우리가 숨을 쉴 때 들이 마시는 공기는 질소 78%, 산소 21%, 기타 1%로 구성되어 있으며, 1%의 기타 공기는 다시 이산화탄소와 수소, 오존 등으로 구성되어 있다. 공기 중에는 비교적 소량의 이산화탄소가 0.035% (350ppm) 정도가 포함되어 있는데, 이산화탄소는 식물이 광합성을 할 때 반드시 필요한 요인이다. 식물은 이산화탄소와 물을 흡수하고 햇빛(태양에너지)을 받아 포도당과 산소를 만들어낸다. 이 과정에는 온도와 엽면적 등 여러 가지 요인이 관여한다. 그러나 이산화탄소가 공급되지 않으면 광합성을 제대로 할 수 없게 된다. 이산화탄소는 최근 1세기 동안 배출량이 급격히 증가하여 지구온난화의 주범으로 작용하고 있으며, 탄소 배출권을 돈으로 거래하는 시대가 되었다. 그러나 다행히 식물은 광합성 과정을 통해서 이산화탄소를 흡수하여 산소를 만들어낸다. 따라서 지구온난화를 막아낼 수 있는 유일한 대안은 식물을 키우는 농업에 있다고 해도 과언이 아니다.

공기 중에는 350ppm 수준으로 일정한 농도의 이산화탄소가 분포하고 있지만, 밀폐된 하우스에서는 상황이 달라진다. 햇빛이 없는 밤 시간에는 식물도 광합성을 하지 못하고, 호흡만 한다. 식물도 사람처럼 산소를 흡수하고 이산화탄소를 내뿜는다. 밀폐된 하우스에서는 식물의 호흡작용으로 이산화탄소 농도가 1,500ppm까지 올라간다. 그러다가 일출 후 햇빛이 나오면 다시 광합성을 시작하는데, 본격적인 광합성이 진행되면서 순식간에 이산화탄소 농도가 대기 중 이산화탄소 농도인 350ppm 수준 이하로 급격히 떨어진다. 오전 중에 하우스 시설 내 이산화탄소 농도는 180∼200ppm 이하로 낮아지는데, 이산화탄소 농도가 350ppm에서 200ppm 이하로 내려가면 작물의 수량이 45% 감소한다고 한다. 따라서 광합성 량이 떨어지는 것을 방지하기 위해 이산화탄소를 비료로 사용하게 된다. 우리나라에서도 대규모 유리온실이나 첨단시설에서는 이산화탄소 사용이 일상화되어 있으며, 수출용 파프리카 생산단지에서는 거의 100% 이산화탄소를 비료로 활용하고 있다.

네덜란드에서 연구된 교육 자료에 의하면 토마토에서 광합성 작용을 통해 이산화탄소 1g이 0.5g의 포도당을 생성시키며, 이렇게 만들어진 포도당의 60%인 0.3g이 과일로 이동한다고 한다. 과실의 건물량이 5%이므로, 결과적으로 이산화탄소 1g은 과실의 무게 6g을 증대시킨다. 또한, 이산화탄소 생산법칙이란 것이 있는데, 이 계산방식에 의하면 시설 내 이산화탄소 농도를 200ppm에서 300ppm 으로 끌어올렸을 때 생산성이 37.5% 증가한다고 한다.

q = (1000/Xco2)2 × a = (1000/200)2 × 1.5 = 37.5%

q : 100ppm당 생산성 증가(%)

Xco2 : 처음농도(ppm)

a : 일사요인과 작물의 조건 : 청명한 날 1.2 ∼ 흐린날 1.8

네덜란드에서 여름철에 1ha의 온실에서 시간당 100kg의 이산화탄소를 1주일간 하루 10시간씩 공급할 경우, 공급되는 이산화탄소는 ha당 7톤이 되며, ㎡당 면적으로 환산하면 0.7 kg이 된다. (10시간 × 시간당 100kg의 이산화탄소를 공급 × 7일 = 7,000kg/ha → 0.7kg/㎡)

유럽에서 이산화탄소는 1kg당 0.2유로 정도에 거래되기 때문에 소요되는 비용은 다음과 같다. (단위면적당 이산화탄소 비용 : 0.7kg/㎡ × 0.2유로 = 0.14유로)

한편, 1주일간 단위면적당 토마토 생산량은 0.75kg/㎡ 이며, 이산화탄소 사용에 소요되는 비용이 싸다는 결론을 얻을 수 있다.

동절기에는 ha당 하루 150kg의 이산화탄소를 사용하는데(800ppm), 7일간 사용하면 150kg × 7일 = 1,050kg이 된다. 소요되는 비용은 1,050kg × 0.2유로 = 210유로 → ㎡당 환산하면 이산화탄소 비용은 0.02 유로가 된다. 우리나라 원화로 환산하면 30원 정도 가 된다.

토마토에서 이산화탄소 최대흡수량은 1시간에 1제곱미터 당 7g이고 (7g/㎡/hour), 시간당 최대 이산화탄소 흡수량은 여름철에 750kg/ha/1일, 겨울철에 250kg/ha/1일 라는 연구 결과도 있다.

우리나라는 이산화탄소 가격이 유럽보다 비싸다. 거래량이 많지 않기 때문에 지역 간 가격차이도 심한 것 같다. 지난해 네덜란드에 갔을 때 한국에서는 온실에서 왜 이산화탄소를 사용하지 않느냐고 물어오기도 했다. 탄산가스를 비료로 이용하는 것이 광합성량을 증대시키는 중요한 요인임에 틀림없는데, 주위에서 쉽게 찾아볼 수 없는 이유가 무엇인지 정말 궁금해진다.

사진설명 : 춘천 토마토 시설농가에 간이로 설치한 탄산가스 시비장치

<글 : 박동하(흙살림 친환경컨설팅팀장)>

 

 

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