1838년에 파괴된 갤바니: 최초의 전기 자동차의 비극적 이야기

세계 최초의 전기 기관차는 한 스코틀랜드 화학자의 손에서 탄생했습니다: 로버트 데이비드슨은 1837년에 작동하기 시작한 전자기 모터를 몇 년에 걸쳐 실물 크기의 기계로 발전시켰고, 1842년 9월에 갈바니(Galvani)라는 이름의 기관차를 에든버러-글래스고 철도에서 운행했습니다. 석탄도, 연기도, 불도 없는 기관차 - 하지만 역사에는 비극적인 면도 있습니다: 갈바니는 기계 자체를 두려워하거나 자신의 일자리에 위협이라 여긴 사람들에 의해 파괴되었고, 원본은 단 하나의 부품도 지금까지 남아 있지 않습니다.

로버트 데이비드슨은 누구였을까? 애버딘 화학자의 전자기학 취미

데이비드슨은 철도 기술자가 아니었습니다. 애버딘에서 태어나 거의 평생을 같은 도시에서 보낸 화학자이자 염색공이었습니다. 마리셜 칼리지 - 현재 애버딘 대학교의 일부 - 에서 1819년부터 1821년까지 강의에 참석했습니다; 이 교육 비용은 실험실 조교로 일하며 스스로 충당했습니다. 1820년대에 애버딘-인버루리 운하 근처에서 자신의 사업을 시작했습니다: 처음에는 효모 공급, 그다음에는 화학 제품 생산이었습니다. 부업으로 연마제와 향수 제조도 했습니다. 여기서 주목할 만한 디테일이 있습니다: 전자기학 취미의 재정을 지원한 것은 합성 효모 생산에서 얻은 수익이었습니다.

자신만의 화학 배터리도 직접 설계했습니다. 화학 공급업과 작업장 기술을 결합한 사람에게 이는 당시의 여건에서 어려운 일이 아니었습니다. 즉, 최초의 전기 기관차는 증기 시대의 기관차 작업장이 아니라 효모 제조업자의 작업장이 만든 것이며, 이것은 공학 역사상 가장 아이러니한 디테일 중 하나입니다.

갈바니 기관차는 어떻게 작동했을까?

데이비드슨의 개발 과정은 단계별로 진행되었습니다. 1837년에 최초의 작동하는 전자기 모터와 모형 전기 기관차를 제작했습니다. 1839년에는 네 바퀴 전기 차량, 전기 선반, 전기 인쇄기를 만들었습니다 - 그 네 바퀴 차량은 알려진 최초의 전기 네 바퀴 차량으로 여겨집니다. 1840년에는 애버딘에서 공개 전자기 전시회를 열었습니다: 두 사람을 실어 나르는 모형 기관차, 전기 선반, 인쇄기, 그리고 2톤 을 들어올리는 전자석이 전시되었습니다. 수천 명의 사람들이 1실링씩 지불하며 이를 관람했습니다; 즉, 데이비드슨의 기계들은 발명 단계에서 여전히 종이 위에만 있는 것이 아니라, 대중이 보는 앞에서 작동하고 있었습니다.

풀 스케일 갈바니의 이름은 전기와 운동의 관계를 최초로 가리킨 이탈리아 과학자 루이지 갈바니에서 유래했다. 이 기계의 작동 원리는 오늘날의 전기차와 기본 논리가 같았다:

• 갈바닉 배터리: 산성 전해질 내에서 아연판을 사용하는, 직류를 생산하는 일차 전지. 중요한 점은 이렇다: 이 전지는 재충전이 불가능했다; 전류를 생생한다는 것은 아연을 소모한다는 뜻이었다.
• 전자기 모터: 각 차축마다 하나씩, 총 두 개의 모터. 전자석이 회전하는 나무 실린더 둘레에 고정된 철봉을 끌어당긴다; 정류자가 적절한 순간에 전류를 차단하여 끌어당기는 순서가 지속되게 한다.
• 동력 전달: 기어를 통해 철제 바퀴로 직접 전달. 불도 없고, 석탄도 없고, 증기도 없고, 연기도 없었다.

현대 엔지니어의 눈으로 보면 흥미로운 점을 짚을 필요가 있다: 데이비드슨의 모터는 오늘날 스위치드 릴럭턴스 모터 (switched reluctance motor)라고 부르는 구조의 초기 형태였다. 하나의 원리가 180년 후에 산업에서 다시 가치를 찾았다는 사실은 데이비드슨이 얼마나 탄탄한 기반 위에 서 있었는지를 보여준다.

무게가 5-7톤으로 오락가락하는 이유는 기록마다 서로 다른 기준으로 기계를 측정했기 때문이다; 확실한 것은 갈바니가 수 톤 무게에 걷는 속도의 기계였다는 점이다.

