LG경제연구원 유기돈 연구위원 kidon@lgeri.com
산업 변방으로 밀려 났던 농업이 다시 산업 중심부로 향해 움직이고 있다. 선진국들은 이미 농업을 첨단 산업으로 주목하고 이를 육성하겠다는 의지를 적극적으로 표명하고 있다. 농업이 주목을 끄는 이유는 현재의 타이트한 농산물 수급 상황이 상당기간 동안 개선되기가 어려울 것이라는 상황 판단에 따른 것이지만 또한 BT, IT 기술이 발전하면서 농업 기술에서의 획기적인 변화가 가능해지고 있기 때문이기도 하다.
이러한 변화 속에서 다양한 기회가 창출되고 있다. GMO 종자 개발뿐만 아니라 식물 공장이 점차 확대될 것으로 예상되며 기존의 바이오 연료 외에 다양한 바이오 연료가 개발되면서 향후 이들 연료를 대량으로 생산하려는 기업들도 점차 많아질 것이다. 또한 농작물을 고기능성 제품 생산에 사용하는 기업들이 점차 늘어나고 나아가 바이오 제품의 적용 범위도 특수 용도 외에 일반 용도로 더욱 확대될 것으로 예상된다.
농업 사업이 초미의 관심사가 되면서 세계 각국은 미래 사업 선점을 위해 다양한 노력을 하고 있다. 앞으로 생물자원 확보 같은 이슈에 대해서는 국가의 지원 없이 기업 차원에서 접근하는데 한계가 있을 것으로 예상된다. 따라서 향후 농업 사업을 성공적으로 전개하려면 기업과 국가와의 협력 나아가 국가와 국가간의 관계 구축이 필요할 것이다.
< 목 차 >
1. 왜 농업에 관심이 집중되는가?
2. 시장 전개 방향과 선진국 기업들의 대응
3. 시사점
농업은 인류 역사상 가장 오래된 산업이며 식량 문제와 직접적으로 연결되어 있어 가장 중요한 산업 중 하나다. 그럼에도 불구하고 농업하면 세인들로부터 주목받는 신기술, 신사업과는 달리 낙후된 느낌을 받는 것이 사실이다. 즉, 농업이 식량 안보 차원에서 중요한 것은 사실이지만 이를 바탕으로 고부가가치의 산업으로 육성하겠다는 생각은 거의 없었다는 것이다.
최근 이러한 관점에 변화가 나타나고 있다. 사르코지 프랑스 대통령은 농업을 우주 산업이나 나노 공학 분야와 같이 미래를 여는 열쇠라고 정의하였고, 일본 정부도 농업을 향후 성장 잠재력이 가장 높은 산업으로 간주하고 ‘농업이 일본을 구한다’는 기치 아래 첨단 기술, 건강, 관광, 에너지와 연계한 새로운 가치 창출 산업으로서 농업을 주목하고 있다. 미국의 경우 미래의 연료로서 바이오 연료를 주목하고 수송용 연료에서 바이오 연료 사용 비중을 지속적으로 늘릴 계획을 가지고 있다.
왜 선진 국가들은 농업에 집중하기 시작하는가? 농업과 관련된 새로운 기회는 무엇이 있으며 실제 선진국 기업들은 어떻게 접근하고 있는지 살펴본다.
1. 왜 농업에 관심이 집중되는가?
농업에 관심이 집중된 것은 이번이 처음이 아니다. 농업은 기후 영향을 많이 받는 산업 특성상 예상치 못한 기후 변화에 따라 크고 작은 수급 불균형 현상이 있었고 그때 마다 농작물 생산에 이목이 집중되었다.
특히 과거 2차 세계 대전 이후 50-60년대에 개발도상국들을 중심으로 인구가 급증하면서 이들 국가들을 중심으로 식량 문제가 대두된 적이 있었다. 이때 벼와 밀 등 중요 작물을 중심으로 녹색 혁명이라고 부르는 종자 개량, 비료 및 농약 개발 등에 힘입어 공급 물량이 향상되면서 위기 상황이 호전된 바 있다.
