[2015개정 통합과학] [9.발전과 신재생에너지] 에너지의 역사

가정에서 사용하는 대부분의 기기는 전기 에너지를 사용한다. 이처럼 전기 에너지의 활용도가 높은 까닭은 전기 에너지가 다른 에너지로의 전환이 매우 쉽고 편리하며, 다양한 방법으로 전기 에너지를 얻을 수 있을뿐더러 화석 연료와는 달리 사용할 때 환경오염 물질을 배출하지 않은 세련된 방식으로 얻을 수 있기 때문이다.

 

우리가 이렇게 편리하고 세련된 전기 에너지를 쓸 수 있었던 배경에는 어떠한 과학적, 역사적 서사가 숨어있는지 이 시간에 확인해본다. 그 서사는 구석기 시대에서부터 시작한다.

 

(좌)인류의 진화 단계 (우)구석기 시대의 인류

네 발로 기어다니던 인류가 직립 보행을 하게 되면서 얻은 가장 큰 이점은 손을 사용할 수 있다는 것이다. 손과 뇌의 전두엽이 신경으로 이어져 있어 손의 활발한 사용이 전두엽 발달을 촉진시켰고, 똑똑해진 인류는 도구와 불을 이용하기에 이른다. 이때 인류는 불로 음식을 익혀먹기 시작하면서 생존 확률도 올라가게 되고

날것을 소화시키는데 많이 사용되었던 에너지가 뇌의 발달에 쓰임으로써 생체에너지 효율이 올라감에 따라 인류 지능의 발전화에 가속이 붙었다. 

 

인류와 영장류의 차이

두 발로 걷기 시작한 구석기시대의 인류와 네 발로 기어 다니는 영장류의 차이점을 위의 사진에서 찾을 수 있다. 눈을 자세히 보면 흰자위와 검은자위가 구분되는지의 여부다. 직립보행을 하며 네 발로 기어다녔을 때보다 시야가 넓어진 유인원에게 어떤 진화적 기제가 작용하여 눈의 흰자와 검은자가 구분되기 시작했다.

보통 포유류는 검은자와 흰자가 구분이 잘 안된다. 그렇기 때문에 시선이 어디를 향하는지 분간하기가 어렵다. 이렇게 생각해보자. 나랑 대화하는 사람이 어디를 보고 있는지 분간이 안된다면 의사소통이 잘 되겠나?

정확한 시선의 분간이 의사소통의 시발점이 되었고, 의사소통이 되었기에 인간은 다른 포유류에 비해 서로 협력하기가 쉬웠던 것이다. 협업을 기반으로 수렵과 채집이 용이해졌고 먹이와 주거를 위한 이동생활을 하기 위한 첫 소집단 공동체의 탄생과 함께 구석기시대가 열렸다.

 

신석기 인류는 최초로 무언가로부터 에너지를 착취하기 시작했다.

협업의 중요성을 터득한 인류는 조금 더 협업의 규모를 확장시켰다. 농업 기술을 발명한 신석기 인류는 지긋지긋한 유목 생활을 청산하고 한 곳에 머물러 정착하는 삶을 꾸릴 수 있었고, 경작지에서 때마다 풍성하게 수확되는 곡물 덕분에 사냥에만 의존했기에 불안정적이었던 식량 공급으로 고통받던 삶으로부터 해방되어 비교적 안정적인 삶을 영위할 수 있었다. 농업이라는 혁신적인 기술을 통해 원하는 곡식을 재배해 풍성한 수확을 얻어낼 수 있어 이후로 인구의 수는 폭발적으로 증가할 수 있었고. 폭발적으로 증가하는 식량을 비축하는데서 사유재산이 등장함에 따라 물물 교환이 탄생하고, 이는 숫자의 탄생도 야기하였다. 가히 신석기 혁명이라 불릴 만큼 의식주의 트렌드가 확 바뀌게 되었다. 게다가 인류는 효율적인 농작 활동을 위해서 야생에서 떠돌던 동물을 가축으로 길들여 그들로부터 에너지를 착취하는 법을 터득했다. 어디까지나 동물의 기계적 에너지로부터 기계적 에너지를 얻는 것밖에 되지 않았지만 뭔가 다른 것으로부터 에너지를 이용하려고 하는 첫 시도였기 때문에 큰 의의를 가진다.

 

 

생명에게 생존의 힘을 주는 ATP

 

중3 과학 시간에 배웠었던 ATP는 자발적인 골격근의 움직임뿐 아니라 심장이나 폐를 비롯한 여러 기관 등의 작동과 체온 유지 등에 쓰인다. ATP라는 화학 에너지가 골격근 수축이라는 기계적 에너지로, 혹은 체온이라는 열에너지로 전환되는 것이다. 생명체에서는 쉽게 볼 수 있는 이런 에너지 전환을 인간이 기계에 이용하기 시작한 것은 산업혁명 이후다. 산업혁명 이전의 기계들은 물의 흐름을 이용한 물레방아처럼 기계적 에너지를 기계적 에너지로 이용하는 단순한 형태가 전부였다. 산업혁명 이전에 있었던 돛단배도 바람이라는 기계적 에너지를 배를 움직이는 기계적 에너지로 이용한 것이다. 그러나 산업혁명 이후에는 열에너지로 물을 끓여 생긴 증기의 힘으로 배나 기차를 움직이는, 다시 말해 열에너지를 기계적 에너지로 전환시킨 증기선이나 증기기관차 등이 나타났고 그 트렌드 변화의 주역에는 바로 제임스 와트가 있었다.

 

(좌)18세기 영국의 산업혁명을 일으킨 제임스 와트 (우)전자기 유도를 발견한 패러데이

요점은 산업혁명을 거치고 인류는 유사 이래 에너지를 가공해서 쓰기 시작했다는 것이다. 과학자들은 식물이 태양 에너지를 가공하여 생명활동을 영위하는 광합성에서 힌트를 얻어 어떤 무형의 에너지를 인류에게 필요한 기계적 에너지로 가공할 아이디어를 얻는다. 그게 제임스 와트의 증기기관으로 실현된 것이고 이후 몇 년 지나지 않아 패러데이가 발견한 '전자기 유도' 현상과 이를 이용한 테슬라의 교류 발전에 의해서 우리는 불을 피워서 컴퓨터를 쓰거나 스마트폰을 충전하지 않고, 좀 더 세련된 형태의 전기에너지로 컴퓨터와 스마트폰을 사용할 수 있게 된 것이다.

 

인류의 삶의 질은 불연속적인 계단형으로 발전하였고 그 중심에는 에너지가 있었다. 에너지 가공 방식에 따라 우리 삶의 질이 결정됐다고 봐도 과언이 아니다. 우리는 지금 역사상 가장 세련된 형태의 에너지를 사용하고 있지만 그런 에너지를 우리는 당연하게만 생각하고 있다.

 

우리가 지금 이렇게 당연하듯 누리는 삶은 유인원의 직립보행을 기반으로 시작된 소통과 협업이 농업의 발명을 유도하였고, 농업의 발명 덕분에 인류가 굶지 않고 안정적 있게 삶을 영위하게 되어 발달된 지적 활동이 과학의 발전을 가속화했고, 발전된 과학은 증기기관의 탄생과 패러데이의 전자기 유도 현상 발견을 촉진하는 꼬리에 꼬리를 무는 체인의 결과라는 것을 잊지 않길 바란다.