Horler는 "한 번에 모든 열매를 맺는 한 그루의 나무를 기다리기보다는 실제로 자주 열매를 맺는 일련의 얇은 묘목을 원할 것"이라고 말했습니다. 대부분의 사과나무는 이미 야생 종의 왜소한 변종이므로 사과나무를 더 작게 만드는 것은 문제가 되지 않는다고 그는 말합니다.

아시아에서는 더 작은 품종이 수확자가 과일을 따는 데 도움이 되기 때문에 난쟁이 망고 나무가 시험되고 있습니다. 그리고 2019년 한 집단의 연구자들은 Horler의 말에 따르면 "거의 포도 다발처럼 보이는" 토마토 식물 을 생산할 수 있었습니다 . 이 작은 식물은 잘 익은 토마토로 덮여 있었습니다.

Laura Vickers는 식물 과학자들이 우리의 모든 식품이 수직으로 재배되기 전에 몇 가지 오래된 문제를 해결해야 한다고 말했습니다.

왜소한 작물은 수직 농업에 더 적합하다고 Vickers는 동의합니다. 그러나 야외에서 가장 잘 작동하는 품종이 반드시 통제된 환경 내에서 가장 잘 작동하는 품종은 아니기 때문에 확립된 품종을 왜소하게 만드는 것이 항상 효과가 있는 것은 아니라고 그녀는 덧붙입니다. 예를 들어 특정 품종은 실내에서 그렇게 중요한 요소가 아닐 수 있는 온도 변화나 질병에 강하기 때문에 야외에서 가장 잘 수행할 수 있습니다.

Vickers는 성숙하는 데 시간이 더 오래 걸리는 수직 재배 나무와 작물도 질병이 없는 상태로 유지하기가 까다로울 수 있다고 말합니다. 허브와 샐러드 수확 사이에 수직 농부는 다음 작물을 심기 전에 쟁반을 살균할 수 있습니다. 그러나 예를 들어 망고 나무는 성숙하는 데 몇 년이 걸릴 수 있으며 이 기간 동안 곰팡이와 박테리아가 번성할 수 있습니다.

Vickers는 "식물과 마찬가지로 질병에도 수명이 있습니다. 완벽한 환경, 완벽한 온도, 완벽한 양의 산소, 완벽한 영양분, 사랑스러운 식물에 대한 접근성이 있기 때문입니다."라고 말합니다.

그러나 조건이 이상적이라면 수직으로 재배되는 나무는 실제로 열매에 더 많은 투자를 할 수 있을 것이라고 Horler는 말합니다. "식물은 자신이 가장 잘 할 수 있다고 생각하는 것에 자원을 바칠 것입니다."라고 그는 말합니다. "테스트를 받고 있다면 더 어려운 조건으로부터 자신을 보호하기 위해 더 많은 노력을 기울일 것입니다... [그러나] 이상적인 조건에 있고 쉬운 삶을 살면 잎과 꽃과 열매가 많이 자랄 것입니다. 자라지 않을 것입니다. 이 거대한 미터 길이의 뿌리 시스템입니다."

분홍색 빛이 스코틀랜드 Invergowrie에 있는 수직 농장을 비춥니다.  식물은 주로 파란색과 빨간색 파장의 빛에 노출될 때 가장 잘 자랍니다(Credit: Andy Buchanan/Getty Images)

따라서 우리의 모든 식품이 수직으로 재배될 수 없는 이유에 대한 식물학적 이유는 없지만 식물 과학자들은 이것이 현실이 되기 전에 몇 가지 오랜 문제를 해결해야 할 것이라고 Vickers는 말합니다. 그리고 물론 도시 계획가, 재생 가능 에너지 공급업체, 농민 모두가 큰 역할을 할 것입니다.

그러나 Vickers와 Horler가 설명하는 수직 농업의 이점과 한계 중 많은 부분이 선진국의 대규모 농업과 관련이 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 소작농은 세계 식량 공급의 30~34%를 생산합니다 . 일부 국가는 생계형 농업에 크게 의존하고 있으며, 이 필수 식량 공급이 안정적인 전기에 의존하는 수직 농업으로 전환된다는 것은 아마도 비현실적일 것입니다.

그러나 수직 농장으로 전환하여 산업형 농업이 차지하는 토지를 줄이는 것은 이론적으로 생태계 복원에 사용할 수 있는 공간을 확보할 수 있으며, 심지어 동일한 소작농에게 돌려주거나 재생 농업 방법에 사용할 수도 있습니다. 더 많은 공간이 필요합니다.

Vickers는 수직 농장이 언젠가는 식물의 성장 주기가 수요 변화에 반응하기 위해 빨라지거나 느려질 수 있는 "지적 공급망"을 허용할 것이라고 말합니다. (Vickers는 고객의 식이 요구에 맞게 맞춤화된 맞춤형 샐러드 믹스를 생산하는 데 관심이 있는 당사자로부터 접근한 적이 있지만 "현재 전제는 초기 단계"라고 말했습니다.)

수직 농장에서 작물을 더 실험하면 식물이 더 많은 미각 화합물, 비타민 또는 항산화제 를 생성하도록 장려하는 것과 같이 우리가 음식을 경험하는 방식에 대한 다른 가능성을 만들 수 있습니다 . Falagan은 예를 들어 수분을 줄이거나 수확한 식품을 보관하는 동안 특정 가스에 노출시키는 등 작물에 스트레스를 주어 이를 수행할 수 있다고 말합니다.

그러나 이러한 혁신이 미래에 지속 가능한 농업 방법에서 자리를 찾을 수는 있지만 돈이 고려 사항일 때 모든 혁신이 곧 일어나는 것을 보기는 어렵다고 Vickers는 말합니다.

예를 들어 도쿄의 고층 사무실을 점거한 Pasona Urban Farm 실험은 더 이상 존재하지 않습니다. 밥은 썰고, 토마토는 따고, 버섯은 서랍에서 꺼냈다.

지금은 도시에서 과수원이 자랄 때까지 샐러드, 작은 과일 및 채소로 만족해야 합니다.