식물공장 기초 및 개요

식물공장이란 「태양을 전기로 되사는」 시설

진입이나 투자를 검토할 때, 가장 먼저 눈에 들어오는 것은 대개 숫자입니다. 「적자율이 몇 퍼센트」, 「투자액이 수십억」 — 뉴스에서 본 숫자 하나를 자기 사업에 그대로 갖다 붙여버립니다. 하지만 그 숫자는, 무엇의 평균일까요. 식물공장이란, 바깥의 태양과 기후를 전기로 되사서 생물을 키우는 시설입니다. 「어디까지 전기로 대체하는가」와 「무엇을 키우는가」의 조합에 따라, 같은 이름을 달고 있어도 수익성도 리스크도 전혀 달라집니다.

「공장」이라는 말이 불러오는 오해

채소가 늘어선 선반, LED 불빛, 흰 작업복을 입은 사람들. 「식물공장」이라는 말을 요즘 이곳저곳에서 봅니다. 「공장」이라고 하면 대부분의 사람은 그 생산 라인을 떠올립니다. 버튼을 누르면 규격품이 계속 저렴하게 나옵니다. 멈춰도 다시 가동할 수 있습니다. 설비만 갖추면 무엇이든 만들 수 있습니다. 기계 공장이 심어준 직관입니다.

하지만 그 직관 그대로 식물공장을 보면, 아마 잘못 읽게 됩니다. 같은 「식물공장」이라는 한 단어로 불리고 있어도, 안의 내용은 아예 다른 생물이라고 해도 될 만큼 다르기 때문입니다. LED로 완전히 닫힌 실내 시설과, 비닐하우스처럼 태양광을 이용하면서 내부 환경을 제어하는 시설. 같은 이름으로 불러도 되는지 망설여질 만큼, 별개의 것이 나란히 있습니다.

여기서 하고 싶은 것은, 「공장」이라는 말을 일단 내려놓고, 그 안에서 실제로 무슨 일이 벌어지고 있는지를 하나의 시각으로 보여드리는 것입니다. 결론을 먼저 말하겠습니다. 식물공장은 「규격품이 저렴하게 나오는 공장」이 아니라, 바깥의 태양과 기후를 전기로 되사서 생물을 키우는 시설이며, 유형(빛을 어디서 가져오는가)과 작물에 따라 완전히 다른 것이 됩니다. 출발점으로 삼으면, 왜 재배 가능한 작물이 편중되는지, 왜 수익성이 빡빡한지, 왜 한데 묶어 말할 수 없는지가, 하나의 논리로 연결되어 보이기 시작합니다.

광원으로 나뉘는 두 가지 유형

별개라고 했지만, 가장 핵심적인 경계선은 하나입니다. 태양을 사용하는가, 전기로 빛까지 전부 만드는가.

태양광을 이용하는 유형, 이른바 태양광 이용형은 하우스의 연장이라고 생각하면 됩니다. 지붕으로 빛이 무료로 들어옵니다. 그렇다면 무엇을 공장답게 하는가 하면, 온도와 습도, CO2, 관수, 그런 것들을 측정하고 제어합니다. 빛 이외를 정돈하는 시설이라고 할 수 있습니다.

반면 완전 인공광형, 완전 LED 유형은 창문 없는 방에서 태양을 아예 통째로 버립니다. 그러고 나서, 본래 무료였던 빛을 전기로 되사서 직접 만들어냅니다. 그러니 「굳이 비싼 전기를 쓰는」 것이 아니라, 「바깥 날씨를 통째로 방 안에 재현하기 위한 전기료」입니다. 빛뿐만 아니라, 공조도 습도도 전부 전기입니다. 외기와 차단하는 대가입니다.

이 「전기로 되산다」는 시각이 가장 강하게 적용되는 것은 완전 인공광형입니다. 태양광 이용형은 빛을 무료로 쓸 수 있는 만큼, 되사는 것은 빛 이외 — 온도와 습도, CO2 제어 — 라고 생각하면 됩니다.

