제4부 과학혁명/ 17. 산업의 바퀴(485~495쪽)
"일명 벽돌책으로 불리는『사피엔스』, 구입한 지 2년 됐으나 쉽게 손에 안 잡혀 숙제로 남아있었다. 올해도 안 읽을 게 뻔하다. 읽어낼 무기가 필요하다. 찾은 것이 '통필사', 손필사가 필사의 정석이다만 자신 없다. 안나카레니나 통필사를 손글씨로 한 적 있는데 쉽지 않았다. 기간에 대한 약속은 없다. 하루 한 페이지든 두 페이지든 써 '완독'을 대신할 거다. -2025.01.10.-
14. 무지의 발견
15. 과학과 제국의 결혼
16. 자본주의의 교리
17. 산업의 바퀴
18. 끝없는 혁명
19. 그리고 그들은 행복하게 살았다
20. 호모 사피엔스의 종말
[필사와 단상]
17. 산업의 바퀴
현대 경제가 성장할 수 있는 것은 우리가 미래를 신뢰하는 덕분이며, 자본주의자들이 이윤을 생산에 재투자할 의사가 충만하기 때문이다. 하지만 그것만으로는 충분치 않다. 경제성장에는 에너지와 원자재가 필요한데 이는 유한하다. 만일 이것들이 고갈되는 때가 온다면, 전체 시스템은 붕괴할 것이다. 하지만 과거를 증거로 삼자면, 이런 것들이 유한하다는 것은 오직 이론적으로만 그렇다. 우리의 직관과는 반대로, 지난 몇 세기 동안 인류의 에너지와 원자재 사용량은 급격히 늘었지만 이용 가능한 자원과 에너지의 양도 늘어났다. 둘 중 하나가 부족해서 경제성장이 느려질 위험이 생기면 그때마다 과학적, 기술적 연구에 투자가 흘러 들어갔다. 그러면 예외 없이 기존 자원을 더 효과적으로 이용하는 방법뿐 아니라 완전히 새로운 유형의 에너지와 원자재가 만들어졌다.
운송 수단 산업을 생각해 보자. 지난 3백 년간 인류는 수십억 개의 탈것을 만들어냈다. 마차에서 손수레, 기차, 자동차, 초음속 제트기, 우주왕복선까지...... 누군가는 이미 그토록 막대한 노력을 기울였으니 운송 수단 생산에 쓸 수 있는 에너지원과 원자재는 고갈될 것이라고, 그래서 오늘날 우리는 저장고의 바닥이나 긁고 있을 것이라고 예상했었을지도 모른다. 하지만 실상은 그 반대다. 1700년 지구 전체의 운송 수단 산업은 거의 전부 나무와 철에 의존한 데 비해, 오늘날 이 산업은 플라스틱, 고무, 알루미늄, 티타늄 등 우리 조상들은 들어보지도 못했던 가기작색의 재료를 마음대로 사용할 수 있다. 1700년의 마차는 주로 목수와 대장장이의 근력으로 만들어졌던 데 비해, 오늘날 도요타와 보잉 사에 있는 기계들은 석유 내연기관과 핵발전소로부터 동력을 공급받는다. 이와 비슷한 혁명은 산업의 거의 모든 분야를 휩쓸었다. 우리는 이를 산업혁명이라 부른다.
산업혁명 이전 수천 년 동안에도 인류는 매우 다양한 에너지원을 활용하는 방법을 알고 있었다. 사람들은 나무를 태워서 철광석을 제련하고, 집에 난방을 하고, 빵을 구웠다. 범전은 풍력을 이용해 항해했으며, 물레방아는 강의 흐름을 이용해 곡물을 빻았다. 하지만 이 모든 동력은 분명한 한계와 문제점을 지니고 있었다. 나무는 아무 데나 있는 것이 아니었고, 바람은 필요할 때 불어주지 않았으며, 수력은 강가에 살 때만 유용했다. 이보다 큰 문제는 한 유형의 에너지를 다른 유형으로 바꾸는 방법을 몰랐다는 데 있었다. 바람과 물의 움직임을 이용해 배를 항해하고 맷돌을 돌릴 수는 있었지만, 그걸로 물을 데우거나 철광석을 녹일 수는 없었다. 반대로 나무를 태워서 생기는 열로 맷돌을 움직이게 할 수도 없었다.
