극한의 온실: 미친 곳에서 음식 재배

Robin Whitlock
2022년 2월 22일
4분 분량

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/extreme-greenhouses-growing-food-in-crazy-places

극한 환경에서 식량 작물을 재배할 수 있을까? 새로운 연구 프로젝트에서는 식량 식물을 사막, 극지방, 우주에서 재배할 수 있는지 살펴보고 있습니다. 인류가 더 혹독한 기후, 즉 "세상 밖의" 기후로 이주함에 따라 신선한 농산물이 필수가 될 것입니다.

©ScienceAtNASA/Wikimedia Commons

우주에서 식물 재배

세계 우주 부문은 지구 궤도에서 현재 진행 중인 우주 작전을 달 너머, 특히 화성까지 더 긴 탐험으로 확장할 수 있는지 조사하기 시작했습니다. 이 아이디어는 기술적 타당성과 관련해 상당히 논란이 있지만, NASA가 그러한 항해를 떠나는 우주인이 스스로를 지탱할 수 있는 방법을 적극적으로 고려할 만큼 논쟁이 심각해졌습니다.

이 분야 연구의 주요 초점은 현재 우주 작전에 참여하는 우주인(예: 국제 우주 정거장(ISS))을 지탱하는 포장 식품 및 비타민의 현재 시스템에 대한 대안을 결정하는 것입니다. 포장 식품은 지구 근처 작전에 확실히 적합하지만 우주인이 우주로 더 멀리 여행함에 따라 분해됩니다. 이러한 이유로 많은 NASA가 직접 운영하는 여러 프로젝트에서 우주에서 신선한 농산물을 재배하는 방법을 조사하고 있습니다.

우주에서 신선한 음식을 재배하는 데 있어 두 가지 주요 과제는 중력이 낮고 햇빛이 부족하다는 것입니다. 우주 정거장에 있는 야채 생산 시스템(Veggie)은 식물 재배 시설로 구성되어 있습니다. 70와트의 전기를 사용하는 두 개의 저전력 장치를 사용하여 조명, 선풍기 및 기본 수경 재배 시스템을 지원하는 전자 제어 장치에 전원을 공급합니다. 씨앗은 수용성 구아검을 사용하여 심지에 접착됩니다. 내열성 섬유 바닥이 있는 검은색 케블라로 구성된 식물 필로우는 소성 점토와 지속 방출 비료의 성장 매체를 포함합니다. 물은 퀵 디스커넥트 밸브를 통해 주입됩니다.

Veggie 프로젝트는 Advanced Plant Habitat이라는 더욱 정교한 성장 챔버와 함께 운영되는 반면, 지구에서는 NASA가 후원하는 Biological Research in Canisters(BRIC) 및 Fairchild Tropical Botanic Garden의 Growing Beyond Earth(GBE) 와 같은 프로젝트가 우주의 프로젝트를 보완합니다. BRIC은 대조군 역할을 합니다.

©ISS Expedition 50 회원/Wikimedia Commons

무중력 상태에서 식물을 재배하는 것은 유체 물리학과 대류 흐름의 부족으로 인해 복잡합니다. 이 문제는 소성 점토 매체를 통해 해결되는데, 이는 우주 정거장의 Veggie 프로젝트에 있는 식물의 뿌리가 공기와 물을 동시에 가질 수 있도록 보장하는 반면, 팬 시스템은 식물이 거품에 갇히지 않도록 보장합니다.

Advanced Plant Habitat(APH)는 우주 정거장에 위치하지만, 케네디 우주 센터의 연구자들과 지속적으로 상호 작용할 수 있는 카메라와 센서를 갖춘 폐쇄적이고 자동화된 프로젝트입니다. 즉, 우주 정거장의 승무원들은 샘플을 채취하여 추가 연구를 위해 지구로 보내는 것 외에는 프로젝트와 직접 상호 작용할 일이 거의 없습니다.

APH는 우주에서 식물 유전학, 단백질, 대사산물에 어떤 일이 일어나는지, 특히 무중력 상태에서 식물 리그닌에 어떤 일이 일어나는지 살펴봅니다. 리그닌은 중력 상태에서 식물의 수직 성장을 지원하고, 무중력 상태에서는 리그닌화가 느려질 수 있습니다 . 리그닌이 적게 함유되도록 유전공학적으로 조작된 식물이 우주에서 생존할 수 있는지 여부를 평가하는 것이 목표입니다.

캐니스터 생물학 연구(BRIC) 프로젝트 는 효모와 미생물과 같은 페트리 접시에서 자란 작은 유기체에 초점을 맞춥니다. 그 결과에는 우주에 있는 식물이 산화로 인해 스트레스를 더 많이 받는 반면 식물의 면역 체계와 관련된 일부 유전자는 우주에서 켜지고 다른 유전자는 꺼진다는 관찰이 포함되었습니다. 또한 우주에 있는 식물은 병원균과 싸우는 데 더 어려움을 겪습니다.

©KAUST/Wikimedia Commons

사막에서 식물 재배

사막에서 식량을 재배하는 과제는 우주에서 적용 가능할 수 있는 식물 재배 연구 프로젝트로 이어졌습니다. Jewish News Syndicate(JNS)의 보도에 따르면, 2022년 2월 19일, 이스라엘 병아리콩 씨앗이 Northrop Grumman의 ISS로 가는 17번째 상업 재공급 항해의 화물의 일부로 배달될 예정이었습니다. 이 씨앗은 과학 연구를 위해 수경 재배 기술을 사용하여 "미니어처 온실"에서 재배될 예정 입니다. 병아리콩 프로젝트는 Space Hummus 로 명명되었습니다. 빠르게 자라는 병아리콩은 인기 있는 요리의 주요 재료이며 장기 항해를 하는 우주 여행자들에게 식량을 공급할 잠재력이 있을 수 있습니다.