그리고 이 「바깥 날씨를 방 안에 재현하는 전기료」는, 자릿수 차원에서 뚜렷하게 드러납니다. 여러 시설의 에너지 소비를 정리한 분석에 따르면, 인공광형의 에너지 소비는 수확물 1kg당 중앙값으로 약 78MJ, 태양광을 이용하는 온실은 27MJ, 노지는 그 둘보다 훨씬 적습니다. (참고: 1, 2) 잎상추 1kg으로 봐도, 실내 수경재배는 1차 에너지로 160MJ 전후, 노지는 11MJ 미만이라는 추정이 있습니다. (참고: 1, 2) 「무료인 태양 대신 전기로 빛을 대체한다」는 것은, 감각적으로 비쌀 것 같다는 수준에서 끝나는 이야기가 아닙니다. 자릿수가 한두 단계나 뛰는 이야기입니다.

다만, 이 무게가 얼마나 영향을 미치는지는 유형과 규모에 따라 달라집니다. 대형 시설의 시산에서는 전력이 큰 비중을 차지하지만, 소규모로 높은 가격에 팔 수 있고 가까운 곳에 판로가 있는 경우에는 오히려 인건비나 포장비가 더 앞에 나오고, 전기료는 비용의 일부에 불과한 경우도 있습니다. 공통적인 것은 「바깥 자연을 인공으로 대신 마련하는 비용이 반드시 어딘가에 든다」는 특성이며, 그것이 항상 전기료의 형태로 나타나는 것은 아닙니다.

왜 재배 가능한 작물이 엽채류에 편중되는가

잎상추, 시금치, 베이비 리프. 식물공장 얘기에서 자주 들리는 것은 대개 엽채류입니다. 그 전기료를 생각하면, 이유가 보입니다. 엽채류는 강한 빛을 그다지 필요로 하지 않고, 키가 낮아 선반에 여러 단으로 쌓을 수 있습니다. 재배 기간도 짧습니다. 그래서 전기로 빛을 만드는 비용에 간신히 맞아떨어집니다. 이 방향은 여러 개론서·입문 자료에서도 같은 취지로 지적되고 있습니다. (참고: 4)

밀폐형 인공광 시설은 조명과 공조의 운영비가 높고, 수익을 내려면 고부가가치 작물이 필요하다 — 바로 이런 구조입니다. (참고: 4) 상업적으로 재배할 수 있는 것은, 현재로서는 주로 키가 작은 엽채류에 한정된다고 합니다. (참고: 5)

반면 열매를 맺는 작물은 어떨까요. 필요한 빛의 양도 전기료도, 자릿수가 달라집니다. 토마토는 열매를 맺으려면 엄청난 빛이 필요합니다. (참고: 5) 게다가 키가 커지는 작물은 줄기가 자람에 따라 아래 잎에 닿는 빛이 점점 약해지고, 광 이용 효율이 떨어집니다. 그래서 인공광형에서 상업적으로 재배할 수 있는 것은 소형 식물에 한정된다고 지적됩니다. (참고: 5) 과채류처럼 열매를 맺는 작물은, 애초에 몸의 형태가 수직으로 쌓는 재배에 맞지 않는다는 지적도 있습니다. (참고: 3) 다만 이것은 현재 품종과 가격 기준의 이야기입니다. 소형화나 저광도 내성, 짧은 생육 사이클 같은 육종이 진전되면, 재배 가능한 범위는 달라질 수 있습니다. 지금의 수익성이 영영 바뀌지 않는 숙명은 아니라는 뜻입니다.

주식 작물로 가면, 더욱 극단적입니다. 예를 들어 대두를 완전 인공광으로 재배하면, 노지의 1,000~2,000배의 에너지가 필요하다고 추정됩니다. (참고: 1) 쌀이나 밀도, 현재 품종과 전력 가격으로는 완전 LED 방식으로는 전기료만으로도 수익을 기대할 수 없다고 여러 분석이 지적합니다. (참고: 6, 7)

