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배양하는 고기, 한 명이 관리하고 로봇이 일하는 농장.
공장처럼 대량 제조되는 야채와 과일의 시대 제철 야채란 없다 ! 현실로 다가온
4차 산업혁명의 현장을 들여다보다 –
2015년경부터 한국에서도 논의되기 시작된 4차 산업혁명은 본질적으로 논란이 많고, 어떠한 변화가 있을지에 대한 논의는 여전히 수그러들지 않고 있다. 특히 산업혁명의 특성이라 할 수 있는 생산력 향상에 의문에 제기되는 부분이 있고, 신 기술이 고용의 증진 보다 고용 축소가 예상됨으로 말미암아 현재 나타나고 있는 AI, 무인화로 대표되는 4차 산업혁명이 진정으로 산업혁명으로 불릴 정도로 우리 삶과 노동을 근본적으로 바꾸고 있는지에 대한 의문은 아직도 안 풀리고 있다.
그러한 측면으로 인하여, 언론지상에서는 아직 실험 단계인 기술을 보여주는 데에 중점을 두고 있으며, 실제적으로 활용되고 있는 기술 및 현상을 바라보는 데에는 아직도 미약한 실정이다.
이러한 논란에도 불구하고 4차 산업혁명 일부는 이미 우리 생활에 들어오고 있으며, 이미 실생활에서 무인 편의점부터 시작하여, 인력을 최소화한 자동화 물류창고까지, 작은 단계에서 보편화 되는 과정을 거치고 있다. 이제 서서히 들어오고 있는 새로운 변화의 실제적인 결과를 씬짜오베트남에서는 3부작으로 4차 산업혁명이 이미 어떻게 현장에서 적용되고 있는지를 바라볼 예정이다.
그 첫 편으로 이번 호에서는 모든 산업의 근간인 농업의 변화를 알아보고자 한다.
농업과 4차 산업혁명은 어떠한 관계인가?
농업의 AI 자동화 – 기존 패러다임의 완벽한 변화
농업과 4차 산업혁명이 어떠한 상관관계가 있을까 다들 생소하게 생각하겠지만 인구가 집약적인 도시에 비해 오히려 노동 집약적인 구조이나 정작 고령화와 인구감소를 겪고 있는 농촌지역이야말로 AI와 자동화로 대표되는 4차 산업혁명의 현장에서 선두로 달리고 있는 분야라고 할 수 있다.
OECD 주요 국가에서 80% 이상이 서비스 산업에 종사하고 농업은 2~3% 정도라는 점, 지금도 농업 종사자 수는 저 개발 국가에서도 감소 추세라는 점을 고려한다면 농업은 자동화로 대표되는 4차산업혁명의 혜택을 받을 수 있는 대표적인 분야 중 하나인 것이다.
사실 선진국에서는 이미 광범위한 ICT(정보통신기술) 분야가 적용되어 이미 몇몇 분야는 디지털 파밍 기술을 활용하여 기후데이타 및 토양데이타를 활용하여 생산성을 높이고 있다. 특히 혁신적인 기술은 GMO(유전자변형생물체)로써, 생명공학 기술인 유전자 편집 기술을 활용하여, 기존의 재배할 수 없는 기후 및 토양에서 재배가 가능하도록 만드는 중요한 역할을 하고 있다.
또한 생산방식의 패러다임이 의심되는 공업 및 타 산업분야에 비하여, 농업분야의 혁신 중 특이한 지점은 기존 생산 패러다임의 완벽한 변화이며 이러한 트렌드를 살펴볼 수 있는 지점이 바로 배양육(인공육) 기술이다.
배양육의 대두 – 축산업의 죽음? 혹은 완벽한 변화
육류의 인공생산
일반적으로 배양육 하면 곤충 혹은 콩으로 만들어진 대체육류를 생각하기 마련이지만 사실 가축을 도축하지 않고 과학 기술로 배양된 육류, 공상과학 소설이나 영화에서나 나올 법한 이 기술은 우리의 미래를 확실히 바꾸어줄 상품이기도 하다. 현재는 럭셔리 상품으로 팔리고 있지만, 많은 스타트업 기업과 대기업이 가능성을 보고 투자가 진행중이다. 우리의 식탁에서 보편적으로 보급되어, 우리 삶을 바꿀 대표적인 분야인 것이다.