우리나라도 6.25 전쟁 이후 식량 생산이 많지 않아 보릿고개라는 말이 있을 정도로 문제가 심각했으나 단위 면적당 생산량을 획기적으로 늘릴 수 있는 통일벼가 개발되면서 부족한 식량 문제를 해결할 수 있는 계기가 되었다. 그러나 이후 공급량이 늘면서 수급문제가 어느 정도 해결되자 농업에 대한 관심은 급격히 줄어들었다. 최근 선진국을 중심으로 농업에 대한 관심이 집중되고 있는데, 이러한 관심이 과거의 사례처럼 일시적인 현상일 것인가? 그렇지 않다면 과거와 다른 점은 무엇인가?
타이트한 수급 상황을 호전시킬 획기적인 변화 필요
최근 UN에서는 향후 2050년이 되면 세계 인구가 90억 명이 넘을 것이라는 전망치를 내놓았다. 특히 개발도상국의 경우 2050년이 되면 약 79억 명이 될 것으로 예상하고 있다. 기하급수적으로 늘어나는 세계 인구뿐만 아니라 중국, 인도 등 신흥국에서의 삶의 질이 향상되면서 일인당 곡물 소비량이 증가한다는 점 등을 감안할 때 중장기적으로 식량 문제는 반드시 해결되어야 할 중요 이슈임에 틀림없다.
그러나 과거와 같은 방식으로 식량 생산을 늘리는 것은 한계에 다다르고 있으며 더욱 큰 문제는 생산에 있어 환경 문제 등으로 인해 과거의 방식으로 생산을 늘리는 것조차 제한적일 수 있다는 점이다. 예를 들면 농약으로 인해 토양 및 수질 오염 등이 문제가 되면서 과거처럼 농약을 대량으로 살포하는 것이 쉽지 않을 것이고 새로운 토지 확보를 위한 개간도 온실가스인 이산화탄소를 흡수하는 산림을 파괴하기 때문에 용이하지 않을 것이다.
또한 농업용 용수, 비료의 원료격인 인광석 등도 무한정 사용할 수 없어 생산량을 지속적으로 늘리는 것이 제한적일 수 있다. 게다가 최근 들어서는 온난화 등으로 인한 이상 기후가 나타나면서 예전보다 공급 불안 요인이 더 많아졌다고 볼 수 있다.
농업과 관련해서 핫이슈인 환경문제가 결합되면서 과거처럼 손쉽게 생산량을 늘리는 것은 어려울 것으로 예상된다. 즉 농산물 생산 확대가 필요하지만 보다 친환경적인 방법으로 이를 해결하기 위한 방법들이 필요한 상황이다.
농산물의 수요측면에서도 환경 이슈로 인해 과거와 다른 상황이 연출되고 있다. 농산물이 식량 이외에 친환경 에너지원, 또는 소재/원료로 사용되는 등 점차 사용 범위가 확대되고 있는 것이다. 2008년에 주요 곡물 가격은 사상 유례를 찾아볼 수 없을 정도로 급등하였는데(<그림 1> 참조) 이렇게 급등한 이유 중 하나로서 곡물을 바이오 연료용으로 사용했기 때문이라고 보는 견해가 지배적이다. 최근에는 농산물을 에너지원 외에 플라스틱의 원료 등 다양한 용도로 사용하려는 움직임이 있어 농산물에 대한 수요 확대 추세는 지속될 전망이다.
결론적으로 농산물 공급 확대는 제한적이지만 수요 증가세가 점차 확대되기 때문에 농산물 생산에 대한 획기적인 변화가 필요한 시점이라고 말할 수 있다.
농업에 적용 가능한 새로운 기술 속속 등장
다행인 것은 BT, IT 등 새로운 기술들이 점차 개발되면서 농업의 새로운 변화를 좀 더 용이하게 해 줄 것으로 예상된다는 점이다. 많은 기업들은 농업에 대해 관심을 두고 이러한 신기술을 바탕으로 다양한 변화를 시도하고 있다.
그린 바이오 기술(농업, 축산업 및 식품과 관련된 바이오 기술)이 발전하면서 종자 개량을 통해 식물 재배기간을 줄인다든지 수확량을 늘리는 것이 보다 용이해졌으며 레드 바이오 기술(의학 및 제약과 관련된 바이오 기술) 뿐만 아니라, 화이트 바이오 기술(식물과 같은 재생 자원을 이용해 연료와 소재를 생산하는 바이오 기술)이 발전하면서 농작물을 원료로 한 바이오 에탄올, 바이오 디젤 및 바이오 플라스틱 등 다양한 제품이 생산되고 있다.
