약용작물 재배에서 기후변화 및 국내외 기술 분석을 통한 스마트팜 전환 전략 방안 도출 = Developing a Smart Farm Transition Strategy through Analysis of Climate Change and Domestic and International Technologies in Medicinal Crop Cultivation

국문 초록 (Abstract)

최근 약용작물은 전통적인 한약재의 범주를 넘어 건강기능식품, 기능성 화장품, 천연물 신약 등 바이오 헬스케어 산업의 핵심 바이오 소재(Bio-material)로 그 가치가 급격히 확장되고 있다. 그러나 국내 약용작물 생산 기반은 급격한 기후변화로 인한 재배 적지 북상, 여름철 고온 및 빈번한 이상기후로 인해 생산량 급감과 유효성분(지표 성분) 함량 저하라는 이중고에 직면하고 있다. 또한 농촌의 고령화와 노동력 부족, 노지 재배의 구조적 한계인 농약 및 중금속 안전성 문제는 국내산 원료의 신뢰도를 떨어뜨려 저가 수입산에 대한 의존도를 심화시키고 있다. 이에 본 연구는 외부 환경을 완벽히 통제하여 표준화된 고품질 원료를 연중 안정적으로 생산이 가능한 스마트팜(식물공장)으로의 전환이 단순한 선택이 아닌 산업 생존을 위한 필수 조건임을 규명하고, 실효성 있는 전환 전략을 도출하고자 하였다.
국내외 기술 및 정책 동향을 비교 분석한 결과, 국내 약용작물 스마트팜은 하드웨어(시설) 보급에 치우쳐 정작 이를 운영할 소프트웨어(생육 데이터·레시피)가 부재하며, 높은 초기 투자비를 상쇄할 수익 모델이 없어 산업화가 지체되고 있음을 확인하였다. 반면, 네덜란드는 데이터 기반의 자율제어 기술(S/W)을 수출 상품화하고 있으며, 북미 지역은 의료용 대마 산업에서 우수 의약품 제조관리 기준(GMP) 적용과 연계한 철저한 품질 관리로 가치 기반 고수익 시장을 창출하였고, 중국 또한 국가 주도로 식물공장을 중의학 현대화의 핵심 도구로 활용하여 안전성과 표준화 문제를 해결하고 있다. 이를 통해 국내의 실패 원인이 기술력 부족보다는 약용작물을 저중점 농업으로 간주한 정책 프레임의 실패와 저가 가격 경쟁 시장 고착에 있음을 진단하였다.
분석된 시사점을 바탕으로 본 연구는 성공적인 전환을 위한 3대 기본 방향을 설정하였다. 첫째, 시설(H/W) 보급 중심에서 유효성분 극대화를 위한 표준 생육 레시피(S/W) 확보 중심으로 기술 전략을 전환하고, 둘째, 노지작물과의 가격 경쟁을 지양하고, 절대적 안전성과 성분 표준화를 무기로 하는 가치 기반 프리미엄 신시장을 제안한다. 셋째, 약용작물 생산을 저중점 농업이 아닌 K-Bio 및 제약 산업의 국가 원료 공급망 안보 인프라로 재정의하여 범부처 차원의 지원을 이끌어 낸다.
구체적인 실행 방안으로는 첫째, 경제성과 기후 민감도 등을 고려하여 인삼(플래그십), 당귀·천궁(기후 위기 대응), 감초(수입 대체)를 3대 전략 작목군으로 선정하였다. 둘째, 기술적 전략으로 파일럿 팜을 통해 유효성분 극대화 표준 생육 레시피(S/W)를 개발하고, 이를 통합 관리하는 국가 데이터 플랫폼(K-MCP) 구축을 제안한다. 셋째, 경제성 확보를 위해 유효성분 함량과 안전성을 보증하는 프리미엄 원료 인증제를 도입하고, 제약·화장품 기업과 연계한 B2B 계약재배 모델을 제시한다.
마지막으로 정책적 지원 방안으로 데이터 연동형 보조금 지급, 장기 저리 특화 금융 도입, 데이터 분석 전문 인력 양성을 제안하였으며, 농가-기업-정부-연구계가 참여하는 K-MCP 얼라이언스 구축을 통해 선순환 산업 생태계를 조성해야 함을 강조하였다.
결론적으로 본 연구는 약용작물 스마트팜을 단순한 농업 시설이 아닌 국가 바이오 원료 공급망 안보 인프라로 재정의하고, 기술·경제·정책을 아우르는 종합적인 전환 로드맵을 제시함으로써 국내 약용작물 산업의 구조적 혁신 방안을 마련하고자 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, the value of medicinal crops has rapidly expanded beyond the scope of traditional herbal medicine to become core biomaterials for the bio-healthcare industry, including health functional foods, functional cosmetics, and new natural drugs. However, the domestic production base for medicinal crops faces a double crisis of sharp declines in yield and degradation of active ingredient (marker compound) content due to rapid climate change, which has caused the northward shift of suitable cultivation areas and frequent summer heatwaves and abnormal weather events. Furthermore, the aging rural population, labor shortages, and structural limitations of open-field cultivation regarding pesticide and heavy metal safety have lowered the reliability of domestic raw materials, deepening dependence on low-cost imports. Accordingly, this study aimed to establish that the transition to smart farms (plant factories), which can fully control the external environment to stably produce standardized high-quality raw materials year-round, is not merely a choice but an essential condition for industrial survival, and to derive effective transition strategies.
