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레이어닫기최초의 에너지부터 현대에 이르기까지 인류 한계를 극복하고 발전을 이룬 역사와 에너지 사용으로 인해 직면한 위기 및 해결방안을 알아봅시다.
제임스 와트의 증기기관은 열에너지를 운동에너지로 바꿨다는 점에서 인류에게 큰 변화를 가져왔다. 화석연료 에너지를 바탕으로 비약적으로 늘어난 생산량은 경제와 사회 모든 분야에서 급격한 변화를 불러일으켰다.
증기기관의 등장은 모든 것을 바꿔놓았다. 특히 자연자원(목재)의 고갈로 급부상한 화석연료의 활용 개념 자체를 바꿔놓은 것이 크다. 이전까지 인류가 사용하던 에너지원은 그 종류(석탄, 목재)를 막론하고 열에너지를 공급하는 것이 가장 큰 목적이었다. 난방을 하고, 대장간의 불길을 유지해 금속을 가공하는 것이다.
그러나 증기기관은 ‘열에너지’를 ‘운동에너지’로 바꿀 수 있다는 가능성을 인류에게 보여줬다.
이미 1600년대부터 증기기관에 대한 연구가 다양하게 이뤄지고 있었으며, 최초의 성공사례는 1712년 토마스 뉴커먼이 개발한 증기 양수기다.
이를 제임스 와트가 개량하고 1769년 특허를 취득하면서 비로소 화석연료는 인간과 가축의 운동에너지, 즉 노동력을 대신하게 됐다.
기존 마차가 담당하던 수송은 자동차와 기차가, 직물공이 담당하던 옷감짜기는 방적기가 담당했다.
이렇게 사람과 가축의 손에 의존하던 산업에 기계를 도입하게 됨으로써 생산력이 비약적으로 늘어날 수 있었다. 다시 말하면, 적은 노동력으로도 더 많은 일을 할 수 있고, 만들어진 물품을 보다 빠르게 유통시킬 수 있다는 얘기다. 이로 인해 잉여물품이 대거 생산돼 상거래가 급성장했고, 대규모 자본이 축적되면서 본격적인 시장 경제가 형성됐다. 증기선과 증기기관차는 상품의 거래시장을 지구 전체로 넓히는 데 기여했다. 결국 에너지 활용 방법의 변화가 인류 사회와 경제의 구조를 획기적으로 뒤엎게 되었으니, 이를 ‘제2차 산업혁명’이라 한다.
초기 2차 산업의 지상과제는 생산력을 극대화하는 것이다. 이를 위해선 노동, 자본, 자원 등 생산요소를 꾸준하게 투입해야 하고, 에너지도 마찬가지다. 이에 따라 한계가 분명한자연 에너지(바람, 태양 등)나 인간의 노동력 대신 지속적으로 에너지를 공급할 수 있는 물질인 화석연료는 더욱 각광받게 됐다. 물론 증기기관 발명 이전에도 목재 고갈로 석탄 소비가 점차 늘고 있었다는 점을 감안하면, 화석연료의 확산은 필연이라는 견해도 있다.
이미 산업혁명 이전에도 좋은 화석연료를 얻기 위한 정제기술, 탄광의 고인 물을 퍼내기 위한 증기 펌프 등이 한창 연구되고 있었다는 사실이 이를 증명한다.
어쨌거나 핵심은 기계와 화석연료를 통해 인류의 생산력이 비약적으로 높아졌고, 세계 인구와 부가 가치, 자원 소비량이 덩달아 늘어나면서 새로운 세상이 열렸다는 사실이다.
현대 문명의 근간인 석유는 사실 19세기까지만 해도 큰 존재감 없는 화석연료에 불과했다.
하지만 내연기관의 등장은 모든 것을 바꿔놓기에 이른다.
오늘날 ‘검은 황금’이라 불리며 현대 문명의 핵심 자원으로 평가받는 석유는 사실 19세기까지만 해도 그렇게 주목받지 못하는 화석연료였다.
정제하지 않은 광유는 연료로서 석탄에 비해 큰 특장점이 없었기 때문이다.
그나마 기본적인 정제기술로 얻은 등유가 당시 최고급 기름이자 점차 구하기 힘들어지는 고래기름을 대체할 연료로 주목받기는 했지만, 어디까지나 조명용에 불과했다.
그 이전에는 석유를 ‘역청’이라는 이름으로 다양하게 활용했다고 전해진다. 상처에 바르거나, 먹거나, 조각상 혹은 건축물 등에 도장재료로 썼다.
특유의 가스와 냄새로 인해 종교적인 의식이나 점술에 쓰였다고도 한다.
사실상 화석‘연료’로서의 석유는 존재하지 않았던 것이다. 1800년대 들어 실용성을 갖춘 내연기관(연료를 실린더나 연소실 등 내부에서 연소시켜 동력을 얻는 기관)이 하나 둘 등장하자 상황이 바뀐다. 특히 석유 보일러를 탑재한 선박들이 곧 증기선을 압도하기 시작했고, 많은 사람들은 석유의 유용함을 깨닫게 됐다. 석유는 석탄보다 불이 더 잘 붙고, 안정적으로 고온을 유지할 수 있었다. 이후 미국 펜실베이니아 타이터스빌에 최초의 상업용 유정이 설치되며 본격적인 석유 시대가 개막된다.