또한 LED 등 IT 기술이 발전하고 고기능 분리막 등 정밀 화학제품이 등장하면서 빛, 토양, 수질 등의 환경 조건을 식물 상태에 맞게 최적으로 관리할 수 있는 식물 공장 같은 사업들이 등장하고 있다. 이를 통해 일부 작물에 대해서는 지금까지 재배에 적절하지 않았던 환경에서도 재배가 가능해지고 있다.
그밖에 옥수수대, 나무줄기와 같은 바이오매스를 연료로 활용하는 기술 그리고 미역, 우뭇가사리와 같은 대형 해조류나 식물성 플랑크톤, 클로렐라 같은 미세 조류 생물을 이용한 바이오 기술 등이 발전하면서 앞으로 곡물만이 아니라 다양한 생물을 이용한 바이오 에너지, 바이오 제품들이 등장할 날이 그리 멀지 않았다.
이와 같이 중장기적으로 식량 문제 및 환경 이슈가 지속되고 농업을 중심으로 다양한 기술이 개발되면서 농업에 대한 관심은 상당 기간 지속될 것으로 예상된다. 농산물을 식량, 에너지, 소재/원료로 사용하는 경우로 나눠 농업 관련 시장이 어떻게 전개되고 있는지, 그리고 각각에 대해 선진국 기업들은 어떻게 대응하고 있는지 살펴본다.
2. 시장 전개 방향과 선진국 기업들의 대응
① 식량 생산
GMO 종자 확대 및 신규 참여 가속
농산물 시장은 콩, 밀, 옥수수 등 대량으로 생산되는 품종으로 구성된 시장과 다품종 소량으로 생산되는 채소 및 과일 등 니치 시장으로 나눌 수 있다. 대량 생산 작물용 종자/농약은 주로 신젠타, 바이엘, 몬산토, 듀폰, 바스프 등 대형 기업들이 공급하고 있다. 최근 이들 기업들은 유전자 변형 기술 개발에 집중하면서 점차 유전자 변형 작물(GMO) 종자의 생산량을 늘리고 있다(<그림 2> 참조). 이러한 추세는 기술 발전 및 유전자 변형 작물에 대한 거부감 감소 등의 영향으로 더욱 확대될 전망이다.
과거 종자 개발은 시간도 많이 걸리고 성공 확률도 높지 않은 육종 기술에만 의존해 왔던 반면 최근에는 유전자 조작 기술이 발전하면서 보다 쉽게 다양한 종자를 개발할 수 있는 여건이 마련됐다. 또한 GMO에 대해 부정적인 입장을 가져 왔던 EU조차도 최근 ‘GMO에 대한 10년 연구 보고서’를 통해 GMO의 주요 관심 사항인 안정성을 입증하면서 향후 식량 분야에서의 GMO에 대한 수용 의지를 밝혔다. 이러한 긍정적인 요인들에 힘입어 대량 생산 작물을 중심으로 GMO 종자 개발이 활발히 진행되어 GMO 생산이 지속적으로 늘어날 것으로 예상된다.
채소/과일 등 다품종 소량 생산 작물의 경우 새로운 종자 개발에 대한 효과가 낮고 농약 개발시 각 품종에 대해 따로 허가를 받아야 한다는 번거로움 등이 있어 대형 종자/농약 기업 입장에서는 대량 생산 작물에 비해 상대적으로 소홀히 하는 경향이 있다. 최근 들어 이들 작물을 대상으로 한 종자/농약 사업에 일본 기업이 활발히 참여하고 있다.
미쓰이 화학은 2006년 Daiichi Sankyo의 채소/ 과일용 살충제 사업을 인수한 후 2009년 ‘미쓰이 화학 애그로’를 설립하였고 스미토모 화학의 경우 채소/과일용 농약 개발에 힘쓰는 동시에 일본 내에서 토마토와 딸기 재배를 목적으로 한 농장사업을 점차 확대하고 있다. 또한 해외 시장 확대를 위해 2010년 4월에는 호주 농화학 기업인 Nufarm의 지분 20%를 인수하였다. Nippon Soda의 경우 2010년 3월에 다우의 농화학사업 부문으로부터 채소, 과일, 잔디 등에 유용한 테부페노자이드(Tebufenozide) 살충제 사업을 인수했으며 최근 채소/과일용 살진균제 개발에 박차를 가하고 있다.
