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깻잎의 맛을 사수하려면 꽃이 피게 해선 안 된다. 깻잎의 맛과 꽃이 무슨 상관이 있는지 의아해하겠지만 일단 꽃이 피면 깻잎의 맛이 많이 떨어진다. 그래서 깻잎이 꽃을 피우지 않도록 꽃대를 자르기도 하고, 시설재배할 경우 꽃이 피는 밤에 야간조명을 켜놓기도 한다. 최근 에너지 절약에 대한 관심이 높아지면서 에너지 효율이 탁월한 LED 장치가 주목받고 있다.

LED(Light Emitting Diode)란 반도체 발광소자로 광 효율이 높고 반영구적인 차세대 광원이다. LED 광원은 백열등보다 수명이 10~30배 길고, 백열등과는 다르게 열이 나지 않으며, 전기에너지로부터 광전환 효율이 90%로 높아 에너지절감 효과가 매우 큰 장점이 있다. LED는 여러 산업분야에서 이미 매우 다양하게 이용되고 있어 최근 휴대전화, 대형 전광판, 그리고 교통신호와 차량 조명에 대부분 LED가 이용되고 있다. 앞으로는 기존의 백열등이나 형광등도 LED로 대체될 전망이다.

LED가 어떻게 기존의 전구만큼 야간조명 역할을 잘해낼 수 있을까. 식물이 낮에 쬐는 태양광은 프리즘을 통과시키면 우리가 잘 아는 일곱 가지의 무지갯빛으로 나누어진다. 식물은 이런 각기 다른 색상(파장)에서 다양한 반응을 민감하게 나타낸다. 식물은 광수용단백질인 파이토크롬(phytochrome)에 의해 적색광(660nm)과 초적색광(730nm)의 변화를 감지한다. 광수용단백질은 불활성형태(Pr)로 존재하다가 적색광에 의해 활성형태로 전환되어 해 길이의 인지, 종자 발아, 광합성 산물의 체내이동, 개화, 색소 발현 등 식물의 반응을 유도하고 초적색광에 의해 다시 불활성형태(Pr)로 전환된다. 과실의 당도 향상, 생육촉진, 기능성 증진 등 농업적으로 유용한 작물의 특성들도 식물의 광수용단백인인 파이토크롬 작용의 유도로 조절될 수 있다.

국내외적으로 실용적인 광수용단백질의 발현 조절을 위한 적색광과 초적색광 이용기술은 실용화되어 있지 않았으며 이번에 새로 개발된 “농업용 적색 LED 광처리 장치”를 이용하여 농가현장에서 실용화할 수 있는 길이 열린 것이다. 농촌진흥청에서 우리나라 비닐하우스와 대형온실 형태에 사용하기 적합하도록 개발한 농업용 적색 LED 광처리 장치는 설치소요량이 적고, 균일한 광처리가 가능하고 광이용 효율이 높은 특징이 있다.

시험연구용으로 자체 제작하여 사용해 오던 막대형태의 LED 광처리 장치를 1,000m²(300평)의 비닐하우스에 설치하려면 약 250개가 필요하지만 새로 개발한 원추형의 LED 광처리 장치는 약 80개면 설치가 가능해 설치소요량을 약 68% 줄여 실용화가 가능하게 되었다. 원추형의 농업용 적색 LED 광처리 장치는 비닐하우스의 천정부착형, 대형온실의 기둥부착형, 과수원의 독립기둥형 등 7가지 형태와 35가지 광강도로 개발하여 2008년 특허출원하였고 2009년에는 일본, 미국, EU 등 농업선진국에 국제특허를 출원할 계획이다.

농업분야에서는 전기조명을 켜 주어 낮의 길이를 늘여 꽃피는 것을 억제시키고, 생산량을 늘리는 잎들깨와 국화, 딸기의 전조(電照)재배를 2,864ha 면적의 9,983 농가에서 하고 있는데 이때 해 길이 연장에는 적색광이 반드시 필요하다. 해 길이를 연장시키는 작용은 적색광이 백색광보다 효율이 5~6배 높고 기존의 백열등을 적색 LED 광으로 대체하면 전기사용량을 약 70~80% 절감할 수 있다. 또한 전조재배 시, 식물은 밤에도 광합성 작용을 하게 되는데 적색광은 백색광보다 광합성 작용에 효율이 높아 잎들깨와 국화 작물의 생산량과 품질이 백열등보다 10~20% 향상시킬 수 있다. 비닐하우스에서 재배하는 참외에 초적색 LED 광을 해가 진 후 단시간 처리하면 참외 착과 수가 증가되어 참외 생산량이 25% 증가하는 것이 새롭게 밝혀졌다.

잎들깨를 재배할 때 전기요금은 1,000m²당 백열등의 경우 연간 약 32만원이 소요되나 LED의 경우 백열등에 비해 70%가 절감되어 연간 약 9만 6천원이 소요된다. 이때 약 22만 4천원의 소득이 발생하고, 이를 기초로 전국의 전조재배면적 2,864ha를 적색 LED로 대체한다면 1ha이 약 3,000평이므로 농업용 전기요금을 연간 약 64억원 절감할 수 있다. 여기에 잎들깨의 생산량 및 상품성 향상으로 연간 120억원의 농가소득증대 효과가 있을 것으로 예상하고 있다.

전기 1kw를 생산하는데 이산화탄소 424g이 배출되므로 현재 전조재배하는 면적 2,864ha에 백열등 대신 LED 광으로 대체한다면 연간 13만 톤의 탄소 배출을 줄일 수 있을 것으로 추산된다. 또한 흐린 날이나 비 오는 날이 계속되어 광이 부족할 경우와 하루해가 짧아 충분한 광을 받지 못할 경우에 태양광 대신 인공조명을 켜 주어 식물의 생장량 증가나 품질을 좋게 해주는 보광(補光)재배에도 LED가 효과적이다.

농촌진흥청은 앞으로 LED 광원을 이용하여 농업분야 전기에너지 절감, 원예작물의 생산량 증대와 품질향상 기술개발을 연구하고 있다. 그뿐만 아니라 식물 조직배양용 인공광 시스템에 관한 연구, 식물생산 자동화공장, 빌딩 농업 및 지하식물 생산공장 등의 미래농업을 위한 LED 적용 기술개발 연구 등을 계속 추진 중이다. 이 기술들을 농업현장에 적용함으로써 개방화 시대에 우리 농업의 경쟁력을 획기적으로 높여 저탄소 녹색성장 농업기술 체계로의 전환을 주도해 나갈 계획이다.

에너지는 우리 세대의 것이 아니다. 자연과 마찬가지로 우리가 미래세대에게 온전히 물려주어야 할 소중한 유산이다. 그러나 지금까지 우리는 이 소중한 유산을 마구 사용했다. 에너지 자원의 다양화와 자원의 효율성을 높이는 방법을 차근차근히 마련하는 일이야말로 미래세대를 위한 우리의 의무인 것이다.

글 : 홍성창 박사(농촌진흥청 기후변화생태과)