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김정균
화학과 교수
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언제부턴가 화학비료는 건강에 나쁜 영향을 미치는 것처럼 알려져 친환경적인 유기농업을 해야 한다는 주장이 늘고 있다. 유기농식품이란 '화학비료와 농약을 사용하지 않은 자연 그대로의 토양에서 생산된 식품'이라고 정의되지만 화학비료를 전혀 사용하지 않고 농산물을 안정적으로 공급할 수 있을지는 의문이다.
식물이 성장하는 데는 꼭 필요한 3가지 원소가 있다. 질소(N) 인(P) 그리고 칼륨(K)이 바로 그것이다. 이들 중 질소는 대부분 유기물로 존재하고 나머지 둘은 자연상태에서 무기물이나 이온화합물로 존재한다. 이 세 가지 중 어느 하나라도 부족하면 식물은 건강하게 성장하지 못한다. 그 중에서도 질소는 탄소와 함께 생명체의 골격을 이루는 중요한 원소이다. 그러나 기체질소는 대기 중 약 80%를 차지하면서도 유기체의 생명활동에는 전혀 참여하지 못한다. 공기중의 질소분자는 물에 전혀 녹지 않기 때문이다. 물에 녹지 않는 성분은 식물이 흡수하지 못한다. 따라서 자연에서 식물이 질소성분을 얻는 방법은 스스로가 키워왔던 낙엽이 분해돼 수용성 질소성분으로 바뀐 뒤 흡수하는 자연의 순환궤도를 이용하고 있다. 이 궤도는 모든 식물의 영양공급을 위한 필수적인 조건이지만 잘 정돈된 경작지에서는 농작물이 흡수하고 남는 질소성분의 대부분은 빗물에 녹아 강이나 바다로 흘러가버린다. 경작지의 토양은 수용성 질소성분을 고정시킬 수 있는 능력이 없기 때문이다.
따라서 매년 논이나 밭에 질소비료를 시비하는 과정이 없다면 자연이 만들어준 유기질 퇴비를 보충해 줘야 한다. 그렇지 않으면 경작지의 자양분은 점차 줄어들어 농작물이 자랄 수 없는 땅으로 변해버린다. 우리나라에서도 일손부족으로 식물이 자랄 수 없는 땅으로 버려지는 경작지들이 점차 늘어나고 있다. 따라서 현재와 같은 농업환경에서 화학비료는 농산물 경작에 필연적 요소라고 할 수 있다.
질소성분을 보충해주기 위해 인위적으로 만든 화학비료는 공기중의 질소를 수소와 반응시켜 얻어진 암모니아를 고체로 고정시킨 수용성 화학물질들을 말한다. 이것은 독일의 화학자 하버(1868~1934)에 의해 처음으로 합성됐으며 현재까지도 이 방법으로 매년 약 4억5000만 t이 생산되고 있다. 이 질소비료의 생산으로 유럽은 1900년대에 황무지로 버려져 있던 많은 땅이 다시 농작물을 생산할 수 있는 경작지로 바뀌었다. 곡물 생산량도 비료가 없던 시절보다 5배 이상이 증가해 질소비료가 인류의 공영에 크게 이바지했음은 두말할 것도 없다. 굶주림이 극심했던 한 세기 전의 시대상황에서는 암모니아에서 출발해 만들어진 질소비료는 유럽의 기아문제를 짧은 기간에 해결해준 고마운 화합물이다.
현재도 화학비료는 농작물 생산에 일세기 전의 유럽 상황보다 더 크게 기여를 하고 있다. 이런 상황을 외면하면서 화학비료의 조건 없는 거부는 진정한 의미의 친환경 농업이라고 할 수 없다. 현재 화학비료는 식품보다는 오히려 환경에 미치는 영향을 걱정하는 이가 더 많다. 매년 다량으로 살포되는 비료가 물에 녹아 하천으로 흘러들어가 녹조의 발생 원인이 되기도 하고 바다에서는 적조의 원인이 되기 때문이다.
질소는 자연 생태계에서 끊임없이 재활용된다. 식물은 자신들이 가진 순환과정에서 질소성분을 얻어 성장하고 열매를 맺으며 초식동물을 키워낸다. 육식동물은 초식동물이 만들어둔 단백질로부터 질소성분을 얻어 생명을 유지해가는 질소의 순환궤도를 통해 생명체들은 살아간다. 이렇게 재활용되며 흘러가는 먹이사슬의 작은 부분들은 지금도 인위적 방법으로 간섭되고 있다. 자연이 이러한 간섭과 평형을 유지하며 흘러온 것은 이미 인간이 집단생활을 해오던 원시시대부터이다. 따라서 화학비료의 사용을 조건 없이 반환경적이라는 견해에는 동의할 수 없다.
천재적인 화학자 하버는 질소고정으로 인류를 기아에서 구해낸 업적을 남겼지만 1차대전 중 독가스를 발명해 많은 젊은이를 죽음으로 몰아넣었다는 오명도 남겼다. 한 과학자의 명과 암은 어쩔 수 없는 운명이었을까?
그러나 지금도 질소비료는 1913년 '전기화학회지'에 발표된 하버 교수의 논문 '원소로부터 암모니아의 기술적 생산에 관하여'에 기초해 생산되고 있다. 스웨덴의 왕립과학원은 수소와 대기 중의 질소를 결합시키는 문제를 해결한 공로를 인정해 1918년 하버에게 노벨 화학상을 수여했다. | 
