환경생물공학 수업수업노트-4: 제4장 식량과 기근

-차례-

1. 맬더스의 이론

2. 단백질 결핍

(1) 단백질과 필수아미노산

(2) 단백질 결핍증

(3) 단백질 공급원

(4) 풍요의 모순

3. 우리나라의 식량사정

(1) 농가 및 농업인구

(2) 경지면적

(3) 식량 자급률

(4) 곡물소비 경향

(5) 우리나라 1인당 농산물 연간 소비량

(6) 국내 쌀 수급 동향 (단위: 천석)

(7) UR 협상에 의한 쌀의 수입

4. 현대의 농업

5. 녹색혁명

6. 미래의 식량

7. 참고(1): 하루에 필요한 단백질 양의 계산 방법

(1) 제지방 몸무게 계산

(2) 적정단백질 계산

(3) 활동계수

7. 참고(2): 세계 식량 위기의 원인과 결과

(1) 원인

(2) 결과

7. 참고(3): 새로운 성장동력, 식물공장

(1) 식물공장의 5대 핵심기술

(2) 식물공장의 7대 효과

- 강 의 내 용 -

1. 맬더스의 이론

(1) 영국의 고전학파 경제학자 T. R. 맬더스가 1798년 익명으로 저술한 책에서 나오는 이론

(2) 책 이름: ‘인구의 원리에 관한 일론, 그것이 장래의 사회 개발에 미치는 영향을 고드원,

   콩도르세 그리고 그 밖의 저작자들의 사색에 언급하면 논함‘

(3) 인구론

   1) 인간은 기하급수적으로 증가하나 농업생산은 산술급수적으로 증가

   2) 인구변화 단계

        a. 다산다사

        b. 다산감사

        c. 소산소사

(4) 결론: 인류의 번영을 향한 노력은 결국 인간의 생식 능력에 의하여 실패할 것

2. 단백질 결핍

(1) 단백질과 필수아미노산

   1) 표준 아미노산: 단백질을 구성하는 일반적인 아미노산, 약 23 가지

   2) 필수아미노산

        a. 포유동물이 생합성 할 수 없는 아미노산, 약 8~10 종류

        b. 종에 따라 다르며, 동일 종이라도 발육단계에 따라 필요 정도가 다름

(2) 단백질 결핍증

   1) Kwashiorkor (유아소모병)

        a. 단백질 결핍에 의하여 발생하는 병

        b. 피부의 색깔이 적색으로 변화

        c. 심한 피부병, 탈모, 수종 (조직 안에 액체가 축척), 식용감소, 설사

   2) 태아와 유아기의 단백질 부족은 두뇌발달 저하 및 지능저하의 원인 

(3) 단백질 공급원

   1) 동물성 단백질의 생산에 따른 식물성 사료의 필요 양

        a. 생 중량 1 kg의 고기 생산에 필요한 사료는 평균 8 Kg

        b. 우유 (3.9), 달걀 (4.1)

        c. 닭고기 (4.6), 칠면조 (6.2), 돼지고기 (7.1), 쇠고기 (10.0), 양고기 (12.5)

   2) 일일 필요한 단백질 양

        a. 약 70g의 단백질이 필요함

        b. 3.5 Kg의 감자 (단백질 함량; 2.0%) 또는 11 kg의 정제한 cassava 섭취

        c. 0.9 Kg의 쌀 (단백질 함량; 7.5%) 또는 0.54 Kg의 밀 (단백질 함량; 13%)

        d. 0.18 Kg의 일부 변종 콩 (단백질 함량; 40%)