A comparative analysis of domestic and international technology and policy trends revealed that domestic smart farms for medicinal crops are biased toward hardware(facility) supply, lacking the necessary software (growth data and recipes) to operate them, and failing to establish profit models to offset high initial investment costs, thereby delaying industrialization. In contrast, the Netherlands is commercializing data-driven autonomous control technology(S/W) for export; North America has created a high-profit value-based market in the medical cannabis industry through strict quality control linked to GMP regulations; and China is utilizing plant factories as a key tool for the modernization of Traditional Chinese Medicine(TCM) under state leadership to solve safety and standardization issues. Through this, the study diagnosed that the cause of domestic failure lies not in a lack of technological capability, but in the failure of the policy frame that views medicinal crops as marginalized agriculture and the entrapment in a low-price competition market.
Based on the analyzed implications, this study established three basic directions for a successful transition. First, the technological strategy should shift from a focus on facility(H/W) supply to securing standard growth recipes(S/W) for maximizing active ingredients. Second, price competition with open-field crops should be avoided, and a value-based premium new market armed with absolute safety and ingredient standardization should be designed. Third, medicinal crop production should be redefined from marginalized agriculture to a national raw material supply chain security infrastructure for the K-Bio and pharmaceutical industries to elicit support at the pan-government level.
Specific execution plans include: First, selecting Ginseng(flagship), Angelica gigas / Cnidium officinale(climate crisis response), and Licorice (import substitution) as the three strategic crop groups considering economic feasibility and climate sensitivity. Second, as a technological strategy, developing standard growth recipes(S/W) for maximizing active ingredients through pilot farms and establishing a National Data Platform (K-MCP) for integrated management. Third, to ensure economic feasibility, introducing a premium raw material certification system that guarantees active ingredient content and safety, and presenting a B2B contract farming model linked with pharmaceutical and cosmetic companies.
Finally, as policy support measures, the study proposed data-linked subsidy payments, the introduction of specialized long-term low-interest finance(K-Bio Farm Loan), and the training of data analysis specialists. It also emphasized the need to create a virtuous industrial ecosystem by establishing the K-MCP Alliance involving farmers, companies, the government, and research institutes.