인간에게는 그런 에너지 전환 묘기를 부릴 줄 아는 기계가 딱 하나밖에 없었다. 우리 몸이었다. 인간과 동물의 몸은 대사 과정에서 식품이라는 유기연료를 태워서 거기서 방출되는 에너지를 근육의 움직임으로 전환한다. 사람과 동물은 곡물과 고기를 먹고 그 속의 탄수화물과 지방을 태워서 생긴 에너지를 인력거나 쟁기를 끄는 데 사용한다. 이용 가능한 에너지 전환 장치라고는 사람과 동물뿐이었으므로, 거의 모든 인간 활동의 핵심은 근력이었다. 인간의 근육은 수레와 집을 만들었고, 황소의 근육은 밭을 갈았으며, 말의 근육은 물건을 운반했다. 이들 근육 기계에 연료를 공급한 에너지원은 단 하나, 식물이었다. 한편 식물은 태양에서 에너지를 얻었다. 광합성 과정을 통해 태양에너지를 포획해서 그것을 유기화합물 속에 저장했다. 역사를 통틀어 인간이 행한 거의 모든 일은 근력을 바탕으로 했고, 그 근원은 식물이 포획한 태양에너지에 있었다.
그 결과 인류의 역사는 두 가지 주요 주기의 지배를 받았는데, 식물의 성장 주기와 태양에너지의 변화주기(낮과 밤, 여름과 겨울)였다. 햇빛이 충분치 못하고 밀밭이 아직 녹색일 때는 인간에게 에너지가 거의 없었다. 곡물창고는 비었고, 세금징수관은 놀았으며, 병사들은 이동하고 싸우기가 힘들었고, 왕들은 평화를 유지하는 경향이 있었다. 그러다 태양이 환하게 빛나고 밀이 익으면 농부는 수확을 해서 창고를 채웠다. 세리들은 자기 몫을 거두느라 바빴고, 병사들은 근육을 울뚝불뚝 과시하고 칼을 갈았다. 왕들은 평의회를 소집하고 다음번 전투를 벌일 개혁을 세웠다. 모두를 움직이는 힘은 식물에게 포획되어서 밀과 쌀과 감자에 저장된 태양에너지였다.
이렇게 수천 년이 흐르는 동안, 사람들은 에너지의 역사에서 가장 중요한 발명을 매일같이 직면하면서도 눈치를 채지 못했다, 그 발명은 하인이 차를 끓이기 위해 난로 위에 주전자를 올리거나 감자가 가득 찬 냄비를 올릴 때마다 사람들을 빤히 쳐다보았다. 물이 끓자마자 주전자나 냄비의 뚜껑은 튀어 올랐다. 열이 운동으로 전환된 것이다. 하지만 튀어 오르는 냄비 뚜껑은 성가셨다. 특히 냄비를 난로 위에 올려둔 사실을 잊고 있다가 물이 끓어 넘쳤을 때는 말이다. 아무도 거기에서 진정한 잠재력을 알아차리지 못했다.
9세기 중국에서 화약이 발명된 이후, 열을 운동으로 전환하는 데 있어서 부분적 돌파구가 열렸다. 처음에는 화약을 이용해 발사체를 추진시킨다는 아이디어가 직관적으로 떠오르지 않았기 때문에, 화약은 몇 세기 동안 화염폭탄을 만드는 데 주로 이용되었다. 하지만 결국 대포가 등장했다. 아마도 어느 화약 전문가가 막자사발에 화약을 넣고 갈다가 그게 터져서 막자가 포탄처럼 튀어나오는 것을 발견한 다음의 일이었을 것이다. 화약이 발명되고 나서 약 6백 년 후에야 효과적인 대포가 발달했다. 심지어 그때도 열을 운동으로 전환한다는 아이디어는 직관적인 것이 아니었기에 열을 이용해 물건을 움직이는 차세대 기계가 발명된 것은 또다시 3세기가 흐른 다음의 일이었다.
신기술은 영국의 석탄 광산에서 태어났다. 영국의 인구가 급격하게 늘어나자, 성장하는 경제에 연료를 대고 집과 경작지를 위한 자리를 만들기 위해서 숲의 나무들이 베어져 나갔다. 영국은 땔감 부족이 심해지면서 곤경을 겪었다. 사건은 나무 대신 석탄을 땐 데서 시작했다. 석탄을 함유한 얇은 탄층은 물에 잠긴 지역에 있는 경우가 많았고, 범람 때문에 광부들은 탄층의 더 깊은 곳에 접근할 수가 없었다. 해결책이 필요했다. 1700년경, 영국의 광산 갱도에서 이상한 소음이 울려 퍼지기 시작했다. 산업혁명의 조짐인 그 소음은 처음에는 작았으나 해를 거듭하면서 점점 커져서 마침내 전 세계를 귀 멀게 할 듯한 소음으로 뒤덮었다. 그것은 증기기관에서 나는 소음이었다.
