새우 시리즈 3: 친환경 양식의 세계, 바이오플락에 빠진 게 죄는 아니잖아?

새우 시리즈 3: 친환경 양식의 세계, 바이오플락에 빠진 게 죄는 아니잖아?

16기 곽준우, 16기 변은경, 16기 이지윤, 17기 이유림

 

[자료 1. 신안 왕새우 양식장]

출처: 스포츠 서울

 우리가 알고 있는 기존 양식방법은 양식 용수를 배출하는 과정에서 수질오염과 같은 환경오염을 야기한다. 또한 양식 어류를 키울 때 생산원가가 높은 인위적 사료를 먹이다 보니 생산 비용이 높은 데에 반해 상품성은 상대적으로 낮았다. 이와 같은 이유로 현재 환경오염 최소화, 고밀도 사육, 연중 안정적인 생산성, 친환경 양식기술 개발에 대한 요구가 상승하고 있다. 따라서 본 기사에서 양식산업의 경쟁력을 제고하고 어업인의 부가가치를 높일 수 있는 새로운 양식산업에 대해 소개하고자 한다.

 

"바이오플락이란?"

'바이오플락의 정의'

바이오플락(BIOFLAC)이란 식물 플랑크톤, 배설물, 사료 찌꺼기, 세균성 미생물 등이 결합된 작은 유기물 덩어리 그 자체를 말한다. 이를 이용한 것이 바로 바이오플락 기술(BIOFLAC Technology)이다. 바이오플락 기술이란 약식 수조에 오염물 분해능력이 뛰어나고 양식생물에 유익한 미생물을 함께 키우는 양식 기술이다. 수확량을 높여주고 물갈이도 거의 필요하지 않아 물과 에너지를 절약할 수 있는 친환경 양식기술로 떠오르고 있다. 바이오플락을 이용한 양식은 대표적으로 흰다리새우가 있으며, 현재 다양한 양식 어종에게 적용 및 연구되고 있다.

 

'바이오플락의 원리'

친환경 양식기술이라 불리는 바이오플락은 수조 안에서 어떻게 이용되는 것일까?

[자료 2. 바이오플락의 원리]

출처: 연합뉴스

미생물이 사료를 섭취한 후의 배설물과 남은 사료 찌꺼기가 미생물에 의해 암모니아 분해가 이루어진다. 이 과정에서 미생물은 증식하고 응집하여 바이오플락을 형성하며 양식생물이 바이오플락을 먹게 된다.즉, 미생물이 사료와 노폐물들을 분해하며 성장과 번식을 하고 양식 생물들이 그 미생물을 섭취하는 하나의 작은 생태계가 만들어지는 것이다.

 

"바이오플락의 장점과 단점"

장단점을 소개하기 앞서 먼저 일반적인 양식 과정을 살펴보자. 양식 어류에 사료를 먹이면 배설물을 통해 암모니아가 물 속으로 배출된다. 수중에 배출된 암모니아는 독성이 강해 양식 어류가 단시간에 폐사하게 된다. 그래서 어류를 양식할 때에는 독성 농도를 낮추기 위해 별도의 여과 시설을 설치하여 암모니아를 분해하거나 양식 용수를 교체하는 등의 방법을 이용한다. 이렇게 양식 용수를 교체하기 위해 배출하는 과정에서 수질오염이 야기되는 것이다.

하지만 바이오플락 기술을 이용하여 양식을 하게 되면, 미생물이 어류가 배설하는 암모니아를 분해하여 무해한 물질로 전환시킨다. 별도의 여과도나 양식 용수의 교환이 필요 없게 되는 것이다. 한마디로 유익한 미생물인 바이오플락으로 양식 용수를 자체 정화하는 것이다.

또한 항생제도 쓰이지 않고, 양식 용수의 재활용이 가능하며 폐수 발생량이 없기 때문에 환경오염을 줄일 수 있다. 기존의 양식 방법보다 어류의 성장이 빠르고 단위 면적당 생산량이 약 10배가량 증가하기 때문에 대량 생산이 가능하다. 또한 어류들이 정화된 물속에서 양식되기 때문에 질병에 걸릴 위험도 낮아진다. 더불어 외부 사육수의 유입이 거의 없기 때문에 수온 변화가 없어 겨울철에도 실내 수온을 유지하며 생산성을 향상시킬 수 있다. 사용수의 절약을 극대화하면서 연중 출하가 가능하게 되는 것이다.