육류는 몇만 년 전부터 인류와 함께해온 음식이다. 사냥에서부터 시작하여 목축으로 변화하면서 고기는 늘 우리의 식생활과 함께 해왔다. 축산업은 인류가 정착 생활을 시작한 이래로 발전해왔고, 현대에 이르러서는 고도로 산업화하여 육류의 대량 생산이 가능해졌다. 하지만 이런 축산업과 육류 생산은 사실 환경문제 차원에서 많은 문제점을 내포하고 있다. 미국 농림부(USDA)의 자료에 따르면 한해에 미국에서 도축되는 가축들은 1년에 약 100억 마리 정도다. 이렇게 많은 수의 동물들을 사육하기 위해 엄청난 양의 물과 사료를 위한 곡물과 사육할 땅이 필요하다. 특히 소 한 마리의 덩치는 엄청나기에 축산농가에서 내보내는 분뇨의 양도 상상을 초월한다. 또한 소가 트림을 할 때 나오는 메탄가스(CH4)는 지구온난화의 주범 중 하나로 주목받은 지 오래됐다.
아울러 축산업의 주 문제인 위생과 질병 문제 역시 빼놓을 수 없다. 좁디좁은 우리 안에서 대량으로 키우다 보니 이 가축들은 질병에 취약하다. 구제역, 조류독감 등은 이미 축산업의 재앙이라 불리는 것들이다. 이에 대비하고자 가축들에게는 수많은 호르몬과 항생제를 투여하여 사육하는 경우가 대부분이다. 이제 육류는 자연적인 식품이 아닌, 대량생산 음식인 것이다.
하지만, 과학의 발전은 이 문제에 대한 획기적인 대안을 제시했다. 바로 세포공학 기술을 이용한 Lab-grown meat, Cultured meat 혹은 In Vitro meat이라 불리는 배양육이다. 유전자 조작을 하는 것이 아니라 가축의 근육세포만 배양하여 키우는 방식이다.
예컨대, 소 한 마리를 키우는 것이 아닌 소의 근육세포를 등심, 안심 등의 부위로 성장시키는 것이다.
배양육 제조방법
배양육 제조는 혁신적이라서 어려울 것 같이 생각되지만 동물복제 기술이나, 생각보다 간단하다. 동물에서 채취하여 줄기세포를 얻은 뒤, 적절한 조건에서 배양해 고깃덩어리를 얻는다는 것이다. 여기서 줄기세포는 생명체의 모든 세포로 자라날 수 있는 분열 능력을 지닌, 일종의 기본 원시세포다. 살코기는 결국 동물의 근육이다. 그래서 동물에서 소량의 근육 샘플을 채취한 후 그 안에서 줄기세포를 추출한다. 이 세포를 근육 안에 있는 세포 성분으로 자라도록 조건을 맞춰 준 후, 이 세포를 영양분이 풍부한 배양액에서 성장시킨다. 이 자체는 근육 단백질 세포 덩어리이기 때문에, 세포 덩어리에 전기자극과 영양분을 공급하여 실제 근육과 같은 조직을 만들도록 유도한다. 축산 농가에서는 좋은 육질을 위해 소를 규칙적으로 운동시킨다. 이와 마찬가지로 실험실에서도 이를 위해 전기자극을 통하여 근육 조직을 만드는 것이다. 그냥 육류 세포 덩어리는 식감에서 소위 ‘씹히는’ 맛이 없어서 진짜 고기 같은 식감을 주고 더욱 많은 단백질을 생성하기 위한 과정이다. 이것이 바로 살코기가 되는 것이다.