1842년 9월: 에든버러-글래스고 노선에서의 첫 번째 전기 여행

시험은 에든버러-글래스고 철도에서 이루어졌다. 이 노선은 스코틀랜드 최초의 도시 간 노선으로서 1842년 2월 21일에야 여객 운행을 개시했다 - 즉 데이비드슨의 실험은 노선 개통 일곱 달 후, 세계에서 가장 현대적인 철도 중 하나에서 이루어졌다. 1842년 9월에 갈바니는 약 4 mph 의 속도로 약 1.5마일 을 주행했다. 거리는 짧았고 속도는 낮았다; 하지만 개념은 입증되었다: 증기의 힘 없이도 바퀴가 굴러갔다.

한 자료는 기관차가 이 거리에서 6톤의 하중 을 끌었다고 말하는 반면, 데이비드슨의 연구에 관한 공식 기록들은 기계가 자기 무게만을 실었다고 밝힌다. 어떤 해석을 따르든 큰 틀은 변하지 않는다: 이것은 전시용 물건이 아니라 레일 위를 달린 진짜 기관차였다. 영국의 엔지니어링 기관들이 오늘날까지도 이것을 세계 최초의 전기 기관차로 정의하는 것은 헛되이가 아니다.

가장 놀라운 세부 사항은 철도 경영진의 태도였다: 이사들은 개념을 더 발전시키기에는 충분히 감명받지 않았다. 이 기술은 비쌌고 철도 회사들의 관심사가 아니었다. 이 평가는 다음 장에서 보겠지만, 화학과 비용 분석의 결과였다 - 편견의 결과가 아니었다.

갈바니의 파괴: 누가, 왜, 어디서?

기관차의 종말은 그 이야기만큼이나 기록으로 남아 있지 않다. Galvani는 아마도 Perth의 기관차 차고에 보관되던 중 파손되었으며, Davidson이 그것을 회수하기도 전에 파괴되었다. 범인의 신원은 불명확하다. 그러나 증기 기관 지지자들로 의심되는 인물들이 가장 유력한 용의자 권에 있다.

널리 알려진 이야기로는, 일자리 상실을 두려워한 철도 노동자들이 기관차를 파괴했다는 것이다. 이 해석은 일리가 있다. 불 없는 기관차는 기관사 조수, 보일러공, 그리고 석탄 공급망을 의미했다. 즉, 증기에 의존하던 수십 가지 직업의 미래가 걸려 있었던 것이다. 그럼에도 분명히 해둘 필요가 있다. 노동자들의 두려움이 여전히 전통적인 설명으로 남아 있지만, 누가, 정확히 어디서, 언제 이 파괴를 저질렀는지는 확실하게 문서화되어 있지 않다. 확실한 한 가지는 기관이 파괴되었다는 사실뿐이다. 기계 기술자로서 짚어두자면, 역사 속에서 어떤 발명이 경제적으로 패배하기도 전에 물리적으로 지워지는 경우는 매우 드물다. Galvani는 바로 그 드문 사례 중 하나이다.

상업적 실패의 경제학: 진 것은 화학이었지, 엔지니어링이 아니었다

Galvani의 종말을 재촉한 진짜 원인은 기술이 아니라 경제였다. 문제는 엔지니어링이 아니라 화학에 있었다. 1차 갈바니 전지는 전류를 생산하는 동안 아연을 소모했고, 아연은 비쌌으며 석탄은 값이 쌌다. 1미터를 갈 때마다 실제로 돈을 태우는 셈이었다. 이 방정식은 당시 시장 가격으로는 성립하지 않았다.

Galvani의 마일당 비용이 증기 기관보다 약 40배 많다는 주장이 널리 퍼져 있다. 그러나 이 수치는 1842년의 1차 자료가 아니라, 그보다 훨씬 나중에 작성된 요약본으로 유통되고 있다. 같은 시기 러시아에서 Moritz von Jacobi도 자신의 전지들의 아연 소모량을 측정하고 같은 결론에 도달했다. 아연의 높은 가격 때문에 전기 전동기는 경제적이지 않다는 것이었다. 두 독립적인 연구자가 동일한 경제적 결론에 도달했다는 사실은, 문제가 Davidson의 엔지니어링이 아니라 전지 화학에 있었음을 분명히 보여준다.

빠져 있던 부품: 충전 가능한 배터리

Davidson의 Galvani를 상업적으로 만들 수 있는 단 하나의 부품이 없었다. 바로 재충전 가능한 배터리였다. 이 부품은 1859년, 프랑스 물리학자 Gaston Planté가 재충전 가능한 납축 배터리를 발명하면서 등장했다. 즉 정확히 7년 후였고, 그때는 이미 Galvani의 부품들이 흩어진 뒤였다. 전기 트랙션의 운명은 단 하나의 화학적 발명의 시기에 걸려 있었던 것이다.

왜 Davidson은 잊혔고, Siemens는 기억되었는가?