하지만 단점도 당연히 존재한다. 사용되는 미생물이 산소를 필요로 하기 때문에 산소 공급량이 증가해 에너지 소비 또한 증가한다. 미생물이 잘 정착할 때까지 물을 잡아야 하는 기간이 존재하며 적정 농도의 미생물을 관리해야 하기 때문에 잉여 미생물을 처리해 줘야 한다.

 

"바이오플락을 활용한 예시들"

'사하라 사막 새우 양식 프로젝트'

한국의 국립수산과학원에서 지난 2008년 개발해 보급한 ‘바이오플락’ 기술을 접목해 사막에서 처음으로 새우를 양식했다. 한국 정부는 2011년부터 개발도상국에 대한 공적개발원조(ODA) 차원에서 한국 국제협력단(KOICA)와 함께 ‘사하라 새우 양식 프로젝트’를 진행했다.

[자료 3. 알제리에 건설된 새우 양식장]

출처: 조선비즈

지난 2015년 8월 알제리 중북부 와글라주에 축구장 12개 크기(약 10 ha)의 새우 양식장을 건설했고, 국립수산화학원이 양식 기술 이전과 현지 인력 교육 등을 전담했다. 약 69억 원이 투입됐고 2016년 1월, 새우 500kg을 처음 생산하는 데 성공했다.

사막은 물 양이 적고 수온은 높은 데다 염분도 일정치 않아 새우 양식이 사실상 불가능한 환경이지만 바이오플락 기술을 이용하여 불가능을 가능하게 했다.

그 중 하나인 알제리에서는 앞으로 매년 최대 100톤 정도의 새우를 양식할 수 있게 됐다. 알제리 정부는 2025년까지 사막 지대에서 지하수가 흐르는 100여 곳을 골라 양식장을 세울 계획이다.

'대부도에 부는 새로운 바람'

대부도에 바이오 플락 선도기업이 진행하고 있는 세계적 수준의 친환경 첨단 양식단지가 들어섰다. 이를 통해 어민들의 소득을 증대시키며, 새우를 구입하는 소비자들에게는 보다 양질의 제품을 공급해 만족도를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

대부도는 과거 많은 새우 양식장이 운영되던 곳이다. 하지만 흰반점 바이러스 등 대규모 폐사를 야기한 질병으로 인해 현재는 대부분이 생산을 중단한 상태다. 방사능이나 항생제 등에 대한 우려로 소비자들의 수산물 기피 현상이 심화돼 있는 지역이기도 하다.

[자료 4. 바이오플락 양식장]

출처: 기호일보

따라서 수질 악화와 질병 폐사 등 치명적인 약점을 안고 있는 전통 양식법을 극복하기 위해 무환수, 무배출, 무병 양식, 무항생제의 첨단 양식장을 구축했다. 전통적인 양식에 비해 약 54배의 생산성을 높일 수 있으며, 새우 특유의 비린내와 흙내, 잡내 등을 없애 감칠맛이 풍부하고 식감도 우수하다는 평가를 받고 있는 바이오플락 기술을 적용했다.

해양생태관광 체험과 시식이 가능한 6차 산업으로 발전시켜 국내외 양식 산업의 선두 기지이자, 수출 거점 도시로 성장할 것이라 기대된다.

 

"시사점"

지금까지 바이오플락에 대해서 알아보았다. 바이오플락은 물과 에너지를 절약할 수 있는 친환경 양식기술이지만 분명히 단점도 존재한다. 우리가 바이오플락을 지속적, 효율적으로 사용하기 위해서 단점을 보완할 수 있는 대책이 필요할 것이다. 현재 바이오플락 양식의 가장 큰 단점으로 꼽히는 것은 축적되는 질산성 질소이다. 그리고 이를 해결할 수 있는 수경재배 기술에는 아쿠아포닉스가 있다.

'아쿠아포닉스'

‘물고기가 무공해 채소, 인삼 등을 키운다’고 한다면 모두 믿기 어려울 것이다. 하지만 이는 아쿠아포닉스 기술을 통해 실제로 일어나고 있는 일이다.

