식물 공장 구조 완전 해설! 이것만 읽으면 OK

여러분 안녕하세요! 저는 Shohei입니다.

만약 여러분이 사는 도시 한복판에서 신선한 야채를 매일 수확할 수 있다면?

그런 꿈같은 이야기를 실현하는 것이 「식물 공장」입니다.

날씨, 장소, 계절… 기존 농업의 제약을 깨고,
마치 SF 세계와 같은 환경에서 야채를 키우는 식물 공장.

바로 「농업의 미래」입니다.

그런데, 대체 어떤 구조일까? 정말 맛있는 야채가 나올까?
… 궁금한 점이 많으시죠?

이 기사에서는 식물 공장의 궁금한 모든 것을 철저히 해설합니다!
구조부터 종류, 장점과 단점 등등.
이 기사를 끝까지 읽으면 대략적인 것은 이해할 수 있을 겁니다.

덧붙여서, 식물 공장은 리스크가 없을까?
라는 걱정쟁이 분들도 계시므로, 그 부분은 다음 기사에서 자세히 다루고 있습니다.

식물 공장이란? – 기본 중의 기본

식물 공장이란, 그 이름 그대로, 공장과 같은 설비에서 식물을 키우는 시설입니다.
하지만, 일반 공장과 다른 점은 제품이 기계가 아닌 「야채」라는 점이죠.

그리고 가장 중요한 포인트는, 생육 환경을 인공적으로 제어할 수 있다는 점입니다.

식물 공장이란? – 환경 제어로 야채를 키우는 「공장」

좀 더 구체적으로 말하면, 온도, 습도, 빛, CO2 농도, 영양액(비료를 녹인 물) 등을, 작물의 종류나 생육 단계에 맞춰 제어할 수 있습니다.

왜 그렇게 할까요?
그것은, 생산자에게 편리하도록 작물을 키우고 싶기 때문입니다.

즉, 맛이나 품질을 좋게 하거나, 생산량을 늘리고 싶다는 것입니다.
게다가 기계에 맡길 수 있기 때문에 관리 작업이 편하고, 날씨 불순에 머리를 싸매고 스트레스를 받을 일도 없습니다.

그래서 작물에게 가장 쾌적한 환경을 맞춤 제작해 주는 것이죠.
그것을 위한 기술이 식물 공장이라는 것입니다.

그럼, 밭이나 비닐하우스에서의 재배와, 식물 공장은 무엇이 다를까?
가장 큰 차이는 「환경 제어의 정도」입니다.

노지 재배는, 비바람이나 햇빛 등, 자연환경에 크게 좌우됩니다.
비닐하우스는 어느 정도 환경을 제어할 수 있지만, 식물 공장만큼은 아닙니다.
식물 공장은, 날씨에 좌우되지 않고, 안정적이고 계획적으로 야채를 생산할 수 있다. 이것이, 식물 공장의 큰 특징이자 강점입니다.

식물 공장의 역사 – 의외로 옛날부터 있었다

식물 공장은, 의외로 옛날부터 있었습니다.
1950년대에는, 미국에서 식물 공장의 원형이 탄생했습니다. 당시, 우주 공간에서의 식량 생산을 목표로, 폐쇄 환경에서 식물을 키우는 연구가 시작되었습니다.

그 후, 1970년대에는, 일본에서도 식물 공장의 연구가 본격적으로 시작되었습니다.
시대적으로 식량 위기에 대한 우려가 높아지고 있어, 안정적인 식량 공급 시스템이 요구된 배경이 있습니다.

하지만 초기 식물 공장은 비용이 너무 비싸서, 전혀 실용화에는 이르지 못했습니다.

식물 공장이 크게 발전하기 시작한 것은, 2010년대 정도부터.
LED가 등장하여, 소비 전력이 대폭 삭감되었습니다. 그래서야 비로소, 수지가 맞아떨어지기 시작한 느낌입니다.

