[4]①마법이 아닌 과학, 세상을 바꾼 쇠와 불

실패에서 탄생한 혁명

19세기 후반에서 20세기 초반까지 이어진 제2차 산업혁명은 인류 문명의 궤적을 다시 쓴 거대한 변곡점이었다. 이 시기의 특징은 단순히 증기기관의 개선에 그치지 않고, 전기·화학·철강·대량생산이 동시에 진전되며 사회 전반을 근본적으로 변화시킨 데 있었다. 베세머 공정으로 값싼 철강이 공급되고, 에디슨과 테슬라의 전류 전쟁으로 전기가 보급되면서 24시간 돌아가는 경제체제가 형성되었다. 동시에 헨리 포드의 컨베이어 시스템은 노동과 도시의 구조를 완전히 재편했다.

"철은 문명의 척추다"라고 말한 19세기 철강왕, 앤드루 카네기(Andrew Carnegie)의 말처럼, 인류 역사에서 철강만큼 세상을 바꾼 소재는 드물다. 1856년 한 영국인의 발명이 철강 산업을 뒤바꾸면서, 인류는 마침내 값싸고 질 좋은 철강을 대량으로 만들어낼 수 있게 되었다. 이는 단순한 기술 혁신을 넘어 도시의 풍경을 바꾸고, 국가의 운명을 좌우하며, 현대 문명의 토대를 만든 진정한 혁명이었다.

실패에서 탄생한 혁명

1856년 8월, 영국 셰필드의 한 제철소에서 역사가 바뀌었다. 헨리 베세머는 크림전쟁에서 더 강한 대포를 만들기 위해 실험을 하다가 우연한 발견을 하게 된다. 당시 그는 프랑스 나폴레옹 3세로부터 "더 강력한 대포를 만들어달라"는 의뢰를 받고 고민에 빠져 있었다. 기존 주철로는 강력한 화약을 견디지 못해 폭발하는 사고가 빈발했기 때문이다. 베세머는 용광로에서 나온 뜨거운 쇠물(용선)에 고압 공기를 불어넣는 실험을 시도했다.

그 순간 예상치 못한 일이 벌어졌다. 폭발적인 반응과 함께 15미터 높이의 눈부신 불꽃이 치솟았고, 작업장 전체가 지옥불처럼 밝아졌다. 베세머와 조수들은 깜짝 놀라 뒤로 물러났고, 처음에는 실험이 완전히 망가졌다고 생각했다. 하지만 30분 후 불꽃이 잦아들고 식힌 후 확인해보니 놀라운 일이 벌어져 있었다. 불순물인 탄소와 규소가 모두 타서 없어지고, 지금까지 본 적 없는 순도 높은 강철이 남아있었던 것이다. 베세머는 흥분해서 "이것은 마법이 아니라 과학이다!"라고 외쳤다.

▲ 1941년, 오하이오 주 영스타운(Youngstown, Ohio)에서 가동 중인 베서머 용광로, 출처 Wikipedia

그러나 베세머의 기쁨은 오래가지 못했다. 초기 실험에서는 성공했지만, 다른 철광석으로 시도하면 실패하는 경우가 많았다. 특히 인(P) 성분이 많은 철광석에서는 아예 작동하지 않았다. 영국의 철강업자들은 "베세머는 사기꾼"이라며 비난했고, 투자자들도 등을 돌렸다. 절망한 베세머는 자신의 전 재산을 걸고 직접 제강소를 세워 5년 동안 수천 번의 실험을 반복했다. 마침내 1861년, 그는 인 성분이 적은 특정 철광석을 사용하고 정밀한 온도 조절을 통해 안정적인 베세머 제강법을 완성했다.

베세머의 발견은 순전히 우연의 산물이었지만, 그 뒤에는 불굴의 의지와 체계적인 연구가 뒤따랐다. 그는 수백 번의 실패를 통해 공기의 압력과 온도, 시간을 정밀하게 조절하는 방법을 찾아냈다. 기존에는 질 좋은 강철 1톤을 만드는 데 2주가 걸렸지만, 베세머 제강법은 불과 30분 만에 같은 양을 만들어낼 수 있었다. 가격은 기존의 1/5로 떨어졌고, 이는 철강을 귀족만의 전유물에서 대중의 일상 소재로 바꿔놓았다. 1858년 첫 번째 베세머 제강소가 가동을 시작했고, 10년 만에 영국 전역에 수십 개의 제강소가 세워졌다.