세포 배양을 통해 비계나 뼈 역시도 생산할 수 있기 때문에 돼지껍데기, 갈비 등 각종 부위를 만드는 것도 가능하다.
또한 이 기술을 이용하여 맛보기 힘든 희귀한 고기도 그 동물의 근육 샘플 하나면 만들 수 있다. 가령 북극곰 스테이크나 판다 목살 등도 맛볼 수 있게 되는 것이다. 게다가 이 기술은 채취한 세포로 계속 배양해서 성장시킬 수 있기 때문에 이론적으로 보자면 요거트 제작이 집에서도 우유와, 간단한 유산균만 있으면 가능하듯이 고기 제작도 요거트 제작처럼 근육세포 하나로 전 인류를 먹여 살릴 수도 있는 날이 성큼 다가오고 있다.
배양육은 어디까지 발전했나?
배양육의 선구주자인 네덜란드 마스트리트 대학의 포스트 교수는 2013년 자신의 실험실에서 탄생한 햄버거 패티를 대중에게 공개했다.
음식 평가단과 기자들 앞에서 구워낸 이 햄버거 패티는 우리가 이제껏 보아 왔던 햄버거와 크게 다르지 않았다. 시식에 참여한 음식 평론가와 기자 등의 외부 참가단은 생각보다 실제 고기와 맛이 상당히 흡사하다고 말했다. 다만, 식감이 생각보다 약간 뻑뻑하고 부드러운 느낌이 적어 아쉬웠다고 평했다.
배양육의 문제는 맛은 의외로 지방 첨가 및 근육 배양으로 쉽게 해결이 가능하지만, 대량 생산을 위한 비용이 문제였다. 2013년 공개된 햄버거 패티가 탄생하는 데에는 2년여의 세월과 대략 33만 달러가 소요되었다. 특히 배양액에서 성장시키고 무균실을 유지하는데 드는 비용이 매우 큰 비중을 차지하고 있기에, 아직 시간과 비용문제에 있어서 자유롭지 않다. 하지만, 점차 기술발전과 기업들의 많은 투자로 인한 연구 성과로 비용감축은 현재 많이 진행된 상태이다. 포스트 박사 팀은 3년 뒤인 2016년에 생산비용을 80달러로 감소시켰고 이렇게 배양육 생산비용이 줄어들자 2015년경부터 배양육 개발을 위한 스타트업이 출현하기 시작했다. 업체들의 경쟁으로 2018년 기준으로 배양육은 어느정도 상업화가 가능할 정도로 가격이 하락하여 미국 전역 3천 곳에서 고급 햄버거에 첨가되는 방식으로 판매되고 있고 앞으로도 지속적으로 가격이 하락 할 예정으로 전망된다. 그러나 이보다 더 큰 단점은 배양육 혹은 인공육이라는 이름에서 오는 사람들의 거부감과 인식이다. 우리가 즐겨 먹는 소시지나 햄도 처음에는 산업 가공품에서 오는 거부감이 아직도 있고, 햄버거 역시 잡다한 고기를 갈아 만든 저급한 음식이라고 평하는 사람이 아직도 많으며, 이러한 인식은 곤충 및 대안 음식에서도 볼 수 있는 패턴이다. 그러나 더 이상 동물을 도축하지 않아도 된다는 장점과, 종교적 윤리에서 자유롭다는 점으로 인해 동물 보호 단체에서도 이 연구를 긍정적으로 바라보고 있다. 이 혁신적인 기술은 인류가 수만 년간 이어왔던 축산 문화의 틀 자체를 송두리째 바꿀 수 있는 청정기술이다.
2. 농업 로봇 기술 – 고령화와 인력난의 해결책
농촌의 급속한 고령화로 대표되는 인력난으로 인해 고된 농작업을 효율적으로 대신할 수 있는 자동화기기의 필요성이 점점 커지고 있으며, 최근 로봇 기술의 급속한 발달로 농축산 분야에서도 효율적인 농작업과 고부가 서비스를 제공할 여건이 조성됨에 따라 로봇의 효용성에 대한 인식이 확산되고 있어 농업로봇의 잠재 수요가 늘어나는 추세다.