증기기관의 유형은 여러 가지였지만 모두가 공통된 원리로 작동했다. 석탄을 비롯한 모종의 연료를 태우고 거기서 나오는 열로 물을 끓여서 증기를 발생시키는 것이었다. 증기가 팽창하면서 피스톤을 밀어내고, 피스톤이 움직이면 거기 연결된 것은 무엇이든 따라 움직인다. 18세기 영국 석탄광산에서 피스톤은 갱도 바닥에서 물을 끌어올리는 펌프와 연결되어 있었다. 초창기 증기기관은 믿기 어려울 정도로 비효율적이었다. 조금이라도 물을 뿜어 올리려면 엄청난 양의 석탄을 태워야 했다. 하지만 광산에는 석탄이 바로 옆에 잔뜩 있었기 때문에 아무도 개의치 않았다.
그 후 수십 년 동안 영국 기업가들은 증기기관의 효율성을 개선했고, 이것을 갱도에서 끄집어내어 실을 잣고 천을 짜는 기계에 연결했다. 덕분에 섬유 생산에 혁명이 일어나서 싼값에 점점 더 많은 양을 생산할 수 있게 되었다. 눈 깜짝할 새 영국은 세계의 공장이 되었다. 하지만 이보다 중요한 점은 증기기관을 갱도에서 끄집어내면서 중요한 심리적 장벽이 깨졌다는 사실이었다. 직조기를 돌리기 위해서 석탄을 땔 수 있다면 가령 운송 수단처럼 다른 것들을 움직이는 데도 같은 방법을 이용하지 못할 이유가 어디 있겠는가?
1825년 한 영국인 엔지니어는 석탄이 가득 찬 운반 차량의 행렬에 증기기관을 연결했다. 증기 엔진은 이 광차들을 인근의 20킬로미터 떨어진 항구까지 끌고 갔다. 이것이 역사상 첫 증기기관차였다. 만일 증기를 이용해 석탄을 운반할 수 있다면, 다른 물건은 왜 안 되겠는가? 사람은 왜 안 되겠는가? 1830년 9월 15일 리버풀과 맨체스터를 잇는 최초의 상업 철도가 영업을 시작했다.
열차를 움직인 것은 이전에 물을 뿜어내고 직조기를 움직였던 증기력이었다. 이후 불과 20년 만에 영국에는 수만 킬로미터의 철로가 놓였다. 이때부터 사람들은 기계와 엔진이 한 유형의 에너지를 다른 유형의 에너지로 바꾸는 데 사용될 수 있다는 아이디어에 사로잡혔다. 세계 어느 곳에 있는 어떤 형태의 에너지든 우리가 알맞은 기계를 발명할 수만 있다면 우리에게 필요한 어떤 일에든 사용할 수 있었다. 가령 물리학자들이 원자에 엄청난 양의 에너지가 저장되어 있다는 사실을 깨달았을 때, 이들은 고민하기 시작했다 어떻게 하면 이 에너지를 끌어내어 전기를 생산하고, 잠수함의 동력을 제공하고, 도시를 멸절시키는 데 사용할 수 있을지를. 중국 연금술사들이 화약을 발견한 순간부터 터키의 대포가 콘스탄티노플의 성벽을 무너뜨린 시점 사이에 6백 년이 흘렀다. 그런데 아인슈타인이 모든 종류의 질량은 에너지로 전환될 수 있다 - 이것이 E=mc2의 의미이다 - 는 사실을 밝힌 지 불과 40년 만에 원자폭탄은 히로시마와 나가사키를 흔적도 없이 날려버렸고 핵발전소는 전 세계에 우후죽순 솟아났다.
또 다른 중요 발명품은 내연기관이었다. 내연기관은 불과 한 세대 남짓에 인간의 운송 수단에 혁명을 가져왔으며, 석유를 액체 정치권력으로 바꿔놓았다. 석유는 이미 수천 년 동안 알려져 있던 물질이었고, 지붕에 방수처리를 하거나 회전축이 매끄럽게 돌아가게 하는 데 쓰였다. 하지만 한 세기 전만 하더라도 그 이상의 효용이 있을 것이라고는 아무도 생각하지 못했다. 석유를 위해 피를 흘린다는 생각은 우스꽝스럽게 들렸을 것이다. 땅을 놓고, 혹은 금이나 후추, 노예를 두고 싸울 수는 있지만 석유라니.
