농화학-세상에서 가장 쉬운 과학 수업-

농업의 역사부터 하버의 암모니아 합성까지

친환경 미래농업으로 이어지는 농화학 파헤치기

★ 일대일 친절한 과학 수업

★ 이공계 진학 예정자 필독서

★ 노벨상 수상 논문 영문본 수록

〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈의 21번째 책으로, 농업의 역사부터 하버의 암모니아까지, 오늘날 친환경 미래농업으로 이어지는 농화학의 역사와 노벨상 수상자들의 논문을 수많은 과학 교양서를 집필한 정완상 교수의 필력으로 쉽고 재밌게 살펴본다. 농화학은 토양·비료·농약 등 농업 분야의 화학적인 현상에 관하여 연구하는 학문이다. 우리는 날마다 식사를 하고 있는데, 우리가 먹는 농산물은 단순한 자연의 산물이 아니라, 수천 년에 걸친 인간의 지식과 기술, 그리고 끊임없는 탐구의 결과물이다. 이 책은 인류가 어떻게 토양을 이해하고, 식물을 키우며 농업을 발전시켰는지를 알아보는데, 저자를 대변하는 정교수와 독자 입장에서 정교수에게 질문을 던지는 농화학군의 대화 형식을 빌려 일대일 수업을 듣는 듯 친절하고 정교하게 구성된 것이 특징이다.

이 책은 어렵게만 느껴지는 과학 이론을 쉽고 재밌게 설명하기 위해 1970년에 노벨평화상을 수상한 미국의 농화학자 노먼 볼로그 박사와의 인터뷰로 시작된다. 이 인터뷰에서 공기 중의 질소를 이용해 질소 비료를 대량생산하게 해 1918년 노벨화학상을 수상한 프리츠 하버의 암모니아 합성법에 대해 설명하며 책의 흐름을 개괄적으로 파악하도록 했다.

이어서, 제1장에서는 인간이 자연과 직접 맞닿아 살아가던 선사시대의 농업을 다룬다. 이 시기의 농업은 경험과 관찰에 의존했으며, 계절의 변화와 토양의 상태를 읽는 지혜로 발전했다. 이어지는 제2장에서는 인간이 토양의 영양을 어떻게 이해하고 보충해 왔는지를 살펴본다. 제3장에서는 화학평형과 촉매의 화학을 중심으로, 눈에 보이지 않는 분자 수준의 변화가 어떻게 거대한 농업 생산으로 이어지는지를 설명한다. 제4장에서는 농화학의 역사에서 가장 중요한 화학반응 중 하나인 암모니아 합성법을 다룬다. 공기 중에 풍부하지만 사용할 수 없었던 질소를 인간이 직접 활용 가능한 형태로 바꾸면서 인공비료가 개발되었다. 이로 인해 인류의 식량 문제를 해결하고 인구 증가가 가능해졌다. 마지막으로 제5장에서는 농화학의 발전에 기여한 노벨상 수상자들의 업적을 살펴본다. 이들의 연구 덕분에 오늘날 우리는 안정적인 식량 생산이 가능해졌다.

이 책은 부록으로 농화학 관련 논문들(1864년 와게와 굴드버그의 논문, 1920년 하버의 노벨상 수상연설문, 1979년 오무라와 캠벨의 논문)을 실어 더 깊은 탐구와 이해를 돕고 있다.

지은이 : 정완상

과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. [과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈] 중 《아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 31권과 [과학공화국 법정 시리즈] 50권을 집필했다. 최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 [개념 잡는 수학툰 시리즈]를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈]를 집필 중이다. 우리나라에서 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 수학과 과학의 다양한 이론부터 직접 집필한 책과 소설까지, 폭넓은 콘텐츠를 함께 나누는 네이버 카페 정완상 교수의 [수학·과학 창작 콘텐츠]를 운영하고 있다.