        e. 음식에 따른 단백질 양

           - 소고기 사태 (장조림용 쇠고기) 100g = 단백질 함유량 24.2g

           - 소고기 안심 (스테이크용 쇠고기) 100g = 단백질 함유량 20.7g

           - 돼지고기 목살 100g = 단백질 함유량 20.2g

           - 돼기고기 안심 100g = 단백질 함유량 14.1g

           - 돼지고기 등심 (돈까스용 고기) 100g = 단백질 함유량 21.1g

           - 돼지고기 삼겹살 100g = 단백질 함유량 17.2g

           - 닭고기 가슴살 100g = 단백질 함유량 23g

           - 계란 전체 (55g 짜리) = 단백질 함유량 7.1g

           - 계란 흰자 (55g 짜리) = 단백질 함유량 5.9g

           - 참치(캔) 100g = 단백질 함유량 26.53g

           - 동태100g = 단백질 함유량 20g

           - 고등어 100g = 단백질 함유량 19.4g

           - 꽁치 100g = 단백질 함유량 23.8g

           - 조기 100g = 단백질 함유량 19.2g

           - 오징어 100g = 단백질 함유량 18.2g

           - 두부 100g = 단백질 함유량 8.5g

           - 갈치 100g = 단백질 함유량 18g

   3)  동물성 단백질로서의 어류

        a. 값이 싸고 자원이 풍부

        b. 높은 단백질 함량 (약 95%)

        c. 매년 약 1~1억 5 천만 톤의 식량이 생산

        d. 전 세계 에너지 요구량의 약 3%

(4) 풍요의 모순

   1) 세계 인구 중에서 20 억이 식량빈곤 상태

   2) 세계 인구 중에서 약 4 억 정도만이 풍요로운 식량 상태

3. 우리나라의 식량사정

(1) 농가 및 농업인구

(2011 농림수산식품통계연보)

 (2) 경지면적

(3) 식량 자급률

   1) 70 년대: 70~80%

   2) 80 년대: 40~50%

   3) 1997년; 30.4%, 1998년; 31.4%, 1999년; 29.4%,

   4) 2000년; 29.7%, 2001년; 31.1%, 2007년; 26.0%, 2008; 25.0%

   5) 2011년 현재,

        - 쌀을 포함한 식량 자급율은 22.6%

        - 쌀을 제외한 식량 자급률은 3.7%

   6) 식량의 소비구조가 육류중심으로 전환하여 사료곡물 중심의 곡물 수요가 증가

                (사료용을 뺀 양곡 자급도는 2003년 50.9%)

   7) 우리나라 작물 종류별 자급률 (2011년)

   8) 식량 자급률 추이

   9) 남한 인구 1인당 육류 소비량의 증가와 옥수수 수입량의 관계

   10) 주변국가의 식품소비 경향

(4) 곡물소비 경향

   1) 곡물 총 소비량

        a. 1990년: 1,628 만톤

        b. 1997년: 2,073 만톤 (연평균 3.5% 증가)

        c. 2003년: 2,098 만톤 (대북지원 쌀 40만톤 포함)

   2) 용도별

        a. 식 용 : 0.5% 감소 (630 만톤에서 603 만톤)

        b. 가공용: 2.3% 증가 (329 만톤에서 386 만톤)

        c. 사료용: 7.4% 증가 (630 만톤에서 1,038 만톤)

   3) 곡물 수입액

        a. 1994년: 18억 5,200 만달러

        b. 1996년: 28억 6,800 만달러

        c. 1997년: 24억 달러 (주로 사료용으로 1,490 만톤 수입)

           - 금액 비율 (옥수수: 소맥 : 대두 = 52% : 25% : 21%)

           - 1994년 옥수수의 수입국; 중국 (70%), 미국 (25%)

           - 1997년 옥수수의 수입국; 중국 (38%), 미국 (53%)

(5) 우리나라 1인당 농산물 연간 소비량 (단위; kg)

(6) 국내 쌀 수급 동향 (단위: 천석)