전기의 행적은 이보다 더욱 놀랄 만하다. 2세기 전에 전력은 경제에 아무런 역할을 하지 않았고, 기껏해야 신비로운 과학실험이나 값싼 마술 기교에 사용되었을 뿐이었다. 하지만 일련의 발명이 이어지자 전력은 도처에 존재하는 램프 속의 거인이 되었다. 우리가 손가락만 까딱하면 전기는 책을 인쇄하고, 옷울 꿰매고, 채소를 신선하게 보관하고, 아이스크림을 얼리고, 저녁식사를 요리하고, 범죄자를 처형하며, 우리의 생각을 기록하고, 웃음을 녹음하고 밤에 불을 밝히고, 수많은 TV쇼를 통해 우리를 즐겁게 한다. 전력이 어떻게 이런 일을 다 해내는지 아는 사람은 거의 없지만, 전기가 없는 삶을 상상할 수 있는 사람은 더더욱 없다.
산업혁명의 핵심은 에너지 전환의 혁명이었다. 우리가 사용할 수 있는 에너지에는 한계가 없다는 사실을 산업혁명은 되풀이해서 보여주었다. 좀 더 정확히 말하자면, 유일한 한계는 우리의 무지뿐이라는 것을 보여주었다. 불과 몇십 년마다 새로운 에너지원이 발견되었고, 그 덕분에 우리가 사용할 수 있는 에너지의 총량은 계속 늘었다. 그런데도 에너지 고갈을 두려워하는 사람이 이렇게 많은 이유는 무엇일까? 사용 가능한 화석연료가 고갈되면 재앙이 닥칠 것이라고 경고하는 이유는 무엇일까? 분명 세상에는 에너지 결핍이 존재하지 않는다. 부족한 것은 에너지를 찾아내 그것을 우리의 필요에 맞게 전환하는 데 필요한 지식이다.
지구의 화석연료 전체에 저장된 에너지의 총량은 태양이 매일 공짜로 보내주는 에너지에 비하면 무시할 만한 정도다. 태양에너지 중 지구에 도달하는 것은 극히 일부에 지나지 않는데도 그 양은 매년 376만 6,800엑사줄에 이른다(1줄은 미터법에 의한 에너지 단위의 하나다. 당신이 작은 사과를 수직으로 1미터 들어 올리는 데 사용하는 정도의 양이다. 엑사줄은 1줄의 10억의 10억 배다). 세상의 모든 식물이 광합성을 통해 받아들이는 양은 약 3천 엑사줄에 지나지 않는다. 인간의 모든 활동과 산업에서 매년 소비하는 양은 5백 엑사줄 가량으로, 지구가 태양으로부터 90분간 받는 양에 불과하다. 태양에너지만 이야기해도 이런데, 우리 주위에는 그 밖에도 핵에너지, 중력에너지 등 수많은 에너지원이 있다. 후자의 가장 뚜렷한 예는 달의 인력에 의해 바다에서 일어나는 밀물과 썰물의 힘이다.
산업혁명 이전에 인류의 에너지 시장은 거의 전적으로 식물에 의존했다,. 사람은 연간 3천 엑사줄을 저장하는 녹색 에너지 저장소 옆에 살았으며, 여기에서 최대한 많은 에너지를 끄집어내려고 노력했다. 하지만 식물에서 추출할 수 있는 에너지의 양에는 분명한 한계가 존재했다. 산업혁명 기간에 우리는 우리가 사실 엑사줄의 수십억 배의 수십억 배 에너지를 품은 거대한 에너지의 바다 곁에 살고 있다는 사실을 실감하게 되었다. 우리가 해야 할 일이라고는 오로지 더 나은 펌프를 발명하는 것뿐이었다.
에너지를 끌어내 효율적으로 전환하는 방법을 알아내는 과정에서, 경제성장을 가로막고 있던 또 다른 문제가 해결되었다. 원자재 부족이었다. 인류는 대량의 에너지를 값싸게 생산하려 노력하는 와중에 과거에는 접근할 수 없었던 원자재 광상(예컨대 시베리아 황무지의 철광성 채굴)을 개발할 수 있었고, 혹은 점점 더 먼 곳에서 원자재를 실어 올 수 있었다(예컨대 호주산 양모를 영국의 직조기에 공급했다). 더불어 여러 과학적 혁신이 일어나, 인류는 플라스틱 같은 완전히 새로운 원자재를 발명할 수 있었다. 과거에는 전혀 알지 못했던 규소나 알루미늄 같은 천연자원도 발견할 수 있었다.