여기가 바로, 「공장」이라는 말이 우리를 속이는 지점입니다. 보통의 공장은 설비를 들일수록 만들 수 있는 것이 늘어나고, 양도 종류도 넓어집니다. 식물공장의 완전 인공광은 반대입니다. 빛을 전기로 되사는 제약이 있는 만큼, 오히려 만들 수 있는 것이 바짝 좁아집니다. 그리고, 멈춰도 다시 가동할 수 있는 기계 라인과도 다릅니다. 제가 봐온 인공광형 엽채류 현장의 감각으로 말하자면, 안에서 자라는 것은 생물이므로, 수요가 떨어졌다고 라인처럼 일시 정지했다가 같은 곳에서 다시 가동할 수는 없습니다. 한 번 뿌린 씨는, 팔리든 팔리지 않든, 그 생육 속도로 자랍니다. 무엇이든 저렴하게 대량생산하는 장치가 아니라, 한정된 작물을 날씨와 무관하게 안정적으로 출하하기 위한 장치입니다. 그래서 같은 「공장」이어도, 물량을 늘리는 공장이 아니라, 편차를 없애는 공장입니다.

자신이 하고 싶은 작물이 수익이 맞는지 아닌지를 먼저 확인해두면, 이후 유형과 비용 이야기가 훨씬 자기 일처럼 와닿습니다.

또 하나의 경계선은 누가 환경을 결정하는가

비닐하우스에 온도계를 달고, 더워지면 손으로 창문을 엽니다. 거기서부터, 센서로 측정해서 자동으로 천창이 열리고, CO2를 보충하고, 양액 농도가 스스로 조정되는 것까지. 사실, 여기에 처음과는 다른 경계선이 있습니다.

태양광 이용형 쪽은, 일반 농업과의 경계가 희미하다기보다 이어져 있습니다. 손으로 창문을 여닫는 것부터 완전 자동까지, 전부 하나로 이어진 연속선이며, 어딘가에 「여기서부터 공장」이라는 선이 그어져 있는 것이 아닙니다.

굳이 선을 긋는다면, 「환경을 수치로 측정해서, 그 수치를 향해 기계가 판단하고 움직이고 있는가」로 봅니다. 사람이 하늘을 보고 감으로 창문을 여는 동안은 하우스, 사람이 없어도 설정값을 향해 환경이 계속 제어되면 공장 쪽에 가깝다 — 이런 그라데이션이 됩니다.

그러니 이것은, 처음에 「태양을 이용하는가 버리는가」로 나눈 선과는 다른 축입니다. 처음 선은 빛을 어디서 가져오는가의 이야기, 지금의 선은 누가 환경을 결정하는가의 이야기. 식물공장을 볼 때는, 이 두 가지 축이 각각 따로 작용한다고 생각해두는 것이 좋습니다.

업계의 숫자 하나를 자신의 사업에 대입하지 말 것

식물공장 뉴스에서 「사업자의 절반 정도가 적자」라는 이야기를 본 적이 있지 않나요. 아니면 반대로, 성공 사례의 초기 투자액을 그대로 자신의 시산에 옮겨 적고 싶었던 경험은. 그런 숫자 하나를 그대로 자신의 이야기에 써도 되는 것일까요. 「유형에 따라서도, 작물에 따라서도 전혀 다르다」는 시각을 갖게 되면, 그 숫자를 다루는 방식이 달라집니다.

결론부터 말하면, 옮겨 적어서는 안 되는 숫자입니다. 오히려 가장 위험한 사용 방법입니다. 「절반이 적자」도 「성공 사례의 초기 투자 얼마」도, 지금까지의 이야기로 말하면, 유형도 작물도 다른 것을 한 줄로 늘어놓고 평균을 낸 것에 지나지 않습니다. 완전 인공광형 잎상추와, 태양광 이용형 토마토와, 반쯤 취미 수준의 작은 시설을, 전부 한꺼번에 「식물공장」으로 계산한 적자율입니다. 자신이 하려는 유형과 작물 조합에 그 평균이 들어맞는다는 보장은 어디에도 없습니다.

