공기에서 비료를
공기에서 비료를
  • 최종석 괴산중 교사
  • 승인 2021.10.27 18:07
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선생님이 들려주는 과학이야기
최종석 괴산중 교사
최종석 괴산중 교사

 

가을이 되어서 추수를 하는 계절이다. 벼가 익어서 고개를 숙이고 있다. 코로나 19로 지친 마음을 달려주는 것 같다. 아직도 마스크를 쓴 학생들이 학교에 간다. 시간이 지나면 지금의 코로나19는 무엇으로 기억될까? 풍성한 가을이듯이 고구마를 쪄온 학생이 한 개를 드시라고 준다. 맛있는 고구마이다.

고구마가 잘 익었다. 식물이 자라는 데는 질소, 인, 칼륨이 필수적이다. 특히 질소는 공기 중에 질소 분자로 되어 있다. 3중 결합에 의하여 이루어져 있으며, 잘 반응하지 않는다. 3중 결합을 깨서 반응할 수 있는 것으로 만든 역할은 하늘에서 번개가 주로 하였다. 여름에 번개가 많이 치면 농사가 잘된다고 하였다. 콩과 같은 식물은 질소고정효소가 있어서 공기 중의 질소를 고정하여 단백질을 합성한다. 그래서 콩밭에는 비료를 줄 필요가 없다.

질소의 3중 결합을 깨서 반응할 수 있게 만들겠다고 생각한 사람이 누구인가? 즉 공기를 이용하여 질소비료를 만들겠다고 생각한 사람이 있었다.

식민지를 가지고 있는 나라는 식민지의 섬에서 생산되는 구아노라는 새의 똥을 이용하여 식물에 뿌리면 식물의 생산성이 좋아진다고 알려졌고, 비싼 가격에 거래되었다.

식민지가 없는 독일은 척박한 땅에 구아노를 수입하여 사용하였다. 구아노를 대신할 비료를 만들 수 없을까? 처음에는 실패하였지만, 네른스트의 질책에 의하여 새롭게 연구를 하여서 성공하였다.

이 화학비료는 촉매제가 비싼 오스뮴으로 되어 있고, 순수한 질소를 얻는 데 어려움이 있어서 사용하기가 어려웠다. 이 문제를 해결한 사람이 카를 보슈이다. 오스뮴 대신에 2만 번의 실험을 통하여 산화알루미늄과 칼슘에 철을 섞어 사용하였다. 또 기네스 맥주 공장의 냉동시설을 이용하여 공기를 액화시켜서 -160℃의 끓는점을 가진 질소를 얻을 수 있었다.

인류는 매년 암모니아 비료를 1억 7500만 톤을 생산하고 전 세계 식량 생산량의 절반을 지배하는 데 쓰인다. 하버-보슈법이 발명되지 않았다면 오늘날 살아있는 두 명 중 한 명은 없을 것이다.

이러한 비료는 토지를 산성화시켜서 오랫동안 작물을 재배하는 데 문제가 있다. 그래서 등장한 것이 유기농 비료이다. 미생물을 이용하여 재배하든지, 가축의 분비물을 숙성하여 비료를 이용하는 등 다양한 방법이 실행되고 있다.

위드 코로나 시대로 접어들고 있다. 이러한 때에 새로운 과학의 힘은 세상을 바꿀 것이다. 과학관에 홀로 와서 재미있게 현미경으로 물체를 관찰하는 학생의 뒷모습은 미래에 공기를 비료를 만드는 것과 같은 새로운 역사를 만들 수 있을 것이다.


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