College 3: Uitvindingen en energie en hun gevolgen
1 Inleiding
Aan de ontwikkeling van onze economie en welvaart liggen diverse factoren ten grondslag. We kunnen er eventueel zelfs de religie bij halen. Het is moeilijk om vast te stellen wat nu de primaire oorzaak is geweest die de mensheid economisch gezien op een steeds hoger plan gebracht heeft. Zou het zijn dat de mens altijd maar weer geprobeerd heeft om het werk met zo min mogelijk moeite uitgevoerd te krijgen omdat hij inherent lui is? Met ander woorden, is luiheid niet de drijfveer voor alle economische vooruitgang geweest? En als de negers, indianen en aboriginals niet de welvaart hebben bereikt die de Euraziathische mens heeft bereikt, was dat misschien wel omdat zij niet zo lui als die Euraziatische mens zijn? De negers blijven met een grote levensvreugde het domme werk doen waar de wester- en oosterlingen te lui voor waren. Maar in ieder geval geldt voor de blanke mens die zich in de gematigde klimaatstreken ophield dat hij daar zonder hulpmiddelen niet zou kunnen overleven en dus wel uitvindingen móest doen.
Op de invloed van de religie is echter in de voorgaande colleges al bij verschillende gelegenheden ingegaan, onder andere bij de verklaring van het ontstaan van de Gouden Eeuw in de Republiek der Zeven Verenigde Nederlanden, waar we de theorie van Max Weber en diens navolgers behandeld hebben.
Hoe dan ook, de religie heeft op vele beschavingen in de wereld ook vanuit de economische invalshoek grote invloed uitgeoefend, zowel in positieve als in negatieve zin. In Genesis staat dat God bij de verdrijving van Adam en Eva uit het paradijs hen toegevoegd zou hebben dat zij voortaan in her zweet huns aanschijns hun brood zouden moeten verdienen. Maar althans de westerse mens heeft zich daar altijd aan proberen te onttrekken door anderen: slaven, dieren en later machines voor hem te laten werken.
Serieuzer wordt het religieuze aspect als we de vraag stellen waarom de Industriële Revolutie alleen maar in het West-Europese deel van Eurazië heeft plaatsgevonden. Op die vraag gaat Jared Diamond in zijn eerder aangehaalde boek niet in (1). Waarschijnlijk kunnen we het ontstaan van de Industriële Revolutie niet los zien van de tijdgeest die ook tot de Verlichting heeft geleid. In die tijd werd de Rede zaligmakend geacht en niet God. Immanuel Kant (1724-1804) legde uit dat als God almachtig was hij niet goed kon zijn, vanwege het Kwaad in de wereld en dat als God goed zou zijn hij niet almachtig was, omdat hij het Kwaad niet wist te voorkomen. Kortom, de mens moest maar vooral op zijn Rede vertrouwen. Het geloof in de maakbare samenleving was toen sterk en dat leidde tot veel uitvindingen.
Een andere begunstigende factor voor de golf van uitvindingen in de zestiende eeuw kan ook de bevolkingsgroei in die tijd en de daaruit voortvloeiende trendmatige prijsstijging geweest zijn. Die prijsstijging maakte lenen voor en investeren in nieuwe productie profijtelijk. Anders gezegd een lichte inflatie is bevorderlijk voor economische groei en daarmee voor het doen van uitvindingen. Deze prijsstijging heeft zich de hele eeuw voorgedaan, ook al voordat het zilver uit Amerika vanaf ongeveer 1530 in grote hoeveelheden in de Spaanse schatkist begon te vloeien, wat ook invloed gehad heeft op de prijzen.
McNeill verklaart het ontstaan van de Industriële revolutie in Engeland uit twee zaken: Steenkool en de Glorious Revolution. Maar steenkool was er altijd al. Het kan zijn dat de opgelegde beperkingen aan het gebruik van hout als gevolg van de houtcrisis met als gevolg een veel groter gebruik van steenkool de basis heeft gelegd voor een toepassing op industriële schaal.
De Glorious Revolution was dan de zachte factor. Hiermee wordt de verwijdering van de absolute monarchie in 1688 bedoeld. De Katholieke Jacobus I werd toen verdreven door een verbond van parlementariërs en stadhouder Willen III van Holland, die trouwde met Maria Stuart. Deze machtswisseling werd bezegeld met de Bill of Rights, waarmee in Engeland de basis voor de parlementaire democratie werd gelegd.
