그때 그 발견! 와트(W)의 주인공, ‘제임스 와트’의 증기기관

역사 속 발견과 발명 이야기를 찾아가는 ‘그때 그 발견’입니다. 과학기술 분야에선 매 순간 놀라운 발견과 발명이 일어나고 있는데요. 과연 역사 속 이달엔 어떤 위대한 일이 있었을까요?

3월의 ‘그때 그 발견’은 1차 산업혁명의 시발점이 된 제임스 와트(James Watt)의 증기기관입니다.

■ 1차 산업혁명의 동력, 제임스 와트의 증기기관

1776년 3월, 영국 버밍엄의 한 탄광. 제임스 와트 증기기관에 시동이 걸리자 탄광업자들의 입에서 탄성이 터져 나왔습니다. 이전에 사용하던 토머스 뉴커먼(Thomas Newcomen)의 기관 보다 연료를 훨씬 적게 쓰면서도 힘은 두 배 이상 뛰어난 이 증기기관의 성능에 놀란 건데요.

이 신형 증기기관은 이후 방직과 석탄ㆍ제철산업을 이끄는 동력이 됐습니다. 증기기관의 진화 및 확산과 함께 생산성이 폭발적으로 증가하며 이른바 산업혁명이 시작된 것이죠.

1712년 실용화된 토머스 뉴커먼의 기관은 실린더 안의 수증기 압축과 팽창, 그리고 균형추의 무게에 따라 피스톤이 이동하는 방식입니다. 피스톤이 대기압의 힘으로 움직였기 때문에 ‘대기압 기계’라고도 불렸는데요. 뉴커먼의 기관은 상업적으로 크게 성공했지만, 큰 단점이 있었습니다. 증기 압축을 위해 뿌려진 차가운 물이 실린더를 냉각시켜, 다시 실린더를 가열하는데 쓰이는 열 손실이 컸던 것입니다.

제임스 와트는 이 뉴커먼의 증기기관을 수리하다가 기관의 단점을 보완하는 아이디어를 개발해냈고, 1769년 ‘화력기관에서 증기와 연료의 소모를 줄이는 방법’에 관한 특허를 취득했습니다.

제임스 와트가 생각한 방법은 증기를 실린더와 연결된 별도의 응축기에서 압축시키고, 피스톤을 증기압력으로 움직이는 방식이었는데요. 피스톤의 상하운동 모두를 동력으로 활용할 수 있었으며, 피스톤이 증기압에 의해서만 움직인다는 점에서 와트의 기관을 ‘최초의 증기기관’이라고도 합니다.

일각에서는 제임스 와트가 증기기관 자체의 발명자가 아니라는 의견도 있습니다. 하지만 기존 증기기관의 단점을 효율적으로 개선하고 새로운 아이디어를 실현시킨 와트식 증기기관은 산업의 생산성을 획기적으로 끌어올렸으며, 산업을 넘어 운송 수단에도 적용되기 이르렀는데요.

당시 제임스 와트는 상상하지 못했겠지만 이 증기기관은 인류의 역사를 바꾼 1차 산업혁명의 시발점이 됐습니다. 와트의 아이디어가 1차 산업혁명이라는 거대한 바람을 일으킨 것처럼, 더 나은 기술을 위한 오늘날의 노력과 연구가 어떠한 새로운 바람을 불러일으킬지 기대해 봅니다.