페이지 확대 100% 페이지 축소

연구제안

하이퍼로컬 푸드시스템: AI 최적화 도시형 수직농장과 농촌 연계 모델

2025.04.18

카테고리

답변완료

작성자

박용환

이메일

sanoramyun8@gmail.com

소속(기관명)

크리에이티브 넥서스

과제성격

중장기 과제(전략적 대형 핵심과제)

제안과제명: "하이퍼로컬 푸드시스템: AI 최적화 도시형 수직농장과 농촌 연계 모델"

1. 과제의 성격: 정책연구

이 연구는 도시형 수직농장과 농촌 생산기지를 유기적으로 연계하는 하이퍼로컬 푸드시스템 구축을 위한 기술적, 경제적, 제도적 기반을 마련하는 정책연구입니다.

2. 연구기간: 중장기 대형과제(2년)

도시-농촌 연계 모델 개발, AI 알고리즘 설계, 경제성 분석, 시범사업 운영 및 평가를 위해 2년간의 연구기간을 제안합니다.

3. 연구의 필요성과 목적:

글로벌 도시화 추세와 기후변화로 인한 식량안보 위협이 심화되는 가운데, 식량 시스템의 근본적인 재구성이 요구되고 있습니다. 2050년까지 전 세계 인구의 70% 이상이 도시에 거주할 것으로 예상되며, 한국 역시 2022년 기준 인구의 92%가 도시에 집중되어 있습니다. 그러나 식량 생산은 여전히 대부분 농촌 지역에서 이루어지고 있어, 장거리 운송에 따른 탄소 배출, 신선도 저하, 공급망 취약성 등의 문제가 제기되고 있습니다.

이러한 상황에서 도시 내 수직농장(Vertical Farm)은 새로운 대안으로 주목받고 있습니다. 최신 연구에 따르면, 도시형 수직농장은 기존 농업 대비 물 사용량을 최대 95%, 토지 사용을 최대 99% 절감할 수 있으며, 연중 안정적인 생산이 가능해 식량 시스템의 회복탄력성을 높일 수 있습니다. 글로벌 수직농업 시장은 2023년 약 50억 달러에서 2030년 350억 달러 규모로 급성장할 것으로 예측되고 있습니다.

그러나 수직농장은 높은 초기 투자비용, 에너지 집약적 생산 구조, 생산 품목의 제한성 등의 한계를 지니고 있습니다. 특히 상추, 허브 등 엽채류에 편중된 생산 포트폴리오는 균형 잡힌 식단 제공이 어렵고, 농촌 지역의 전통적 농업과의 단절을 초래할 우려가 있습니다.

이러한 배경에서 본 연구는 도시형 수직농장과 농촌의 다양한 농업 생산 시스템을 유기적으로 연계하는 '하이퍼로컬 푸드시스템'이라는 새로운 패러다임을 제시하고자 합니다. 하이퍼로컬 푸드시스템은 식량의 생산-유통-소비가 초지역적(hyper-local) 규모에서 이루어지면서도, 도시와 농촌이 상호보완적 역할을 담당하는 통합적 식량 네트워크를 의미합니다.

최근 인공지능과 빅데이터 기술의 발전은 이러한 하이퍼로컬 푸드시스템 구축의 기술적 토대를 제공합니다. 최신 농업 기술 동향 조사에 따르면, 대형 농산물 농장의 68%가 이미 정밀농업 기술을 도입하고 있으며, AI를 활용한 작물 최적화와 수요 예측은 식량 시스템의 효율성과 지속가능성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

이러한 인식하에 본 연구는 다음과 같은 구체적인 목적을 가지고 추진하고자 합니다:

첫째, AI 기반 도시-농촌 통합 푸드시스템의 개념적 프레임워크를 정립합니다. 도시 소비 패턴, 영양학적 필요성, 지역적 특성 등을 고려한 최적 작물 포트폴리오 구성과 생산 지역 배분 방법론을 개발합니다.

둘째, 도시형 수직농장의 기술적, 경제적 최적화 모델을 개발합니다. 한국의 도시 환경과 에너지 구조, 소비 특성을 반영한 수직농장 설계 및 운영 모델을, AI 알고리즘을 활용하여 최적화합니다.

셋째, 도시-농촌 연계 모델을 구축합니다. 수직농장과 농촌 생산 시스템 간의 보완적 관계 설정, 물류 체계 최적화, 정보 공유 플랫폼 구축 등을 통한 시너지 창출 방안을 제시합니다.