In conclusion, this study aimed to prepare a structural innovation plan for the domestic medicinal crop industry by redefining medicinal crop smart farms not as simple agricultural facilities but as national bio-raw material supply chain security infrastructure and presenting a comprehensive transition roadmap encompassing technology, economy, and policy.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1. 연구의 배경 및 필요성 1
• 가. 약용작물의 산업적 가치 확장과 바이오 소재로서의 중요성 증대 1
• 나. 기후변화 및 생산 기반 붕괴로 인한 공급망 위기 심화 1
• 다. 기존 노지 재배의 한계와 기술적 대안으로서의 스마트팜 2
• 라. 국내 스마트팜 도입 전략의 부재 및 전환의 시급성 2
• 2. 연구 목적 2
• 가. 약용작물 산업의 위기 진단 및 스마트팜 전환 당위성 규명 3
• 나. 국내외 기술·정책·시장 격차 분석을 통한 전략적 시사점 도출 3
• 다. 지속 가능한 약용작물 스마트팜 전환 전략 프레임워크 제시 3
• 3. 연구 범위 및 방법 3
• 가. 연구의 범위 3
• 나. 연구 방법 4
• 제2장 이론적 고찰 5
• 1. 약용작물의 개념 및 산업적 특성 5
• 가. 약용작물의 개념 5
• 나. 약용작물의 재배 현황 6
• 다. 약용작물의 산업적 특성 18
• 2. 기후변화와 농업생산 시스템의 변화 27
• 가. 생산량 감소 및 농산물 품질 저하 27
• 나. 재배 적지(주산지)의 지각 변동 30
• 다. 병해충·잡초 발생 양상 변화 및 농업용수 고갈 32
• 3. 기후변화가 약용작물 재배 환경에 미치는 영향 34
• 가. 유효성분(2차 대사산물)의 변동 및 품질 저하 34
• 나. 생리장해 및 병해충 발생 급증 34
• 다. 재배 적지(주산지)의 변동 및 생산 불안정성 35
• 4. 스마트팜의 개념 및 핵심 기술 37
• 가. 스마트팜의 개념 37
• 나. 스마트팜의 핵심기술 38
• 5. 약용작물 재배와 스마트팜 적용 가능성에 관한 선행연구 47
• 가. 유효성분 증대 및 품질 표준화 연구 47
• 나. 생산 안정성 확보 및 기후변화 대응 연구 49
• 다. 선행 연구의 한계와 시사점 51
• 6. 이론적 고찰 소결 56
• 가. 약용작물 산업의 구조적 위기와 기후변화의 위협 56
• 나. 스마트팜의 기술적 유효성과 기술-경제 간의 간극 56
• 제3장 국내외 약용작물 스마트팜 재배 기술 분석 57
• 1. 국내 약용작물 스마트팜 기술도입 현황 및 한계 분석 57
• 가. 스마트팜 환경인자 조절 연구 57
• 나. 주요 작물 스마트팜 기술 현황 61
• 다. 한계 분석 63
• 2. 해외 약용작물 스마트팜 기술 동향 및 사례분석 66
• 가. 네덜란드: 데이터(S/W) 및 자동화 중심의 고도화 66
• 나. 미국·캐나다 : 의료용 대마(Medical Cannabis)와 정밀제어 68
• 다. 중국 : 정부 주도 식물공장과 중의학(TCM) 연계 70
• 라. 기타(유럽) : Plant Molecular Farming(PMF) 72
• 3. 분석을 통한 시사점 도출 74
• 가. 전환의 당위성 확보 : 노지 재배 시스템의 명백한 한계 74
• 나. 국내 전략의 근본적 오류: H/W(시설)가 아닌 S/W(데이터)가 핵심 75
• 제4장 국내 약용작물 스마트팜 전환 필요성 분석 78
• 1. 기존 시설·노지 재배와 스마트팜 재배의 비교 78
• 가. 생산성 및 품질비교 79
• 나. 비용ㆍ수익 구조 80
• 다. 안정성(기후, 병해충, 잔류물질 등) 81
• 2. 해외 사례 대비 국내 경쟁력 수준 진단 82
• 가. 기술 격차 : S/W(데이터) 부재로 인한 지능화 실패 82
• 나. 경제성 격차 : 가치 기반 시장 부재로 인한 수익 모델 실패 84
• 다. 전략적 격차: 농업 프레임 고착으로 인한 정책 실패 85
• 3. 국내 스마트팜 재배 전환의 필요성 도출 88
• 가. 경제적 필요성 : 가격 경쟁에서 가치 기반 수익 모델로의 전환 88
• 나. 기술·품질 측면 필요성 : 불확실성에서 절대적 통제로의 전환 89
• 다. 정책·산업 전략 측면 필요성 : 저중점된 농업분야에서 국가 전략 산업으로의 전환 90
• 4. 소결 92
• 제5장 국내 약용작물 스마트팜 재배전환 전략 방안 93
• 1. 기본 방향 및 목표 설정 93
• 가. 3대 기본 방향 93
• 나. 전략적 목표 94
• 2. 전략 대상 작목군 설정 97
• 가. 전략 작목군 선정 기준 97
• 나. 3대 전략 대상 작목군 98
• 3. 기술 도입 및 단계별 보급 전략 100
• 가. 파일럿 및 거점 스마트팜 구축 100
• 나. 표준 재배 프로토콜 및 데이터 플랫폼 구축 101
• 4. 경제성 제고 및 비즈니스 모델 103
• 가. 계약재배, 제약·화장품 기업 연계 103
• 나. 기능성 성분 기반 브랜드화·프리미엄 전략 104
• 5. 제도ㆍ정책 지원 방안 106
• 가. 인센티브, 보조사업, 금융 지원 106
• 나. 인력 양성 및 컨설팅 시스템 108
• 6. 이해관계자(농가–기업–정부) 협력 거버넌스 모델 110
• 가. 거버넌스 주체별 핵심 역할 재정의(R&R) 111
• 나. K-MCP 얼라이언스 선순환 모델 112
• 7. 전략 추진 로드맵 제안 113
• 가. 1단계 : 단기 (기반 구축기, 1~3년 차) 113
• 나. 2단계 : 중기 (실증 및 확산기, 4~7년 차) 114
• 다. 3단계 : 장기 (고도화 및 자립기, 8년 차 이후) 115
• 제6장 결론 116
• 1. 연구 결과 요약 116
• 2. 전략적 시사점 및 정책 제언 116
• 가. 제언 1 : H/W(시설) 보급에서 S/W(데이터/레시피) 확보로의 R&D 전략 전면 전환 116
• 나. 제언 2 : 가격 경쟁 시장이 아닌 가치 기반(GMP 연계) 신(新)시장의 설계 117
• 다. 제언 3: 저중점 농업 프레임에서 국가 전략 산업으로의 격상 및 범부처 거버넌스 구축 117
• 3. 연구 한계 및 향후과제 119
• 가. 연구의 한계 119
• 나. 향후 과제 119
• 참고문헌 121
• Abstract 129