대기 중 78%를 차지하는 질소(N₂), 하지만 우리 몸은 못 쓴다고?

"질소(N₂)는 대기의 78%를 차지하는데, 왜 우리는 숨 쉬면서도 그걸 이용하지 못할까?"
이런 궁금증을 가져본 적이 있을지도 모르겠다. 사실 질소는 생명체에 꼭 필요한 원소다. 단백질, DNA, RNA 등 몸을 구성하는 핵심 요소들이 질소를 포함하고 있다. 그런데도 우리가 숨 쉬는 공기 속 질소는 직접 이용할 수 없다. 이유가 뭘까?

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질소는 안정적인 기체다

공기 중의 질소(N₂)는 두 개의 질소 원자가 아주 단단한 결합을 하고 있다. 이 결합이 워낙 강해서 자연적으로 쉽게 깨지지 않는다. 즉, 우리 몸이 공기 중 질소를 흡수하더라도 그걸 바로 단백질이나 DNA에 활용할 수 없다는 뜻이다.

그러면 어떻게 해야 질소를 쓸 수 있을까?
답은 바로 **'질소 고정'**에 있다.

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질소를 쓰기 쉽게 바꿔주는 질소 고정

자연에서는 일부 미생물(예: 뿌리혹박테리아)이 질소 고정을 한다. 이 미생물들은 공기 중 질소를 암모니아(NH₃) 같은 형태로 변환시키는데, 식물은 이걸 흡수해 단백질을 만든다. 결국 우리가 식물이나 동물을 먹으면서 질소를 섭취하는 셈이다.

하지만 자연에서만 질소 고정이 일어나는 건 아니다. 인류는 하버-보슈 공정이라는 화학 반응을 이용해 질소를 암모니아로 바꾸는 방법을 개발했다. 이 덕분에 대량의 비료를 생산할 수 있게 됐고, 농업 생산성이 비약적으로 증가했다. 오늘날 전 세계 식량 생산의 상당 부분이 이 기술 덕분이라고 해도 과언이 아니다.

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질소는 풍부하지만, 활용은 제한적이다

대기 중에 이렇게 많은 질소가 있지만, 우리 몸은 직접 사용할 수 없고, 자연이나 공정을 거쳐야만 활용할 수 있다. 그래서 질소는 풍부하지만 제한적인 원소라고 할 수 있다.

혹시 "우리가 직접 질소를 활용할 수 있다면?" 하고 생각해 본 적이 있는가?
아쉽게도 그럴 가능성은 거의 없다. 질소 분자를 인체가 직접 활용할 수 있게 만들려면 엄청난 에너지가 필요하다. 생물학적, 화학적 한계를 극복해야 하는데, 현재 기술로는 불가능하다.

결국 우리는 자연이 제공하는 방식, 혹은 인공적인 방법을 통해서만 질소를 얻을 수밖에 없다.
그렇기 때문에 질소 고정 과정은 환경과 농업에서 아주 중요한 역할을 한다.

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마무리: 질소는 단순하지만 중요한 원소

질소는 공기 중에서 가장 흔한 기체이지만, 자연과 인간의 개입 없이는 쓸 수 없는 독특한 원소다. 우리가 매일 숨 쉬면서도 직접 활용하지 못하는 이유가 바로 여기에 있다.

앞으로 비료 사용이 환경에 미치는 영향, 질소 고정 기술의 발전 등도 관심을 가져볼 만한 주제다. 질소에 대해 좀 더 알아가면, 우리가 먹는 음식 한 접시에도 얼마나 많은 과학과 자연의 조화가 숨어 있는지 새삼 느낄 수 있을 것이다.