최근에도, 더욱더 생력화, 생산성 향상을 목표로 하는 흐름은 이어지고 있습니다.
식물 공장은, 반세기 이상에 걸친 연구 개발을 거쳐, 드디어 보급기를 맞이하려 하고 있는 것입니다.

식물 공장은 장래, 필수가 되는 기술

설명하겠습니다.

그 배경에는, 크게 나누어 2가지 사회적인 과제가 있습니다.
그것은, 「식량의 안정 공급」과, 「기후 변화」 문제입니다.

우선, 「식량의 안정 공급」에 대해.

세계 인구는 증가하고 있어, 2050년에는 100억 명에 육박합니다.
인구가 늘면, 당연히, 식량의 수요도 늘어납니다.

하지만, 지구상의 농지 면적에는 한계가 있습니다.
게다가 사막화나 도시화에 의해, 지금도 엄청나게 줄어들고 있습니다.

더욱이 일본에서는, 농가의 고령화와 후계자 부족이 심각합니다.
이대로라면, 수년 안에 일본의 농가는 일제히 사라질 것입니다.

그럼 누가 먹을 것을 만들죠?
라는 상태인 것입니다.

그리고 「기후 변화 문제」.

최근, 「폭염으로 야채를 수확할 수 없다」같은 것, 자주 듣지 않으세요?
야채 가격이 비싸지는 것도 자주 있죠.

근년, 이상 기후가 빈발하여, 농업 생산에 심각한 피해가 나오고 있습니다.
기록적인 폭염, 장기적인 건조, 집중 호우, 대형 태풍…

올해는 심각했습니다…. 그럼 내년은 괜찮을까?
아니죠. 지구 환경이 극적으로 개선되어 가는 요인은 별로 아무것도 없죠.

앞으로도 「이상」기상은 계속될 것입니다.

그러한 상황이 매년 계속되면, 안정적인 식량 공급은 곤란합니다.

식물 공장은, 이러한 과제를 해결할 비장의 카드로서 기대되고 있다는 것입니다.

농업의 3가지 형태: 노지 재배, 시설 재배, 식물 공장을 비교

식물 공장은, 원래 농업의 한 형태에 지나지 않습니다.

식물 공장의 구조를 해설해 나가겠지만, 농업의 다른 형태와의 차이에 주목합니다.
어떤 특징이 있는지를 잘 이해할 수 있을 거라고 생각합니다.

농업의 3가지 형태와 재배 방법의 조합

농업을 크게 3가지로 나눕니다. 노지 재배, 시설 재배, 식물 공장입니다.

그리고 재배 방법에도 여러 가지가 있어서,
각각, 어떤 재배 방법이 적합한지를 정리한 것이, 아래 표입니다.

	노지 재배	시설 재배	식물 공장
토경
수경
고형 배지
분무 재배

• ◎: 최적
• 〇: 적합
• △: 조건부로 가능 (제한적)
• ×: 부적합

시설 구분

• 노지 재배
  • 지붕이나 벽이 없는 옥외 밭에서의 재배. 햇빛이나 빗물 등 자연환경을 이용하며, 넓은 땅이 필요.
• 시설 재배
  • 비닐하우스나 온실 등, 지붕이나 벽이 있는 시설을 이용. 외기의 영향을 경감시키고, 온도나 습도를 어느 정도 제어 가능. 노지 재배에 비해 안정 생산이 가능. 시설 건설・유지 비용이 필요.
• 식물 공장
  • 폐쇄된 공간에서, 생육 환경을 인공적으로 제어할 수 있다. 빛, 온도, 습도, CO2, 영양액 등을 최적화하고, 날씨에 좌우되지 않는 연중 재배, 계획 생산이 가능. 고도의 설비와 기술, 높은 운전 비용이 필요.

