[IP DAILY]또 하나의 새로운 가전(家電)…‘식물 재배기(indoor farm)’

▲식물재배기를 통해 재배되고 있는 채소

누구나 쉽게 집안에서 일년 내내 신선한 채소를 재배할 수 있는 ‘식물재배기’에 대한 관심이 높아지고 있다. 김치 냉장고와 의류 관리기에 이어 조만간 우리 집 주방과 거실 공간을 차지할 신개념 프리미엄 가전(家電)으로 주목받고 있는 것.

식물재배기 상용화의 첫 신호탄은 올해 초 LG전자가 집안에서 채소 키울 수 있게 복잡한 재배과정을 자동화한 신개념 생활가전을 공개하면서 부터이다. LG가 선보인 가정용 재배기는 상추, 케일 등 약 20종의 다양한 채소를 야외보다 빠르게 재배할 수 있다. 식물재배기 내부 선반에 일체형 씨앗 패키지를 넣고 문을 닫으면 자동으로 채소 재배가 시작된다.

식물재배기란 식물의 생장에 필요한 빛, 수분, 토양, 온도를 인공적으로 공급해 식물의 재배가 가능하도록 하는 장치이다.

최근의 식물재배기는 빛으로 LED 광원을 사용해 공급하며, 일반적인 토양에 물을 주어 수분을 공급한다. 하지만 시설원예의 발달과 함께 토양의 역할을 수용액이 담당하는 수경(양액)재배도 많이 활용된다.

이러한 수용액에는 식물의 생장에 필요한 수분과 필수영양분(C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg) 및 미량원소(Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Cl, Ni)가 함유되어 있으며 토양이 전혀 없는 양액으로만 키우는 방식도 있지만, 펄라이트, 피크모스 등의 상토와 함께 재배되는 담액수경으로 재배되는 경우도 있다.

LG전자, 신개념 프리미엄 식물재배기 첫 공개

LG전자가 개발한 식물재배기는 총 4개의 선반을 이용해 한꺼번에 재배할 수 있는 채소는 모두 24가지다. 잎채소, 새싹채소, 허브 등으로 나눠 선반마다 비슷한 채소를 같이 키우는 것도 가능하다.

일체형 씨앗 패키지는 씨앗, 토양, 비료 등 채소를 키우는 데 필요한 여러 요소들을 하나의 패키지에 통합해 구입과 관리가 간편하다. 새싹채소는 약 2주, 잎채소는 약 4주, 허브는 약 6주가 지나면 모두 자란다.

식물재배기 개발을 위해 LG는 ▲디오스 냉장고의 정밀 온도 제어 및 정온 기술 ▲업계 최고 수준인 인버터 기술 ▲퓨리케어 정수기의 급수 제어 기술 ▲휘센 에어컨의 공조 기술 ▲LED 파장 및 광량(光量) 제어 기술 등 다양한 생활가전 기술을 집약시켰다.

고객들은 스마트폰을 통해 채소의 생장상태를 실시간으로 모니터링하고 식물 재배기를 제어할 수 있다. 스마트폰 앱은 채소를 재배하는 각 단계마다 유용한 정보와 수확시기 등도 알려준다.

▲ LG전자가 공개한 식물재배기. 총 4개의 선반을 이용해 한꺼번에 재배할 수 있는 채소는 모두 24가지다.

LG의 식물재배기 개발과 특허 출원

LG전자의 식물재배기 역사는 10년 전으로 거슬러 올라간다.

특허분석 전문업체 테크디엔에이(TechDNA)에 따르면 LG계열사인 LG CNS는 2010년 9월에 “식물 재배 장치 및 이를 사용하는 식물 재배 시스템”이라는 특허를 출원했다.

▲ “식물 재배 장치 및 이를 사용하는 식물 재배 시스템”특허

해당 특허는 대량 재배·수확을 염두에 둔 ‘기업용’ 스마트팜 설비 기술로 분석된다. 모듈 방식으로 원하는만큼 여러대를 붙여넣을 수 있고, 리프트 장비가 탑재된 것을 통해 사람의 힘만으로는 운영이 어려우며, 제품이 매우 크기 때문이다.

