스마트 양식 산업에 대하여
스마트 양식 산업에 대하여
■ 양식어업의 중요성 세계 인구는 1800년 10억 명에서 1959년 30억 명을 돌파했으며, 2019년에는 77억 명으로 매우 빠른 속도로 증가하고 있다. 유엔(UN)에 따르면 세계 인구는 2017년 75억 명이었던 세계 인구가 2050년에는 97억 명에 달할 것으로 예측하였다.
또한, 세계경제포럼(World Economic Forum)에서도 다가오는 인류의 10대 미래 불안 요소 중에서 글로벌 식량 위기를
1위로, 수산자원 감소를 5위로 예상하였다. 이와 같은 급격한 인구 증가는 생존을 위한 안정적인 단백질 공급원 확보를 요구하고 있으며, 현재 수산업은 인류에게 동물성 단백질의 15%를 공급하고 있어 식량 산업에 있어 그 중요성이 매우 높다. 그러나 양식 산업을 포함한 우리나라 수산업은 대내적으로 어업인구 감소와 고령화로 인한 노동력 부족, 기후
변화 및 수산자원 감소에 따른 어업생산량 감소, 고비용·저효율 구조에 따른 경영악화가 심화되고 있다.
대외적으로는 WTO/FTA 등 시장개방 가속화, 국가 간 수산물 교역에서의 위생조건 강화, 수산관련 국제 규제 강화,
각국의 수산자원 자국화 강화, 중국 등 신흥 수산강국들의 수산분야 대규모 투자를 통한 진출 확대, 노르웨이 등 선진수산 국가들과의 기술격차 확대 등에 따라 어려움에 처해있다.
한편 세계 1인당 수산물 소비량에서는 주요국 중 대한민국이 1위를 차지하는 등 국내 수산물 소비량은 세계적인 수준인 것으로 나타났다.
또한, 최근 웰빙문화 확산, 건강식품 선호 등으로 전 세계적으로 수산물의 소비량이 늘어날 것 으로 판단되며, 수요 증가에 따라 앞으로 수산물을 보다 안정적으로 공급하기 위해서는 미래 식량산업으로서의 양식어업의 기술 발전 필요성이 높아지고 있다.
■ 스마트양식 정의
스마트양식이란 양식수산물의 효율적․친환경적 생산을 위한 최적 생육 알고리즘 구축과 양식수 산물의 생산-가공-판매에 있어 최적 의사 결정을 위해 사물 인터넷(IoT, Internet of Things), 빅데이터, 인공지능(AI, Artificial Intelligence) 등 4차 산업혁명 기술을 활용하여 양식 산업 시스템을 자동화․지능화한 기술이다.
기존의 양식 기술은 개인의 경험에 의존한 전통적 양식기술에 종자, 사료, 시설의 과잉 투입 및 수산질병의 발생 증가에 따른 높은 폐사율, 항생제 사용 증가에 따른 식품안전상의 문제, 양식 장 배출수에 따른 환경오염 문제 등이 빈번하게
발생하는 악순환을 유발하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 지금까지 축적된 양식기술을 디지털화하고, 인공지능을 융합하여 정확한 데이터에 기반해 건강하고 빠르게 성장시킬 수 있도록 종자와 사료, 백신, 기자재 등을 최적으로 제어하는 스마트양식으로의 혁신이 필요하다.
기존 양식이 노동집약적 산업이라면, 스마트양식은 기술과 자본집약적 지식산업으로 볼 수 있다. 이와 같은 스마트 양식기술은 양식생산량 증대뿐만 아니라, 기존 양식 산업이 가지고 있던 환경 문제, 자연재해 취약성, 항생제 과다 투입에
따른 수산 식품 안전성 문제 등을 개선할 수 있는 기술로서, 환경 친화적이고 지속가능한 양식 산업으로의 전환을 가능하게 한다.
■ 스마트양식 구성요소 및 기술의 분류
스마트양식은 온도, 산소 용존도, 탁도 등 다수의 센서가 측정하는 정보를 기반으로 수질 환경 과 생장 이력을 수집, 관리하고 데이터의 분석과 학습을 통한 통합관리 및 프로세스 구조화를 통해 최적의 생산효율을 얻을 수 있는 일련의 정보통신기기들로 구성되어 있다. 최근에는 양식 장 내부 생장 데이터 외에 외부의 기상·해양 환경변화 데이터나 유통, 시세 등 경영과 관련한 데이터를 연계하고 있다.
스마트양식은 스마트양식 솔루션 개발, 양식생산 자동화, 양식 사육수 처리 분야 등에서 점차적 으로 발전하고 있으며, 세계 양식 시장의 확대로 인해 양식 생산 기술과 ICT 기술과의 융합이 가속화 될 전망이다.