재배 방법

• 토경
  • 토양에서 식물을 재배한다. 비료나 물주기 등, 기본적인 재배 관리가 필요. 노지 재배, 시설 재배에서 널리 이용된다.
• 수경
  • 흙을 사용하지 않고, 영양액만으로 식물을 재배한다. 청결하고 병해충이 적고, 작물의 생육 속도가 빠르다. 고도의 영양액 관리가 필요하며, 주로 식물 공장에서 이용된다.
• 고형 배지
  • 야자 껍질, 암면 등의 고형 배지를 사용한다. 영양액과 고형 배지의 양쪽 특성을 살린다. 수경 재배보다 관리가 용이, 시설 재배, 식물 공장에서 이용된다.
• 분무 재배
  • 뿌리에 영양액을 안개 모양으로 분무하여 재배한다. 기경 재배의 일종으로, 산소 공급 효율이 높다. 고도의 환경 제어가 필요, 식물 공장 등 제한적인 환경에서 이용할 수 있다.

참고로, 가끔 「식물 공장의 야채는 안전한가?」라고 걱정하는 분도 있습니다.

제가 생각하기에, 「공장」이라는 단어의 울림이 이미지가 최악이죠.
구조를 잘 알면, 전혀 리스크가 없다는 것을 알 수 있을 겁니다.

식물 공장 야채가 어떤지. 라는 것은 다음 기사에서 상세하게 쓰고 있습니다.
궁금하신 분은 이쪽도 함께 보세요.

시설 구분별 차이를 비교

노지 재배, 시설 재배, 식물 공장의 차이는, 재배 환경의 제어 정도나 생산성, 비용 등입니다.
각각의 차이를 살펴봅시다.

	노지 재배	시설 재배	식물 공장
환경 제어	낮음	중간	높음
생산성	낮음	중간	높음
품질	들쭉날쭉	비교적 안정	균일
비용	낮음	중간	높음
환경 부하	높음	중간	낮음
안정 공급	불안정	비교적 안정	안정
기후 변동 내성	낮음	중간 정도	높음
재배 품목	계절성 품목	폭넓은 품목 노지 재배보다 확대	잎채소, 일부 과채류 등

각 항목의 포인트

• 환경 제어:
  • 식물 공장은, 온도, 습도, 빛, CO2 등을 고도로 제어하고, 작물의 생육에 최적의 환경을 만들어낸다. 시설 재배는 어느 정도의 환경 제어가 가능하지만, 노지 재배는 자연환경에 의존한다.
• 생산성:
  • 식물 공장은, 단위 면적당 수확량이 최대. 시설 재배는 노지 재배보다 생산성이 높지만, 식물 공장에는 미치지 못한다.
• 품질:
  • 식물 공장은, 품질이 균일하고, 영양가나 기능성 성분을 컨트롤하는 것도 가능. 노지 재배는 자연환경에 좌우되기 때문에, 품질에 들쭉날쭉함이 생기기 쉽다.
• 비용:
  • 노지 재배는 초기 투자가 낮지만, 식물 공장은 시설 건설비, 설비비, 운전 비용 등, 많은 비용이 든다. 시설 재배는 노지 재배와 식물 공장의 중간적인 비용.
• 환경 부하:
  • 식물 공장은, 단위 면적당 물 사용량이나 농약 사용량을 대폭 삭감할 수 있다. 단, 에너지 소비량은 크다. 노지 재배는 넓은 땅이 필요하고, 농약이나 비료에 의한 환경 부하도 크다.
• 안정 공급:
  • 식물 공장은, 날씨에 좌우되지 않고 연중 재배가 가능하기 때문에, 안정 공급할 수 있다. 시설 재배도 비교적 안정적이지만, 노지 재배는 날씨나 계절에 크게 좌우된다.
• 기후 변동 내성:
  • 식물 공장은, 이상 기상의 영향을 받기 어렵고, 기후 변동에 강하다. 시설 재배도 노지 재배보다는 내성이 있지만, 식물 공장만큼은 아니다.
• 재배 품목:
  • 노지 재배는 계절성 야채가 중심. 시설 재배에서는, 더욱 폭넓은 품목의 재배가 가능. 식물 공장은, 잎채소 중심이지만, 기능성 야채는 만들기 쉽다.

