백열전구 밝힌 에디슨, 매달 아연 판 무게 달아 전기 요금 청구했다

97년 전 오늘인 1929년 10월 21일, 토머스 에디슨은 미국 미시간주 디어본에 복원된 멘로파크 연구실에서 전구 점등을 재연했다. 헨리 포드가 마련한 백열전구 발명 50주년 행사였다. 에디슨이 전구를 전기 사업으로 발전시키는 과정에는 고객 집의 아연 판을 매달 수거해 무게를 달고 사용료를 계산하는 기술도 있었다. 전구를 켜는 실험은 어떻게 집집마다 전기를 보내고 요금을 받는 사업으로 이어졌을까.

에디슨은 전구 개발 초기부터 전기 공급과 요금 부과 체계를 함께 구상했다. 1878년 그가 제시한 계획은 중앙 설비에서 전기를 생산해 지하 전선으로 보내고 고객의 사용량을 계량기로 측정하는 방식이었다. 에디슨은 이미 도시에서 운영되던 가스 공급 사업을 본떠 발전 설비부터 고객의 등기구까지 연결하려 했다.

고객은 방마다 전등을 개별적으로 켜고 끌 수 있어야 했다. 당시 야외 조명으로 쓰이던 아크등은 두 전극 사이의 방전 불꽃으로 빛을 내는 조명 장치였다. 직렬로 연결한 아크등은 빛이 너무 강한 데다 하나가 꺼지면 다른 등도 꺼졌으므로 방마다 전등을 개별적으로 켜고 끄는 실내 조명으로는 적합하지 않았다. 에디슨은 각 전등이 다른 전등의 작동에 영향을 주지 않도록 병렬 회로를 채택했다. 이 배선 방식은 가스등을 하나씩 켜고 끄던 고객의 사용 방식에 맞았다.

병렬 회로에서는 같은 전압에 연결한 전등이 늘어날수록 전체 전류도 늘어난다. 전선에서 열로 손실되는 에너지를 줄이려면 굵은 구리선을 써야 했고 그만큼 비용이 들었다. 백열전구는 가는 심선인 필라멘트에 전류를 흘려 저항열로 빛을 내는 전등이다. 에디슨은 공급 전압을 높여 필요한 전류를 줄이고 그 전압에서 작동하는 고저항 필라멘트를 개발하는 방향으로 전구와 배선을 함께 설계했다.

필라멘트의 재료와 진공 기술도 이 설계에 맞아야 했다. 에디슨 연구실의 초기 탄소 전구는 유리구 안에 남은 공기 때문에 탄소가 타는 문제가 있었고 백금 필라멘트는 가격과 낮은 저항이 부담이었다. 연구진이 수은 진공 펌프를 개선하면서 저렴한 탄소를 다시 시험할 수 있게 됐다.

1879년 10월 22일자 찰스 배철러의 실험 기록에는 공기를 차단한 채 열을 가해 면사를 탄소 실로 만드는 탄화 과정을 거친 뒤 진공 유리구에 넣었다는 내용이 남아 있다. 이 전구는 13시간 반 동안 켜져 있었고 연구진이 밝기를 더 높이자 약 한 시간 뒤 유리구가 깨졌다. 프랜시스 엡턴은 전구의 저항과 밝기를 기록하고 발전기 1마력으로 켤 수 있는 전등 수를 산출했다. 연구진은 전구의 점등 성능과 발전기의 공급 능력을 함께 검토하고 있었다.

도시의 여러 건물로 전기를 보내려면 배전망도 갖춰야 했다. 펄 스트리트 사업에서는 주 배전선과 급전선을 포함한 배전망을 구축하는 데 가장 많은 비용이 들었다. 구리 사용량을 줄이는 일은 전구 1개의 성능만큼이나 공급 비용을 좌우했다.

이 체계로 전기를 판매하려면 고객마다 사용량을 산정할 수 있어야 했다. 에디슨과 연구진이 만든 화학식 계량기는 고객 건물의 지하실에 설치됐다. 황산아연 용액을 채운 유리병마다 아연판 한 쌍이 들어 있었고 고객이 쓰는 전류의 일부가 계량기를 통과하면서 한 판의 아연이 다른 판으로 이동했다.