■ 사육환경관리와 자동제어 기술
사육환경을 실시간으로 측정하고 설정값을 기준으로 자동으로 제어하는 기술은 스마트양식 기술 을 구현하기 위한 주요 핵심기술 중의 하나로, 현재 사업성이 가장 큰 부분이며 가장 큰 부가가치를 창출할 수 있다. 주요 품목은 사육환경 센서, 히트펌프, 양식 솔루션 등이 있으며, 해당 품 목은 기업별로 특화되어 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 중 양식 솔루션 개발 분야는 양식 생육 환경을 측정하고 양식어 생육에 적정한 환경을 결정 한 후 이를 자동제어시스템을 통해 조성하는 것을 말하는데, 생육 환경 측정과 데이터 관리는 국내에서는 글로비트 社와 비디 社등이 개발한 국내형 시스템과 해외의 경우 Aqua-Manager 社의 양식관리 시스템이 대표적이다. 글로비트 社의‘스마트 피쉬팜’은 주요 양식 환경 변수인 수온, 용존산소량(DO), pH, 염분 등을 측정하여 실시간 정보를 제공하는 시스템이다.
■ 양식생물의 생물생장관리기술
생물생장관리 기술에는 생산 자동화, 대상품종별 최적 양성관리, 맞춤형 사료 및 백 신 개발 등의 기술이 있다. 생산 자동화 기술에는 사료 자동 급이 장치, 개체 수 및 크기 측정 장치 등이 있으며, 이 중 사료 자동 공급 기술은 양식생물의
성장단계별 사료공급량과 공급 횟 수에 맞게 사료를 정량 공급하는 기술로, 최근에는 수조 상단에 설치된 영상 카메라에서 수집된 어류의 사료 섭취 행동을 관찰한 영상 데이터를 활용하여 공급량을 자동으로 제어하는 기술이 개발되었다.
해당기술은 적정한 사료를 자동으로 공급할 수 있어 어류의 소화율 향상과 사료 과 잉공급에 따른 사육환경의 오염을 최소화할 수 있다.
대상품종별 최적 양성관리
대상 품종별 최적 양식관리 기술은 양식생물의 생리·생태학적 특성 분석과정을 통해 최적의 양성관리 조건과 방법을
구명하는 기술을 말한다.
해당 기술은 스마트양식 기술 구현에 가장 기초 가 되는 기술로서 양식생물의 성장단계별 사육환경 및 사료 공급량 등의 최적 양성조건을 자동 화된 양식시스템에 적용할 수 있다. 특히, 대상품종별 최적의 양성조건 구명은 지속적인 양성과
종자생산으로 인해서 양식생산성이 감소할 수 있으므로 지속적으로 이루어져야 한다.
또한, 이 기술은 축적된 유전체정보와 생육정보를 융합하여 우수형질(phenotype)과 유전자형 (genotype)간의 상관관계를 구명한 형질예측 시뮬레이션을 도출하여 기존 선발육종에 소요되던 생물학적 발생·성장기간을 단기간에 압축 가능한 특징이 있으며, 최신 생명공학기술을 활용하 여 우수종자의 형질발현을 탐색·검증하고 목적형질발현을 극대화함으로써 우수종자를 생산할 수 있다.
이 기술은 지속적으로 종자 클리닉을 진행해야하며, 개발된 종자데이터의 해외유출 방 지를 위한 품종보호권 획득 등의 기술적·제도적 장치가 마련되어야 한다.
맞춤형 사료 및 백신 개발
친환경적이고 안전한 양식수산물의 중요성이 커짐에 따라 사료기술, 전염병 예방을 위한 백신 및 의약품 개발 등의 양식관련 기반기술이 필수적이다. 이 기술은 품종별 식이습성에 특화된 전 용 배합사료를 개발하여 사료효율을 극대화하고, 식물성·곤충 원료 등으로 어분 사용을 대체하 는 등 양식품종 맞춤형 사료를 개발하는 기술이며, 어류의 성장을 촉진하고 사육기간 단축 및 사료 소비 절감 효율을 극대화하기 위해 지능화된 자동먹이공급 시스템을 연계 활용하여 최적의 배합사료를 투입할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 빅데이터 기반의 딥러닝으로 수산질병 예측모델과 최적주기 백신접종 프로그램을 통해 양 식현장에서 쉽게 응용할 수 있는 디지털 에코시스템을 구축하여 전주기 예방 양식관리 솔루션을 확보하고, 고효율 다가백신(경구, 주사)의 개발, 양식어류 성장단계별 예방 접종 항목과 투여시 기, 투여방법 등의 과정에 대한 백신 프로그램 개발 등을 통해 동시에 항생제 오남용 저감 효과 가 있어 수산식품의 안전성을 확보할 수 있다.