사우디아라비아 투왈에 있는 킹 압둘라 과학기술대학교(KAUST)가 운영하는 개념적 프로젝트인 Here on Earth는 학교에서 이미 개발 중인 기술을 사용하여 더운 사막 지역에서 식물을 재배하는 것을 목표로 하고 있습니다. KAUST 프로젝트는 태양광 패널, 저에너지 냉각 시스템, 내염성 농업으로 지원되는 대규모 온실 단지가 있는 시설을 구상하고 있습니다. 이 연구 분야는 제어된 환경 농업(CEA) 으로 알려져 있으며 , 담수와 노동력과 같은 희소한 상품의 사용이 최적화된 식량 생산에 대한 기술 중심적 접근 방식입니다. 내염성 식용 식물에 대한 연구는 중동 지역의 건조한 해안 기후에서 해수 또는 희석된 해수를 사용하여 식물에 물을 주는 것을 목표로 합니다.

KAUST 연구는 또한 조류 생명공학의 이점과 공기에서 물을 흡수하는 농축 물질인 액체 건조제를 사용하여 식물을 재배하는 것에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 이 연구가 성공적이라면 건조 지역의 도시 상수도 수요를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 온실의 유리창으로 사용되는 반투명 태양 전지 패널은 적외선 에너지를 전기로 변환하는 동시에 빛을 통과시켜 식물 성장을 돕고 과도한 열이 식물 성장에 부정적인 영향을 미치는 문제를 완화할 수 있습니다.

이러한 연구 중 일부는 이미 흥미롭고 유용한 결과를 얻었습니다. KAUST의 분사기업인 Red Sea Farms는 30%만 희석한 해수를 사용하면서도 비타민과 항산화제 수치가 더 높은 토마토 품종을 재배 했습니다 .

극지방에서 식물 재배하기

극지방에서 식물을 재배하는 것을 조사하는 일부 프로젝트는 캐나다 북극의 거의 자율적인 Arthur Clarke Mars Greenhouse 와 같이 우주 연구를 지원했지만 , 대부분의 극지방 프로젝트는 추운 지역의 식량 불안을 해결하는 데 중점을 둡니다. 그러한 프로젝트 중 하나는 캐나다 누나부트 준주의 Gjoa Haven에 위치한 Arctic Research Foundation(ARF)이 운영하는 온실로 구성된 Nauvik (이누이트어로 "성장하는 장소"를 의미)입니다. Nauvik에는 두 개의 운송 컨테이너, 두 개의 풍력 터빈, 백업 전력을 위한 디젤 발전기가 있는 14.4킬로와트 태양열 배열이 장착되어 있습니다. 이 시설은 지역 원로와 주민들이 선택하여 배포하는 마이크로그린과 토마토를 수확합니다.

이 프로젝트는 Gjoa Haven 마을, ARF, 캐나다 농업 및 농식품부, 국립 연구 위원회, 캐나다 우주국이 협력하여 진행합니다.

비슷한 프로젝트로는 이 누빅 커뮤니티 온실이 있는데 , 이는 하키 경기장이었던 곳에 있는 폴리카보네이트 돔으로, 그 아래에서 채소와 꽃을 재배합니다. 이누빅은 북극권에서 북쪽으로 120마일 떨어진 캐나다의 한 마을로, 인구는 3,200명입니다. 그곳의 기온은 화씨 -40도 이하로 떨어질 수 있지만, 온실 내부의 기온은 여름에 종종 화씨 100도에 도달하는데, 이는 이 지역의 끊임없는 여름 일광 덕분입니다. 끊임없는 일광과 따뜻함이 성장을 촉진하여 잎이 많은 채소, 호박, 토마토, 꽃을 포함한 풍부한 수확을 가져옵니다.

ames Heilman/Wikimedia Commons

이누빅과 같은 지역 온실은 현재 캐나다 북부에서 인기를 끌고 있으며, 유콘에는 최소 16개, 노스웨스트 준주에는 24개가 있습니다.

주목할 만한 또 다른 북극 식량 프로젝트는 University of Alaska Fairbanks(UAF)가 운영하는 알래스카의 Arctic Biology Greenhouse 연구소 입니다 . 1994년에 완공된 이 연구소는 연구 및 교육 시설로 설계되었습니다. 온실은 컴퓨터로 제어되며 식물 유전학, 생리학, 생태학, 진화 및 체계학에 중점을 둡니다. 온실 내에는 연구가 수행되는 4개의 컴퓨터 제어 구역이 있으며 식물 컬렉션도 보관합니다. 이러한 구역과 함께 3개의 기후 제어 성장실이 있습니다. 현장 교육 교실은 16명의 학생을 수용할 수 있으며 야외 재배 공간도 있습니다. 프로젝트에는 수분매개자가 침입종을 선호하여 토착 식물을 포기하는지 여부에 대한 연구, 식물 게놈 프로젝트 및 토착 및 침입 식물의 질소 고정 제어를 이해하기 위한 프로젝트가 포함되었습니다.

의미

극한 기후에서 신선한 농산물에 대한 미래 수요는 언젠가 우리가 상상하는 것보다 더 커질 수 있습니다. 혹독한 환경에서의 대부분 프로젝트가 이미 지역 사회에 혜택을 제공했지만, 극한 기후 재배 연구는 여전히 진행 중이며 발전 중입니다. 기대했던 향상된 혜택과 새로운 발견을 제공할지 여부는 아직 알 수 없습니다.

*Robin Whitlock is an England-based freelance journalist specializing in environmental issues, climate change, and renewable energy, with a variety of other professional interests including green transportation.