넷째, 하이퍼로컬 푸드시스템 구축을 위한 정책 및 제도 개선 방안을 도출합니다. 도시농업 활성화, 농촌과의 연계 강화, 지역 푸드시스템 회복탄력성 제고를 위한 구체적인 정책 패키지를 제안합니다.

4. 주요 연구내용:

1) 하이퍼로컬 푸드시스템 개념 정립 및 국내외 사례 분석

하이퍼로컬 푸드시스템의 이론적 기반과 구현 사례를 분석합니다.

첫째, 하이퍼로컬 푸드시스템의 개념적 프레임워크를 정립합니다. 도시형 수직농장과 농촌 생산 시스템의 연계, 초지역적 식량 생산-유통-소비 네트워크, AI 기반 최적화 등 핵심 요소를 체계화하고, 이를 지원하는 이론적 토대를 구축합니다.

둘째, 국내외 도시농업 및 도농 연계 사례를 분석합니다. 싱가포르의 '30 by 30' 이니셔티브, 네덜란드의 '푸드밸리', 미국의 '버티컬 팜 허브', 일본의 '식량 테크노폴리스' 등 선진 사례와 한국의 도시농업 시범단지, 스마트팜 혁신밸리 등 국내 사례를 심층 분석하여 시사점을 도출합니다.

셋째, 도시 소비자의 식품 구매 패턴과 선호도를 조사합니다. 소비자의 식품 선택 기준, 신선 농산물 수요, 지역 생산 농산물에 대한 지불 의사, 영양학적 요구 등을 조사하여 하이퍼로컬 푸드시스템 설계의 기초 자료로 활용합니다.

넷째, 도시-농촌 연계 가능성과 제약 요인을 분석합니다. 도시와 농촌 간의 지리적 거리, 교통 인프라, 물류 체계, 정보 흐름, 제도적 장벽 등을 종합적으로 진단하여, 연계 모델 구축의 기회와 도전 요인을 식별합니다.

2) AI 최적화 도시형 수직농장 모델 개발

한국 도시 환경에 최적화된 수직농장 설계 및 운영 모델을 개발합니다.

첫째, 한국 도시 환경에 적합한 수직농장 설계 기준을 정립합니다. 도시 공간 제약, 건물 구조적 특성, 에너지 효율성, 수자원 활용, 도시 미관 등을 고려한 수직농장의 물리적 설계 지침과 기준을 개발합니다.

둘째, AI 기반 작물 포트폴리오 최적화 알고리즘을 개발합니다. 도시 소비자의 식품 선호도, 영양학적 필요성, 작물별 생산성 및 수익성, 환경 영향 등을 종합적으로 고려하여 최적의 작물 조합을 도출하는 알고리즘을 설계합니다.

셋째, 도시형 수직농장 운영 최적화 시스템을 구축합니다. 환경 제어, 에너지 관리, 수자원 순환, 노동력 투입, 수확 계획 등을 실시간으로 최적화하는 AI 기반 의사결정 지원 시스템을 개발합니다.

넷째, 수직농장 경제성 분석 및 비즈니스 모델을 제시합니다. 초기 투자비용, 운영비, 수익성, 투자회수 기간 등을 분석하고, 직접 판매, 구독 서비스, 체험 프로그램 등 다양한 수익 모델을 설계하여 경제적 지속가능성을 제고합니다.

3) 도시-농촌 연계 시스템 구축

수직농장과 농촌 생산 시스템 간의 유기적 연계 방안을 연구합니다.

첫째, 도시-농촌 작물 분담 최적화 모델을 개발합니다. 수직농장에 적합한 작물(엽채류, 허브 등)과 농촌에 적합한 작물(곡물, 과수, 근채류 등)을 분류하고, AI 알고리즘을 활용하여 지역별, 계절별 최적 생산 계획을 수립합니다.

둘째, 통합 물류 및 유통 시스템을 설계합니다. 도시와 농촌 간의 농산물 이동을 최소화하면서도 필요한 교류를 효율적으로 지원할 수 있는 콜드체인, 라스트마일 배송, 역물류 등의 최적화 방안을 연구합니다.

셋째, 도시-농촌 정보 공유 플랫폼을 개발합니다. 생산 계획, 재고 현황, 수요 예측, 품질 정보 등을 실시간으로 공유할 수 있는 디지털 플랫폼의 구조와 기능, 운영 방식을 설계합니다.

넷째, 도시-농촌 협력 거버넌스 모델을 구축합니다. 수직농장 운영자, 농촌 생산자, 소비자, 유통업체, 지자체 등 다양한 이해관계자가 참여하는 협력적 의사결정 체계와 이익 공유 메커니즘을 개발합니다.