향후 대량 생산 품종에 비해 진입 장벽이 낮은 특정 품종을 대상으로 한 종자/농약 개발 사업에 참여하는 기업들이 점차 많아질 것으로 예상된다.
식물 공장 사업 확대
최근 기업들은 척박한 환경에서 재배 가능한 종자를 개발하려는 노력 이외에 최적화된 재배 환경을 인공적으로 제공하는 사업, 즉 식물 공장(Vertical Farm) 사업을 확대하고 있다. 주로 일본 기업들이 활발히 참여하고 있으며 이들은 중동 지역 등을 중심으로 사업을 전개하고 있다. 미쓰비시 화학은 야채 공장 시스템을 패키지화한 컨테이너 야채 공장을 개발해 본격적으로 판매하고 있으며 조만간 중동의 카타르로 납품할 예정이다.
식물 공장은 자연 환경이 아닌 인공 환경을 따로 만들어 재배하다 보니 아무래도 작물 재배시 경제성을 확보하기가 쉽지 않다. 최근 태양광이나 전기 배터리 기술이 점차 확대되면서 이러한 신기술을 이용해 재배 비용을 낮추려는 시도가 활발히 진행되고 있다. 미쓰비시 화학은 식물 공장에 산요 전기의 태양 전지와 리튬 이온 배터리 시스템을 채용했으며 일본 상사인 Sojitz의 경우 바이오 벤처 기업이 새로 개발한 겔상의 특수 필름을 활용한 저비용 기술을 채택하면서 재배 비용을 크게 줄였다.
또한 식물 공장은 재배 기간이 길거나 재배 조건이 까다로운 약용 작물을 중심으로 더욱 확대될 전망이다. 식물 공장에서는 까다로운 재배 조건을 맞추기가 용이하며 재배 기간을 획기적으로 단축할 수 있기 때문이다. 미쓰비시 플라스틱은 자회사인 MKV 드림을 통해 토마토 등 야채류 식물 공장 기술을 확립하고 이를 활용해 약용 식물 인공 재배에 도전할 예정이다. 2012년 감초 생산을 위한 식물 공장을 운영할 계획이며 2013년에는 가공 기술을 획득해 생약 원료 비즈니스에 적극 참가할 계획이다.
앞으로 태양광, 배터리 기술 등이 더욱 발전하면서 식물 공장에서의 재배 비용이 획기적으로 낮아질 것으로 기대된다. 이를 통해 중동을 포함하여 전 세계 척박한 지역을 대상으로 대규모 식물 공장이 들어설 것으로 예상되며 재배 작물도 보다 다양해질 것이다.
② 에너지로 사용
비식용 자원 활용 기술 개발에 주력
2008년 이후 바이오 연료 사용이 확대되면서 본래의 목적인 온실 가스 감축에 상당한 기여를 했겠지만 예상치 못한 문제들도 속속 드러나고 있다. 개발도상국을 중심으로 식량 문제가 더욱 심화되었다는 것뿐만 아니라 바이오 연료용 작물 재배가 확대되면서 일부 지역의 경우 라이프 사이클 동안 화석 연료보다 오히려 더 많은 탄소 배출을 하는 것으로 나타났다. 특히 탄소 흡수 및 산소 발생에 많은 기여를 하는 자연 산림을 개간하여 바이오 연료용 농작물을 재배하는 경우는 탄소 배출 감소 효과가 없을 뿐만 아니라 생물 다양성 파괴라는 문제도 발생시키고 있다.
이와 같이 많은 문제가 발생하면서 기업들은 식용 자원을 사용한 1세대 바이오 연료보다는 작물의 줄기나 폐목재 등을 사용하는 2세대 또는 바다나 담수에서 자라는 조류 생물을 사용하는 3세대 바이오 연료 개발에 집중하고 있다.