식물 공장의 구조

그러면, 이 기사의 본제인 식물 공장에 초점을 맞춥시다.

식물 공장의 이미지인, 상하로 늘어선 선반 안에 야채가 빽빽이 심어져 있는…

그런 설비에서는 수경 재배를 이용하고 있습니다.

그런데, 사실은 다른 종류의 재배 방법도 있죠.

재배 방법별 차이를 비교 (식물 공장)

식물 공장은, 폐쇄 환경이기 때문에, 수경 재배와 매우 궁합이 좋고, 널리 채용되고 있습니다.

그 외에도, 고형 배지 재배, 분무 재배 등, 식물 공장의 특성을 살린 재배 방법이 있습니다.

식물 공장에서 주로 사용되는 재배 방법의 차이를 살펴봅시다.

항목	수경 재배	고형 배지 재배	분무 재배
재배 방법	영양액만으로 재배, 토양 불필요	고형 배지 (야자 껍질, 암면 등)를 사용, 점적 관수	뿌리를 공중에 노출하고, 영양액을 안개 모양으로 분무
특징	청결, 병해충이 적다, 생육이 빠르다, 자동화하기 쉽다	수경 재배보다 관리가 용이, 토경 재배에 가까운 식미, 배수 처리가 용이	산소 공급이 풍부, 뿌리의 생육 촉진, 공간 절약
장점	청결, 병해충이 적다, 생육이 빠르다, 자동화하기 쉽다	수경 재배보다 관리가 용이, 토경 재배에 가까운 식미, 배수 처리가 용이	산소 공급이 풍부, 뿌리의 생육 촉진, 공간 절약
단점	영양액 관리가 중요, 설비 비용이 높다	배지의 폐기 처리가 필요, 초기 비용이 다소 높다	고도의 환경 제어가 필요, 설비 비용이 높다, 기술 난이도가 높다
재배 예	잎채소 (상추, 샐러드 채소), 허브, 잎파	과채류 (토마토, 딸기), 화훼	잎채소, 묘 생산, 연구용

시설별 차이를 비교 (식물 공장)

재배 방법의 차이 외에도, 태양광을 사용하는지, 인공광을 사용하는지로도 분류할 수 있습니다.

이 차이도 상당히 커서, 전기세나 설비비, 인건비가 완전히 달라집니다.
때로는, 비즈니스의 성패를 결정해 버릴 정도로.

노지 재배를 포함하여, 태양광형, 병용형, 완전 인공광형, 4개의 시설을 비교해 봅니다.

	태양광형	병용형	완전 인공광형	노지 재배
재배 형태의 비율	44%	14%	42%	–
주요 광원	태양광	태양광, LED 81%, 나트륨 램프・형광등 등 38%	LED 96%, 형광등 8%. LED는 주로 2013년 이후 도입	태양광
수원	우물물 62%, 상수도 38%	우물물 60%, 상수도 33%	상수도 78%, 우물물 20%	빗물, 우물물, 상수도 등
CO2 시용 유무	83%에서 시용 있음	86%에서 시용 있음	89%에서 시용 있음	자연계의 CO2 농도
주요 재배 품목	토마토류 71%, 딸기 8%, 딸기 이외의 과채류 8%, 상추 이외의 잎채류 6%	토마토류 27%, 상추류 27%, 화훼 20%	상추류 91%	다기한 종류
고용자 수(통년: 정규)	110명 미만 34%. 평균 시설당 9.8명	평균 시설당 9.2명	평균 시설당 8.0명	경영 규모에 따름
고용자 수(통년: 비정규・파트)	20~50명 미만 35%, 50명 이상 24%. 평균 시설당 44.0명	20~50명 미만 31%, 50명 이상 31%. 평균 시설당 46.3명	20~50명 미만 19%, 50명 이상 21%. 평균 시설당 28.3명	경영 규모에 따름
고용자 수(기간 고용)	고용 없음 제외 1~5명 미만 26%. 평균 시설당 9.6명	평균 시설당 16.4명	–	경영 규모에 따름
주요 품목에 있어서의 작업 비율	생산(특히 재배 관리) 35% 이상으로 최다	생산(특히 재배 관리) 35% 이상으로 최다	수확 27%, 출하 24%, 이식・정식 19%, 세척 10% 순	품목・재배 규모에 따름
노동 시간당 수확량별 결산	노동 시간당 수확량 대가 적자 비율 소	–	노동 시간당 수확량 대가 적자 비율 소	–
노동 시간당 수확량별 비용 비율	수확량 많을수록 인건비 비율 소	–	수확량 많을수록 인건비 비율 소	–
단위 수확량별 결산	단위 수확량 대가 흑자・수지 균형 비율 대	–	단위 수확량 대가 흑자・수지 균형 비율 대	–
최근 결산	흑자・수지 균형 73%	흑자・수지 균형 60%	흑자・수지 균형 45%	–
연간 매출	평균 4.3억 엔	평균 4.6억 엔	평균 1.9억 엔	경영 규모에 따름
재배 실면적(주요 품목)별 결산	면적 대가 흑자・수지 균형의 비율이 높다	–	면적 대가 흑자・수지 균형의 비율이 높다	–
재배 형태별 비용 비율	인건비 30%대로 최대	인건비 30%대로 최대	인건비 30%대로 최대, 전기세 27%	품목・재배 규모에 따름
결산별 비용 비율	흑자에서는 광열비・감가상각비 비율 소	–	흑자에서는 광열비・감가상각비 비율 소	–