4) 하이퍼로컬 푸드시스템의 지속가능성 및 회복탄력성 평가

제안된 시스템의 환경적, 사회적, 경제적 영향과 위기 대응 능력을 평가합니다.

첫째, 환경 영향 평가를 실시합니다. 에너지 사용, 물 소비, 탄소 배출, 생물다양성 영향 등 하이퍼로컬 푸드시스템의 환경적 지속가능성을 종합적으로 평가하고, 개선 방안을 도출합니다.

둘째, 사회적 영향 분석을 수행합니다. 일자리 창출, 식품 접근성 개선, 커뮤니티 형성, 도농 격차 해소 등 사회적 측면에서의 효과와 잠재적 문제점을 분석합니다.

셋째, 경제적 파급효과를 추정합니다. 직접적인 생산 가치 외에도 관련 산업 육성, 수입 대체 효과, 지역 경제 활성화 등 간접적 경제 효과를 종합적으로 분석합니다.

넷째, 식량 시스템 회복탄력성을 평가합니다. 기후변화, 팬데믹, 국제 무역 충격 등 다양한 위기 시나리오에 대한 하이퍼로컬 푸드시스템의 대응 능력을 평가하고, 회복탄력성 강화 방안을 제시합니다.

5) 정책 지원 방안 및 제도 개선 과제 도출

하이퍼로컬 푸드시스템의 활성화를 위한 정책적, 제도적 지원 방안을 연구합니다.

첫째, 도시 수직농장 활성화를 위한 정책 지원 방안을 제안합니다. 초기 투자 지원, 세제 혜택, 기술 개발 지원, 인력 양성 등 수직농장의 경제적 타당성을 높이기 위한 정책 패키지를 설계합니다.

둘째, 도시-농촌 연계 강화를 위한 제도적 기반을 마련합니다. 지역 푸드플랜, 로컬푸드 인증제, 공공조달 우선권 등 도시와 농촌의 유기적 연계를 지원하는 제도적 장치를 개발합니다.

셋째, 규제 개선 및 법적 기반 구축 방안을 제시합니다. 도시 내 농업 활동 관련 토지이용 규제, 건축 기준, 위생 관리, 인증 체계 등의 개선 방향과 새로운 법적 프레임워크 도입 필요성을 검토합니다.

넷째, 단계적 확산 전략과 로드맵을 수립합니다. 시범사업 지역 선정, 초기 성공 모델 구축, 확산 전략, 장기적 발전 방향 등을 포함한 종합적인 추진 계획을 제시합니다.

5. 기대효과 및 활용방안:

1) 정책적 기대효과

본 연구를 통해 다음과 같은 정책적 효과가 기대됩니다:

첫째, 국가 식량안보가 강화됩니다. 도시와 농촌을 아우르는 통합적 식량 생산 체계는 외부 충격에 대한 회복탄력성을 높이고, 식량 자급률 향상에 기여할 것입니다. 특히 신선 채소류의 경우 하이퍼로컬 모델을 통해 자급률을 현재 대비 20~30% 향상시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.

둘째, 지역 맞춤형 농업 정책의 기반이 마련됩니다. 각 지역의 특성과 자원을 고려한 맞춤형 푸드시스템 구축은 획일적 정책에서 벗어나 지역 특화된 농업 발전 모델을 제시함으로써, 정책의 효과성과 수용성을 높일 것입니다.

셋째, 탄소중립 목표 달성에 기여합니다. 식품 운송 거리 감소, 자원 효율적 생산, 폐기물 최소화 등을 통해 농식품 부문의 탄소 배출을 줄이는 데 실질적으로 기여함으로써, 국가 탄소중립 목표 달성을 지원할 것입니다.

넷째, 도농 상생 발전의 새로운 모델이 제시됩니다. 도시와 농촌이 경쟁이 아닌 보완적 관계로 재설정됨으로써, 도시화에 따른 농촌 소외 문제를 해결하고 상호 발전의 선순환 구조를 형성할 수 있습니다.

2) 경제적 기대효과

본 연구를 통한 하이퍼로컬 푸드시스템 구축은 농업 경제에 다각적인 파급효과를 가져올 것으로 예상됩니다.

