본 연구에서는 식물공장 내 폐회로 수경재배 시스템에서 양액을 유지하기 위해 이온 선택 전극(ion-selective electrodes, ISEs)을 활용한 이온 모니터링 시스템을 개발하였다. 이를 기반으로 작물 생장을 위한 최적 이온 보충량을 산출하는 알고리즘과 개별 이온 보충 시스템을 개발하였다. 개발된 알고리즘은 각 목표를 달성하기 위해 서로 다른 비용 함수를 채택한다. 이온 균형 우선 알고리즘은 목표 이온 농도와 계산된 이온 농도의 제곱 차이의 합으로 정의되는 비용 함수를 최소화한다. 반면 탄소 배출 저감 알고리즘은 개별 염 보충량에 각각의 탄소 배출 계수를 곱하여 계산되는 총 탄소 배출량으로 정의되는 비용 함수를 최소화한다. 시뮬레이션 결과, 이온 균형 우선 알고리즘은 Ca, NO3, K에 대해 각각 평균 오차 5.5 ± 5.5%, 0.4 ± 0.5%, 5.0 ± 11.2%를 달성하여 이온 균형 유지에서 우수한 성능을 보였다. 한편 탄소 배출 저감 알고리즘은 총 0.064 kg CO2로, 이온 균형 우선 유형에 비해 50.19% 감소를 나타냈다. 개발된 알고리즘과 시스템은 폐 양액의 재활용을 통해 양분 및 물 사용량을 최소화함으로써 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 최적의 이온 조성을 유지함으로써 작물 생산성을 향상시키고, 탄소 배출 저감을 통해 지속가능한 농업에 기여할 것으로 예상된다.

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