사슴 말고 발명가 '루돌프'…디젤 엔진의 탄생 이야기!

곽재식 교수

발행일 2025.12.24. 15:53

수정일 2025.12.24. 16:41

사슴 말고 ‘루돌프’라는 이름이 붙은 사람 중에 가장 유명한 사람은 누구일까?

46화 루돌프 디젤 코는 매우 반짝이는 코

사슴 말고 루돌프라는 이름이 붙은 사람 중에 가장 유명한 사람은 누구일까? 루돌프는 독일어권에서 많이 사용하던 이름으로 영어권에서도 종종 쓰는 이름이다. 그렇기 때문에 루돌프라는 이름을 갖고 있는 사람은 세상에 여럿 있다. 나는 그중에서도 가장 유명한 인물은 아마도 루돌프 디젤이 아닐까 생각한다.

기름을 넣어서 움직이는 기계나 자동차의 엔진은 크게 보면 휘발유 엔진과 디젤 엔진이 있다고들 하는데 그중 ‘디젤 엔진’이 바로 지금으로부터 약 130년 전, 그 엔진을 개발한 과학자인 루돌프 디젤의 이름을 딴 물건이다.

루돌프 디젤을 대개 독일의 유명한 과학자라고들 말한다. 그러나 사실 그는 프랑스에 건너온 독일인 부모로부터 파리에서 태어났다. 그래서 디젤은 독일어도 잘했지만, 프랑스 사람 못지않게 프랑스어도 자연스럽게 잘했다. 집안이 어려워지면서 디젤 가족은 영국 런던으로 다시 이사 가기도 했다. 그렇게 낯선 곳을 떠돌며 지내면서 어린 디젤은 힘들게 지낼 때가 많았다.

디젤이 막 초등학교를 졸업할 정도의 나이에 그의 가정 형편은 더욱 어려워졌다. 결국 디젤의 부모는 디젤을 멀리 독일에 있는 친척 집에 맡기기로 한다. 학교조차 보내지 않을 생각이었을 정도로 가정 환경이 가난했으므로 친척 집에서 그 집 일을 도우며 밥이라도 얻어먹으라는 뜻이었을 것이다. 그런데 디젤이 워낙에 똑똑한 아이인 것을 보고 친척은 디젤을 학교에 보냈고 학교에서 디젤은 뛰어난 성적으로 주위의 기대를 받게 된다. 결국 디젤은 장학금을 얻어 대학에까지 진학하게 된다.

디젤은 대학에서 당시로서는 최신의 첨단 과학이라고 할 수 있었던 열역학(thermodynamics)이라는 과학을 접한다. 지금도 열역학에서 배우는 ‘엔트로피’를 따지는 방법 등은 오묘하고 심오한 과학의 이야깃거리로 자주 이야기되곤 한다.

게다가 디젤이 대학을 다니던 19세기 후반에는 마치 요즘의 양자 이론이나 상대성 이론처럼 열역학이 개발된 지 얼마 되지 않은 이론이라는 인상도 있었다. 그래서 열역학은 더더욱 총명한 젊은 학생들의 관심을 끌 만했다. 열역학은 열, 온도, 에너지, 일, 효율의 관계를 따지는 과학이므로 아마도 이 무렵에 디젤은 더 효율이 좋은 엔진을 개발하면 세상에 큰 도움이 될 것이라는 생각을 어렴풋이 품었을 것이다.

차가운 ‘냉장고’ 만들던 디젤, 뜨거운 ‘엔진’을 만들다

대학을 졸업한 후, 디젤은 대학 시절 은사였던 린데 교수의 회사에 취직한다. 그 시절 린데는 높은 압력의 기체를 이용해서 물체를 차갑게 만드는 냉장고, 냉각 장치, 에어컨 비슷한 기계 등을 개발해서 판매하는 회사를 차린 상태였다. 지금이야 집집마다 있는 기계가 냉장고이지만 당시만 하더라도 냉장고는 신비롭다는 느낌 마저 주는 최고급 정밀 장치였다. 그렇기에 린데의 사업은 쑥쑥 성장해 갔다.

마침 린데 교수는 프랑스로 기계를 수출하는 일을 할 직원들이 부족했기에 프랑스어를 잘하는 디젤을 직원으로 채용해 파리에 보냈다. 그렇게 해서 디젤은 프랑스 파리에서 냉장고와 냉각 장치 회사의 직원으로 자리 잡아 꾸준히 일하면서 제법 높은 위치까지 성장했다.