(7) UR 협상에 의한 쌀의 수입

    1) 1980년대 말기에 이르러 농산물수입자유화를 위한 UR협상이 진행

    2) 미국과 호주는 일본과 한국의 쌀시장도 개방되어야 한다는 압력

    3) 1994년 12월 15일 쌀에 관한 UR 최종 합의

        a. 일본과 한국은 해마다 일정량의 쌀을 의무적으로 수입하는 것으로 되어있음

        b. 일본의 경우

           * 1995년에는 기준년도 쌀소비량(900만 톤)의 4%를 의무적으로 수입

           * 2000년에 가서는 그 비율이 10%까지 높아지는 것으로 되어있음

        c. 한국의 경우

           * 1995년에는 기준 연도 쌀소비량(약 500만 톤)의 1%를 의무적으로 수입

           * 2004년까지는 그 비율이 4%까지 높아지는 것으로 합의

    <표> 미국과 호주의 자포니카쌀 수출 가능량과 일본, 한국, 대만의 MMA쌀 수입 의무량

     자료: Wales et al. 1996

4. 현대의 농업

(1) 생산효율의 증대

(2) 생산물의 질 향상

(3) 효과적인 화학제 사용

(4) 에너지 보존형

(5) 대지 및 지하수 보존

5. 녹색혁명 (green revolution)

(1) 녹색혁명: 식량증산을 위해 품종개량 및 과학기술을 도입한 농업상의 기술혁신

   1) 다수확 품종의 개발

   2) 적당한 양과 종류의 비료와 살충제 사용

   3) 관개시설의 발달

(2) 녹색혁명 제품의 예

   1) 질병 저항성 품종

   2) 높은 단백질 함량의 식물

   3) 가슴살이 많고 다리가 작아 운동 에너지의 손실이 적은 품종

(3) 비료: 녹색식물에 생장에 필요한 원소

   1) 탄소, 산소, 수소: 이산화탄소와 물의 형태로 수급

   2) 주영양소 (primary nutrient)

        a. 질소, 인산, 칼륨 (비료의 형태로 보충)

        b. 황, 칼슘

   3) 미량영양소 (micronutrients)

        a. 철, 망간, 아연, 구리, 몰리브덴, 코발트, 붕소

        b. 이용 상태에 따라 토양에 보충

   4) 극미량원소 (trace nutrient): 염소, 바나듐, 요오드, 불소, 나트륨

6. 미래의 식량

(1) 기술개발에 의한 생산성 증대

   1) 관개수의 재이용, 탈염 등에 의한 수자원의 효율적 이용

   2) 개발도상국의 농업기계화

   3) 고도의 화학적 방법의 사용으로 수확량과 질의 증가

   4) 하수폐기물 활용의 증대 (유기물질의 재활용)

   5) 식물호르몬의 개발과 이용에 의한 수확량의 증가와 질의 개선

   6) 공지를 경작지로 사용할 수 있는 새로운 방법 개발

        a. 녹지 개간

        b. 빌딩형 축사

        c. 빌딩형 농장

               그림. 고층빌딩에서 짓는 신개념 농사 (조선일보 2007.04.04)

   7) 식물 잎 단백질의 농축에 의한 인간 식량 개발

   8) 극한 환경과 적은 먹이로 생존이 가능한 품종의 개발

(2) 미래식량의 개발

   1) 합성식량: 합성비타민, 합성아미노산

   2) 식물성 단백질을 이용한 모조 동물성 단백질의 생산

   3) 광합성 조류

        a. 클로렐라

        b. 스피룰리나

           * 식물성 단백질 70퍼센트 (소고기는 동물성 단백질 18퍼센트)

           * 카로틴 100~200㎎/100g(카로틴은 체내에서 비타민A로 변화됨)

           * 식물성 지방산 8퍼센트

           * 비타민류인 A, B1, B2, B6, B12, E, 니코틴산, 엽산, 판토텐산; 다량 함유

           * 핵산, 피코시아닌, 그리고 클로로필, 철, 칼슘

   4) 미생물 배양을 이용한 석유 단백질

   5) 고단백 효모 배양 (torula)에 의한 식품개발

   6) 기타

        a. 크릴새우

           * 자원량: 10~50억톤 (현재 생산량; 1억톤)

           * 구성: 수분; 79.1%, 단백질; 13.1%, 지방; 4.0% 및 회분; 2.7%

           * 오메가3 성분: 심장병 및 치매에 효과

7. 참고-1: 하루에 필요한 단백질 섭취량

(1) 제지방 몸무게 계산

   1) '제지방'의 '제'는 제거할 제 자

   2) 몸에서 순지방 무게를 제거한 (뺀) 체중

   3) 이 제지방 몸무게 공식은 듀얼 엑스레이 측정 기기에도 (DEXA) 사용되는 공식

   4) 공식 (단위; kg 및 cm)