특히 바이오 연료의 Value chain 상에 있는 다양한 기업들이 개발에 적극적이다. 폐목재를 원료로 사용할 수 있기 때문에 목재/제지 생산 기업들이 기술 개발에 적극 참여하고 있고, 효소를 이용한 작물 분해 기술을 가진 기업, 그리고 주유소 등 판매 네트워크를 가진 석유 기업들의 참여 또한 두드러지고 있다.
구체적으로 보면 바이오 에탄올 생산에 사용되는 효소의 30%를 생산하는 Danisco의 경우 셀룰로오스계 바이오 연료 생산을 위해 듀폰과 협력 중이다. (최근 듀폰이 Danisco를 인수하기로 합의함) 핀란드 목재/제지기업인 UPM은 2세대 바이오 연료 개발을 위한 연구를 자체적으로 진행하고 있으며 핀란드/스웨덴 기업인 Stora Enso도 폐목재로부터 바이오 연료를 생산하기 위해 정유 기업인 Neste Oil과 협력하고 있다.
엑슨모빌은 조류를 이용한 바이오 연료 개발을 위해 벤처 기업인 Synthetic Genomics와 협력 중이며 쉘은 2세대 바이오 연료 개발을 위해 브라질 국영 곡물/에너지 기업인 Cosan과 협력하고 있다. 이러한 개발 노력에 힘입어 일부 기업에서는 2012년이면 2세대 기술이 상용화될 것으로 기대하고 있으며 늦어도 향후 10년 내에 옥수수 줄기, 볏짚 등을 이용한 바이오 연료가 상용화 될 것으로 예상된다(<그림 3> 참조).
새로운 형태의 바이오 연료 및 차세대 공정 개발 박차
기업들은 최종 생산되는 에너지 형태를 바이오 에탄올, 바이오 디젤에만 국한하고 있지 않다. 새로운 형태의 바이오 연료 중 하나인 바이오 부탄올은 바이오 에탄올을 대체할 수 있으며 바이오 에탄올과 비교해 봤을 때 기존 화석 연료와의 혼합 비율을 높일 수 있고 금속관에서의 부식 작용이 없다는 장점이 있다. 2007년 BP와 듀폰이 바이오 부탄올 생산을 위해 협력하기로 했으며 기타 영국 식품 기업인 British Sugar 등이 개발에 적극적이다.
또한 쉘에서 분사된 Avantium에서 개발 중인 ‘푸란닉스’(푸란 화합물)는 밀 등을 사용해서 생산할 수 있으며 에탄올보다 에너지 밀도가 높고 황 성분이 적은데다 연소시 그을음이 적다는 장점이 있으나 독성이 있어 좀 더 많은 연구가 필요하다.
기업들은 새로운 공정 개발에도 적극적이다. 지금까지 개발된 공정은 주로 효소를 이용한 생물 분해 공정이지만 최근에는 효소 없이 생산하는 열화학 방식의 공정이 한창 개발 중이다. 열화학 방식은 다양한 고품질의 연료 생산이 가능하다는 장점이 있지만 높은 생산 비용 등 아직 해결해야 될 문제점들이 남아 있다. 열화학 방식은 반응 방식에 따라 다시 ‘식물유 수소화 (Vegetable oil hydrogenation)’, ‘열분해(Pyrolysis)’, ‘BTL(Biomass to liquids)’ 등 3가지로 나눌 수 있다.
식물유 수소화 방식은 Neste Oil, 페트로브라스, 코노코필립스 같은 석유 기업 외에 공정 기술 기업인 UOP 등에서 개발 중인 공정으로서 세탄가가 높은 고품질의 디젤 생산이 가능하며 이미 상당 수준의 기술이 개발된 것으로 판단된다.
열분해 방식은 주로 열, 전력 생산 등에 사용될 수 있는 ‘바이오 오일’을 생산할 수 있는 공정으로 반응 과정이 단순하고 다양한 바이오 매스를 사용할 수 있다는 장점이 있으며 제약 기업인 BTG 뿐만 아니라 Air Liquide의 자회사인 Lurgi가 FZK와 공동으로 개발 중이다. BTL 방식은 에탄올, 메탄올, 가솔린 등 다양한 연료 뿐만 아니라 화학 제품 생산도 가능하기 때문에 차세대 공정으로 주목 받고 있으며 쉘, Lurgi, Sasol 등이 기술 개발에 적극적이다.