세계 로봇 시장 규모는 179억 달러 수준이며 이 중 물류, 농업, 의료, 안전과 같은 산업 분야에서 이용되는 전문서비스 로봇의 시장 규모는 약 46억 달러 수준으로 알려져있다. 농업로봇 시장은 전문서비스 로봇 시장의 2013년 기준 20.1%(9.56억 달러)정도로 평가된다. 아직은 작지만 성장세는 높은 편이라서 2020년대 말엽에는 191억 달러 규모로 성장할 전망이다.
국내외에서는 농업 자동화를 위한 다양한 연구를 진행하고 있으나 국가별로 농업의 형태, 방식, 기술 수준의 차이로 인해 로봇 연구방법에 있어 다소 차이가 있고 특히 한국이나 일본 같이 소규모 농업이 대중화된 지역에서는 연구는 더딘 편이지만, 규모의 농업을 실현하고 있는 미국과 유럽에서는 다양한 분야의 농 작업 로봇 연구를 추진하고 있으며 존디어, 랠리 등의 글로벌 기업 중심으로 자율주행 트랙터, 착유로봇 등을 개발하여 상용화하고 있다.
3. 식물공장 – 미래 식물 제조업의 현장
야채생산은 점점 제조업에 가까워지고 있다. 식물생산 변화의 주역은 햇빛, 물, 토양, 인력 등 제약을 모두 극복하고 공산품을 찍어내듯 작물을 생산하는 ‘식물공장’이다.
시장조사업체 마켓앤드마켓에 따르면 세계 식물공장 시장규모는 2016년 90억 달러(약 9조8천억 원)에서 2022년 184억 달러(약 20조 원)로 커질 전망이어서, 유망한 시장으로 각광받고 있다.
IT를 농업에 접목한 식물공장은 ‘스마트 팜’이라고도 한다. 햇빛을 활용하는 기존 온실에서 파종, 급수, 난방 등을 일부 자동화한 ‘부분제어형’, 건물 안에서 햇빛마저 LED(발광다이오드)로 대신하고 모든 요소를 자동화한 ‘완전제어형’으로 나뉜다.
식물공장 역사는 1957년 덴마크의 크리스텐센 농장이 컨베이어벨트로 작물을 나르고, 부족한 햇빛을 고압 나트륨 램프로 보충한 게 효시며,현재 많이 보급된 완전제어형 식물공장은 히타치사가 11년간 연구 끝에 1985년 일본 츠쿠바 EXPO에서 처음 등장했다.
식물공장의 가장 큰 장점은 계절에 상관없이 수확량을 유지할 수 있고 기존 농법에 비해 생산량이 월등하고, 땅을 적게 차지하기에 도심·근교에 지어 물류비도 절약할 수 있다. 무균 환경에서 재배하기에 농약 및 화학약품을 안 쓰므로 안심할 수 있고, 맛과 영양소 조절도 가능하다.
현대적 의미의 식물공장이 등장한 일본답게, 일본내의 식물공장은 정부의 대폭적 지원에 힘입어 400여 곳을 헤아리고, 유명 대기업들도 참가중이다.
이 중 가장 적극적인 기업은 IT기업인 후지쯔다. 아직 실험 수준인 다른 기업들과 달리 2016년 이와타에 축구장 12배 크기의 대규모 식물공장단지를 조성했다. 휴대폰, 반도체 등 주력사업을 접은 뒤 새로운 동력이 절실해서다.
이곳에서는 흙 대신 물과 수용성 영양분으로 만든 배양액에서 작물이 자란다. 인력은 거의 중·노년층이지만 컨베이어벨트 덕분에 적은 힘으로도 수확할 수 있다. 영양분이 부족하면 비료가 자동 공급되고, 온도가 18도를 넘으면 창문이 열리거나 냉방기가 가동한다.