그러던 어느 날 그는 자신도 자기 사업을 해서 세상을 바꾸어 보겠다는 꿈으로 과감하게 그때까지 하던 일을 정리했다. 그리고 자기만의 발명 사업을 시작한다. 그리고 그렇게 해서 손댄 일이 바로 새로운 방식의 엔진을 개발해 보겠다는 것이었다.

차가운 냉동 장치를 만들다가 뜨거운 엔진을 만든다는 생각이 뜬금없을 수도 있는데, 사실 열역학으로 따져 보면 냉장고는 일을 해서 열을 한쪽에서 다른 쪽으로 움직이게 해 주는 장치라고 볼 수 있고, 엔진은 열이 한쪽에서 다른 쪽으로 움직이는 현상을 이용해서 일을 하게 만드는 장치라고 볼 수 있다. 즉 열역학에서 냉장고와 엔진은 서로 방향이 뒤집어진 비슷한 장치인 셈이다. 그래서 그 효율을 따지며 분석해 보는 이론은 그대로 활용할 수 있다.

처음에 디젤은 압력을 더 높게 만든 엔진을 만들면 효율을 높일 수 있을 거라는 어떻게 보면 좀 막연한 방향에서 연구해 나갔다. 그러다가 이미 개발되어 실용화되어 있던 휘발유 엔진과는 아예 다른 방식의 엔진을 만드는 것으로 연구의 방향이 잡혔다. 결국 수년 간의 연구와 시험 과정에서 그 엔진이 성공적으로 완성되어 지금 우리가 알고 있는 디젤 엔진이 되었다.

휘발유 엔진과 디젤 엔진

공교로운 우연으로 마침 휘발유 엔진을 개발한 발명가의 이름은 니콜라우스 오토인데, 영어 단어 ‘산타 클로스’는 라틴어 ‘상투스 니콜라우스’에서 온 것이므로 디젤 엔진을 개발한 사람은 루돌프이고 휘발유 엔진을 개발한 사람은 클로스라고 말해도 크게 틀린 말은 아니다.

현대의 휘발유 엔진과 디젤 엔진 역시 그 작동 방식은 꽤나 다르다. 휘발유 엔진은 단순화해서 이야기해 보자면 불이 잘 붙는 연료인 휘발유에 불을 붙이고 그에 따라 연료가 폭발하듯 터지면 그 힘으로 피스톤, 크랭크축 같은 부품을 밀어 내게 해서 돌아가는 원리를 기본으로 한다.

그래서 휘발유 엔진에는 전기 불꽃을 튀겨서 불을 붙여 주는 점화플러그라는 부품이 있어야 하며, 이 부품을 잘 작동시킬 수 있는 교묘한 장치를 달아서 엔진이 돌아가는 리듬에 맞춰 빠르게 정기적으로 불을 연거푸 붙여 주어야 한다. 또 이런 식으로 한쪽에서 불을 붙여 주는 방식이기 때문에 휘발유 엔진은 그 크기를 너무 크게 만들면 한쪽에서 붙인 불이 전체에 퍼져 나가기가 어려워서 때문에 제대로 작동하지 않는다.

그에 비해 디젤 엔진은 연료를 강한 힘으로 꾹 눌러 주도록 해 놓아서 압력을 높이고 그에 따라 온도도 높아지면서 따로 불을 붙여 주지 않더라도 저절로 연료가 터지도록 되어있는 구조다. 그리고 그 터지는 힘을 받아 피스톤, 크랭크축이 움직이며 엔진이 돌아간다.

그렇기 때문에 디젤 엔진은 그 크기를 아주 크게 만들어도 연료 전체가 스스로 터지므로 강력한 대형 엔진을 만들기에 유리하다. 그래서 지금까지도 센 힘이 필요한 대형 장치라고 하면 휘발유 엔진보다는 대부분 디젤 엔진을 사용하고 있다.

우리나라에 들어 온 최초의 디젤전기기관차(1950년 미국 GM사 제작)

대형 중장비, 비상용 발전기 등에 쓰이는 디젤 엔진

이것이 바로 대형 중장비, 트럭, 대형 버스 등에 디젤 엔진이 흔히 사용되고 있는 이유다. 거대한 배를 움직이는 엔진 역시 대부분 디젤 엔진이다. 요즘이야 KTX, SRT 등등의 전기로 가는 열차가 워낙 많아졌지만, 줄줄이 연결된 기차를 움직이는 엔진도 과거에는 대부분 디젤 엔진이었다.

