Quantitative review of environmental life cycle assessments of vertical farms – aligning reported impacts, and energy outlook for 2050
본 연구는 상추 생산 수직 농장에 대한 환경 전과정 평가(LCA)를 최초로 정량적으로 검토하여, 보고된 영향의 큰 차이가 일관되지 않은 데이터 보고와 시스템 경계에서 기인함을 밝히는 한편, 이러한 평가를 조화시키고 2050년까지 탈탄소화된 전력망으로 전환하는 것이 환경 영향을 30~70% 줄일 수 있음을 입증한다.
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지구의 자원을 보호하면서 늘어나는 인구를 먹여 살리기 위한 여정 속에서, 창고와 컨테이너 선박의 그늘로부터 새로운 종류의 농업이 등장했습니다. 이것은 수직 농장으로, 태양과 전통적인 토양으로부터 멀리 떨어진 곳에서 전기 조명 아래 층층이 쌓인 층에서 상추와 같은 작물을 재배하는 실내 시설입니다. 그 약속은 매력적입니다. 이 시스템은 일 년 내내 식량을 생산할 수 있고, 노지보다 훨씬 적은 양의 물을 사용하며, 도시 중심부에 신선한 농산물을 직접 가져다줄 수 있습니다. 그러나 식물을 살려두기 위해 필요한 기계 장치들—조명, 팬, 그리고 기후 제어 장치—은 거의 전적으로 전기에 의존합니다. 이는 이들의 지속 가능성에 관한 논쟁에서 핵심적인 갈등을 유발합니다. 즉, 물과 토지를 절약하는 대신, 탄소 발자국이 그 이점을 상쇄할 만큼 많은 에너지를 소비하게 되는가 하는 점입니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 '전과정 평가(life cycle assessment)'라고 불리는 방법을 활용합니다. 이는 농장 건설을 위한 원자재 채굴부터 음식을 먹은 후의 폐기물 처리에 이르기까지 제품의 모든 환경적 영향을 추적하는 종합적인 회계 도구입니다. 이러한 복잡한 시스템을 비교할 수 있는 표준화된 방법이 없었기에, 대중과 정책 입안자들은 거의 제로에 가까운 배출량을 자랑하는 주장과 막대한 에너지 비용을 경고하는 주장이 뒤섞인 혼란스러운 상황에 놓여 있었습니다.
연구팀은 상추를 재배하는 11개의 기존 수직 농장 연구들을 수집하고 재검토함으로써 이러한 혼란을 걷어내고자 했습니다. 연구팀은 이 연구 결과들을 액면 그대로 받아들이는 대신, 각 시설의 가공되지 않은 데이터를 가져와 단일하고 일관된 규칙을 사용하여 환경 영향을 재계산하는 감사관 역할을 수행했습니다. 그들은 농장의 크기, 사용된 물의 양, 그리고 가장 결정적으로 조명과 팬에 전력을 공급하는 전기의 출처를 측정하는 방식을 표준화했습니다. 이렇게 함으로써, 동일한 농장이 네덜란드의 현재 전력망에 의해 구동될 때와, 풍력 및 태양광 발전에 크게 의존하는 미래의 2050년 전력망에 의해 구동될 때 각각 어떻게 수행될지를 확인할 수 있었습니다. 이 접근 방식 덕분에 연구팀은 농업 기술 자체의 성능과 해당 농장이 위치한 국가의 특정 에너지 믹스를 분리하여 살펴볼 수 있었습니다.
조사 결과, 이 농장들의 성과는 운영 방식과 건설 위치에 따라 매우 다양하게 나타났습니다. 연구 대상 농장들은 연간 재배 면적 1제곱미터당 7에서 97 킬로그램의 상추를 생산했으며, 전형적인 농장은 약 62 킬로그램을 생산했습니다. 이 양을 생산하기 위해 농장들은 상추 1킬로그램당 10에서 39 킬러와트시(kWh)의 전기를 사용했으며, 중앙값은 18 킬로와트시였습니다. 물 사용량 또한 1킬로그램당 1.4에서 52리터로 불일치가 심했으나, 전형적인 농장은 약 15리터를 사용했습니다. 연구진은 이러한 큰 차이가 단순히 기술 때문만이 아니라, 원본 연구에서 데이터를 보고하는 방식 때문이기도 하다는 것을 발견했습니다. 일부 연구는 건물 전체 바닥 면적을 측정하는지 아니면 식물이 덮고 있는 면적만을 측정하는지 명확히 하지 않았고, 다른 연구들은 장비의 수명이나 세척용 물에 대한 세부 사항을 누락했습니다. 이러한 공백은 연구진이 데이터를 조화시키기 전까지는 한 농장과 다른 농장을 비교하기 어렵게 만들었습니다.
