황문선의 실타래

외계행성에서 왔다는 전기의 마법사 니콜라 테슬라

인류에게 빛을 준 200년의 역사를 지닌 전기, 인류의 미래를 다시 바꾼다

최근 새로운 사업을 모색하시고 계신 분이 “2020년 전기자동차, 2030년 자율주행차가 대세”가 될 것이란 필자의 글을 보고 고민에 빠졌다는 말을 들었다. 왜냐면 그분은 주유소 사업을 구상하고 계셨기 때문이다. 그 말을 듣는 순간 글에 대한 책임감을 다시금 느꼈다. 그리고 나 또한 한번 더 고민해보았다. 화석연료를 사용하는 사업이 향후 전망 있는 사업인가? 하고 말이다. 그런데 아무리 생각해보아도 더 편리하고 경제적인 대체에너지 사용 사업이 대세라고 생각된다. 지금의 수준에서는 화석에너지의 대체를 전기에너지가 하려는 순간이지만 향후 전기에너지를 대체할 또 다른 에너지의 발견과 발명이 다가 올 수 있다고 본다. 물론 이미 가솔린을 사용하는 엔진의 자동차가 전 세계를 주름잡고 있지만, 가격과 성능대비 가솔린 엔진 차를 능가하는 전기자동차가 나오는 것이 확실한 데 누가 마다하겠는가? 더구나 차량 유지비도 거의 들지 않는 차량이라면 말이다. 따라서 필자의 견해는 화석연료를 에너지로 하는 사업은 사양사업이라고 생각한다. 물론 화석연료를 원료로 하여 제품을 생산하는 사업은 별개라고 본다. 석유와 원유는 별개인 것이다. 원유를 정제하는 과정에서 부산물로 발생하는 석유는 향후 골치덩어리가 될 수도 있다는 뜻이다. 그래서 향후 10년 뒤를 내다보는 사업을 구상한다면 주유소 사업은 고민해봐야 한다고 생각한다. 또한 주유소 사업은 설치비 못지않게 폐업비용도 만만치 않다고 하니 더 심사숙고 해야 할 것이다.

이처럼 전기는 200년 전 전기를 처음 발견한 이후 인류의 삶에 매번 획기적인 변화를 가져온다.

 

전기의 발견과 전지의 발명, 그리도 다음 단계는 무엇인가?

전기와 전류란 무엇인가?

전기는 전자의 이동으로 생기는 에너지 즉 움직임이 발생시키는 힘이다. 이 에너지를 발생시키는 원리에는 열, 빛, 압력, 화학작용, 전자유도, 마찰이 있다. 이 여섯 가지의 작용을 물질에 따라 가하면 전자가 운동함으로써 발생하는 것이 전기다. 그리고 전기가 흐르는 방향을 전류라고 한다. 우리가 흔히 아는 방법 중 첫 번째는 아연과 구리를 황산용액에 담가둘 때 두 금속 사이에서 전기발생을 유도하는 것으로 전해질을 이용한 방법이다. 두 번째는 전자유도 작용으로 N극과 S극을 활용하여 회전을 유도하고 저항을 발생시킴으로써 전기를 발생하는 방법인데 발전기가 여기에 해당한다. 기타 열을 이용하는 방법은 아직 기술의 부족으로 전기발생이 약하나 향후 태양열을 활용하는 기술이 발전한다면 매우 강한 전기를 발생시킬 수 있을 것이다. 또한 위와 같은 원리를 발전소에 활용하여 막대한 힘의 에너지를 얻기도 한다. 원자력 발전소, 화력 발전소, 풍력 발전소, 수력발전소 등이 있다.

 

전기의 끝없는 변신

그 어느 날 인류가 전기를 발견하고, 1800년 볼타(Alessandro Volta)가 전기를 휴대할 수 있게 1차 전지(1회용으로 재충전 불가능)를 구리와 아연을 이용하여 만들었고, 1859년 프랑스의 의사 Gaston Plante’가 리튬을 이용한 2차전지(충전으로 재사용 가능)를 만들었다. 인류는 전기를 휴대하기 시작한지 200여 년 만에 휴대만이 아니라 막강한 파워를 낼 수 있는 전지를 만들었고 이제는 무한동력에 대한 연구에 돌입하였다. 왠 꿈 같은 이야기냐고 할지 모르겠다. 그러나 사실 무한동력은 자연에 존재하는 에너지를 끌어 쓰는 것이다. 그러니 에너지 보존의 법칙에 어긋나는 것도 아니다. 단지 눈에 보이지 않는 투입물이 있고 눈에 보이는 산출물이 있어 혼동을 주는 것뿐이다. 무한동력의 근원은 지구의 자전에너지, 자석의 플러스 마이너스의 당기는 힘과 미는 힘인 지구의 자기장을 활용한 에너지, 태양열 에너지 등을 말한다.

전기는 발명이라고 하지 않는다. 왜냐면 번개와 같이 자연에 존재하는 에너지를 발견한 것이고, 이를 에디슨과 니콜라 테슬라 같은 천재적인 과학자이자 발명가가 100년 전에 인간 생활에 편리하게 사용할 수 있도록 만든 것이기 때문이다.