        남자 제지방 무게 = (1.10 x 몸무게) - 128 x (몸무게/키)²
        여자 제지방 무게 = (1.07 x 몸무게) - 128 x (몸무게/키)²

(2) 적정 단백질 계산

(3) 활동계수

   1) 5: 트레이닝이나 어떤 운동 아무것도 안하는 사람

   2) 6: 하루에 가벼운 조깅(산책) 정도의 운동량을 가지는 사람

   3) 7: 주당 3회 가벼운 웨이트 트레이닝이나 조기 축구 혹은 농구 등을 하는 사람

   4) 8: - 주당 5회 이상 땀 적당히 흐를 정도의 중간 강도 웨이트 트레이닝을 하거나,

          - 혹은 매일 유산소 운동을 뛰는 사람

   5) 9: - 주당 5회 이상 고강도 웨이트 트레이닝 하는 사람

          - 하고나면 기진맥진 할 정도의 강도

   6) 10: - 주당 5회 이상 고강도 웨이트 트레이닝하고

          - 여기에 체지방 제거 유산소까지 하는 사람 (선수급 운동강도와 생활조절)

7. 참고-2: 세계 식량 위기의 원인과 결과

(1) 원인

   1) 곡물수출 제한

       a. 주요 곡물 수출국들의 국내 시장가격의 안정을 위하여 곡물수출 제한

       b. 곡물수츨 제한국

           - 일반 곡물수출 제한국: 러시아, 카자흐스탄 및 우크라이나

           - 쌀 수출 제한국: 중국, 인도, 베트남, 인도네시아 및 이집트

           - 옥수수, 밀 및 콩 수술 제한국: 아르헨티나

   2) 신흥경제국의 육류 소비 증가

       a. 중국과 인도 등 신흥경제국의 육류 소비 증가: 곡물사료 소비 증가

       b. 중국의 1인당 육류 소비: 1980년 (20kg/년) → 2008년 (50kg)

       c. 육류 생산에 필요한 곡물

           - 쇠고기 1 kg 생산에 곡물 7.0 ~ 8.5 kg이 필요

           - 돼지고기 1 kg 생산에 곡물 5.0 ~ 7.0 kg이 필요

   3) 지구온난화에 의한 기상변화: 가뭄 및 홍수

   4) 바이오에탄올 생산용 곡물의 소비량 증가

       a. 옥수수 등 원료 곡물의 가격 폭등

       b. 미국이 생산하는 옥수수 중 바이오에탄올 생산에 사용되는 비율

   5) 고유가

       a. 유가 급등으로 농산물의 생산 및 운송비 증가

       b.  배럴 당 원유가

       c. 톤당 곡물 운송비용

(2) 결과

   1) 각국의 사회 안정에 영향

       a. 곡물가격의 폭등은 정치적 불안으로 직결: 시위 및 폭동

       b. 시위 및 폭동의 예: 필리핀, 이집트 등

   2) 식량위기를 극복하기 위한 대책 논의: UN을 중심으로 대책기구 마련

   3) 곡물 가격의 상승의 새로운 거래의 유지

7. 참고-3: 새로운 성장동력, 식물공장 (농촌진흥청, 2011. 3. 23)

(1) 식물공장의 5대 핵심기술

   1) 장소: 장소의 한계를 극복

   2) 빛: 태양을 대신하는 광 (태양광, 인공광 및 대양광과 인조광의 혼합광)

