규산과 제오라이트

제오라이트는 어떤 광석인가? 제오라이트는 18세기말 스웨덴의 광물학자 Cronstedt가 명명한 광물로서 그 산업적인 이용은 미국의 린데사가 1948년 아끼다현에 다량의 광맥이 발견되어 연구되기 시작하였다. 현재 제오라이트라는 이름을 알고 있는 사람이 적지 않으리라 본다. 그러나 정작 제오라이트의 토양개량자제로서의 평가를 들어보면 '잘 듣는다'고 답하는 사람은 드물고 '효과가 꼭 집어 말할 수 없다', '아무런 효과가 나타나지 않는다'라고 말하는 사람이 대부분이다.

 현재 한국에서는 10여개 업체가 부침을 거듭하면서 제오라이트를 생산하고 있는 것으로 알려져 있다. 그 효능에 대한 주장은 다양하다. 대부분 크게 강조한 것이 하우스 시설재배 토양의 염류농도 장해를 억제한다는 것이다. 
 천연 제오라이트는 녹색응회암의 변질에 의해 생성된 광물이라서 당연히 녹색응회암 지역에서 산출된다. 제오라이트를 농업자재로서 이용하기 시작한 것은 1965년 전후로서 그 용도는 토양개량자재 외에 비료첨가재, 농약증량제 등이 있다.   제오라이트의 포장지에는 다음과 같이 다량의 규산 외에 칼륨, 칼슘, 마그네슘이 함유되어 있다. 어느 것이나 작물에 잘 이용되는 것 같은 착각이 들기 쉽다. 표 1. 제오라이트와 벤트나이트의 화학조성의 비교 예

 

성 분	제오라이트	벤트나이트
규      산(Si2O2) 알루미나(Al2O3)       철   (Fe2O3) 마그네슘(MgO) 칼      슘(CaO) 칼      륨(K2O)  나트륨  (Na2O)	66.2% 11.5 1.67 0.66 2.10 4.30 1.04	69.5% 15.4 1.87 3.75 1.87 0.18 0.40
CEC(meq/100g)	155	81
주요광물	클리높틸로라이트	몬모릴로나이트

 

 천연 제오라이트의 특성 CEC(양이온치환용량 : 양이온을 흡착 보존하는 능력)가 매우 높다.
 제오라이트의 토양개량제로서 가장 큰 특성은 양이온치환용량 이른바 CEC가 매우 크다는 것이다. CEC라는 것은 양이온을 흡착 보존하는 능력, 간단히 말하자면 '흙의 밥통 크기'이다. 한국 토양의 CEC는 대략 20meq/100g으로, 세계에서 가장 좋은 토양인 소련 흑토(체르노젬)의 40∼60에 비하면 매우 적은 편이며 해안 사구지 등의 모래땅에서는 더욱 작아 5 이하 짜리도 적지 않다.
 그런데 천연 제오라이트의 CEC는 150∼200에 달하여, 몬모릴로나이트를 주성분으로 하는 벤트나이트 80∼100의 약 2배나 크다. 제오라이트의 CEC는 단순히 크다는 것만이 아니라 그 효과가 지속적인 것이다. 

 

암모늄과 칼륨을 선택적으로 흡착한다.
 토양은 CEC에 따라 치환성 이온을 흡착한다. 치환성 이온이라는 것은 구체적으로는 칼슘, 마그네슘, 나트륨이온을 말하는데 토양과 각각의 이온은 다른 힘으로 흡착하고 있다. CEC의 기원이 카올린 또는 부식인 경우 흡착력은 칼슘>나트륨>칼슘>마그네슘의 순이다.
 그러나 제오라이트에서는 그 순서가 달라져서 칼륨>나트륨>칼슘>마그네슘으로 된다. 즉 제오라이트는 칼슘이나 마그네슘보다 칼륨이온을 선택적으로 흡착하는 것이다. 그 원인은 앞에서도 말했지만 제오라이트의 정글짐 구조의 공극 크기가 칼륨과 거의 같아서 일단 들어가면 쉽게 빠져 나오지 못하기 때문이다. 암모늄 이온의 크기가 칼륨이온과 거의 일치하므로 마찬가지로 특이적으로 흡착할 수 있다. 이 성질을 잘 활용하는 것이 제오라이트를 충분히 활용하는 포인트이다.제오라이트는 인산을 흡착하지 않는다.
 제오라이트 자체는 음이온인 질산이온이나 인산이온을 흡착하는 능력(AEC)이 전혀 없다.  다만 천연 제오라이트 중에는 상당량의 치환성칼슘이 존재하고 있어 토양의 pH가 중성부근이면 여기에 인산이 흡착한다. 그 결과 인산의 효과가 좋아지는 것은 사실이다.
 
천연 제오라이트의 농업적 이용에 대한 앞으로의 전망 그 중 하나가 하우스 내의 암모니아가스 억제 대책이다. 토양에 제오라이트를 시용해두면 토양표면에서 휘산되는 암모니아가스가 감소한다. 특히 토양산도가 높아져 시용후의 효과를 기대할 수 있는지도 모른다.
 두 번째는 해충의 방제이다. 제오라이트의 시용에 의해 진딧물이나 잎굴파리의 발생이 줄었다는 많은 보고가 현지 농가로부터 전해지고 있다. 곤충은 공통적으로 암모니아에 유인되는데 제오라이트의 암모니아가스 휘산방지 효과가 관여하고있을 가능성이 크다고 본다. 앞으로 깊이 연구해 볼 과제이다.