※이 식물 공장의 데이터는, 일반 사단법인 일본 시설 원예 협회가 실시한 「대규모 시설 원예・식물 공장 실태 조사・사례 조사」의 결과에 근거하고 있습니다.
※노지 재배는, 날씨나 입지, 경영 규모, 작물 등에 따라 조건이 크게 다르기 때문에, 일률적으로 수치만으로 비교할 수 없습니다.

식물 공장을 비즈니스의 관점에서 생각한다

그럼 비즈니스의 관점에서 식물 공장을 생각해 봅시다.

식물 공장은, 안정 공급, 고품질, 환경 부하의 저감이라는 장점으로부터,
비즈니스 찬스로서도 뜨거운 시선이 집중되고 있습니다.

단, 물론 장점뿐만이 아닙니다.
만약 진입을 검토하고 있다면, 단점도 확실히 이해해 두어야 합니다.

식물 공장의 장점과 단점에 대해서는, 다음 기사에서 뜨겁게 썼습니다.
이것도 함께 보세요.

식물 공장은, 꽤 과제도 안고 있다

저는 오랫동안, 식물 공장의 현장에 있지만,
아직 과제도 많습니다….

특히 주의해 두어야 할 포인트를 정리합니다.

솔직히 말하면, 식물 공장에 진입해 오는 대기업이 잇따라 철퇴하고 있는 것도, 아래와 같은 것이 원인입니다.

• 높은 초기 비용과 러닝 코스트:
  • 식물 공장의 건설에는, 시설이나 설비에 막대한 초기 비용이 듭니다. 또, 전기세나 공조 비용 등의 러닝 코스트도, 기존의 농업에 비해 고액이 되기 쉽습니다. 특히, 완전 인공광형 식물 공장에서는, LED 조명이나 공조에 많은 전력을 사용하기 때문에, 코스트 삭감이 큰 과제가 되고 있습니다.
• 재배 기술의 고도화와 인재 부족:
  • 식물 공장에서는, 식물 생리학이나 환경 공학 등의 전문 지식을 구사하여, 야채를 효율적으로 생산할 필요가 있습니다. 그러나, 이러한 지식이나 경험을 가진 인재는 부족하고, 인재 육성이 급무가 되고 있습니다.
• 품목이나 품종의 한정:
  • 현재의 식물 공장에서는, 재배 가능한 작물의 종류가 한정되어 있습니다. 상추 등의 잎채소가 중심이고, 쌀이나 밀 등의 곡물류, 과수, 근채류 등, 재배가 어려운 작물도 많이 존재합니다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 전세계에서 다양한 연구 개발이나 대처가 진행되고 있습니다.
예를 들면, 태양광을 이용한 식물 공장이나, AI를 활용한 환경 제어 시스템의 개발 등, 에너지 절약화나 효율화를 목표로 한 기술 혁신이 진행되고 있습니다.