▲ 1862년 런던 국제 박람회, 출처 Wikipedia

1862년 런던 국제 박람회에서 베세머 강철이 정식으로 세상에 소개되었다. 베세머는 자신이 만든 강철 제품들을 전시하며 그 우수성을 증명했다. 기존 철강보다 가볍고 강한 베세머 강철은 관람객들의 큰 관심을 끌었고, 이후 유럽 전역의 철강업체들이 그의 기술을 주목하기 시작했다. 베세머는 자신의 발명을 '쇠를 요리하는 새로운 방법'이라고 겸손하게 표현했지만, 실제로는 세상을 요리하는 혁명적 기술이었다. 한 발명가의 우연한 발견과 불굴의 노력이 전 세계 문명의 방향을 바꾼 놀라운 사례였다.

지멘스 형제의 개량

베세머의 발명이 영국에서 철강 붐을 일으키자, 독일의 지멘스 형제가 가만히 있을 리 없었다. 형 빌헬름 지멘스는 1823년 독일 레네테에서 14남매 중 하나로 태어났다. 가난한 농부의 아들이었지만 수학과 물리학에 천재적 재능을 보였다. 베세머 제강법이 유럽에 알려지자 그는 즉시 영국으로 건너가 직접 베세머를 만나 기술을 배웠다. 하지만 독일로 돌아와 시도해보니 독일의 철광석에는 베세머 방식이 잘 작동하지 않았다.

독일 철광석의 문제는 인(P) 성분이 많다는 것이었다. 베세머 방식은 탄소와 규소는 제거할 수 있었지만 인은 제거하지 못했고, 인이 많으면 강철이 부서지기 쉬워졌다. 빌헬름은 동생 프리드리히와 함께 이 문제를 해결하기 위해 전혀 다른 접근법을 시도했다. 그들은 고압 공기 대신 재생 화로(regenerative furnace)를 이용한 새로운 방법을 연구하기 시작했다. 이 화로는 폐열을 재활용해 극고온을 만들어내는 혁신적 설계였다. 몇 년간의 실험 끝에 그들은 온도를 정밀하게 조절할 수 있는 제강법을 개발했다.

1864년, 지멘스 형제는 프랑스 엔지니어 피에르 마르탱을 만났다. 마르탱은 철강 제조에 오랜 경험을 가진 실무자였고, 지멘스 형제의 이론적 연구와 완벽하게 보완되었다. 세 사람은 함께 '지멘스-마르탱 제강법' 또는 '평로 제강법'을 완성했다. 이 방법은 평평한 화로 바닥에 철광석과 코크스를 깔고, 재생 화로로 가열하는 방식이었다. 베세머 방식이 폭발적인 반응에 의존했다면, 이들의 방식은 철저한 제어에 기반했다. 덕분에 더욱 고품질의 강철을 안정적으로 생산할 수 있게 되었다.

지멘스 형제의 혁신은 여기서 끝나지 않았다. 빌헬름은 1878년 런던 왕립학회에서 "미래의 연료 문제"라는 제목으로 강연을 했다. 그는 석탄이 언젠가는 고갈될 것이며, 태양열과 풍력 같은 재생에너지를 연구해야 한다고 주장했다. 100년을 앞서간 통찰이었다. 동시에 그는 자신들의 제강법을 더욱 발전시켜 전기로(electric arc furnace)의 원리까지 개발했다. 지멘스 형제는 단순히 베세머를 모방한 것이 아니라, 완전히 새로운 패러다임을 만들어낸 것이다.

독일은 이 기술로 급속히 철강 강국으로 부상했다. 1870년 독일의 철강 생산량은 영국의 절반에 불과했지만, 1900년에는 영국을 앞질렀다. 루르 지역은 거대한 철강 단지로 변모했고, 알프레드 크루프의 크루프 회사와 아우구스트 티센의 티센 회사 같은 철강 대기업들이 탄생했다. 크루프는 "대포의 왕"이라 불렸고, 그의 공장에서 나온 대포는 전 세계로 수출되었다. 기술 혁신이 곧 국력이 되는 시대가 열린 것이다.

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