[전문가 기고] 축사 환경관리 기술현황과 미래전망

【전문가 기고】 축사 환경관리 기술현황과 미래전망 
                    - 장동화 국립축산과학원 축산환경과 박사

IoT·AI·빅데이터 활용한 통합적 환경관리 필요
복합 데이터 활용 문제진단 및 해결방안 제시하는 기술개발 추진
축사설계에 필요한 단열·환기 의사결정 돕는 자가진단 앱 3종 출시

■축사 환경관리의 중요성
축사 환경관리는 가축의 건강과 생산성에 큰 영향을 미친다. 가축은 온도, 습도, 공기 질과 같은 환경적 요인에 민감하게 반응하며, 이러한 요소들이 적절히 관리되지 않으면 가축에게 스트레스를 줄 수 있다. 스트레스를 받은 가축은 면역력이 약해져 질병에 걸리기 쉬워지고 이로 인해 가축 생산성이 저해되며 심각한 경우 가축 폐사로 이어져 농가에 큰 경제적 손실을 초래할 수 있다. 젖소의 경우 축사 내부 온습도가 적절히 조절되지 않으면 스트레스를 받아 우유 생산량이 최대 10%까지 감소할 수 있을 만큼 적절한 축사 환경관리가 중요하게 여겨진다.
축사 환경관리에서 중요한 요소는 온도, 습도, 환기뿐만 아니라 조명과 청결도 포함된다. 온도와 습도는 가축의 쾌적함과 건강을 결정짓는 주요 요인이며, 적절한 환기는 신선한 공기를 제때 공급해 주고 축사 내 유해가스를 배출해 가축의 호흡기 건강을 지켜주는 등 적정 생육환경을 결정하는데 중요한 요소이다. 이와 함께, 조명은 가축의 생리 리듬을 조절하고, 청결관리는 질병예방에 필수적이다. 만약 이 요소들이 적절히 관리되지 않으면 가축의 성장률이 저하되고, 생산성 역시 감소할 수 있다. 이를 예방하기 위해서는 환기시스템 및 냉난방 장치의 효과적인 운영 등을 통해 생육환경의 적정성, 안정성을 달성하고 적절한 청결유지를 실시하는 것이 필수적이다. 이러한 통합적인 환경개선을 통해 가축의 스트레스를 줄이고 건강을 유지하는 것이 농가의 지속 가능성을 높이는 중요한 방법이다.
또한, 축사 환경관리는 가축의 생산성 향상에만 그치지 않고, 환경문제와도 연결되어 있다. 축산업은 온실가스 배출과 수질 오염의 원인 중 하나로 지적되지만, 적절한 폐기물 관리와 분뇨처리를 통해 악취나 암모니아와 같은 유해가스 배출을 줄일 수 있다. 이러한 노력은 환경보호뿐만 아니라 농가의 운영 효율성에도 긍정적인 영향을 미친다. 지속 가능한 축산업을 위해서는 가축 건강과 생산성을 관리하는 것뿐만 아니라, 환경을 고려한 관리가 필수적이다.

■축사 환경관리 기술의 발전
축사 환경관리는 과거의 농장주의 경험과 지식에 기반해 직접 관리하던 전통적인 방식에서부터 오늘날의 각종 ICT 장치를 활용한 데이터 기반의 정밀 관리기술로 발전해 왔다. 과거에는 주로 육안으로 환경 상태를 확인하고, 농가의 경험에 의존해 가축의 생육 상태를 유지하는 방식이 일반적이었다. 과거, 온도나 습도가 불쾌한 수준에 도달했을 때 비로소 조치를 취하는 경험적 관리방식이 주로 사용됐다. 이러한 방식은 가축의 상태를 세밀하게 반영하기 어렵고, 환경 변화에 신속하게 대응하는 데 한계가 있었다.
그러나 IoT(사물인터넷)와 ICT(정보통신기술)의 발전으로, 축사 내부의 온도, 습도, 공기 질, 환기 상태 등을 실시간으로 측정하고 관리할 수 있는 자동화된 제어시스템이 구축됐다. 이러한 시스템 덕분에 농장주는 축사의 환경 상태를 즉각적이고 정확하게 파악할 수 있으며, 자동 환기시스템을 통해 별도의 개입 없이도 축사를 효율적으로 관리할 수 있게 됐다. 예를 들어, 온도나 습도가 설정된 기준을 초과하면 자동으로 환기 및 냉난방 시스템이 작동해 적절한 환경을 유지해 줌으로써 농장주는 수동으로 장비를 가동하거나 환경을 일일이 확인하는 번거로움이 줄어들 수 있다.
현재는 이러한 기본적인 자동화 제어를 넘어서, 수집된 데이터를 기반으로 더욱 정밀한 환경관리가 가능해지고 있다. 다양한 센서를 통해 수집된 가축의 체온, 활동량, 사료 섭취량 등의 사양 데이터가 인공지능(AI) 등 다양한 기법을 통해 분석돼, 가축의 상태와 외부 환경에 맞춘 맞춤형 환경관리가 가능하도록 연구 개발되고 있다. 이러한 데이터 기반의 관리 방식은 가축의 건강을 최적화하고, 생산성을 극대화하는 동시에, 농가의 운영 효율성도 높여준다. 이와 같은 기술의 발전은 단순한 편의성 제공을 넘어, 상황에 맞춘 정밀한 환경관리로 이어지고 있다.