서울 시내에서 운행되고 있던 노선 버스들 역시 과거에는 거의가 디젤 엔진을 사용했다. 지금은 기름 대신 천연가스를 연료로 사용하는 CNG 버스가 서울 버스의 중심인데, 한국의 CNG 버스용 엔진은 전통적인 디젤 엔진 그대로라고 할 수는 없지만 개발 과정에서 디젤 엔진을 바탕으로 했으므로 여전히 디젤의 전통을 어느 정도는 잇고 있다. 서울열린데이터광장의 자료를 보면 2023년 기준으로 서울의 전체 버스 7,385대 중에 6,158대가 CNG 버스라고 한다.

커다란 기계나 큰 힘을 써야 하는 발전기 등의 장비 역시 디젤 엔진을 쓰는 경우가 많다. 우리나라의 대형 건물에는 정전이 되었을 때에도 최소한의 시설을 가동하기 위해 비상용 발전기를 설치해 두어야 한다는 규정이 있다. 그렇기에 어지간히 큰 건물에는 대개 디젤 엔진으로 돌아가는 발전기가 있다.

서울에는 건물이 많은 편이기 때문에 시 전체에 약 1만 5,000대 이상의 비상용 디젤 엔진 발전기가 설치되어 있을 것으로 보고 있다. 2021년 4월 서울시에서 발표한 자료를 보면 서울의 건물마다 설치된 비상용 발전기가 낼 수 있는 출력을 전부 다 합치면 무려 6.4 GW에 달해서 평균적인 원자력발전소 6개를 합쳐 놓은 것보다도 많은 전기를 만들 수 있을 정도라고 한다.

다양한 연료로 작동하는 디젤 엔진과 ‘바이오디젤’

디젤 엔진의 또 다른 특징은 휘발유처럼 불이 잘 붙는 특수한 기름을 꼭 쓸 필요가 없다는 점이다. 다시 말해 디젤 엔진은 다양한 연료로 작동시킬 수 있다. 이론상으로는 삼겹살 기름을 이용해서 디젤 엔진을 작동시키는 것도 가능하다. 화물선에 장치되어 있는 대형 디젤 엔진 중에는 한눈에 보기에도 불이 잘 안 붙을 것 같은 시커먼 기름인 중유를 넣어서 작동되는 방식도 흔하다.

물론 정밀한 여러 부품이 달려있는 보통 디젤 차량에 삼겹살 기름을 넣으면 고장을 일으키게 되므로 그런 짓을 마구 해서는 절대 안 된다. 그렇지만 질을 맞춰 정제해 놓은 기름이라면 디젤 엔진이 다양한 기름을 받아들일 수 있다는 것은 분명한 사실이다.

디젤 엔진은 다양한 연료로 작동시킬 수 있다. 식물에서 짠 기름을 활용한 바이오디젤로 자동차를 탈 수 있다.

그래서 세계 많은 나라의 주유소에는 디젤 차량에 넣기 위해 바이오디젤이라고 하는 식물에서 짠 기름을 가공한 것을 경유에 어느 정도 섞어서 팔고 있다. 식용유로 쓰는 콩기름이나 카놀라유와 거의 같은 기름을 실제로 지금도 자동차에 넣고 있다는 이야기다. 우리나라의 경우 바이오디젤 혼합 비율이 3%에서 4% 사이이므로 디젤 차량을 타고 다니면 자연히 그만큼 석유를 덜 쓰고 그 대신 식물에서 나온 기름을 쓰게 된다.

2000년에서 2010년 사이에 바이오디젤은 특히나 인기가 많았다. 땅속에서 캐내서 쓰다 보면 결국 바닥이 날 석유에 비해 바이오디젤은 식물을 길러서 짜내는 기름이므로 계속해서 생산해 낼 수 있다.