 

인류의 일상생활을 매혹적으로 만든 두 발명가 에디슨과 테슬라의 차이

전류전쟁에서의 최후의 승자는 니콜라 테슬라

흔히 우리는 발명의 아버지로 에디슨을 꼽는다. 물론 1천여개의 발명 특허를 갖고 있는 에디슨을 높이 사지만, 인류의 발전에 지대한 공헌을 한 니콜라 테슬라를 더 인정하지 않을 수 없다. 두 사람의 대표적인 비교는 1880년대의 전류전쟁이라 할 수 있는 직류, 교류 전쟁을 통해 살펴볼 수 있다. 전기사용을 위한 방법으로 에디슨은 직류를 주장하고, 테슬라는 교류를 주장했다. 에디슨의 발명은 상당히 실용적인 발명이 많았다. 쉽게 말하면 돈벌이가 되는 발명품이 많다. 상업화가 가능했다는 것이다. 그에 비해 테슬라는 당장 소비자가 돈을 내고 구입하기 보다는 기초학문에 가까운 발명품이 많다. 그래서 테슬라를 현대산업의 기초를 일군 위대한 발명가라고 하는 것이다. 전력의 손실도 많고 화재발생이 빈번하고 발전소 설치에 제한이 따른 직류발전소의 한계는 명확했다. 그러나 이미 직류 발전소 시설을 갖춘 에디슨은 자신의 명성은 물론 사업에도 피해가 예상되는 교류발전소를 좋아하지 않았다. 나아가 교류전력은 위험하다는 논평을 내기도 했다. 이를 입증한다고 동물을 교류전력을 이용해 죽이고, 심지어는 교류전력을 이용한 전기의자를 만들어 사형수에게 사용하기까지 하였다. 이렇게 온갖 방법을 동원하여 교류전력의 사용을 막으려 하였으나 1893년 시카고 만국박람회에서 웨스팅하우스사는 테슬라의 교류전력을 사용하는 것으로 최종 결정함으로써 전류전쟁에서 교류의 승리를 선언한다. 직류전력의 모든 한계를 극복한 완결판이 바로 교류전력이라고 생각하면 쉽게 이해될 것이다. 한편 테슬라는 교류전력의 보편화를 위해 교류전력에 대한 특허권을 포기한다. 교류의 발견으로 오늘날의 컴퓨터, 인터넷의 발명이 가능했다. 또한 테슬라 코일은 같은 진동수는 공명한다는 원리를 보여주어 리디오 송수신기와 TV와 같은 무선통신의 역사를 열어준다. 이처럼 테슬러의 발명품은 산업의 근간이 되는 것이 많다. 대표적으로 레이더, X선 사진, 형광등, 무선조종보트, 자동차 속도계, 각종 모터, 고주파 전기장, 자기장, 전자현미경, 교류유도전동기 등이 있다. 이처럼 다른 두 발명가의 성격은 삶도 다르게 만들었다. 에디슨이 부를 누린 반면, 테슬라는 쓸쓸한 말년을 보냈다.

 

에디슨과 테슬라는 서로 다른 발명 스타일을 가졌다.

에디슨이 천재는 1%의 재능(영감)과 99%의 노력으로 이루어진다고 한 반면 테슬라는 99%의 노력과 그것을 초과하는 1%의 재능(영감), 즉 노력만으로 이루어질 수 없는 특별한 영감이 있어야 한다고 하였다. 또한 에디슨은 철저한 연구계획과 끊임없는 노력으로 성과를 일구었다면 테슬라는 번개같이 떠오르는 영감을 기반으로 성과를 이루어냈다. 그래서 테슬라를 “우주에서 길을 잃고 지구에서 잘 못 태어난 외계인”이라고도 했다. 그리고 에디슨이 상업적 발명을 많이 했다면 테슬라는 돈벌이보다는 현대산업 발전에 기반이 되는 발명품이 많다. 또 하나 차이점은 에디슨은 “나는 나 이전의 마지막 사람이 멈추고 남겨 놓은 것에서 출발한다”고 하였으나 테슬라는 이전까지 없던 새로운 영역의 발명품을 내 놓았다. 그래서 현대 물리학의 토대를 마련하였다고도 한다. 오늘 날 자기장의 세기를 나타내는 단위로 T를 쓰고 있는데 이는 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)의 이름 T에서 따 온 것이다.

이러한 차이가 있다고 하더라도 “ 어느 누구도 인류를 위해 에디슨보다 더 많은 것을 이룬 사람은 없었다”는 논평에 이의를 제기할 마음은 조금도 없다. 다만 크로아티아를 여행하고 난 후 헝가리로 향하는 고속도로에서 우연히 스치며 본 니콜라 테슬라 박물관이 못내 아쉬움으로 남는 것은 그가 이룬 업적이 인류발전에 지대하였기 때문이다.

이렇게 인류의 삶을 획기적으로 변화시킨 니콜라 테슬러는 1856년 크로아티아에서 지구인으로 태어났고 1884년 에디슨과 발전기와 전동기를 함께 연구했다. 그리고 1943년 지구에서 생을 마치고 외계인으로 돌아갔다고 할 만큼 미래에서 온 천재적인 발명가였다.