현재 개발되어 사용중인 바이오 연료는 혼합 비율에 제한을 받는 등 기존 연료를 100% 대체하기 보다는 보조 연료로서 사용되어 왔다. 하지만 향후 다양한 공정 개발을 통해 보다 효율적이고 고부가가치 연료가 개발되면서 자동차내 바이오 연료의 혼합 비율을 대폭 늘릴 수 있고 나아가 자동차용 뿐만 아니라 항공이나 선박용, 전력 생산용 등 바이오 연료를 사용하는 산업 분야가 점차 다양해질 것으로 예상된다.
③ 소재/원료로 사용
천연 작물을 사용한 고기능성 제품 개발 노력
최근 특정 식물을 이용한 신약이라든지 화장품을 실생활에서도 많이 접할 수 있다. 신종 인플루엔자의 처방약으로 개발된 타미 플루가 중국에서 재배되는 팔각 나무의 열매에서 추출한 천연물 신약이라는 것은 이미 많이 알려진 바다. BMS사의 항암제 ‘탁솔’은 유방암, 위암 등에 탁월한 치료 효과를 갖는 블록버스터 급 항암제로 명성이 자자한데 이 또한 태평안 연안에서 자생하는 주목 나무의 껍질을 이용해서 만들었다.
그 외 폐암 치료제로 주목받고 있는 Actavis의 ‘도세탁셀’은 유럽산 주목 나무 잎의 추출물을 주성분으로 삼고 있다. 화장품의 경우 천연 작물로부터 항노화, 보습, 미맥 화장품의 원료를 추출하는 등 다양한 용도로 천연 작물을 이용하고 있으며 최근에는 천연 작물을 발효시켜 만든 화장품이 나오는 등 작물을 사용하는 방법도 다양해지고 있다.
제약 회사들이 천연 작물 신약에 주목하는 이유는 기존 화학 기반의 제품에 비해 개발 비용이 적고 기간이 짧을 뿐만 아니라 부작용 발생 가능성이 낮기 때문이다. 화장품 회사의 경우 광우병 등 동물 자원에 대해 여러 문제가 발생하면서 동물 자원보다는 식물 자원을 선호하는 경향이 뚜렷해지고 있다. 이에 제약/화장품 기업들은 앞으로도 천연 작물을 이용한 제품 개발에 박차를 가할 것으로 예상되며 이로서 기업들의 생물 자원 확보 경쟁이 점차 심화될 것이다.
2010년 10월말 일본에서 나고야 의정서가 채택되면서 생물 유전자원을 신약 개발 등에 이용하는 나라는 향후 유전자원 제공 국가에 미리 통보해 승인을 받아야 하고 유전자원 이용으로 발생한 금전적/비금전적 이익을 사전에 합의된 조건에 따라 배분해야 할 것으로 예상된다. 즉 앞으로는 국가간 생물자원 관련 협약 등을 통해 해외 생물자원 확보가 가능할 것이기 때문에 기업들의 생물자원 확보가 점점 어려워질 전망이다.
한편 최근 GMO 기술이 발전하면서 천연 작물에 약용 또는 환경 정화 등 고기능성을 부여하는 제품 개발이 한창이다. 1세대 GMO 기술은 단순히 생산량을 늘리는 데 초점을 맞췄지만 2세대 GMO 기술은 영양소를 강화한 기능성을 강조하고 있으며, 미래의 기술이라 할 수 있는 3세대 GMO 기술은 백신, 항암 성분, 혈압 강하제 같은 의약 성분이 첨가된 작물을 개발하는 것이다.
분자 농업(Molecular farming)이라고 불리는 것이 대표적인 예이며 이는 주로 생산비용이 높거나 생산 자체가 어려웠던 의약품을 대상으로 농작물을 통해 대량 생산하고자 하는 것이다. 현재 다우 애그로사이언스에서는 동물용 백신이 첨가된 작물 개발에 집중하고 있다.
또한 오염된 토양의 카드뮴 등 중금속을 흡수하여 식물 내에 축척할 수 있는 오염 정화 작물을 개발하는 연구도 진행 중이다. 이들 기술은 아직 연구 개발 단계인 경우가 대다수이지만 바이오 기술 발전과 더불어 향후 상용화되는 것이 점차 늘어날 것으로 기대된다.
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