진흙 뿌려 사막을 푸르게 가꾼다
- Natasha Spencer-Jolliffe
- 2025년 12월 23일
- 5분 분량
ㅡ액체 나노클레이가 모래 땅을 비옥한 농지로
지구의 거대한 사막, 그리고 주변 땅을 계속 잠식해가는 그들의 끈질긴 성향은 오랫동안 농부와 농업의 골치 아픈 숙제였다. 사막 모래는 바람에 쉬 날아가고, 형태를 잡을 수 없으며, 수분을 전혀 유지하지 못한다.
그러나 황폐한 사막의 모습은 더 이상 찾아볼 수 없게 될지도 모른다. 나노기술이 등장하여 사막의 모래를 압축할 수 있고, 수분을 유지하며, 작물 재배에 적합한 비옥하고 영양가 높은 토양으로 변모시키고 있기 때문이다.
이러한 기술들은 숲 다음으로 두 번째로 큰 육상 생물군계(生物群系)인 세계의 사막들이 결국 비옥해지고 생명으로 가득찰 수 있으리라는 희망을 제시한다.
사막화 여전히 확산 중
토양 손실과 토양 황폐화라는 두 가지 문제가 계속해서 인간과 환경의 번영을 방해하고 있다.
유엔에 따르면 매년 1,200만 헥타르(한반도의 북한 면적에 근접)의 비옥한 토지가 사막화로 사라지며, 이는 세계 경제에 연간 4,900억 달러의 손실을 초래한다. 연구자들은 현재 농업용 토지의 52%가 열화(烈火)되었다고 추정한다. 종합하면 사막화와 토양 열화는 특히 물이 이미 부족한 지역에서의 물 소비량 증가와 연관되어 있다.
전 세계 40억 인구는 연간 최소 한 달 동안 극심한 물 부족을 겪고 있으며, 1980년대 이후 미국 농경지 12만1500㎢(3,000만 에이커)가 대부분 지하수 고갈과 가뭄으로 인해 폐기되었다.
그러나 유엔 식량농업기구(FAO)는 지구 인구가 증가함에 따라 2050년까지 식량 생산량을 70% 늘려야 한다고 밝혔으며, 이는 그 생명줄인 수자원 확보의 부담을 더욱 가중시킬 전망이다.
농업과 식량 생산은 이미 이용 가능한 담수의 70% 이상을 소비하고 있다. 코네티컷 농업 실험소 소장이자 토양 황폐화 전문가인 제이슨 화이트는 《The Earth & I (지구와 나)》와의 인터뷰에서 “이는 지속 가능하지 않다.”고 말했다.
사막 모래의 재생
이러한 과제를 해결하기 위해 노르웨이의 농업기술 스타트업이자 나노기술 혁신 기업인 데저트 컨트롤(Desert Control)의 창립자들은 사막 모래의 스펀지 같은 특성을 재해석하고 활용하여 “지구를 다시 푸르게 만드는” 지속 가능한 방법을 모색하게 되었다.
이들의 특허기술인 액체 나노클레이(LNC)는 천연 광물과 점토를 분사 가능한 액체로 변환하여, 이러한 물질들을 모래 토양에 도입한다. 미세하게 분산된 점토 입자와 관개수(灌漑水)를 혼합한 데저트 컨트롤의 나노기술 처리로 사막 토양을 단 몇 시간 만에 재생시킬 수 있으며, 처리당 최대 5년간 지속되는 효과를 발휘한다. 관개수와 혼합된 약 4리터의 LNC로 1헥타르의 토지를 처리할 수 있다.
LNC 액체에는 미세한 음전하 점토 입자가 포함되어 있어 모래 알갱이를 전하로 코팅한다. 이로 인해 반대 전하를 띤 물질(극성 물분자와 같은 경우)이 모래 알갱이 표면에 달라붙어 물이 식물 뿌리까지 도달할 가능성을 높인다.
이러한 조화로운 반응은 섬세한 '눈송이 모양' 격자구조를 형성하여 침식을 줄이는 동시에 수분과 영양분 보유력을 크게 향상시킨다.
LNC는 물만큼 얇으며 관개(灌漑) 시스템을 통해 사막 모래 표면에 직접 도포되어 약 30~60cm(12~24인치) 깊이까지 침투한다.
