방통대 공무원 시험용 시설원예학 핵심 요점 요약 노트 12. 식물공장

12. 식물공장

*주요용어 ·공조시스템 : 일련의 연결된 구조의 공기순환시스템. 건물이나 연결된 구조의 기능에 맞게 상쾌한 공기질, 균일한 내 부온도 등을 지원하는 시스템. ·PID 제어 : 비례-적분-미분 제어를 일컫는 말로 알고리즘을 사용하여 환경제어를 하는 것. ·다이오드 : 반도체의 기본적인 요소로 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 함. 단자의 한쪽 방향을 애노드(양극), 다른 쪽 방향을 캐소드(음극)라고 부르며, 전류는 애노드에서 캐소드 방향으로만 흐름. 빛을 발하는 다이오드를 발광 다이 오드(LED)라 함. ·냉음극관 : 음극을 가열하지 않고 낮은 온도에서 전자를 방출하도록 만든 진공관. 일반 형광등은 열음극관으로 전극 을 가열하여 열전자를 방출함.

1.식물공장의 개요
·식물공장(plant factory, factory-style plant production system)
-고도의 환경제어, 작업의 자동화, 공장식 계획생산.
·식물공장의 특징
-연속생산, 고속생산, 대량생산, 계획생산.
·식물공장의 기본개념
-고도의 정밀 복합환경제어기술, 생산공정의 규격화, 작물 생산촉진기술, 작물 대량생산기술.
·식물공장의 범위
-작물의 재배와 생산, 식물 대량배양시스템, 폐쇄 인공생태계에서의 식물생산시스템, 우주농업.
·식물공장의 장단점

장점	단점
계획, 연속, 고속, 대량생산. 시간, 공간의 제약을 받지 않는다. 품질의 획기적 향상이 가능하다. 무결점농산물을 생산할 수 있다. 완벽한 자동화와 생력화가 가능하다.	시설비, 운영비가 많이 소요된다. 양액관리에 전문 기술이 필요하다. 작물의 선택이 제한적이다. 에너지 경제면에서 불리하다.

2.식물공장의 분류
·광원에 의한 분류
-자연광 이용형 : 일반온실+작업자동화시스템.
-인공광 이용형 : 완전제어형, 고압나트륨, 형광등, LED.
-자연광+인공광 겸용형.
·재배상에 의한 분류
-평면고정식, 평면이동식, 입체고정식, 입체이동식.


3.식물공장의 이론과 기술
·식물공장에 필요한 기술-공통기술
-시스템 설계 기술 : 공장형태, 공정체계.
-수경재배 기술 : 수경재배 및 재배시스템.
-이동재배 및 밀식재배 기술 : 이동방법 및 밀식형태 설계.
-환경제어 기술 : 환경제어기기, 최적제어 기술.
-자동화 기술 : 파종, 이식, 재배, 수확의 자동화.
·인공광 관련 기술
-광원개발 기술 : 저에너지 고효율 광원 개발.
-조명설계 기술 : 광입사량 최대 조명시스템 개발.
-광질조합 기술 : 품질과 작물생산성 극대화.
-공조설계 기술 : 인공광의 냉방효율 극대화.
·포화형 환경요인과 최적환경요인
-포화형 : 광강도, 이산화탄소, 용존산소농도는 포화조건에서 최대 생산성.
-최적형 : 온도, 습도, 풍속, pH, EC, 액온, 유속, 배양액 성분 등은 최적조건에서 최대 생산성.
·환경요인과 생산성-식물공장의 환경조절요인
-지상부 : CO₂, 습도, 온도, 광
-지하부 : 액온, pH, EC, DO, 무기이온
·광원과 조명시스템
-개발목표 : 총투입 에너지에 대한 총생산량의 극대화.
-개발방향 : PAR 에너지비가 최대인 광원, 광합성효율 극대화 스펙트럼 광원, 광중첩효과 고려한 광조명시스템, 단위에
너지당 최대 광합성 유도 광주기 적용 등.
·조명방법
-간헐조명 : 명기/암기. ex) 16시간 명기/8시간 암기
-연속조명 : 적정 광도.
·광주기와 펄스
-동일 펄스 주기에 대한 펄스폭의 비율(=듀티비)을 변화시키면서 투입 광에너지에 대한 작물의 생육량을 비교하여 가장
적당한 비율을 추구하는 개념.
ex) 듀티비=1.0(연속광), 전체적인 작물생육량은 증가하지만 투입 광에너지가 많음.
듀티비=0.5, 연속광에 비하여 작물생육량은 약간 감소하지만 투입에너지는 0.5배.
→1일 16시간/8시간 비율에서 펄스폭 200μs, 펄스주기 400μs, 듀티비 0.5에서 효율 높은 것으로 알려짐.
·광합성에 적합한 광파장
-시감도 : 가시광선이 주는 밝기의 감각이 파장에 따라 달라지는 정도(555nm에서 최대 시감도).
-비시감도(relative eye sensitivity) : 최대시감도에 대한 시감도의 비율을 기준으로 한 것.
-식물의 경우는 380~710nm의 광합성 유효복사(PAR)파장에서 광합성에 민감하다.
·식물공장의 주요 광원
-형광등 : 대부분 청색광(조합 필요).
-냉음극관(출력 약, 가격 비쌈)
-고압수은등 : 원적외선 적음(조합 필요).
-크세논등 : 가시광선대에서 태양스펙트럼과 유사, 태양광 PAR보다 상대광도가 크다(특수연구용).
-고압나트륨등 : 적색광 부분이 많지만 가장 경제성이 뛰어나고 효율이 높다.
-메탈할라이드등
-발광다이오드(LED)
→다단식 재배형태에서는 형광등이나 LED가 광원으로 적합하다.
·생리장해 문제
-엽소현상(tip burn)
-원인 : 칼슘부족.
-기작 : 생장점 부근의 어린 세포에서 팽압이 세포벽의 저항력보다 커질 때.
·생산공정의 자동화
-환경제어부분 : 지상부 환경, 지하부 환경.
-생산공정부분 : 파종, 정식, 스페이싱, 수확.
-스페이싱 : 육묘기에서 생육기로 이동함에 따라 주간을 넓히는 방법.
특히 인공조명을 사용할 경우는 투여 에너지 당 재배면적을 최대로 할 필요가 있다.
또한 이동식 재배방법 및 입체식 재배방법을 사용하면 재배효율의 극대화를 꾀할 수 있지만,
제어방법의 복잡성 및 설치비용 등을 고려해야 한다.


4.식물공장의 과제와 금후 전망
·과제
-생산성 향상, 경제성 향상, 작업 자동화, 적합품종 개발, 저에너지 고효율 광원, 광합성효율 증대, 최적 광환경제어수단.
·금후전망
-인공광 이용형 완전밀폐형으로.
-엽채류에서 근채류, 과채류, 화훼류로.
-무결점농산물 생산수단으로.
-농업분야의 성장동력으로.
-미래지향적 첨단농업으로.
-우주농업으로 발전해 나갈 것임.