최초의 물방앗간이 언제 등장했는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 다만 근동 지역에서 관개용으로 사용되던 노리아(noria)를 개량한 결과일 가능성이 높습니다. 기원전 3세기 아르키메데스가 톱니바퀴(기어)에 대해 남긴 연구 성과는, 최초의 물레방아가 본격 등장하기 훨씬 전인 기원전 1세기 그리스의 물방앗간에 쓰인 구동 장치 제작으로 이어졌습니다. 초기 장치는 매우 소박한 형태였습니다. 수직으로 세운 나무 외륜에 축을 곧게 연결해 맷돌(연삭 휠)을 돌리는 방식으로, 고정된 맷돌 위에서 회생 회전했습니다. 물레방아가 본격적으로 발전한 시기는 11세기였습니다.
최초의 물레방아의 발명
인류 역사의 주요 발명품인 물방앗간과 수력 에너지 활용은 운하와 수로를 다루던 선조들의 노하우 덕분에 탄생했습니다. 수직 바퀴형 물레방아는 기원전 1세기 동방에서 탄생했으며, 해당 분야에 밀접했던 익명의 발명가에 의한 것으로 추정됩니다. 이후 곡물 분쇄는 물론 초기 장인 공정용으로 로마 제국과 중국에 동시에 퍼져 나갔습니다. 로마 제국 말기에는 서부는 물론 동부를 포함한 모든 속주에 이 혁신이 자리 잡았습니다.
중세에도 이러한 확산은 계속되어, 야금용 풀무와 막자사발, 제재(톱질), 풀링 등 다양한 용도로 활용되었습니다. 1066년 정복자 윌리엄의 정복 이후 영국에는 5,600개가 넘는 물방앗간이 등록되어 있었습니다. 13세기에는 루앙에 28개, 프로뱅에 16개가 있었고, 14세기 그라나다에는 130개에 달했습니다. 툴루즈에는 바자클(Bazacle)을 포함해 60척의 뗏목식 방앗간이 있었고, 파리에서는 세느강 위, 다리 아래, 개방 수역, 심지어 배 위에 지은 방앗간 형태로 50개 이상이 운영되었습니다.
같은 시기 서유럽에서 조력(潮力) 방앗간이 발명된 시기도 짐작할 수 있습니다. 18세기에는 수력이 모든 에너지를 공급하는, 산업화 이전 최초의 에너지 집중 현상이 나타났습니다. 1772년 프랑스에는 연삭 작업장, 용광로, 단조 시설을 갖춘 통합 단조 공장 140곳 이상이 등록되어 있었습니다. 오늘날에도 부르고뉴에서 볼 수 있는 뷔퐁(Buffon)의 대단조 공장은 8개의 수차가 3개의 수로에 배치된 전형적인 사례입니다.
제분소에서 수력 터빈까지
이렇게 수력 에너지는 증기 기관보다 먼저 등장해, 19세기 영국, 이어서 프랑스와 미국에서 최초의 대규모 기계 방적 공장을 낳았습니다. 미국에서는 1822년 설립된 뉴잉글랜드 로웰(Lowell) 섬유 산업 단지가 8개 공장에서 7,500명의 직원을 고용했으며, 1847년에는 191개의 물레방아를 보유했습니다. 작업장의 모든 직기는 기어, 벨트, 회전축을 이용한 수차의 기계 전동 장치로 구동되었습니다. 1849년부터 이 수차들은 점차 터빈으로 교체되었습니다.
19세기 중반부터 수력 터빈의 발명으로 물레방아보다 훨씬 효율적으로 물의 에너지를 활용할 수 있게 되었습니다. 당시 겨우 25세였던 베누아 푸르네롱(Benoît Fourneyron)은 스승 클로드 부르댕(Claude Burdin)의 영감을 받아 1827년 최초의 산업용 반동(반응) 터빈을 만들어 쥐라 지방의 대장간에서 시험했습니다. 미국 로웰 공장의 수석 엔지니어였던 제임스 프랜시스(James Francis)는 이 수차를 개량해 1855년경 자신의 이름을 딴 반동 터빈을 개발했습니다.
1870년경 레스터 앨런 펠턴(Lester Allan Pelton)은 캘리포니아 광산의 수요에 맞춰 높은 낙차에 적합한 충동 터빈인 펠턴 수차를 개발했습니다. 전기가 발명되자 터빈은 발전기와 교류 발전기에 연결될 수 있었고, 수력으로 생산한 전기는 폭포에서 훨씬 먼 지역까지 전송될 수 있게 되었습니다. 오늘날 수력 발전은 가장 우수한 재생 에너지원으로 자리 잡아, 전 세계 전력 소비량의 약 20%를 공급하고 있습니다.
더 읽을거리
- 미셸 모랭(Michèle Morin), 에밀 쿠로(Émile Couraud) 공저, 『프랑스의 물방앗간』, 서튼(Sutton), 2005.