먼저, 농식품 산업의 부가가치 창출이 확대됩니다. 도시형 수직농장을 통한 고부가가치 작물 생산과 농촌의 특화 작물 연계는 전체 농식품 산업의 부가가치를 높일 것입니다. 특히 소비자 접점에 위치한 수직농장은 프리미엄 상품화와 체험 경제를 통해 기존 대비 40~100%의 부가가치 상승이 가능할 것으로 예상됩니다.

다음으로, 새로운 일자리 창출 효과가 기대됩니다. 도시형 수직농장 운영, 스마트농업 기술 개발, 통합 물류, 데이터 분석 등 다양한 분야에서 새로운 일자리가 창출될 것입니다. 특히 디지털 기술과 농업을 결합한 하이브리드 전문 인력에 대한 수요가 증가하여, 농식품 분야의 일자리 구조가 고도화될 것입니다. 구체적으로, 하이퍼로컬 푸드시스템의 전국 확산 시 약 5,000~10,000개의 새로운 일자리가 창출될 것으로 예측됩니다.

또한, 식품 손실 및 폐기물 감소에 따른 경제적 효율성이 제고됩니다. 소비지 인근 생산과 실시간 수요 예측을 통한 최적화된 생산-유통 체계는 식품 손실을 현저히 줄일 수 있습니다. 연구에 따르면, 하이퍼로컬 시스템은 기존 대비 식품 손실률을 30~50% 감소시킬 수 있으며, 이는 연간 수천억 원의 경제적 가치에 해당합니다.

마지막으로, 농촌 경제의 안정성과 다양성이 증진됩니다. 도시 수직농장과의 상호보완적 연계는 농촌 생산자들에게 안정적인 판로와 계획적 생산 기회를 제공하고, 지역 특화 작물 발굴을 통한 차별화된 가치 창출이 가능해집니다. 이는 농가 소득의 안정성과 예측 가능성을 높이는 동시에 지역 경제의 다각화에 기여할 것입니다.

3) 활용방안

본 연구의 결과는 다음과 같이 다양한 방면에서 활용될 수 있습니다:

첫째, 지역 푸드플랜 수립의 기초자료로 활용됩니다. 본 연구에서 도출된 하이퍼로컬 푸드시스템 모델과 AI 기반 최적화 방법론은 지자체의 푸드플랜 수립과 이행에 있어 과학적 근거와 구체적인 실행 방안을 제공할 것입니다.

둘째, 도시농업 2.0 정책 수립의 방향성을 제시합니다. 기존의 취미형, 체험형 중심 도시농업에서 한 단계 발전한 생산형, 산업형 도시농업 정책 수립에 있어 본 연구의 수직농장 모델과 경제성 분석은 중요한 참고자료가 될 수 있습니다.

셋째, 민간 투자 유치 및 비즈니스 모델 개발의 기반으로 활용됩니다. 본 연구의 경제성 분석과 비즈니스 모델 제안은 수직농장, 스마트 물류, 데이터 플랫폼 등 관련 분야의 민간 투자와 사업화를 촉진하는 근거로 활용될 수 있습니다.

넷째, 농식품 분야 AI 활용의 선도적 사례로 활용됩니다. 작물 포트폴리오 최적화, 생산-소비 매칭, 물류 효율화 등에 적용된 AI 알고리즘과 방법론은 농식품 분야의 디지털 전환을 위한 모범 사례로 활용될 수 있습니다.

마지막으로, 이 연구는 미래 식량시스템의 새로운 패러다임을 제시하는 선도적 연구로 국제적 위상을 제고하는 데 기여할 것입니다. 한국의 고밀도 도시 환경과 발달된 디지털 인프라를 활용한 하이퍼로컬 모델은 유사한 도전에 직면한 아시아 국가들에 적용 가능한 모델로 확산될 수 있으며, 이는 한국 농식품 분야의 국제적 리더십 강화로 이어질 것입니다.

목록으로 수정하기 삭제하기

한국농촌경제연구원 2025.04.18

안녕하세요. ‘연구제안’에 참여해 주셔서 감사합니다.

본 건은 26년도 일반과제 원외 제안으로 접수되어, 해당내용을 관련 연구자들에게 전달하였습니다.

추후 연구자의 과제 추진의사가 있을 경우, 연구원의 심의 과정을 거쳐 과제가 선정될 예정입니다.

앞으로도 연구원 과제 발굴에 많은 관심과 성원 부탁드립니다.

다음글: 100세 시대의 새로운 블루오션: 시니어 파머를 위한 농업 재설계 프로젝트

이전글: 스마트팜 데이터 주권 모델: 농업 빅데이터의 민주적 거버넌스와 가치 공유 시스템

한국농촌경제연구원 로고