전기 철도의 공식적인 탄생일은 대부분의 기록에서 1879년 으로 되어 있다. Werner von Siemens는 베를린 산업 박람회에서 발전기로 전력을 공급받고 제3궤조에서 전류를 받는 자신의 기관차를 선보였다. 객차 3량을 300미터 트랙에서 끌었고, 박람회 4개월 동안 90,000명의 승객 을 수송했다. 인상적인 시연이었다. 하지만 Davidson을 37년 이나 뒤따르는 것이었다. 차이는 기술이 아니라 인프라와 경제에 있었다. Siemens는 Planté의 충전 가능한 배터리와 발전기 기술로 전기 트랙션을 수익성 있게 만들었다. 데이비드슨은 개념을 입증했지만 상품화하지는 못했다. 역사 기록은 대개 승자를 기록한다. 그래서 일부 백과사전 기록은 오늘날에도 최초의 성공적인 전기 견인 구현을 1879년으로 표시하며, 데이비드슨의 1842년 시도를 그 계산에 넣지 않는다.

데이비드슨의 선구성은 1890년, 세계 최초의 심층 전기 지하 노선인 London City & South London Railway이 개통하면서야 널리 인정받았다. 언론은 그해 86세의 데이비드슨을 생존 최고령 전기 기술자로 재발견했다; 전기 공학 저널은 그를 전기 견인의 가능성을 실질적으로 입증한 최초의 인물로 기렸다. 데이비드슨은 자신감을 잃지 않았다: 그는 명함에 "전기 기관차의 아버지"라고 적게 했다.

사실 그는 유례없는 개척 세대의 일원이었다: 미국 버몬트 출신의 편蹄장 토머스 다븐포트는 1837년 2월 최초의 미국 전기 모터 특허를 받고 짧은 트랙에서 모형 자동차를 작동시켰다; 모리츠 폰 야코비는 1838년 9월 상트페테르부르크에서 네바강에서 승객을 나르는 전기 보트를 운행했다. 스코틀랜드인 로버트 앤더슨이 1832년에서 1839년 사이에 거친 전기 차량을 만들었다고 전해진다; 그러나 앤더슨에 대해서는 특허, 동시대의 신뢰할 만한 기록, 차량에 대한 물리적 증거가 전혀 남아 있지 않으며, 데이비드슨과 자주 혼동된다 - 두 사람 모두 같은 10년에 갈바니 전지로 작동하는 차량을 만든 스코틀랜드인이기 때문이다. 앤더슨의 선구성은 이론적으로는 가능하지만, 기록 수준은 데이비드슨보다 훨씬 뒤떨어진다.

갈바니에게서 무엇이 남았는가?

아무것도 없다. 원본 기관차에서, 그 모터에서, 배터리에서 오늘날까지 전해진 부품은 하나도 없다. 데이비드슨의 Canal Road에 있던 집이자 작업장은 철거되었다. 그는 1894년 11월 16일 90세로 세상을 떠났다; 애버딘의 St Peter's Cemetery에 있는 그의 묘비에는 단지 chemist - 화학자 - 라고만 새겨져 있다. 단 하나의 발명 이름조차 돌에 새겨져 있지 않다; 이것은 철거된 기계에 마땅한 예우와는 거리가 먼 마무리이다.

그러나 기억이 완전히 지워진 것은 아니다. 애버딘셔의 알포드 마을에 있는 Grampian Transport Museum은 갈바니의 실물 크기 작동 모터 복제품, 갈바니 전지 복제품, 기관차 모형을 전시하고 있다. 데이비드슨의 이야기를 담은 책도 출간되었고, 그의 이름은 스코틀랜드의 발명 가운데 다시 언급되기 시작했다. 공학적 관점에서 남은 것은 물리적 대상이 아니라 측정 가능한 결과이다: 레일 위에서 자체 배터리로 작동하고, 자체 모터로 나아가며, 개념을 공개적으로 입증한 기계. 이것은 1842년에 하나의 사실이었고, 오늘날에도 여전히 하나의 사실이다.

갈바니의 이야기는 전기 교통의 첫 세기의 요약과 같다: 올바른 공학, 잘못된 화학, 그리고 뒤로 밀려난 달력. 데이비드슨의 모터는 당대의 과학과 산업 환경 속에서 알려지고, 논의되고, 전시되었다 - 이후 물리적으로 파괴되었고, 경제적 현실성 때문에 기록 보관소로 밀려났다. 그의 재발견은 다소 아이러니하게 이루어졌다: 오늘 수천 대의 배터리 전기차가 도로를 달리고 있는 지금, 세계 최초의 전기 기관차를 기리기 위해서는 하나의 레플리카, 하나의 모형, 그리고 한 화학자의 묘비를 들여다볼 필요가 있습니다.

출처

• 로버트 데이비드슨 (발명가)
• 로버트 데이비드슨: 세계 최초의 전기 기관차 (1837)
• 전기 기관차
• 데이비드슨의 기관차: 그는 어떻게 해냈는가?
• 세계 최초의 전기 견인 전동기 레플리카 전시
• 1879년 지멘스 기관차
• 로버트 데이비드슨 개요