다르게 생각해 보면, 석유가 나지 않는 땅이라도 농사만 지을 수 있다면 바이오디젤을 수확해서 디젤 엔진을 돌려 자동차를 타고 다닐 수 있다는 이야기이기도 하다. 그러므로 석유가 안 나는 한국 같은 나라에 더욱 솔깃하게 들리는 기술이다. 마찬가지로 석유 같은 자원이 부족한 독일 등의 나라에서 특히 바이오디젤 기술에 많은 관심을 기울여 개발하기도 했다.

우리나라의 바이오디젤은 라면 튀기는 기름으로 친숙한 기름야자 기름, 즉 팜유와 비슷한 원료를 이용하는 것이 상당히 많은 편인데, 아닌게 아니라 팜유가 많이 생산되는 인도네시아에서는 디젤 엔진 연료에 바이오디젤을 섞는 비율을 30%, 40%, 심지어 50%까지 올리는 계획을 추진 중이기도 하다.

게다가 바이오디젤은 식물에서 얻는 기름인 만큼 기름을 얻기 위해 식물을 키우는 동안 식물이 광합성을 해서 이산화탄소를 흡수하게 된다. 그러니 석유 대신 바이오디젤을 쓰는 일을 잘만하면 어느 정도 이산화탄소를 줄여서 기후변화를 막는 데에도 도움을 줄 수 있다.

소음과 진동, 매연은 디젤 엔진의 골칫거리

디젤 엔진에도 단점은 있다. 디젤 엔진은 높은 압력을 사용해서 센 힘을 내는 엔진이다 보니 아무래도 상대적으로 소음이 심하고 진동도 심한 제품이 많다. 게다가 과거에는 휘발유 엔진에 비해 보통은 매연이 심한 제품도 많았다.

디젤 엔진 작동 과정에서 온도를 높이다 보면 연료와 관계없이 공기 속에 원래 들어 있던 성분인 질소 기체와 산소 기체가 자기들끼리 반응을 일으켜 질소산화물이라는 오염 물질을 만들어 내기도 한다. 이것은 그 자체로도 오염 물질이고 밖으로 나와 돌아다니다 보면 미세먼지를 만들어 내기도 해서 골칫거리다.

서울시 당국에서는 겨울철 미세먼지 관리를 위해 미세먼지 계절관리제도를 운영하고 있다. 금년 12월 1일부터 내년 3월까지 시행되는 ‘제7차 미세먼지 계절관리제’ 기간에는 저공해 조치를 하지 않은 5등급 차량은 평일 오전 6시부터 오후 9시까지 서울 도심 전체를 운행할 수 없게 하고 적발되면 하루 10만원의 과태료를 부과하게 된다.

합법적으로 운행 중인 대부분의 디젤 차량은 5등급보다 높은 등급을 받을 수 있겠지만, 혹시라도 무슨 문제가 있어서 5등급 수준으로 많은 오염 물질을 내뿜게 된다면 자동차 운행에 제한을 받을 수도 있다는 뜻이다. 이런 규제가 강화될수록 오염 물질을 많이 뿜는 자동차는 골칫거리가 된다.

과거 서울에서 운행하던 그 많던 구식 디젤 엔진 버스를 2000년대 이후에 천연가스 버스, CNG 버스라는 방식으로 바꾼 이유로 가장 많이 이야기하던 것도 바로 구식 디젤 엔진 버스의 공기 오염 문제를 줄일 수 있다는 점이었다.

미세먼지 계절관리제

유럽의 ‘클린 디젤’과 ‘디젤게이트’

이런 문제 때문에 과거에 독일 등 유럽 자동차 회사들이 디젤 엔진을 달아 놓은 차라고 하더라도 최대한 조용하고 진동을 줄일 수 있도록 기술을 추가로 개발하고 매연의 성분을 최대한 정화하기 위한 다양한 장치를 여럿 달아 놓는 기술을 앞장서서 개발하고자 많은 투자를 했다.

여기에 더해 2000년대 유럽 환경 당국은 이런 유럽 자동차 회사들의 기술 개발과 손발을 맞춰서 차량의 매연이 많이 발생하면 운행을 할 수 없게 하는 강한 규제를 개발해 아주 과감하게 실시하기도 했다.

이렇게 하면 유럽 입장에서는 두 가지 이익이 있다. 첫째로 시민들을 위해 깨끗한 공기를 유지하도록 할 수 있다. 둘째로 매연을 줄일 수 있는 기술을 미처 개발하지 못한 다른 나라 회사의 자동차를 유럽에 팔지 못하게 막을 수 있다. 그러니까 매연 정화 기술을 먼저 개발한 유럽 자동차 회사들을 보호하여 사업을 도와 줄 수 있다는 뜻이다.