천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며 

공기 중의 질소를 암모니아로 바꾸어 비료 생산 혁명을 일으키다 _ 노먼 볼로그 박사 깜짝 인터뷰 

첫 번째 만남 | 고대와 중세의 농업 

농업의 시작 _ 농업 시작 전의 초기 재배 

최초의 작물 재배 _ 레반트 지역에서 시작된 작물 재배  

세계 곳곳에서 시작된 농업 혁명 _ 양쯔강 유역의 벼농사와 메소아메리카의 옥수수농사 

가축 사육의 시작 _ 돼지와 소의 가축화

고대 문명의 농업 _ 국가를 만들다 

관개농업의 발달과 쟁기 사용 _ 안정적인 식량 생산으로 인구 증가를 이끌다 

철제 농기구 등장 _ 식량 생산 증가와 사회 구조 변화 

고대 그리스의 농업 _ 프톨레마이오스 왕조의 곡물 공급망 

고대 로마의 대규모 농장, 라티푼디움 _ 생계에서 사업으로 바뀐 농업 

신세계의 농업 _ 구세계와 독립적으로 발전하다 

콜럼버스 교환 _ 세계를 뒤흔든 농업 혁명 

삼포제 농업 _ 농업과 축산의 유기적 결합 

종자 파종기의 발명 _ 제스로 툴의 종자 파종기 

인클로저 운동 _ 영국 농업 생산성을 높이게 한 변화 

산업혁명 시대의 농업 _ 기계 농업의 시작 

두 번째 만남 | 비료의 역사 

자연 비료의 사용 _ 동물 배설물, 낙엽, 음식 찌꺼기 

나일강이 만든 자연 비료 _ 자연의 비료 공장 

로마인의 ‘똥 비료’ _ 가축 분료의 퇴비화 

중국의 ‘황금 비료’ _ 인분의 퇴비화 

해초 비료 _ 바다의 선물 

화전 농업 _ 잿더미의 기적 

중세의 퇴비 농업 _ 자연의 화학 반응을 적극적으로 이용 

낙엽 _ 숲의 비료 공장 

구아노와 칠레초석 _ 광물 자원을 비료로 이용 

뼛가루 비료 _ 전장에 남겨진 뼈까지 수거하는 상인들 

노퍽 농법 _ 콩과 식물은 살아 있는 비료 공장 

비료 혁명의 문 앞에서 _ 인공비료의 서막 

농업을 바꾼 화학자, 리비히 _ 탄소와 수소의 정량 분석법, 최소양분율 

비료가 맛도 바꾼다 _ 맛과 영양까지 고려한 비료 관리 

식물도 ‘영양실조’에 걸린다 _ 황화 현상 

세 번째 만남 | 화학평형과 촉매의 화학 

화학평형 이론의 출발 _ 베르톨레의 동적 평형 

질량작용의 법칙 _ 화학 반응의 속도는 반응물의 농도의 곱에 비례한다 

르 샤틀리에 원리 _ 화학 반응은 외부 조건에 따라 달라진다 

촉매 발견의 역사 _ 빵, 술, 식초의 발효와 금속 제련 

촉매의 탄생과 산업화 _ 보이지 않는 힘이 세상을 바꾸다 

에두아르트 부흐너 _ 생명력을 화학으로 풀어낸 과학자 

오스트발트의 질산공정 _ 암모니아를 산화해 질산을 만드는 ‘오스트발트 공정’ 

번개와 질소 고정 _ 자연이 만든 거대한 실험실 

프랑크-카로 공정 _ 공기 중의 질소를 활용해 인공비료를 만들다 

비르켈란트-에위데 공정 _ 인공 번개를 활용한 질소 고정 기술 

질소 고정의 초기 연구 _ 아레니우스의 전해질 해리 이론 

생물학적 질소 고정 _ 자연이 만든 놀라운 공장 

효소의 진화 _ 아널드의 지향적 진화 

고압 화학의 시작 _ 앙리 무아상의 전지 아크로 

촉매 이론의 발전 _ 촉매의 표면에서 시작되는 반응 

환경 촉매 _ 유해가스를 줄이는 촉매 장치 

나노 촉매 _ 원자와 분자 수준에서 촉매를 설계 

미래 촉매 _ 에너지와 생명을 바꾸는 기술 

네 번째 만남 | 암모니아 합성 

하버의 질소 비료 _ 공기 중의 질소를 이용하다 

질소비료의 필요성 _ 공기 중의 질소를 암모니아로 바꾸는 하버-보슈 공정 

암모니아 인공 합성 _ 공기 중의 질소와 수소를 암모니아로 만들다 

질소 비료 산업을 개척한 카를 보슈 _ 대량생산의 길을 열다 

암모니아 합성법 이후 _ 비료산업뿐 아니라 폭약산업까지 발전하다 

화학 전쟁과 하버 _ 인류를 살리고 죽이는 과학 기술 

하버의 결혼 생활 _ 영화보다 더 영화 같은 비극 

다섯 번째 만남 | 농화학의 노벨상 수상자들 

농약 혁명 _ 화학 농약, DDT의 발견 

흙 속에서 시작된 혁명 _ 아버멕틴의 발견 

‘AIV 사일리지 방법’ _ ‘생산 중심’에서 ‘관리와 지속성’으로 

농업의 산업화와 녹색혁명 _ 인류의 기아 문제를 해결한 볼로그 

수경재배 _ 흙 없이 식물을 키우는 과학 

스마트 농업과 정밀 비료 시대 _ 작물의 상태와 토양에 적합한 정밀 농업 

나노 비료 _ 생산 효율성을 혁신하다 

AI 맞춤 비료 _ 작물에 필요한 영양분을 정확히 제공한다 

미래 비료 _ 미생물을 이용한 친환경 비료 

식물이 직접 질소를 만드는 시대 _ 유전자 기반 질소 고정 기술 

친환경 암모니아 생산 _ 농업과 에너지, 기후변화를 모두 해결 

수직 농장 _ 경작지 감소 문제 해결 

배양육 생산 _ 동물을 키우지 않고 고기를 만든다 

만남에 덧붙여 

Studies Concerning Affinity _ 와게와 굴드버그 논문 영문본 

The synthesis of ammonia from its elements _ 하버 논문 영문본 

Avermectins, New Family of Potent Anthelmintic Agents: Producing Organism and Fermentation _ 오무라 논문 영문본 

Avermectins, New Family of Potent Anthelmintic Agents: Efficacy of the Bla Component _ 캠벨 논문 영문본 

위대한 논문과의 만남을 마무리하며 

이 책을 위해 참고한 논문들