경작지가 충분한 미국은 도심형 식물공장으로 눈길을 돌렸다. 땅값이 비싸 대개 수직형이다. 2004년 설립된 에어로팜은 7층 높이 공장에서 연 1천톤의 채소를 생산한다. 선반을 층층이 쌓아 좁은 공간을 최대한 활용했다. 물과 천을 활용한 특허기술로 수확기간을 4분의 1가량 단축했다.
도심형 농장은 국토가 작고 토지 이용의 극대화가 필요하며 야채수요가 많은 국가에서 보급이 이루어 지고 있다. 장기적으로는 마천루 건축과 연계되어 사무용 공간과 더불어 건물내 신선한 공기를 공급하면서 빌딩 거주자에게 신선한 야채를 제공하는 건축물로 각광을 받을 전망이다.
농업의 로망일까? 환경보호를 위해서일까?
인구의 대다수가 농업인인 시대에서 벗어 난지 이제 겨우 100여년이 넘어서인지 몰라도 아직까지는 농사와 자연을 연계시키는 관념을 가지고 있다. 특히 사람들이 유기농에 집착하고 슈퍼마켓에서도 흙을 담은 야채를 프리미엄식품으로 간주한다는 점이 그 증거이다.
그러나 농업과 4차 산업혁명의 만남은 이러한 고정관념을 깨면서 오히려 1970년대 녹색혁명이후 다른 형태의 농업 혁명이 발생하고 있다. 배양되는 고기, 인력이 줄어든 자연 농장, 그리고 실내에서 제조되는 식물 등의 형태로, 서서히 씨를 뿌리고 재배를 하여, 씨를 뿌린 후 몇 개월 뒤 수확한다는 수천년의 생산 관념마저도 근본적으로 바뀌고 있는 상황인 것이다.
이것을 보고 혹자는 비자연적인 농업이라고 비판할 수도 있고, 사람의 건강에 어떠한 영향을 미칠지가 우려된다는 의견도 있을 것이다. 그러나 수요가 있으면 공급이 생기는 법이고, 장점이 큰 것에 사람들은 더 몰리는 경향이 강하다. 지금까지 살펴본 농업에서의 변화는 단지 현재 활용되고 있는 가시적인 것에 불과하다.
그러나 분명한 점은 우리가 어떻게 생각하든지간에
미래는 현실이 되고 있고, 전통적 생산은 180도 변화 중이라는 것이다.
(한성훈 : kosdaq62@gmail.com)
정보통신산업진흥원(2017) 농업의 4차 산업혁명, 다시 주목받는 정밀농업 / 한국농촌경제연구원(2017) 4차 산업혁명 관련 2017년 농업·농촌 이슈는 무엇이었나? / 산업기술리서치센터(2017) 4차 산업혁명시대의 한국 농업 / ㅍㅍㅅㅅ(2017) 스마트 농업, 먼저 온 미래: 4차산업혁명 시대 미래농업의 조건 www.ppss.kr / The Science Times(2018) 농업의 4차 산업혁명 ‘스마트팜’ www.sciencetimes.co.kr / 농림수산기술기획평가원(2016) 제4차 산업혁명과 농업 / 오승희 ‘배양육(In Vitro Meat)’의 미래 / 중앙일보(2018) [시론] 식물성 햄버거, 인조고기, 배양육 … 미국의 미래 먹거리 / Kotra(2013) 네덜란드에서 개발 중인 배양육, 미래의 먹거리 될까? / blockchainai.kr(2018) 배양육의 미래, 배양육 연구는 지금 어디까지 왔나? 환경에 도움을 주고 동물 복지와 권리에도 도움이 되는 배양육 기술 2020년까지 배양육 1kg의 생산원가를 10달러 미만으로 낮추는 것을 목표로 하고 있다. www.blockchainai.kr / The Science Times(2014) 미래 농업의 핵심 인프라 ‘식물공장 ‘ www.sciencetimes.co.kr / The Science Times(2018) 미래 농업은 제조업… 비법은 ‘식물공장 ‘ www.sciencetimes.co.kr