즉, 환경을 지키기 위한 일을 하겠다고 하면서 꿩먹고 알먹고 식으로 유럽 산업과 경제를 지킬 수도 있다. 그래서 한동안 유럽에서는 ‘클린 디젤’이라는 말이 유행어처럼 많이 쓰이기도 했다.

그러나 아쉽게도 일반용 디젤 승용차의 미래가 그대로 계속 밝게만 이어지지는 않았다. 2015년 소위 ‘디젤게이트’라고 하여 독일 자동차 회사의 디젤 엔진 차량 스캔들이 터졌던 일은 대표적인 문제였다. 연비가 좋으면서도 매연은 깨끗하게 정화할 수 있다고 주장하던 몇몇 자동차들이 사실은 그만한 성능을 달성할 수 없는 제품일 수 있다는 논란이 크게 번져 나온 것이다.

그렇다 보니 국내에서도 디젤 승용차의 인기가 과거에 비해서는 조금은 사그라들었다. 금년 들어서는 몇몇 언론에서 앞으로 국내 자동차 회사에서 일반용 승용차의 디젤 엔진 비율을 계속해서 줄일 것 같다고 어둡게 전망하는 기사가 나오기도 했다.

서울의 한 도로에서 작업 중인 제설차

아직도 건재한 디젤 엔진

그렇다고는 해도 여전히 다양한 분야에서 디젤 엔진은 충실히 제 일을 하고 있다. 농기계를 비롯한 다양한 산업에 사용하는 광업, 공업용 장비는 오늘도 대다수가 디젤 엔진으로 작동되고 있다. 큰 배에 장착하는 디젤 엔진 역시 아직도 건재하다. 한국의 조선업이 발달한 만큼 국산 디젤 엔진 제품도 전 세계에 상당히 많이 팔려 나가는 편이다.

경운기를 많이 생산하는 것으로 유명한 국내 농기계 업체는 1960년대 중반부터 디젤 엔진을 직접 만들어 내고 있는데, 요즘은 그렇게 만든 디젤 엔진을 다른 중장비 업체에 판매하고 있기도 하다.

특히 한국의 중장비와 농기계는 적지 않은 숫자가 미국 등 해외로 수출되고 있기도 한데, 그렇다면 수출이 잘되는 한국 중장비, 농기계가 가진 힘의 바탕 역시 디젤 엔진이라고 볼 수 있겠다.

최근에는 K-2 전차나 K-9 자주포 같은 한국의 무기가 해외에 많이 수출되고 있다. 그런데 이런 육중한 무기를 움직이는 힘 역시 대개 디젤 엔진이다. 최근에는 무기 안에도 국내 회사에서 직접 개발한 디젤 엔진이 들어가는 추세다. 특히 K-9 자주포는 최고 성능의 제품으로 인정받아 경쟁 업체인 독일 제품을 꺾고 여러 나라에 활발히 수출되고 있다. 말하자면 디젤 엔진의 본고장을 능가하는 성과를 한국 업체들이 한국 디젤 엔진으로 얻어 내고 있다는 이야기도 해볼 만하다.

요즘은 국내 업체들이 기름 대신에 수소 기체를 연료로 태워서 돌아가는 중형 및 대형 엔진을 개발해서 내놓고 있기도 하다. 이런 엔진은 작동 중에 이산화탄소를 전혀 내뿜지 않아 미래에 많이 쓰인다면 기후변화를 막는 데 요긴할 것이다. 이러한 수소 연소 엔진은 요즘 수소차에 쓰이는 수소연료전지 방식과는 또 다른 방식인데, 역시 디젤 엔진을 바탕으로 개조해서 개발하곤 한다.

무엇보다도, 도로가 눈으로 덮이면 그 눈을 치우는 대형 제설차들이 대부분 디젤 엔진으로 작동되고 있다. 루돌프가 산타클로스의 눈썰매를 끈다는 이야기는 동화 속 이야기일 뿐이지만, 루돌프 디젤이 개발한 엔진 힘으로 눈길을 치우고 그 위를 택배 트럭들이 달린다는 이야기는 오늘도 서울의 길 위에서 펼쳐지고 있다는 뜻이다.

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