[자료 5. 아쿠아포닉스]

출처: 시사상식사전

아쿠아포닉스는 물고기 양식(Aquaculture)과 수경재배(Hydroponics)의 합성어로 물고기와 작물을 함께 길러 수확하는 방식을 말한다.

양식 과정에서 사육수 내에 발생한 각종 질산염과 각종 유기 오염물질들을 자연적인 박테리아의 탈질화 과정*미생물에 의해 질산염(NO3-)이 환원되어 최종적으로 기체 상태의 질소 분자(N2)가 되는 과정을 통해 식물이 흡수하고, 이 과정을 통해 여과된 사육수를 다시 어류 양식에 활용하는 순환여과식 생산방법이다. 이제 그림과 함께 아쿠아포닉스 시스템에 대해 더 자세히 알아보도록 하겠다.

[자료 6. 아쿠아포닉스 시스템]

출처: 중앙일보

위 그림은 아쿠아포닉스 시스템이다. 물고기 수조와 식물의 선반을 연결한 파이프를 통해 물이 순환되어 물고기 배설물은 미생물로 분해된다. 이는 수조 속 식물의 영양분이 되고, 식물이 질소를 흡수하고 남은 깨끗한 물은 수조로 다시 돌아가게 된다.

아쿠아포닉스를 구성하는 요소는 4가지로 분류된다. 어류 베드, 필터, 식물 베드, 바이오필터로 이 4가지는 필수적으로 요구된다. 그리고 아쿠아포닉스의 중심 시스템은 배수 시스템이라고 볼 수 있다. 이 순환시스템은 중력을 통해 배관이 이루어지며 낮은 곳에 있는 물을 높은 곳으로 끌어올리기 위해 펌프가 필요하다. 지속적으로 물의 순환이 이루어져야 하지만 물의 순환 주기가 식물 성장에 영향을 주어서는 안 된다.

보통 양어장에서 물고기의 배설물이 많아지면 독소로 작용하기 때문에 물 교체를 자주 해야 하지만, 아쿠아포닉스를 활용하면 물을 교체해야 하는 번거로움이 없다. 또한 비료, 농약이 사용되지 않고, 버려지는 자원이 거의 없다는 점에서 친환경적인 농법이다. 물고기에게 모이를 주거나 수경재배용 파종 작업 외에는 사람이 신경 쓸 일이 없기 때문에 적은 노동력으로도 농장 운영이 가능하다는 장점이 있다. 그뿐만 아니라 물 소비량이 일반 농장의 10분의 1에 불과하다.

'아쿠아포닉스를 활용한 사례'

[자료 7. 하와이, 쿠니아 컨트리 팜의 모습]

출처: 중앙일보

해외에서는 아쿠아포닉스를 활용한 다양한 사례들이 존재했다. 하와이에 있는 쿠니아 컨트리 팜의 경우에는 틸라피아가 가득하게 담긴 3개의 물고기 수조에서 나오는 물로 29mX2m40㎝짜리 수경재배용 수조 18개에서 상추와 같은 잎채소를 키우고 있었다. 이에 사용되는 땅 크기는 4000㎥(1212평) 정도에 불과하지만 대략 10배 이상의 생산성을 보인다. 게다가 모든 과정이 거의 자동으로 이뤄져 이 공정을 관리하는 인원은 단 1명이면 된다.

[자료 8. 국립수산과학원이 개발한 바이오플락 장치]

출처: newsis

 

그렇다면 바이오플락 기술이 국내에서도 활발하게 활용되고 있을까?

국립수산과학원의 내수면양식연구센터는 2012년부터 새로운 바이오플락 기술을 담수 어류 양식에 적극 활용하고자 개발에 노력해왔다고 한다. 이러한 결과로 현재 내수면 어종의 바이오플락 기술을 활용한 양식 생산성 향상이 가능해졌다. 바이오플락 양식시스템을 적용한 향어와 메기의 단위 면적당 생산량은 일반 양식장에서의 생산량에 비해 향어는 약 10배, 메기는 약 30배 이상의 높은 생산량을 기록하였다.