연구팀이 11개 농장의 탄소 배출량을 동일한 전원인 2020년 네덜란드 전력망을 사용하여 재계산했을 때, 결과는 훨씬 명확해졌습니다. 배출량은 상추 1킬로그램당 이산화탄소 상당량 기준으로 4.8에서 16 킬로그램 사이였으며, 중앙값은 7.6 킬로그램이었습니다. 이 결과는 전력원의 선택이 수직 농장의 환경적 영향에 있어 가장 큰 동인임을 강조했습니다. 연구진이 서로 다른 유형의 전력으로 이 농장들을 가동했을 때 어떤 일이 벌어질지 살펴보았을 때, 그 차이는 극명했습니다. 석탄으로 가동되는 농장이 가장 높은 배출량을 기록한 반면, 원자력이나 풍력 에너지로 가동되는 농장은 가장 낮은 배출량을 기록했습니다. 실제로 특정 시설의 경우, 석탄으로 가동되는 농장과 원자력으로 가동되는 농장의 배출량 차이는 100배가 넘는 요인이 될 정도로 컸습니다. 이는 수직 농장이 본질적으로 기후에 '좋거나' '나쁜' 것이 아니라, 그 농장이 연결된 전력망의 깨끗함에 전적으로 달려 있음을 확인시켜 주었습니다.
미래를 전망하며, 연구진은 중국, 네로델란드, 미국과 같은 주요 국가들이 2050년까지 전력망 탈탄소화를 달로 하는 야심 찬 목표를 달성할 경우 어떤 일이 일어날지 모델링했습니다. 예측은 낙관적이었습니다. 만약 이 농장들이 2050년의 더 깨끗한 전력망에 의해 구동된다면, 기후 변화에 미치는 영향은 2020년 수준에 비해 30에서 70퍼센트 사이로 감소할 수 있습니다. 누적 에너지 수요와 토지 사용량 또한 크게 감소할 것입니다. 그러나 연구는 숨겨진 트레이드오프(상충 관계)도 밝혀냈습니다. 세계가 화석 연료에서 재생 에너지로 전환함에 따라, 풍력 터빈, 태양광 패널, 배터리를 구축하는 데 필요한 광물과 금속에 대한 수요가 급격히 증가합니다. 연구진은 이러한 전환이 광물 및 금속 사용량을 200퍼센트 이상 증가시킬 것으로 추정했습니다. 이는 수직 농 much의 대기 및 기후 혜택은 탈탄소화된 세상에서 크게 개선될 수 있지만, 지구의 광물 자원에 대한 압박은 심화될 것임을 시사합니다.
연구는 수직 농업이 상당한 잠재력을 보유하고 있지만, 이는 산업이 데이터 보고 방식을 개선하고 전력을 공급하는 에너지 그리드가 계속해서 깨끗해질 때만 가능하다는 결론을 내립니다. 연구진은 이 농장들이 진정으로 지속 가능해지려면 더 효율적이어야 한다고 강조했습니다. 검토된 농장 중 가장 우수한 성과를 낸 곳은 상추 1킬로그램당 10 킬로와트시를 사용했지만, 이론적 모델에 따르면 더 나은 기술과 관리가 뒷받침된다면 이는 결국 3.3 킬로와트시까지 낮아질 수 있습니다. 그때까지 수직 농업에 대한 환경적 판결은 맥락의 문제입니다. 석탄 중심의 전력망을 가진 국가의 수직 농장은 전통적인 온실보다 더 큰 탄소 발자국을 가질 수 있지만, 풍력 중심의 전력망을 가진 국가의 동일한 농장은 기후 솔루션이 될 수 있습니다. 앞으로의 길은 더 나은 농업 기술뿐만 {만도} 더 깨끗한 전력에 대한 글로벌한 약속과 이들을 구축하는 기업들의 더 투명한 보고를 필요로 합니다.
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