입자가 작기 때문에 LNC를 쉽게 도포할 수 있고 모래 알갱이와의 상호작용이 훨씬 더 잘 이루어져, 비옥하고 검은 농경지와 비슷하게 모래밭의 입자들이 서로 달라붙어 수분과 영양분을 유지할 수 있게 한다.
화이트는 “여기서 나노기술의 혁신적인 측면은 작은 입자 크기가 안정적인 분산을 가능하게 하여 침전이 발생하지 않는다는 점”이라고 말했다.
모래 토양은 본질적으로 수분 유지 능력이 낮은 구성요소와 응집 구조를 지닌다. 화이트는 “이 [LNC] 기술은 수분 유지와 건강한 뿌리 생장에 더 유리한 물리적 환경을 조성할 것”이라며 “이 기술은 타당하다.”고 덧붙였다.
LNC는 또한 작물 및 기타 식물과 공생 관계를 형성하는 근류균(根瘤菌)의 성장을 촉진하여 토양 영양분 함량을 개선한다. LNC 적용은 수자원을 최대 50%까지 보존하면서 작물 수확량을 늘릴 수 있다. “근본적으로 LNC는 기존 농업의 지속 가능성 부족 문제를 해결하려는 시도”라고 화이트는 말했다.
수분 보유력과 작물의 생장 증진
현대 농업 생태계에서는 물 손실이 흔히 발생하는 문제이다. 기존 관개 방식으로 공급되는 물의 상당량이 식물에 흡수되지 못하는 형편이다.
물 손실은 지역, 토양 유형, 작물, 관개 방법에 따라 다르지만 약 5%에서 70%까지 다양하다. 모래 토양, 건조한 기후, 그리고 물방울 관개나 스프링클러 호스 같은 인프라가 덜 발달된 지역의 관개는 더 큰 손실을 초래한다.
이러한 지역에서는 일반적으로 LNC가 적용된다. 화이트는 “본질적으로 모래 토양의 수분 보유력을 높여 작물 생장을 촉진하는 기술로, 일부 기존에 너무 건조해 작물 재배가 불가능했던 지역에서도 작물 재배를 가능하게 한다.”고 설명했다.
따라서 LNC는 물 이용 효율을 크게 높이는 기본 재료 역할을 할 수 있으며, “다른 수많은 나노 규모 전략과 병행하여 전체 작물 생산 효율성을 보완하는 데 활용될 수 있다.”고 화이트는 덧붙였다.
예를 들어, 인 가용성 또는 미량 영양소 이용 효율을 높이는 나노 규모 전략과 더 효율적인 농약 사용 연구는 LNC와의 협력을 통해 혜택을 얻을 수 있다.
나일강 삼각주에서 탄생하다
개념적으로 LNC는 새로운 아이디어가 아니다. 오히려 아스완댐 건설 이전 고대 이집트 나일 델타에서 점토가 건조지대의 회복탄력성을 회복하는 데 수행했던 역할을 모방한다.
1980년대, 지역 농민들은 나일강 삼각주에서 이전에 번성했던 지역들의 생산성이 감소하기 시작하는 것을 목격했다. 건조한 사막과 인접했음에도 불구하고 이 지역의 전설적인 농업 명성을 고려하여, 과학자들은 토지의 비옥도가 감소한 원인을 찾기 위해 노력했다.
그들은 1960년대에 건설된 아스완댐이 삼각주 토양 비옥도에 핵심적인 물질의 하류 유입을 차단하고 있음을 발견했다. 이것이 이른바 '나노클레이 접근법'의 시작을 알리는 계기가 되었다.
60년이 지난 지금, 상당한 연구개발을 거쳐 제조업체, 환경운동가, 농업 전문가들은 이제 LNC가 나노기술 도구 세트에서 차지하는 위치를 인정하고 있다.
모래 토양에 점토를 첨가하면 LNC와 유사한 효과가 있다는 사실은 꽤 오랫동안 알려져 왔다. 하지만, 기존의 비나노 규모 점토는 건조 상태나 물에 녹인 상태로 모래 토양에 첨가해야 하며, 이 경우 침전되는 경향이 있어 토양 개선이 비교적 느리게 진행되고 경우에 따라 수년이 걸리기도 한다.