화학자들이 알루미늄을 발견한 것은 1820년대였지만, 광석에서 이것을 분리해 내기는 극도로 힘들었고 비용이 많이 들었다. 수십 년간 알루미늄은 금보다 더 비쌌다. 1860년대에 프랑스의 나폴레옹 3세 황제는 가장 신분이 높은 손님들 앞에는 알루미늄 식기를 놓으라고 지시했다. 그보다 신분이 떨어지는 사람들 앞에는 금으로 된 나이프와 포크가 놓였다. 하지만 19세기말 화학자들이 막대한 양의 알루미늄을 값싸게 추출하는 방법을 알아냈고, 오늘날 연간 총 생산량은 3천만 톤에 이른다. 만일 나폴레옹 3세가 자기 백성의 후손들이 샌드위치를 싸거나 남은 음식을 가져갈 때 값싼 알루미늄 호일을 사용한다는 이야기를 듣는다면 정말 놀랄 것이다.
2천 년 전 지중해 연안 주민들은 피부 건조증에 시달릴 때면 손바닥에 올리브기름을 칠해서 문질렀다. 오늘날 사람들은 핸드크림 튜브를 연다. 다음은 내가 동네 가게에서 사 온 평범한 핸드크림의 성분 목록이다. 탈염수, 스테아르산, 글리세린, 카프릴릭 트리글리세라이드, 프로필렌 글리콜, 이소프로필 미리스트산염, 인삼 추출물, 방향성 물질, 세틸알코올, 트리에탄올아민, 다이메티콘, 악토스타필로스 우바우르시 잎 추출물, 마그네슘 아스코빌 포스페이트, 이미다졸리디닐 요소, 메틸파라벤, 장뇌, 포르포리 파라벤, 히드록시이소핵실 3-시클로핵센 카복스알데히드, 히드록시시트로넬랄, 리날롤, 부틸페닐 메틸프로플로날, 시트로넬롤, 리모넨, 게라니올, 거의 모든 성분이 지난 2세기 동안 발명되거나 발견된 것이다.
제1차 세계대전 중 독일은 봉쇄를 당해 심각한 원자재 난을 겪었다. 특히 화약을 비롯한 폭발물의 원료가 되는 초석이 부족했다. 가장 중요한 초석 산지는 칠레와 인도에 있었고, 독일 내에서는 전혀 생산되지 않았다. 사실 초석은 암모니아로 대체할 수 있지만 생산 단가가 비싸기는 마찬가지였다. 독일에게는 다행스럽게도, 독일 시민이었던 유대인 화학자 프리츠 하버가 1908년 말 그대로 공기에서 암모니아를 생산해 내는 공정을 발견했다. 전쟁이 발발했을 때 독일은 하버의 발견을 이용해 화약을 산업적을 생산하기 시작했다. 이때의 원자재는 공기였다. 하버의 발견이 없었더라면 독일은 1918년 11월 이전에 항복했을 것이라고 일부 학자들은 주장한다. 하버는 이 발견으로 1918년 노벨상을 수상했다. 화학상이었지 평화상은 아니었다(하버는 전쟁터에서 독가스를 사용하는 분야의 개척자이기도 하다).
"달의 인력에 의해 바다에서 일어나는 밀물과 썰물의 힘"
"산업혁명 기간에 우리는 우리가 사실 엑사줄의 수십억 배의 수십억 배 에너지를 품은 거대한 에너지의 바다 곁에 살고 있다는 사실을 실감하게 되었다.
우리가 해야 할 일이라고는 오로지 더 나은 펌프를 발명하는 것뿐이었다."
"인류는 플라스틱 같은 완전히 새로운 원자재를 발명할 수 있었다."
문명의 발달은 모든 것을 이롭게 하지 않는다.
편리함으로 길들여진 일상이 환경오염의 주범이다. 이에 대한 심각성을 말해주고 있는 도서 이정모의 과학에세이 '찬란한 멸종'과 이명애 작가의 그림책 '플라스틱 섬'이 생각난다.
6월 8일은 유엔이 정한 세계 해양의 날이다.
바다 환경, 인류가 지켜야 할 과제다!