LG CNS 특허는 재배 및 수확 자동화(정온 기술, 자동 급수기술, 자동 광량조절기술 등)에 초점을 맞춤으로써 오늘날 우리가 알고 있는 식물재배기와 궤를 같이하고 있다. 실제로 시간이 지날수록 제품 크기가 점점 작아진다.

​2010~2015년까지 LG 특허에서 나타낸 제품들은 가정에서 쓰기에 다소 어려운 형태이지만, 2016년을 기점으로 ‘가정용’이라 부를 수 있는 제품이 고안되기 시작한다.

특히 2016년에 출원된 특허의 경우에는 냉장고와 식물재배기가 일체형으로 되어 있다. 식물 생장에 필요한 일정 이상의 온도를 냉장고의 응축열을 재사용해 해결했기 때문이다. 급수 시스템, 광량 조절 등 부분은 식물재배기 내부에서 해결한다. 환경 이슈를 고려하면서도 건강한 먹거리도 제공 할 수 있기 때문에 두 마리 토끼를 잡기 위한 시도로 보인다.

▲ LG의 식물재배기 특허 대표도면 및 출원번호. 출처: TechDNA & Biz-IP

​2017년 이후부터 LG전자의 식물재배기 기술은 ‘냉장고’가 아닌, ‘와인셀러’ 형상으로 바뀐다. 유리 문을 통해 ‘언제든지’ 재배 상태를 확인할 수 있도록 만든 것이다.

​제품 구성 기술도 특허가 쌓일수록 발전했다. 특히 초기 제품에 비해 엄청나게 군살을 뺀 모습으로 ‘슬림화’ 추세가 뚜렷하다.

국내 중소 식물재배기 전문 업체 및 특허 기술은?

국내에는 LG전자 외에도 식물재배기를 생산하는 업체가 다수 존재한다.

▲ 교원 월스팜의 수경 식물재배기

교원 웰스팜은 갑작스러운 외부환경 변화에도 일정한 기기내 환경을 유지해 1년 내내 안정적인 채소를 공급하는 밀폐형 수경식물재배기를 공급한다. 이 회사는 기기의 유지보수를 위해 2개월 주기로 엔지니어가 방문해 에어필터, 저수조 필터, 저수조 청소, 모종 및 채소의 성장상태를 체크하는 서비스를 제공해, 배양액의 오염 등에 의한 작물의 생장저하 등을 방지하고 있다.

현진조명이 등록한 ‘재배공간 확장형 식물재배장치’ 특허는 제한된 공간에서 다량의 작물을 재배하기위한 트레이 장치다. 상부 트레이의 하단에서 수평 방향으로 이동시키기 위한 이송 수단을 설치함으로써, 복수의 재배 트레이를 설치할 수 있다.

▲ ‘재배공간 확장형 식물재배장치’ 특허 도면

또한, 재배 포트에 심은 작물의 유형 및 성장 시간에 따라 LED 조명의 밝기를 조절하고, 작물의 성장이 완료되면 제어 장치에 설치된 수확 버저를 통해 이를 알려주는 기능도 제공한다.

에이아이플러스가 등록한 ‘사물 인터넷을 이용한 스마트 식물 재배 장치’ 특허는 종자를 유지 및 관리하고 재배 공간에 삽입하기 쉽도록 캡슐이 삽입되는 식물 재배 기술이다.

▲ ‘사물 인터넷을 이용한 스마트 식물 재배 장치’ 특허 도면

해외 식물재배기 전문 업체 및 특허 기술은?

해외에도 가정이나 소규모 시설원예를 위한 식물재배기를 제작해 판매하는 기업이 존재하며 많은 기업이 식물재배기를 간단히 판매하는 것 이상으로 모종공급, 재배가능 식물에 대한 컨설팅 및 기술지원을 제공하는 사업모델을 구축하고 있다.