실제로 섞어서 낸 숫자는 꽤 흔들립니다. 일본의 대규모 시설원예·식물공장 조사에서는, 적자 사업자가 49%라는 보고가 있는가 하면, 500억 엔 규모의 보조금이 투입된 이후에도 2017년 시점에서 75%가 적자였다는 보고도 있습니다. (참고: 8, 9) 이 숫자는 자신의 사업에 대입하기 위해서가 아니라, 모집단에서 이만큼 흔들린다는 것 자체를 보기 위해 제시하는 것입니다.

그런데, 모집단을 유형으로 나눠 보면, 흔들림과는 별개로 뚜렷한 차이가 나타납니다. 2025년도(레이와 7년도) 대규모 시설원예·식물공장 실태 조사에서는, 가장 최근 결산이 흑자이거나 수지 균형인 비율이 태양광형·병용형은 둘 다 70% 이상인 반면, 완전 인공광형은 약 50%에 그칩니다. 앞서 말한 「49%」, 「75%」는 유형도 작물도 섞인 숫자라서 보고마다 크게 흔들리지만, 유형으로 나눠 다시 보면 「인공광형은 대략 반반, 태양광형·병용형은 70% 전후」라는 차이는 연도나 모집단이 달라져도 남습니다. 섞으면 흔들리고, 나누면 차이가 견고하게 보입니다. 「유형별로 다르다」는 것은 감각의 문제가 아니라, 국내 1차 조사에서도 나타나는 차이입니다.

성공 사례의 초기 투자액을 옮겨 적는 것은 더 위험합니다. 그것은 그 사람의 작물, 그 지역의 전기료, 그 규모, 그 판로, 모든 것이 세트로 겨우 성립한 하나의 숫자입니다. 설비 가격만 옮겨 적어도 따라오지 않는 것이 있습니다. 앞서 말한, 그 없앤 편차 — 즉 「날씨와 무관하게 안정적으로 출하한다」는 가치가, 그 사람의 판로에서 얼마에 팔렸는가. 거기가 빠지면, 같은 설비를 지어도 수지가 맞지 않습니다.

에너지의 무게도 마찬가지입니다. 시설 유형·작물·지역에 따라 한 자릿수 이상 차이가 나고, 업계 전체로서 뚜렷하게 내려가는 추세도 아직 보이지 않는다고 분석됩니다. (참고: 1)

여기서 한 가지 주의하고 싶은 것은, 「에너지의 무게」에는 서로 다른 두 가지가 섞여 있다는 점입니다. 하나는 환경 부담(CO2 배출 등)으로, 이것은 전력원이나 폐열 활용 방식에 따라 한 자릿수 이상 달라지기 때문에, 「식물공장은 환경에 좋다」고도 「나쁘다」고도 한데 묶어 말할 수 없습니다. (참고: 1, 10) 또 하나는 수확물 1kg당 필요한 소비 에너지의 양 자체입니다. 이 소비 에너지의 양은 전력원을 재생에너지로 바꿔도 줄어들지 않습니다. 환경 부담은 낮출 수 있어도, 전기료의 무게 자체가 사라지는 것은 아닙니다.

그러니, 숫자 하나를 봤을 때 먼저 확인하고 싶은 것은 네 가지입니다. 이것은 태양광형인가, 완전 인공광형인가. 작물은 무엇인가. 그 전기료는 어디 지역 이야기인가. 누구에게 얼마에 팔았는가. 이것이 갖춰지지 않은 숫자는, 참고는 될 수 있어도 자신의 시산의 근거로는 쓸 수 없습니다. 반대로 말하면, 다른 사람의 숫자도 쓸모가 없는 것은 아닙니다. 자릿수 감각을 잡거나, 자신이 다음에 확인해야 할 물음을 세우는 데는 충분히 도움이 됩니다. 평균 적자율도, 성공자의 투자액도, 답으로서가 아니라 물음을 세우기 위한 재료로 보면 낭비가 되지 않습니다.

적자율 「절반」이라는 숫자가 구체적으로 무엇으로 이루어져 있는지, 그 내용을 분해한 이야기로 넘어가면, 자신의 유형·작물에서는 어느 정도 위치인지가 보이기 시작합니다.

