인스티즈앱 비싼 석유를 태우지 않고도, 방사능의 위험을 감수하지 않고도 무한한 에너지를 영원히 얻을 수 있다면 얼마나 좋을까? 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있지 않을까? 무한 에너지를 만들어내는 영구기관은 인류의 오랜 꿈이지만, 현재는 자연법칙상 불가능하다고 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 실현되기만 하면, 인류의 삶을 근본적으로 개선할 수 있고 큰 돈도 벌 수 있다는 희망으로 많은 사람들이 도전하고 있다.
'평형이 유지되지 않는 바퀴' 타입의 영구기관의 18세기 모델. 항상 오른쪽이 더 무거워 영원히 회전할 것 같지만, 구슬의 수는 왼쪽이 더 많아 균형을 이룬다. 이런 타입의 영구기관은 8세기 인도에서 처음 등장한 이후, 변형 모델이 계속 등장했다.
한편 영구기관을 이용해 돈을 챙긴 사기 사건들도 많았는데 특히 유명한 것은 18세기 요한 베슬러 사건이었다. 베슬러는 사람이 숨어서 움직이는 가짜 영구기관을 만들어 여러 나라 귀족이나 부유한 상류층들으로부터 거액을 지원받으면서 호사스런 생활을 즐겼다. 19세기에는 미국의 존 킬리가 물에서 에너지를 얻어낼 수 있다고 주장하며 시연까지 해보여 거액의 투자를 이끌어냈다. 그가 죽고 난 후, 그의 시연은 모두 사기였음이 밝혀졌다.
지금도 각국 특허청에 영구기관 특허가 꾸준히 출원되고 있으며, 이를 이용한 사기 사건도 가끔 일어나고 있다. 우리나라에서도 2007년 6월 무한동력 발전기를 개발했다며 다단계 사기행각을 벌이다 적발된 사례가 있다( TV뉴스 - "무한동력 발전기" 나왔다 황당한 사기극).
'에너지 보존의 법칙'에 위배되므로 이론적으론 불가능
◆ 영구기관 정말 불가능한가? = 영구기관은 에너지 보존의 법칙 등 열역학법칙에 위배되므로 불가능하다. 물론 열역학법칙이 틀렸을 수도 있다. 그러나 이들 법칙은 현대 과학기술의 근간을 이루고 있으며, 지난 몇 백년 간 과학연구 현장이나 건설 현장, 제조 공장 등지에서 끊임없이 검증돼 왔기 때문에 이 법칙들이 틀림없음을 보증해주고 있다. 만약 실제 작동하는 영구기관이 만들어진다면 인류가 쌓아온 대부분의 과학기술은 전면 재검토돼야 한다는 것을 뜻한다.
영구기관과 관련한 대표적 아이디어에는 불균형 상태가 운동을 일으키고, 다시 이 운동이 새로운 불균형 상태를 만들어 무한히 일을 할 수 있다는 것이다. 위에 소개된 '평형이 유지되지 않는 바퀴'가 대표적인 예다. 이 아이디어를 구현하기 위해 단순한 기계장치에서 전기나 자기를 이용한 복잡한 장치들에 이르기까지 다양한 시도가 있었지만, 어느 것도 외부에 일을 한 만큼 에너지를 잃고 안정된다는 에너지 보존의 법칙을 극복하지는 못했다. 이렇게 에너지 보존의 법칙에 위배되는 영구기관을 제1종 영구기관이라 부른다.
영구기관으로 추정되는 레오나르도 다빈치의 그림. 물레방아를 이용해 일을 하고, 물도 퍼올린다는 아이디어에서 비롯됐다. 그러나 결국은 모든 물이 바닥에 고여 작동을 멈추게 될 것이다.
에너지 보존의 법칙에 따르면 에너지는 없어지지도 만들어지지도 않는다. 그렇다면, 한번 쓴 에너지를 계속 재활용하여 사용하면 되지 않을까 생각할 수 있다. 이런 아이디어를 구현하는 가상의 기관을 제2종 영구기관이라 부른다. 그러나 이 발상은 열에너지를 100% 온전하게 일(역학에너지)로 바꿀 수 없다는 열역학 제2법칙에 의해 실현불가능하다. 이 법칙은 에너지의 변환에는 방향이 있어서 에너지의 총량은 유지되더라도 사용가능한 에너지는 감소한다는 것을 의미한다.
◆ 각국 특허청의 대응 = 자연법칙상 불가능하다는 것이 밝혀졌음에도 불구하고 많은 발명가들이 영구기관 연구에 매진하고, 꾸준히 특허를 출원하고 있어 각국 특허청을 당혹스럽게 만들고 있다.
일찌기 프랑스 당국은 1775년에 더 이상 영구기관과 관련된 제안은 접수하지 않겠다고 선언한 적이 있고, 미국 특허청은 심사지침에서, 특허 출원시 작동 가능한 모델을 제출받지 않는 것을 원칙으로 하나, 영구기관의 경우 요구할 수도 있다고 밝히고 있다( 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼 608.03항 참조). 영국 특허청 역시 심사지침에서 영구기관과 같이 자연법칙에 어긋나는 특허는 산업적으로 활용이 불가능하므로 발명으로 인정할 수 없다고 밝히고 있다( 영국 특허청 심사 매뉴얼 4절 의 제5항 참조).
우리나라의 경우 영구기관에 대한 규정은 따로 없으나, 특허법 제29조 1항의 '산업상 이용할 수 있는 발명'을 특허로 인정한다는 규정을 근거로 영구기관에 대한 특허는 심사에서 등록을 거절하고 있다.
그리고 영구기관에 대한 특허 출원 건수가 연 45건('98년)에서 연 110건('02년)으로 급증하자 2002년과 2003년, 보도자료를 통해 영구기관이 불가능하다는 것을 홍보한 바 있다. 하지만 그 이후에도 꾸준히 영구기관에 대한 특허가 출원되고 있고, 그 때마다 거절처분을 받고 있다. 특허정보검색서비스(www.kipris.or.kr)에서 '영구기관'으로 검색해 보면 심사가 끝났거나 심사 중 공개처분된 영구기관 특허들을 확인할 수 있다.
◆ 실제 작동하는 영구기관도 있다? = 에너지보존법칙 등 자연법칙을 어기는 영구기관은 불가능하다. 하지만 가끔 건전지나 다른 에너지 없이도 쉬지 않고 작동하는 장치들을 볼 수 있다. 이것들은 우리 주변의 작은 에너지를 잘 활용한 장치이다. 다만 대부분 효율이 낮고 출력이 작아 장난감 이상의 가치는 없다.
건전지 없이도 움직이는 '물마시는 새' 장난감. 시원한 물과 주변 공기의 온도차를 이용 계속 움직인다.
세상에 '공짜'는 없다는 법칙은 에너지 분야에도 적용된다. 오랜 기간 많은 사람들이 찾던 영구기관이 실패를 거듭한 것이 바로 그 증거이다. 에너지 문제 해결을 위해 새로운 에너지 자원 개발에 힘을 써야겠지만, 에너지를 아껴 쓰는 노력이 더욱 필요한 이유다.
◆ 지금까지 고안된 각종 무한동력기관(영구기관)들
수영 정경호 인스타 서로 언팔함..