[논문]인공광 이용형 Common Ice Plant 식물공장의 실용적 설계

차미경; 김주성; 신종화; 손정익; 조영열

doi:10.12791/ksbec.2014.23.4.371

초록
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본 연구는 인공광 이용형 common ice plant 식물공장 설계를 위한 기초자료를 확보하고자 수행되었다. 인공광 이용형 식물공장에서 작물의 광합성을 위해 필요한 광도는 $120{\sim}200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, 탄소 고정률은 $0.84nmolCO_2{\cdot}cm^{-2}{\cdot}s^{-1}$이었다. 1주의 점유 면적 $0.0225m^2$($15{\times}15cm$), 광도 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, 하루 1,000주 생산을 가정할 경우, 식재 주수는 25,000주, $563m^2$의 재배면적이 필요하며, 전체 광도는 $140,625{\mu}mol{\cdot}s^{-1}$가 필요하게 된다. 하루 전력 약 153.2kW 기준으로 약 2,785개의 55W 형광등이 필요하며, 1개월 전기요금은 246만원(농업용 전력(을))이 된다. 또한 조명 설비 비용 2,785만원, 설비 비용 8,356만원과 전체 생산 비용 10,027만원이 소요된다. 재배기간 25일(325일 생산), 상품화율 80%에 따른 1주 당 생산 비용은 인건비 포함하여 약 370원이 된다. 경비 총합, 감가상각비와 연간 판매수입을 고려해 볼 때, 1주당 판매 비용은 970원 이상으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to get the basic data to practically design an artificial light-used plant factory system for common ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) cultivation. The adequate range of light intensity was $120-200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ and the carbon fi...

This study was carried out to get the basic data to practically design an artificial light-used plant factory system for common ice plant (Mesembryanthemum crystallinum L.) cultivation. The adequate range of light intensity was $120-200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ and the carbon fixed rates was $0.84nmolCO_2{\cdot}cm^{-2}{\cdot}s^{-1}$. When the planting density, light intensity, and yield were $0.0225m^2$ ($15{\times}15cm$), $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, and 1,000 plants per day, the total number of the plants, cultivated area, and total light intensities were estimated as 25,000 plants, $563m^2$, and $140,625{\mu}mol{\cdot}s^{-1}$, respectively. About 153.2kW with 2,785 fluorescent lights (FL) needed for the electric power and the electricity charges was 2.46 million won for one month. At a harvest rate of 1,000 plants per day in closed-type plant factory, the light installation cost, total installation cost, and total production cost were 27.85, 83.56, and 100.27 million won, respectively. The production cost per plant including labor cost was calculated as 370 won, providing that the cultivation period was 25 days and marketable ratio was 80%. Considering the annual total expenses, incomes, and depreciation cost, the sales cost per plant could be estimated around 970 won or higher.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 인공광 이용형 common ice plant 식물공장의 실용적 설계를 위하여, 작물의 광합성 곡선을 추정하고, 생육모델을 이용하여 수확시기를 예측하여, 수확일수와 상품수량 및 관리 비용에 따른 경제성을 분석하였다.

가설 설정

여기서, A는 광원이 커버하는 면적(m2), PAR는 광도(µmol·m−2·s−1), M은 보수율, U는 조명률이며, M·U = 0.8로 가정한다.

제안 방법

광합성 곡선은 광합성 측정기(LI-6400, Li-cor, Lincoln, Nebraska, USA)를 이용하여 28개체를 측정하였다. 광합성 곡선은 asymptotic exponential 등식(Goudriaan과 Van Laar, 1994)을 사용하여 구하였다.

대상 데이터

전기 요금(P)는 농업용전력(을)을 사용하며, kWh당 39.2원인 요금으로 계산하였다.

이론/모형

광합성 곡선은 광합성 측정기(LI-6400, Li-cor, Lincoln, Nebraska, USA)를 이용하여 28개체를 측정하였다. 광합성 곡선은 asymptotic exponential 등식(Goudriaan과 Van Laar, 1994)을 사용하여 구하였다.
)이다. Common ice plant의 생육량 변화는 Goudriaan과 Monteith(1990)가 제안한 선형 지수 함수식을 사용하였다.

성능/효과

특히, 상품화율을90%로 향상할 경우 28,373만원으로, 순수익과 연간 투자수익율은 각각 3,203만원과 38%가 된다. 또한 상품화율 90% 향상과 유통비와 경영비 10% 감소하게 되면, 4,338만원의 순수익과 52%의 연간 투자수익율이 기대된다. 따라서 수익성 향상을 위해서는 재배 가능 주수를 증가시키고 재배일수를 감소시키는 기술 등과 시설 개선을 통한 경영 효율성과 상품화율을 향상시키는 방안을모색해야 할 필요가 있다.
Common ice plant의 광합성을 조사한 결과, 이상적인광합성량은 12.8µmol CO2·m−2·s−1 이었으며, 광포화점은456µmol·m−2·s−1, 광보상점은 0µmol·m−2·s−1 이었다(Fig 1).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식물공장의 구분은?	식물공장에서는 최적의 환경조건으로 식물을 연중 계획적인 생산이 가능하다. 식물공장은 인공광 이용형과 자연광 이용형으로 구분되며, 완전제어 형태인 인공광 이용형 식물공장은 자연광 이용형에 비하여 안정된 재배 환경을 유지할 수 있으며 생육 예측이 용이한 장점이 있다(Cha 등, 2014). 그러나 인공광 이용형 식물공장은 설비 비용과 전력비용이 많이 소요되어 채산성 확보가 가장 중요하기 때문에, 고부가가치 작물, 저에너지 작물 및 기능성 작물 등과 같은 작물의 선발이 필요하다.
	인공광 이용형 식물공장을 설계할 때 고려해야 하는 경제성 분석에는 어떤 항목이 있는가?	이 때 고려해야 할 중요한 항목으로는 경제성 분석이 있다. 경제성 분석을 하기 위해 중요한 항목으로는 경제적인 작물 선발, 광원에 따른 광도 확보, 광원과 광도에 따른 전력 비용, 상품화율을 고려한 생산량, 관리비용 및 1주당 판매비용을 고려할 필요가 있다.
	인공광 이용형 식물공장에서 재배해야 하는 작물은?	식물공장은 인공광 이용형과 자연광 이용형으로 구분되며, 완전제어 형태인 인공광 이용형 식물공장은 자연광 이용형에 비하여 안정된 재배 환경을 유지할 수 있으며 생육 예측이 용이한 장점이 있다(Cha 등, 2014). 그러나 인공광 이용형 식물공장은 설비 비용과 전력비용이 많이 소요되어 채산성 확보가 가장 중요하기 때문에, 고부가가치 작물, 저에너지 작물 및 기능성 작물 등과 같은 작물의 선발이 필요하다. 특히, common ice plant(Mesembryanthemum crystallinum L.

참고문헌 (13)

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