이렇듯 국내 사례도 존재하지만, 국내에서 아쿠아포닉스에 대한 연구 범위는 제한적이었으며 대부분의 연구가 산업적인 부분에 편중되어 있었다. 아쿠아포닉스는 활용할 수 있는 분야가 카페 조경, 학교 교육용, 가정용 등등 무궁무진한 농경 형식이기 때문에 개인과 가정이 쓸 수 있는 형식으로의 간편하고 다양한 제품 개발과 기본적인 가이드라인이 제시되어야 할 것이다.

'지속 가능한 수산업의 미래, 아쿠아포닉스와 바이오플락!'

화학물질과 항생제를 사용하지 않는 친환경 바이오플락, 나아가 아쿠아포닉스 양식 법은 수산업이 나아가야 할 방향을 제시하고 있다. 아쿠아포닉스 기술을 활용해 바이오플락 양식기술의 단점을 극복하고 다양한 어종에 적용한다면 우리나라 수산업계는 친환경적, 기술적으로 더 발전하게 될 것이다.

마찬가지로 바이오플락은 단순히 농경 산업으로만 활용할 수 있는 기술이 아니고, 도시 속 농경 재배나 인테리어 분야로도 다양하게 활용 가능하다. 활용 분야가 넓어지면, 도시농업의 대표 모델로 도심 속에서 신선한 농·수산물을 생산하는 혁신적 양식·재배 시스템이 될 것이다. 이를 통해 바이오플락과 아쿠아포닉스 양식 시스템이 양식산업의 미래를 이끌어가는 핵심 성장 동력으로 자리 잡기를 기대한다.

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참고문헌

[서론]

1) 김민석, “친환경 양식에 이용되는 이로운 미생물 바이오 플락”, 해양수산부, 2019.2.7, https://blog.naver.com/koreamof/221460221896

[바이오 플락이란]

1) 김민석, “친환경 양식에 이용되는 이로운 미생물 바이오 플락”, 해양수산부, 2019.2.7, https://blog.naver.com/koreamof/221460221896

2) "똑똑한 '스마트 양식장' 확산…새우·장어 양식에 도입", 연합뉴스, 2015.12.30, news.naver.com/main/read.nhn?oid=001&aid=0008083962 

3) 서울수산식품전시회, “친환경 양식! 4차 산업혁명과 양식산업! 바이오플락(BIOFLAC)이 도대체 뭔가요?”, 2019. 2.19,

https://blog.naver.com/seoul_show1/221469608722

[바이오플락의 장점과 단점]

1) 서울수산식품전시회, “친환경 양식! 4차 산업혁명과 양식산업! 바이오플락(BIOFLAC)이 도대체 뭔가요?”, 2019. 2.19,

https://blog.naver.com/seoul_show1/221469608722

[ 바이오플락을 활용한 예시들]

1) 박성철, "친환경+스마트 중점 어장관리...환경오염 줄이고 생산성 높이고", 기호일보, 2017.7.20, http://www.kihoilbo.co.kr/news/articleView.html?idxno=708020

2) 이현승, “[국내산이 돌아온다] “사하라 사막서 새우 키워낸 비결이 뭐냐”... 전세계서 러브콜”, 조선비즈, 2017.1.29, https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2017/01/26/2017012601456.html

3) 표언구, “‘바이오플락’ 새우양식장 수출...사하라 사막에 완공”, SBS 뉴스, 2016.1.28, http://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1003386498&plink=ORI&cooper=NAVER

 

[시사점]

1) 고승진, “아쿠아포닉스 모델 비교분석을 통한 참조 모델 개발 = Development of a Reference Model through Comparative Analysis of Aquaponics Models”, 전주대학원, 4-7, 2020.02.

2) 서장우, “[정책발언대] 친환경 양식기술의 미래, 아쿠아포닉스(Aquaponics)”, 이투데이, 2019.07.02, https://www.etoday.co.kr/news/view/1772712

3) 안혜리, “하와이에선 물고기로 농사를 짓는다고?, 중앙일보, 2017.11.24.,https://news.joins.com/article/22147267

4) newsis, 공기 흐름 활용한 바이오플락 양식장치, 2017.04.27. https://news.naver.com/main/read.nhn?oid=003&aid=0007921557

5) pmg 지식엔진연구소, 아쿠아포닉스 (시사상식사전), https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5680265&cid=43667&categoryId=43667