인간이 에너지를 능숙하게 활용하는 것이 기본적으로 인간의 생존과 사회적으로 발달하는 능력의 필수적인 요소이다.
원시인이나 대부분의 동물은 행동양식을 변화시켜 변화되는 환경적 계약에 적응하면서 살았다.
그러나 지능이 있는 인간은 환경 자체를 변화할 때 켜가면서 새로운 환경을 만들어 나갔다.
원시시대에 불을 사용하여 난방과 취사에 사용했다는 것은 에너지를 인간이 조절하면서 살 수 있는
방법론을 찾았다는 것으로 설명된다.
에너지의 사용
에너지의 사용은 식량 공급, 육체적 안락, 생존에 필요한 원시적 행동 이상으로 생활 수준의 향상에 기여했다.
그러나 에너지 사용에는 두 가지 요인 즉사용 가능한 자원 화보와 이 자원을 사용할 수 있는 방법의 개발을 유도한다.
과거에 에너지 자원은 거의 항상 구할 수 있었고 동물을 가축화하여 인간이 사용할 수 있는 동력자원을 증가시켰다.
말과 소가 큰 중요성을 가르쳤던 것은 그 사료가 인간 자기 식량을 축내지 않았기 때문이다. 그러나 동물의 동력화에는
한계가 있기 마련이다.
인간이 동물의 동력 자원을 대체할 수 있는 동력 기계를 개발하는 데 공을 들였는데 가장 오래된 동력 기계는 수차이다.
수평 수차는 기원전 1세기에 등장했다고 추정하는데 당시 동력 용량은 약 0.3kW 정도였다. 4세기가 되자 수직 수차가
발달하여 약 2kW가 되자 비로소 곡물을 제분하는 것은 물론 여러 가지 동력원으로 사용되었다.
16세기에는 수직 수차가 보다 많이 보급되어서 서유럽에서 가장 중요한 동력원으로 부상했고 17세기 베르사유 수차는 56kW의 출력을 갖고 있었다고 알려진다. 이 정도면 곡물의 제분은 물론 광산으로부터의 원료 운반 및 양수 등을 훌륭하게 처리할 수 있다. 문제는 물을 사용하므로 연속적이 아니라 간헐적으로 가동할 수밖에 없었다는 것이다. 증기기관의 등장이 필연적으로 예고되는 상황이다.
증기기관 등장
증기기관 자체도 기원전 1세기에 알려졌지만 17세기가 되어서야 비로소 증기가 수차와 동물을 대체하는 방안으로
등장했다. 토머스 세이버리 Thomas Saver, 1650~715에 의해 증기기관이 발명되었는데 출력은 약 3/4kW였다.
이 증기기관은 피스톤이 없었는데 18세기 비로소 피스톤이 있는 증기기관이 발명되고 출력도 수 kw로 항상 되었다.
그러나 이들은 기본적으로 수차의 보조 수단으로 수차의 출력을 증가시키기 위해 매우 높은 곳까지 불을 끌어올리는 데
사용되었다.
그런데 제임스 와트가 펌프의 자동화를 획기적으로
견인한 증기기관을 발명함으로써 에너지 흭득 장치는 제1차 산업혁명이라는 사회적 효과를 유도했다. 이후 증기기관은
급속도로 개선되어 19세기 중엽에 증기기관이 산업의 중요한 동력원이 되었고
대형 동력 기계의 보급은 폭발적이었다. 특히 기차 등 기동성을 주요 특성으로 하는 에너지변환 장치가 점점
다양해지면서 지구촌은 역사상 가속적인 에너지 사용의 시대로 진입했다.
철과 석탄의 시대
이런 동력 기관 즉 에너지 흭득 장치의 발달은 철 및 강철 제조 기술을 요구하여 '철과 석탄'의 시대를 열었다.
굴뚝 문명이라고도 불리는 이 시대는 20세기 전반까지 세계를 휩쓸었고 몇 차례의 큰 전쟁을 경험했는데 이는 바로
철과 석탄의 전쟁이기도 하다. 거대한 함선과 검은 연기의 해전이 이 시대를 가장 단적으로 상징한다.
그러나 철은 녹, 석탄은 검은 연기와 석탄 찌꺼기가 치명상이다.
이에 혜성과 같이 등장한 것이 연기도 나지 않고 찌꺼기도 남기지 않은 석유이다. 더구나 석유는 액체이므로 운반이나
저장이 편리하고 1차 에너지이면서도 2차 에너지도 겸하는 고열량 원료로 손색이 없었다.
문제는 석유에 의한 대기오염이다. 대기 오염은 % 단위로 계측되지만 ppm으로 측정한다. 다시 말해서 석유는
석탄에 비하여 10,000배 정도 깨끗하다는 뜻이다.
문제는 석유가 10,000배 정도 깨끗하다고 해서 석유에 문제가 전혀 없는 것은 아니다.
따라서 석탄에 비하면 깨끗한 석유이지만 다량 사용으로 지구가 공해로 몸살을 앓게 된 것이다.
17세기 이전까지 인간의 생산성은 주로 그 자신과 가축의 노동력에 의존했다. 그런데 산업혁명 이후 에너지 사용은
인구의 증가와 더불어 폭발적으로 늘어난다. 지난 세기에 인구 증가가 5배로 폭발했는데 에너지 증가는
무려 17배나 되었다는 점이다.
학자들이 주목하는 것은 이 기간에 에너지원이 대체되었다는 점이다.