중동에서 미국까지
애리조나대학 및 유마 카운티 협동확장기관과 협력하여, 데저트 컨트롤은 2022년 미국 토양에 대한 LNC의 첫 다년간 검증 연구를 시작했다. 이 연구는 모래 토양의 수분 보유 능력 향상 측면에서 LNC의 성능에 초점을 맞추었으며, 해당 기업이 아랍에미리트(UAE)에서 이전에 얻은 결과의 적용 가능성을 검토했다. 이 프로젝트를 통해 데저트 컨트롤은 미국과 중동의 협업을 통해 기후 스마트 농업 발전을 꾀하고자 희망한다.
다음 영상에서 데저트 컨트롤의 올레 크리스티안 실버센 CEO는 아부다비 기반 프로젝트(마와리드 및 바라리 천연자원과 협력)에서 LNC 처리된 토지와 인접한 미처리 대조 구역을 비교한다.
두 지역의 관개 방식은 동일하지만, LNC 처리를 받지 않은 토지는 전형적인 사막 모래와 유사하게 흩어지고 형태를 유지하지 못하며 수분을 전혀 보유하지 못하였다.
LNC 적용 사례에서 다양한 결과가 기록되어 실제 효과를 입증하고 있다. UAE, 이집트, 노르웨이, 사우디아라비아에서 진행된 현장 시험 사례는 독립적인 제3자 현장 시험으로 보인다. “하지만 이에 대한 동료 간의 상호 검토 문헌은 상당히 부족한 상황이다. 이는 극복해야 할 중요한 과제”라고 화이트는 지적했다.
지속 가능한 방식으로 농업과 식량의 미래를 확보하다
나노기술을 활용한 농업이 떠오르고 있듯이 LNC는 토지를 보호·보존하기 위해 설계된 새로운 지속 가능한 발전 성과의 일부이다. 밝고 두드러진 존재이긴 하지만, LNC는 농업 분야의 광범위한 나노기술 군집 속에서 하나의 별에 불과하다.
현재 전 세계 대학과 연구실에서는 나노기술과 이를 통한 지속 가능한 해결책 창출 방안 연구를 진행 중이다. 2024년 6월, 노스캐롤라이나주립대학교의 카라 그리에거 조교수 겸 확장 전문가 등 연구진은 나노기술과 나노캐리어가 생산 효율성, 작물 회복력, 수확량을 어떻게 향상시킬 수 있는지를 분석한 논문을 발표했다. 미국 퍼듀대학교의 리스트로프 연구실은 농약 전달 및 농업 응용을 위한 확장 가능한 나노물질 연구를 진행 중이다.
화이트는 “나노 스케일 종자 처리 및 프라이밍 기술이라는 완전히 새로운 분야가 발전하고 있다.”고 말했다.
이는 식량 생산을 강화하고 작물의 전반적인 기후 회복력을 높일 수 있는 메커니즘을 발전시킬 충분한 기회를 제공할 것이다.
화이트는 식품 안전성에 관한 연구가 더 확대되기를 바란다. 그는 “인간의 식품 안전성 측면에서 식물이나 식용 조직에 나노클레이 입자가 존재하는지 확인해야 한다.”고 말했다.
그러나 전반적으로 변화하는 기후 속에서 농업이 직면한 문제와 도전 과제, 그리고 식량 생산 증대의 필요성은 막대하며, LNC를 포함한 나노기술이 제시하는 해결책은 유망하고 영향력 있는 것으로 보인다. 화이트는 “이들은 열정과 집중력을 가지고 추진되어야 한다.”고 강조했다.
*너태샤 스펜서-졸리프는 프리랜서 저널리스트이자 편집자이다. 지난 10년간 그녀는 다양한 출판물에 기고하며 환경, 과학, 비즈니스, 법률, 사회학적 관점에서 광범위한 세계와 산업을 탐구해 왔다. 또한 연구기관 및 콘퍼런스의 인사이트 제공자로서 본지와의 인터뷰 대상이 되기도 했다.
편집자 주
출처: 코네티컷 농업 실험소 소장 제이슨 화이트와의 인터뷰.
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