실내 농업의 환경적 문제를 어떻게 극복합니까?

May 11, 2024

Purdue University에서 어린잎으로 재배되는 상추는 씨앗을 심은 후 15일 후에 수확됩니다. 씨앗은 식물 사이의 광자 손실을 최소화하기 위해 서로 가깝게 뿌려집니다.사진 제공: 퍼듀 대학교 캐리 미첼(Cary Mitchell)

일부 사람들은 실내 농장 재배자가 직면한 환경적 문제가 상대적으로 사소하고 폐쇄된 환경에서 극복하기 쉬워야 한다고 생각할 수도 있지만, 이는 착각입니다.

CEAC(Controlled Environment Agriculture Center) 소장인 Murat Kacira는 "실내 농장이 직면한 문제와 병목 현상에는 불균일한 환경으로 이어지는 불충분한 공기 흐름, 낭비적인 조명, 캐노피에 빛이 전달되는 방식 등이 포함됩니다."라고 말했습니다. 애리조나 대학교 OptimIA 프로젝트 연구팀의 일원입니다. "이러한 과제 외에도 공중 환경의 습도 및 물 관리뿐만 아니라 실내 농작물에 대한 최고의 조명 품질, 조명 강도 및 조명 레시피를 식별하는 것과 관련된 문제도 있습니다."

2019년 OptimIA 프로젝트 시작에 앞서, 재배자를 포함한 실내농업 관련 이해관계자를 대상으로 설문조사를 실시하여 가장 연구가 필요한 분야가 무엇인지 파악했습니다.

“실내 농장은 닫힌 상자입니다.”라고 Kacira는 말했습니다. “무엇이 들어가고 무엇이 나오는지는 알지만, 생산 기대치를 충족시키기 위해 작물을 재배하기 위해 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 및 기타 모든 과정을 제어하는 ​​것을 포함하여 해당 환경을 제어하려면 자원이 필요합니다.

“실내 농장은 온실 환경보다 더 엄격한 통제를 제공합니다. 예를 들어 빛의 강도, 온도, 공기 중 물의 재순환과 같은 실외 역학에서는 동일한 효과가 없습니다. 공기 중에서 물을 수확하는 것은 온실 시스템에 비해 실내 농장 시스템에서 더 쉽습니다. 온실에 비해 실내 농장의 경우 제어 가능성이 더 높으며 물론 그러한 제어를 달성하기 위해 자원 사용에 대한 추가 비용이 발생합니다.”

Kacira와 그의 대학원생인 애리조나 대학교 KC Shasteen 및 Christopher Kaufmann 팀은 OptimIA 프로젝트의 환경 제어 측면에 중요한 기여를 했습니다.

"우리는 또한 빛을 고려하고 있습니다. 왜냐하면 빛은 식물에 에너지를 가져오고 그 에너지는 냉각과 적절한 증산 및 뿌리에서의 영양분 배치를 위해 방출되어야 하기 때문입니다"라고 Kacira는 말했습니다.

Kacira 팀은 공기 흐름을 개선하고 에너지 절약을 위한 환경 변수의 공동 최적화를 식별하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. 컴퓨터 시뮬레이션 연구 결과를 바탕으로 Kaufmann은 CEAC의 수직 농장 시설에서 상추 작물의 끝부분 연소를 완화하기 위한 수직 및 수평 공기 흐름 시스템 설계를 평가하는 실험을 수행하고 있습니다. Shasteen과 Kacira는 빛, 온도, 상대 습도, 이산화탄소 수준을 포함한 변수를 공동 최적화하여 모델링하는 작업을 진행했습니다.

Kacira는 "우리는 생산량 결과를 정량화하고 이러한 환경 제어 전략에 대한 에너지 사용을 결정할 수 있었습니다."라고 말했습니다. “이러한 모델과 우리가 이 연구에서 생성한 결과 및 정보는 경제팀의 OptimIA 동료들이 사용합니다. 그들은 실내 농장 응용 프로그램 및 실내 농장 시스템에 대한 수익성 및 경제성의 다양한 시나리오에 대한 경제 모델을 개발하고 있습니다.

“우리는 주로 에너지 절약을 위해 공기 흐름 시스템 설계 및 최적화, 습도 관리 및 환경 변수의 공동 최적화에 중점을 두고 있습니다. 우리의 협력에는 환경 제어 측면의 습도 관리 측면에서 Dr. Greenhouse의 Nadia Sabeh도 포함되었습니다.”

공기 흐름 시스템 설계, 개념 및 권장 사항과 관련된 애리조나 대학교 팀의 연구 결과 중 일부는 상업 운영의 실제 성장 환경에 통합되었습니다.

Kacira는 "우리는 협력을 통해 연구 결과 중 일부를 상업용 현장 시험에 통합할 수 있습니다"라고 말했습니다. “우리는 OptimIA 프로젝트의 일환으로 20명이 넘는 업계 협력자를 보유하고 있습니다. 일부 협력자들은 공기 흐름 시스템 설계, 환경 제어 및 이러한 변수의 공동 최적화를 작업에 구현하는 데 관심을 보였습니다. 또한 OptimIA 프로젝트가 종료되기 전에 이를 직접 구현하고 상업적 환경에서 일부 연구 결과를 평가할 수 있는 기회도 갖게 될 것입니다.”