■ 양식 사육 수처리 기술
양식생산에서 양식수는 어류가 생활하는 환경이며 이를 어떻게 관리하느냐에 따라 양식 생산의 성공이 판가름난다. 유럽에서는 일찍이 음용수 및 양식 사육 수처리 기술 개발에 많은 노력을 기울여 왔다. 특히 양식 사육수 처리와 가장 밀접한 관련이 있는 기술인 순환 여과 양식시스템 (RAS, Recirculation Aquaculture System)은 ICT 기술 융합에 의한 생산 자동화 등이 요구 되는 부분인데, 순환 여과 양식시스템이란 어류 양식의 새로운 방법으로 양식에 사용한 물을 외 부로 버리지 않고, 일정한 정수 과정을 거쳐서 어류에게 적합한 수질환경을 재조성하여 다시 이 용하는 양식 기술이다. 이 기술은 담수뿐만 아니라 해수로도 순환 여과가 가능하여 내륙에서도 해수 어종의 양식이 가능한 특징이 있다.
순환 여과 양식시스템의 기본적인 단위 공정은 ① 양식수조, ② 물리적 여과시스템, ③ 생물학적 여과시스템, ④ 살균시스템, ⑤ 수질조정시스템, ⑥ 산소 공급 시스템의 기본 구조로 구성되며, 지속적인 필터링을 통해 오염원을 제거하고 안전하며, 깨끗한 수질을 유지하므로 어류에게 건강 한 환경을 제공할 수 있다. 이러한 재순환 시스템을 통해 과도한 물 사용과 처리되지 않은 물과 관련된 오염 위험으로 인해 환경적인 문제를 유발시키는 기존의 지수식, 유수식 양식과는 달리 물을 탱크로 다시 재활용하므로 환경적인 문제를 해결할 수 있다. 그러나 기존 순환 여과 양식 시스템 시설의 경우 수질 측정, 환경 변수 설정, 제어 등이 인력에 의한 운영이 대부분이며 특히 밸브 조절과 같이 정유 업계에서는 이미 자동 제어가 보편화된 부분까지 작업자의 조작이 요구 되는 측면이 많아 관련 부분의 자동화가 요구된다.
■ 지속가능한 친환경 도시형 양식시스템 개발 기술
도시형 양식시스템은 양식생물을 가장 자원 효율적으로 키우는 최적 생장 알고리즘을 기반으로 원격자동제어시스템 구현과 사육수 정화기술 고도화로 배출수를 Zero화하여 고밀도 수산양식이 도시지역에서 실현 가능한 시스템이다. 빌딩·계단식 양식, 식물수경재배와 융합한 아쿠아포닉 스, 바이오플락, 생태복합양식 등의 형태가 있으며, 새우, 향어, 메기, 틸라피아, 무지개송어, 연 어 등의 양식의 가능하다. 이들은 양식과정에서 발생하는 사료 찌꺼기, 질산, CO2를 분해하여 식물이나 미생물이 영양소로 재사용함으로써 오염물 배출 저감, 경제성 확보 등 지속가능한 친 환경 도시형 양식시스템이며, 도심지는 주 수산물 소비지역으로 이와 같은 도시형 양식 실현시 유통비용이 절감되고, 청년층들의 수산양식업 기피요인 중 하나인 격지 근무가 불필요하다.
■ 스마트양식 산업의 구조
스마트양식 산업의 구조는 ‘요소 부품 산업 → 구성 요소 산업 → 스마트 양식 → 적용 산업’ 등으로 구성되며, 부품 산업부터 최종 적용 산업까지 기존 수산업 관련 기술은 물론 정보통신, 전기전자, 기계, 바이오, 소재, 화학 등 다양한 분야의 기술이 결합된 복잡한 형태를 띠고 있다.
이 중 요소 부품 산업은 생육 센서, 환경 센서 등의 제작을 위한 센서 소자, 전자 부품 및 전자 장비, LED 등의 광원, 로봇, 드론 등의 제작을 위한 신소재, 합금 및 관련 가공 산업, 센서, 통신 시스템 제조를 위한 소자 및 부품 산업, 배터리 등의 제조업체들이 속한 산업으로 매우 다양한 산업 군이 연관되어 있으며, 구성 요소 산업은 스마트양식을 구성하는 필수 구성 요소들을 생산하는 제조업체들이 속한 산업으로 카메라, 센서, 로봇, 드론, 기계, GPS, GIS 등의 제조업체가 속해 있다.
스마트 양식 산업 관련주 / 수산 관련주
사조대림, 동원산업, 사조씨푸드, 사조오양, 동원수산, 사조산업 등