▲ Click & Grow사의 The Smart Garden

클릭앤그로우(Click & Grow)사는 9개의 모종을 재배할 수 있는 '더 스마트 가든(The Smart Garden)' 제품을 판매하고 있다. 각각의 모종을 재배하기 위해 특허기술이 적용된 나노구조를 갖는 스마트 소일(Smart Soil)을 9개의 홈에 넣은 후 씨앗을 놓고 돔 형태의 덮개를 덮으면 싹을 틔우고 생육이 가능하게 된다.

U_ING사의 '그린팜(Green Farm)'은 수경재배용 식물재배기이다. LED 광원을 활용하며 컨트롤 패널을 사용해 자동모드를 수행하면 발아에서 수확까지 거의 자동으로 모든 생장이 조절된다. 사용자가 일부 원하는 모드(예를 들면 조명 시간 등)를 컨트롤 패널을 활용해 구현하는 것도 가능하다.

테크디엔에이 분석에 따르면 특허 차원에서는 ▲세계 최대 전용 온라인 식료품 소매 업체인 영국 오케이도 이노베이션(OCADO INNOVATION) (65개) ▲식물 재배자들에게 기술 솔루션(바코드, 태그 등)을 제공하는 미국 그로우 솔루션즈 테크(GROW SOLUTIONS TECH) (25개) ▲기업용 원예 자동 솔루션을 제공하는 일본 츠바키모토 체인(TSUBAKIMOTO CHAIN) (20개) ▲ 식물학 연구, 식물 조명, 생명 공학 솔루션을 제공하는 중국 후지안 산안 시노 사이언스 포토바이오테크(FUJIAN SANAN SINO SCIENCE PHOTOBIOTECH) (16개) ▲기업용 원예 관련 전자제품을 제공하는 터키 아르첼릭(ARCELIK) AS (16개) 등이 다수의 특허를 확보하고 있는 것으로 나타났다.

주목받는 식물재배기….새로운 식물공장, 스마트팜 확산

식물재배기는 최근 일반인의 식품안전성에 대한 우려 증가, 식물공장 및 스마트팜에 대한 기술투자가 활발해 지면서 재조명 되는 제품이다.

일반인의 경우 간단한 채소를 직접 재배해 섭취하려는 경우가 증가하고 있다. 식물공장이나 스마트팜에서 식물을 재배하기 위해서는 이를 위한 장치가 필요하며, 이러한 장치의 가장 기본적인 요소가 바로 식물을 생장시킬 수 있는 재배기이므로, 관련 산업의 성장에 따라 식물재배기의 중요성이 부각되는 것은 당연하다.

스마트팜은 사물인터넷과 같은 ICT(Information & Communication Technology)와 BT(Bio Technology)를 시설원예 등에 적용해 농산물의 생산성 및 품질을 향상시키는 진보된 농업형태를 의미한다.

특히 확장형 식물재배기는 통제된 시설 내에서 생물의 생육환경(빛, 공기, 열, 양분)을 인공적으로 제어해 공산품처럼 계획생산이 가능한 시스템적인 농업 형태인 식물공장과 관련성이 높다.

온도와 습도를 제어하고 인공 광원으로 농작물을 재배하는 시설농업의 일종인 식물공장은 농업과학 기술에 기계, 전기, 전자, 제어, 환경 등 첨단 기술을 접목해 공장형 농업을 실현하는 첨단기술 농업의 한 형태다.

세계 식물공장 시장은 2015년 약 1조 9천억 원 규모에서 3.8% 성장해 2017년에는 2조 603억 원 규모를 나타냈다. 반면 국내 식물공장 시장 규모는 2015년 1800억 원에서 연평균 27.9% 성장해 2017년에는 3천억 원에 달하는 규모로 확대됐다.

▲ 확장형 식물재배기 국내외 시장 규모 추정 (단위: 억 원, %)

전세계 확장형 식물재배기의 시장 규모는 2018년 4천 5억원이며 2023년 4천 345억원으로 연평균 1.6% 성장했다. 국내 시장규모는 2018년 550억원에서 2020년 처음 600억원을 갱신하고 2022년에는 700억원을 넘어 2023년에는 760억원에 이를 것으로 예상된다.