그렇다고는 해도 충분히 활용되고 있다고는 말할 수 없습니다. 아직 사람의 손에 의존하고 있는 부분이 큽니다.

식물 공장은, 아직 발전 도상의 기술이라는 것입니다.

식물 공장 비즈니스를 성공시키는 비결

그럼, 식물 공장 비즈니스에서 성공하기 위해서, 무엇을 의식해야 할까.

식물 공장이 가진 가능성을 최대한으로 살리면서, 독자적인 강점을 확립해 나갈 필요가 있습니다.

포인트는 다음과 같은 점.

• 타겟과 니즈를 명확하게: 누구에게, 어떤 야채를 전하고 싶은가? 타겟으로 하는 시장을 명확화하고, 그 니즈에 합치한 야채를 생산하는 것이 중요합니다.
  • 예：인근 레스토랑 (드문 허브나 베이비 리프 등, 부가 가치가 높은 야채), 슈퍼마켓 (품질이 안정된, 일반적인 야채), 건강 지향의 소비자 (기능성 야채나 무농약 야채 등)
• 차별화 전략: 경쟁과의 차이를 명확하게 한다! 식물 공장 비즈니스는, 신규 진입이 잇따르고 있어, 경쟁이 격화되고 있습니다. 그 때문에, 다른 공장과의 차별화가 중요하게 됩니다.
  • 차별화 포인트：품질, 품종, 가격, 서비스, 브랜드 스토리
• 이노베이션을 일으켜라: 항상 진화를 계속한다! 식물 공장은, 기술 혁신이 격렬한 분야입니다. 항상 최신 기술이나 정보를 도입하고, 생산 효율의 향상이나 코스트 삭감에 임하는 것이 중요합니다.
  • 예：자동화・생력화 시스템의 도입, 재생 가능 에너지의 이용, 새로운 품종 개발이나 재배 기술의 연구 개발

즉, 결론으로서, 「단지 야채를 만들어서 팔자」로는 실패합니다.

예를 들면, 이업종으로부터 진입하는 기업은 프로덕트 아웃의 시점인 케이스가 많지만, 마켓 인의 시점을 가지지 않으면 안 됩니다.

야채라고 해도, 「팔리는 것을 만든다」라는 시점이 없으면 팔리지 않습니다.

그리고, 식물 공장은 어느 정도의 규모가 없으면 흑자화는 어렵습니다.
이 점도 비즈니스를 성공시키는 포인트이므로, 자세한 내용은 다음 기사도 보세요.

식물 공장의 현장을 레벨 업시키고 싶다면, 저도 협력하겠습니다

식물 공장 비즈니스는, 성장 시장이라고 주목받고 있습니다.
하지만, 운영면에서 고생하는 장면도 많죠.

「생산성이 오르지 않는다」「야채가 팔리지 않는다」 등,
여러 문제를 안고 있는 식물 공장도 많습니다.

그런 고민을 안고 있는 현장에 대해, 저에게 협력하게 해 주세요.

스탭 교육, 연수, 컨텐츠 제공, 등등.
저는 여러 방법으로 식물 공장을 서포트하고 있습니다.

제가 현장의 최전선에 있었을 때는, 항상 「누군가 상담할 수 있는 사람이 있었으면 좋겠다…」라고 생각했지만,
실제, 좀처럼 그런 사람은 없습니다.

그러한 서비스 자체가, 없기도 하고요.

그런 이유로, 현장의 사람에게 다가선 리얼한 어드바이스는 해 드릴 수 있다고 생각합니다.

잘 활용해 주시면, 경영의 과제를 해결하고, 사업을 더욱 성장시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.