플라즈마란 신기술이 농산물 발아에서 재배시 발생하는 병해충 문제는 물론 수확 후 관리 등 다양한 분야에서 적용되면서 농식품 분야에 새로운 지평을 열어가고 있다. 전문가들은 플라즈마가 아직은 생소하지만 향후 성장가능성은 무궁무진해 질 것으로 전망하고 있다. 지난 5월 18일 국가핵융합연구소 플라즈마연구센터(군산) 혁신기술연구부장을 맡고 있는 김성봉 박사를 만나 플라즈마가 무엇인지 그리고 향후 전망에 대해 물어봤다. <편집자주> - 다음은 일문일답
△국가핵융합연구소 군산플라즈마연구센터 혁신기술연구부장 김성봉 박사
Q 최근 플라즈마가 농식품 분야를 비롯 해 다양한 분야에 적용이 늘고 있다. 플라즈마란 무엇인가
보통 물질의 상태는 고체-액체-기체(약칭 고-액-기)로 구분한다. 물을 예를 들면, 에너지를 투입하여 온도가 올라가면 얼음(고체)는 물(액체)로, 물(액체)은 수증기(기체)가 된다. 그럼 기체를 가열하면 어떻게 될까? 기체를 가열하면 이온화가 되는데 이를 플라즈마라 한다.
플라즈마를 흔히 제4의 물질로 알고 있으나 맞는 표현이 아니다. 물질의 4번째 상태라고 하는 것이 맞는 표현이다.
특히 기체는 전도성이 없지만 이온화된 기체 즉 플라즈마는 전기 전도성이 높아 전류가 흐를 수 있다. 태양을 비롯해 우주의 99%가 플라즈마 상태로 이뤄져 있다고 볼 수 있다.
우리가 잘 알고 있는 남·북극의 오로라 현상을 비롯해 실내를 밝히는 형광등 및 네온사인, PDP TV 등을 플라즈마를 이용해 만든 것이라 할 수 있다. 스마트폰 역시 플라즈마를 활용한 대표적인 성과라 할 수 있다.
플라즈마를 단일 물질로 오해하는데, 기체의 종류에 따라, 이온화 정도에 따라 다양한 플라즈마가 존재한다. 예를 들면, 공기 플라즈마, 질소 플라즈마, 산소 플라즈마 ,아르곤 플라즈마, 네온 플라즈마 등 사용하는 기체 종류에 따라 다양하며 그 특성도 차이가 있다.
Q 향후 국내 농산업에 미치는 영향을 전망한다면
과거 우리 조상들은 천둥번개가 치는 날에 농작물이 잘 자란다는 것을 경험적으로 알았다. 비가 오는 날 천둥 번개가 치면 공기 중에 질소가 이온화 되어 빗물에 유입해서 땅속에 질소 이온이 들어간다.
일종의 천연 질소 비료가 땅속과 농작물에 들어가 농작물이 잘 자라게 하는 이치다. 즉 플라즈마의 일종인 번개가 농업을 이롭게 하는 것을 오래 전부터 알았던 셈이다.
현대에 와서는 플라즈마의 물리적 또는 화학적 특징을 이용해 활용도를 높이고 있다. 특히 신선농산물 저장기술 부터 종자 발아, 농작물 병해충 방제, 식품 위해 미생물 살균 등에 효과가 입증되고 있고, 다양한 농식품 분야의 적용을 연구개발 중이다.
Q 농작물에 대한 연구 성과를 구체적으 로 설명해 달라
우선 인삼은 각종 세균이나 곰팡이 등에 의해 쉽게 뿌리가 썩는다. 이런 인삼의 묘삼에 플라즈마를 10분 정도만 처리하면 미생물을 살균할 수 있다. 또한 묘삼의 출아율을 향상 시킬 수도 있다.
묘삼뿐만 아니라, 플라즈마의 물리적·화학적 특성을 이용하여 종자 살균, 종자 발아율 증진, 새싹 성장 증진 등 생육 과정에서 꼭 필요한 효과를 얻을 수 있다.
한편 농산물 저장 및 유통 과정에서 플라즈마의 살균효과를 통해 세균을 없앨 수 있다. 또 과일을 저장할 때 발생하는 에틸렌 가스를 분해하여 농산물의 숙성을 억제할 수 있다.
또한 농산물 저장 중 호흡을 억제하는 연구도 진행 중이다. 2020년 무렵이면 위에서 언급된 플라즈마기술과 ICT 기술을 융합한 스마트 저장시스템이 개발하여 농산물 저장의 total solution 제공 가능성을 확인할 예정이다.
플라즈마기술은 종자 발아부터 재배, 수확, 저장, 포장, 조리, 음식물 쓰레기 처리 등 전주기에 걸쳐 적용이 가능할 정도로 발전하고 있다. 특히 지난해 파동을 겪었던 살충제 계란의 잔류농약 문제 등 농식품의 오염을 방지하는데 플라즈마를 활용, 안전성을 높일 수 있다.
플라즈마는 또한 시설재배 농산물의 각종 병해를 예방 및 방제하는 분야로 확산되면서 종합적인 개념의 플라즈마 파밍이 가능해 질 것으로 보인다.
Q 플라즈마의 장점이 있는 반면 오존 등 유해성 논란도 있다. 실제 어떤가
인류가 발견한 불의 유용성은 이미 모두가 알고 있다. 하지만 불을 잘못 이용할 경우 화재로 인해 물적, 인적 피해가 따른다.
또한 자동차가 인간에게 다양한 편리성을 제공하지만 교통사고에 대한 위험성이 높다. 그렇다고 자동차의 생산을 중단한다든지 불이 없다는 것을 상상할 수 없는 것이다. 플라즈마로 오존을 발생하여 사용하는 경우, 작업자 안전을 위해서 오존 안전 기준을 준수해야 하며, 이럴 경우 문제없이 사용할 수 있다.
Q 끝으로 하고 싶은 말씀은
플라즈마 기술을 농식품 분야에 적용하는 것은 아직은 초기단계라 할 수 있지만 국내 기술수준은 세계적으로 인정받을 정도로 수준이 높고 연구도 활발히 진행되고 있다.
특히 요소기술이 다양하게 개발되면 토탈 솔루션을 제공하는 시스템을 구축할 수 있게 된다. 하지만 아직은 갈 길이 멀다. 전문 인력이 많아지고, R&D 예산 등이 확보되면 일상을 바꿀 수 있는 계기가 마련될 것으로 보인다.
플라즈마기술연구센터는?
국내 유일의 정부출연 플라즈마 기술 전문 연구기관으로 지난 2012년 11월 전라북도 군산시 오식도동에 건립되어 플라즈마 기술 전문연구기관으로서의 역할과 기능을 수행하고 있다. 센터에서는 크게 플라즈마 기반 기술, 플라즈마 원천 기술, 플라즈마 융·복합 기술의 연구개발을 수행한다. 주요사업으로는 ▲플라즈마 융합·원천기술 연구 ▲농·식품 융합기술 연구 ▲인재양성 및 학·연·산 네트워크 구축 ▲빅데이터 ICT 융합기술 연구 ▲중소기업성과창출지원사업 등이 있다.