■데이터 기반 축사 환경관리 및 설계 의사결정 기술개발 현황
최근에는 단순 센서 데이터를 활용하는 것이 아니라, 복합 데이터를 활용해  모델 기반으로 농가의 문제점을 진단하고 해결방안을 제시하는 기술이 개발되고 있다. 국립축산과학원에서도 축사설계 및 운영에 필요한 단열과 환기에 대해 공학적 설계를 기반으로 의사결정을 돕는 ’축사 에너지부하 자가진단 앱’, ‘축사환기 시뮬레이션 앱’, ‘농가조건 맞춤형 축사표준설계도면 출력 앱’ 3종을 서울대학교 등과 공동으로 개발했다.
축사 에너지부하 자가진단 앱은 건축물 설계에 활용되는 BES(건물 에너지 시뮬레이션) 기법을 이용해 농가 맞춤형으로 축사의 냉·난방 에너지 부하를 계산할 수 있도록 개발됐다. 이 앱은 축종(육계, 산란계, 자돈, 비육돈), 지역, 건물의 크기와 특성, 그리고 단열 상태 등을 입력하면 축사 내부의 냉난방 에너지 요구량을 계산해준다. 이를 통해 농가는 축사의 에너지 사용을 효율적으로 관리할 수 있으며, 에너지 운영전략을 수립할 때 중요한 정보를 얻을 수 있다. 이 앱은 사용자가 다양한 조건에 맞는 비교 분석을 제공함으로써, 축사 단열보강 계획을 세우는 데 활용할 수 있다.
축사환기 시뮬레이션 앱은 전산 유체역학과 같은 수치해석 기법을 이용해 축사의 입기와 배기 방식에 따른 환기, 열환경, 가스 등의 변화를 예측할 수 있도록 개발됐다. 이 앱은 축사 내부의 공기 흐름, 온도, 습도, 암모니아 분포를 시뮬레이션해 가시적으로 보여준다. 축종별, 환기 조건별로 공기의 흐름과 주요 생육환경 변수를 예측할 수 있어, 농가가 최적의 환기전략을 세우는 데 큰 도움을 준다. 예를 들어, 중천장 유무나 입기 및 배기 방식에 따른 공기흐름 변화를 시뮬레이션해 사용자는 보다 효과적인 환기전략을 세울 수 있다. 이를 통해 축사 내부의 환기문제를 진단하고, 환경개선을 위한 최적의 대안을 마련할 수 있다​.
농가조건 맞춤형 축사표준설계도면 출력 앱은 농가의 입력조건에 맞는 축사표준설계도면을 파일(PDF)형식으로 제공한다. 건물의 크기와 축종을 입력하면 축사규모와 대략적인 공사비 산출이 가능하며, 농가조건에 맞춘 축사표준설계도면을 출력할 수 있다. 데이터 기반의 축사시설 진단과 상담(컨설팅)을 가능하게 하며, 축사표준설계도의 활용성을 증진하는 데 도움을 준다.
세 가지 앱은 축사설계 및 운영을 과학적으로 지원해, 축산업의 효율성과 생산성을 크게 높일 것으로 기대된다. 농가들이 더 편리하고 정밀하게 축사를 관리할 수 있게 해주는 이러한 모바일 솔루션은 축산업의 미래를 더욱 스마트하고 지속 가능하게 만들어줄 것으로 기대된다.

■미래 축사 환경관리 기술 전망
앞으로 축사 환경관리는 맞춤형으로 더욱 정밀하게 발전할 전망이다. 데이터 기반의 환경관리 기술은 지속적으로 진화하고 있으며, IoT, 인공지능, 빅데이터 분석을 활용한 맞춤형 관리가 가축의 건강과 생산성을 최적화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.
이상기후 현상이 더욱 빈번해지면서 축사 환경관리에 외부 기후변화의 영향도 중요하게 고려돼야 한다. 폭염, 한파, 폭우와 같은 극단적인 기후조건은 가축에게 스트레스를 유발하고, 축사 내부의 환경을 악화시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 내부 환경관리뿐만 아니라 외부 기후 데이터를 실시간으로 반영하는 축사관리 기술이 발전할 것으로 기대된다. 앞으로는 가축의 실시간 상태와 축사 내·외부를 모니터링해 필요할 때만 환경을 조정하는 시스템이 개발·보급돼, 노동력 절감은 물론 농가의 에너지 절약과 생산성 향상에도 긍정적인 영향을 미칠 것이다.
또한, 축사 내 공기 질 개선과 악취문제 해결을 위한 연구가 더욱 활발해질 것이다. 특히, 환기 시스템과 자동화된 폐기물 관리 시스템을 연계한 통합적인 환경관리가 더욱 중요한 이슈로 부각될 것이다.
향후 축산업의 성장은 이러한 데이터 기반기술의 발전과 밀접한 관련이 있으며, 이를 통해 보다 스마트하고 지속 가능한 생육 환경을 조성할 수 있을 것이다. 농가들은 이와 같은 기술 발전을 통해 더 나은 의사결정을 할 수 있으며, 궁극적으로는 축산업의 경쟁력을 강화하는 데 큰 도움이 될 것이다.