무엇부터 확인하면 빗나가지 않는가

이제부터 「식물공장이 어떤 건지」 알아보려 할 때, 유형부터 결정하려 하면 대개 헤매게 됩니다. 추천은 반대입니다. 일단 유형을 나중으로 미루고, 먼저 「나는 어떤 편차를 없애고 싶은가」부터 시작하는 것입니다.

첫 번째는 출구부터 정하는 것입니다. 누구에게, 무엇을, 왜 그 가격에 사줄 수 있는가. 연간 내내 끊이지 않고 납품할 수 있다는 것 자체에 돈을 지불하는 판로가, 자신의 손이 닿는 범위에 있는가. 여기가 없으면, 무엇을 지어도 돌아가지 않습니다.

두 번째는 그 판로가 원하는 작물을 놓는 것입니다. 출구가 정해지면, 작물은 거의 연동되어 결정됩니다. 그리고 작물이 정해지면, 필요한 빛의 세기도, 키의 높이도, 자라는 기간도 결정됩니다.

세 번째에서야 비로소 유형이 나옵니다. 오히려, 여기까지 오면 유형은 자신이 선택하는 것이 아니라, 작물 쪽에서 좁혀집니다. 엽채류로 빛을 그다지 필요로 하지 않는다면 완전 인공광형도 선택지에 들어오고, 열매를 맺는 작물로 강한 빛이 필요하다면 태양광 이용형밖에 없다는 식입니다. 여기서 결정되는 유형에는, 앞서 말한 두 가지 축 — 빛을 어디서 가져오는가, 환경을 어디까지 기계에 맡기는가 — 이 모두 포함됩니다. 유형은 출발점이 아닙니다.

네 번째에서 처음으로 다른 사람의 숫자를 읽으러 갑니다. 앞서 말한 네 가지 세트, 유형·작물·전기료 지역·판로가 자신과 맞는 사례만 골라서 읽습니다. 순서가 반대가 되어, 먼저 「LED 잎상추 선반」 같은 그림부터 들어가버리면, 출구 없이 설비 그림만 손에 남습니다. 출구, 작물, 유형, 그 다음에 숫자. 이 순서만 무너뜨리지 않으면 크게 빗나가지 않습니다. 다만, 이것은 「설비 그림부터 들어가지 않는다」는 우선순위 이야기이며, 현실에서는 수중의 자금·토지·입지라는 제약도 동시에 작용합니다. 자금 검토를 나중으로 미뤄도 된다는 뜻이 아닙니다.

여기까지로, 「식물공장」이라는 하나의 단어 아래에, 빛을 어디서 가져오는가, 누가 환경을 결정하는가, 무엇을 키우는가에 따라, 전혀 다른 시설이 나란히 있다는 것이 보였을 것입니다. 「공장」이라고 들으면 떠오르는, 무엇이든 저렴하게 대량생산하는 장치가 아니라, 바깥 날씨를 전기와 설비로 되사서, 한정된 작물의 편차를 없애는 시설. 여기서 출발하면, 작물이 편중되는 이유도, 수익성이 빡빡한 이유도, 숫자 하나를 믿을 수 없는 이유도, 같은 하나의 논리로 연결됩니다.

이후는, 자신의 관심이 어느 유형이 수익에 맞는가인지, 어느 작물이 수익이 나는가인지, 왜 적자가 많다고 하는가의 내용인지, 아니면 현장에서 수익이 어떻게 결정되는가인지에 따라 그 다음 이야기로 나아갈 수 있습니다.

마지막으로 한 가지만. 여기서 다룬 현장의 감각은 인공광형에서 엽채류를 키우는 범위의 이야기가 중심입니다. 태양광 이용형이나, 과채류·해외의 대규모 사례에 대해서는, 여기서 한데 묶어 말할 수 있을 만큼 내용이 균일하지 않습니다. 그러니 이 글은 답을 내는 곳이 아니라, 「내가 신경 쓰는 것은 어느 유형·어느 작물·어느 논점(수익인지, 작물인지, 현장인지)인가」를 분리해서, 그 다음으로 나아가기 위한 입구입니다.