20세기 초반을 강타한 제1차 세계대전은 석유의 확산을 부채질하는 계기가 됐다. 각국은 수많은 선박과 비행기 등을 운용하기 위한 연료가 절실해졌고, 석탄은 그 수요를 충족시키기엔 너무 비효율적이었다. 결국 1911년 당시 해군장관이었던 윈스턴 처칠이 석탄으로 움직이던 영국 전함의 연료를 석유로 변경하기로 하면서 석유는 석탄에 판정승을 거두게 된다. 석유 확산의 일등공신은 자동차다.
1885년 독일 발명가 카를 벤츠가 최초의 가솔린 자동차인 모토바겐(motorwagen)을 개발한 이후 석유는 자동차의 연료로서 대체불가능한 지위를 갖게 됐다.
1913년 헨리 포드는 컨베이어벨트를 고안해 자동차 대중화 시대를 열었다. 이후 정제기술의 발달로 석유를 보다 세분화시키게 되면서 그 활용도는 더 높아졌다.
현재 석유는 화석연료로서뿐만 아니라, 각종 화학공업의 원료로서도 각광받고 있다. 석유를 통해 만들어진 합성섬유(나일론, 데크론), 플라스틱, 합성고무, 화학비료가 없는 일상생활은 상상하기 쉽지 않다. 석유는 또한 전기 생산에도 쓰이게 되면서 더 귀중한 자원이 됐다. 아직까지 우리는 석유의 시대에 살고 있다.
전기의 역사는 사실상 패러데이 이전과 이후로 나뉜다. 패러데이는 U자 모양의 자석과 구리 원판을 합친 조악한 발전기를 통해 전자기 유도의 원리를 증명해 냈고, 이는 전기의 대량생산 가능성을 제시한 것이었다.
산업혁명의 물결이 전 세계를 휩쓸던 1831년, 미국에서는 한 과학자가 U자 모양의 자석과 동그란 구리 원판을 합친 기묘한 물건을 만들어 냈다. 생긴 것은 조악했지만, 사람들은 오래지 않아 이 물건의 진가를 깨달을 수 있었다. 오늘날 ‘전자기학의 아버지’라 불리는 마이클 패러
데이가 최초의 발전기를 내놓은 순간이다.
이전에도 벤자민 프랭클린이 연을 날려 번개가 전기임을 증명하거나, 볼타가 화학전지를 만드는 등 전기에 대한 연구는 꾸준히 진행돼 왔다. 그러나 인류의 본격적인 전기 활용은 패러데이의 전자기 유도(자기장의 변화를 통해 전기가 발생되는 현상) 발견으로부터 시작되었다고 볼 수 있다.
현재 화력, 원자력, 풍력, 수력 등 대부분의 발전소가 바로 이 전자기 유도 원리를 바탕으로 전기를 생산하고 있다. 전기를 확산시킨 사람이 그 유명한 발명왕 에디슨이다.
에디슨은 1882년 뉴욕 맨해튼에 최초의 상업용 발전소를 건설하고, 주변 시설에 전기를 공급하기 시작했다.
전기는 주로 에디슨의 또 다른 업적인 백열전구를 밝히는 데 쓰였는데, 이를 통해 밤을 정복한 인류는 전기의 유용함을 깨닫게 된다. 전기는 전선을 연결하는 것만으로도 사무실과 공장 심지어 가정에까지 곧바로 에너지를 보내고, 이를 다양하게 활용할 수 있었다.
에디슨은 곳곳에 송전선을 설치하고 퓨즈·스위치·전선 등 관련 인프라 전체를 생산하며 전기 상용화의 길을 열었다. 전기를 이용한 기계는 곧 인류 문명사를 송두리째 바꿨다.
냉장고는 인류의 식생활을, 텔레비전과 라디오는 미디어 환경을, 전화기는 통신의 개념 자체를 뒤집었다.
이후 양자역학이라는 새로운 지식을 개척한 인류는 전자들의 움직임을 보다 정교하게 제어하는 법을 알게 됐고, 이는 컴퓨터와 같은 보다 정밀한 전자기기의 발달로 이어진다.
오늘날 스마트폰, 컴퓨터와 같은 IT기기는 물론 냉장고, 세탁기와 같은 가전제품, 조명이 모두 전기의 힘으로 구동되고 있다.
공장의 기계나 각종 의료 장비들도 대부분 전기를 통해 움직인다. 기차나 일부 자동차 등 수송수단에도 전기가 쓰인다. 전기는 오늘날 모든 문명을 견인하는 에너지라 할 수 있다.
한편 석유공업의 발달로 고순도 연료 정제가 가능해지면서 내연기관 역시 급속도로 발달했다.
이는 자동차와 비행기의 성능이 보다 우월해지고, 그 활용도가 더 높아진다는 것을 뜻한다. 더 많은 수송수단이 더 빠르게 사람과 물류를 실어 나르게 됐고, 이는 정보통신의 발달과 함께 인류에게 여태껏 경험하지 못한 새로운 세상을 제시했다.
지구 반대편에 있는 사람도 하루면 만날 수 있고, 세계 곳곳의 물건들을 안방에서 받아볼 수 있게 되며, 삶의 영역이 지구 전체가 된 세상. 전기 등장과 교통수단의 발달로 인해 세계화 시대가 도래한 것이다.