   3) 자동화: 로봇이 키우는 식물

   4) 양분: 흙이 필요 없는 농업

   5) 온도: 도심 속 열대과일 농장

      태양열 발전             우주 태양광 발전소           지열냉난방의 원리

(2) 식물공장의 7대 효과

   1) 신선농산물: 주문생산 및 계획생산을 통한 신선더의 증대

   2) 농산업의 외연확대: IT 및 BT산업의 융합형 시장 창출

   3) 편리성: 자동제어 및 로봇개발 등에 의한 작업공간의 쾌적성

   4) 교육: 도시민들에게 식물 생장의 전 과정을 체험하고 학습할 수 있는 기회제공

   5) 삶의 질: 도심속의 오아시스처럼 삭막한 도시생활에 삶의 여유를 제공

   6) 자원순환: 자원의 효율작인 재활용을 통하여 환경오얌을 방지

   7) 연중생산: 기후에 여향을 받지 않거 연중 안정작으로 다양한 농산물을 제공

(2013. 03. 30 첨부)

<고층빌딩서 짓는 신개념 농사: 도시 한복판 ‘sky farming’ >

▶태양·풍력 발전 ▶병충해 No! ▶1년내내 농사

加 토론토에 58층짜리 구상…

“이 건물 하나면 3만5000명 먹일 농작물 나와”

이용수 기자 hejsue@chosun.com

입력 : 2007.04.04 00:23

도심 한복판의 고층건물 안에서 농사 짓는 시대가 곧 온다. 이들 고층건물은 농사뿐 아니라 발전(發電)과 하수 정화(淨化)까지 한번에 해결한다고 뉴욕 매거진 최신호(9일자)가 소개했다.

‘공중 농경(sky farming)’ 또는 ‘수직 농경(vertical farming)’ 으로 불리는 이 신(新)개념의 농사는 미 컬럼비아대 환경학과의 딕슨 데스포미어(Despommier) 교수가 고안했다. 층별로 다양한 농작물을 재배할 수 있는 30~60층 건물을 지어, 주변의 시민들에게 식량을 공급한다는 것이다.

이 건물은 용적률이 높은 데다 바닥과 천장을 모두 농사에 활용하기 때문에, 좁은 공간에서도 넓은 벌판에서 경작하는 효과를 낼 수 있다. 고층빌딩에 농지를 ‘뺏긴’ 벌판은 숲으로 바꿔 지구 온난화를 막는 데 활용한다는 게 데스포미어 교수의 구상.

이 ‘스카이 농장’은 실내에서 완벽히 중앙 통제돼 병충해의 위험을 낮출 수 있고 유기농 재배도 가능하다. 날씨의 영향에서 자유로워 흉작도 피할 수 있고, 소비 지역인 도시에 위치해 농산물 수송비도 크게 줄일 수 있다.

캐나다 토론토 도심 1만3200㎡ 넓이의 땅 위에 구상 중인 58층짜리 ‘스카이 팜(Sky Farm)’을 보자. 경작 가능한 면적은 74만㎡. 여기에서 생산되는 농작물은 약 3만5000명을 먹일 수 있을 것으로 예상된다. 기존 농경방식으로 이 정도 생산량을 얻으려면 농지 420만㎡가 필요하다.

이 농법의 핵심 철학은 ‘친환경’과 ‘지속가능성.’ 전력은 옥상에 설치한 대형 태양전지판을 통해 얻고, 보조 장치로 풍력발전용 탑을 옥상에 둔다. 건물 외부는 산화티타늄을 코팅한 유리로 덮어 일조량을 극대화하고 공해물질에 의한 오염을 차단한다. 경작 과정에서 발생한 수증기는 파이프로 끌어 모아 마실 수 있는 물로 만들어 팔 계획이다. 건물 하나에서 이렇게 만들어지는 물은 1년간 2억? 이상으로 추산된다. 농업용수는 도시 하수를 정화해서 사용한다.

2050년 세계 인구는 지금보다 30억명 늘어난 92억명이 되고 이중 80%가 도시에 살 것으로 예상된다. 이들을 먹이려면 브라질만한 농지가 더 필요하다. 그러나 지구온난화에 따른 해수면 상승으로 육지 면적은 점점 줄어드는 추세다.

데스포미어 교수는 이 신농법이 15년 안에 실현될 것으로 전망한다. 그는 네덜란드·두바이에서 온 과학자·벤처 투자자들과 만나 공중 농경을 구체화할 수 있는 연구기관 설립 문제를 논의 중이다.