Volgens McNeill (2) zou dit ook bevorderlijk geweest zijn voor een geschikt klimaat voor uitvinders. In een kapitalistische samenleving waarin de ondernemers over de baten van hun investeringen kunnen beschikken is meer geneigdheid tot innovatie dan in een sterk egalitair gerichte samenleving.
Natuurlijk was ook de beschikbaarheid van energiedragers een belangrijke factor in de ontwikkeling. Maar die beschikbaarheid was niet doorslaggevend. De Indianen in Noord Amerika leefden generaties lang boven de oliebronnen van bijvoorbeeld Texas, zonder dat ze er ooit gebruik van hebben gemaakt. En toch hoefde je bij wijze van spreken maar een gat in de grond te prikken of je had olie. Maar men wist gewoon niet wat er mee te doen. In het Midden Oosten was het het zelfde.
De beschikbaarheid van energie is dan ook wel een noodzakelijke voorwaarde voor economische ontwikkeling, maar het is niet voldoende. Een essentiële benodigdheid is ook de techniek om de energiedrager te kunnen winnen, transporteren en toepassen. Maar dan hebben we het alleen over de techniek. Zoals McNeill aangeeft is er ook een zachte factor nodig. De beschikbaarheid van energiedragers in combinatie met de techniek om ze toe te passen is daarmee een noodzakelijke voorwaarde om vooruitgang te kunnen bewerkstelligen.
Om die reden zullen we het in dit college dan ook hebben over de uitvindingen die de mensheid in de loop van zijn ontwikkeling heeft gedaan, waarmee hij de energiedragers die hij tot zijn beschikking had tot zijn eigen heil kon aanwenden.
In dit college gaat het voorts niet zozeer om de uitvinding als zodanig, maar vooral om haar economische gevolgen en de impact daarvan op het sociale en culturele vlak.
Die ontwikkelingslijn kunnen we tot op de dag vandaag doortrekken. Zonder de uitvinding van de Boeing 747 en Internet zou de wereld nooit de ”Global Village” kunnen worden , die daarop in rap tempo ontstaan is en die niet alleen verstrekkende economische gevolgen heeft en nog zal hebben maar ook sociale en culturele gevolgen.
Toerisme is bijvoorbeeld de laatste twee decennia de snelst groeiende bron van inkomen in de wereld geworden.
De betekenis van energiedragers voor transport is zelfs zo cruciaal dat we hier een apart college aan hebben gewijd.
De gigantische toename van de energie-efficiency in het transport is een grote aanjager van economische groei, omdat het de internationale handel sterk bevordert. We zullen daar in het volgende college specifiek op ingaan.
Classificatie van uitvindingen
Om de duizenden uitvindingen die in de loop van de geschiedenis op energiegebied zijn gedaan te classificeren hebben we de volgende invalshoek gekozen.
1 Uitvindingen m.b.t de efficiency van de winning van energiedragers
2 Uitvindingen m.b.t de efficiency van het transport en
3 Uitvindingen qua toepassing van energiedragers
Het overgrote deel van al deze uitvindingen betrof verbeteringen aan bestaande ontwerpen. Het aantal cruciale technische doorbraken in de energiesector is veel beperkter geweest en die zullen we dan ook allemaal langs lopen.
2 Uitvindingen op het gebied van de winning van energiedragers
Hierbij gaat het om de technische verworvenheden om energiebronnen op te sporen en tot een commerciële productie te brengen. Uitvindingen die hier genoemd dienen te worden zijn:
1 de bijl
2 de domesticering van zoogdieren
3 de uitvinding van de windmolen
4 de uitvinding van het waterrad
5 de uitvinding van mest als brandstof
6 de uitvinding van houtskool
7 de uitvinding van de baggerbeugel
8 uitvindingen met betrekking tot de winning van steenkool.
9 de uitvinding van cokes
10 de uitvinding van de generator
11 de uitvinding van de boortoren
12 de uitvinding van hogedrukafsluiters voor aardgasproductie
12 de kernsplitsing
13 de kernfusie
14 de zonnecel
2.1 de bijl
Soms is het niet geheel zeker welke energiedrager het eerst is gewonnen. Van hout en mest lijkt het echter voor de hand dat de mens het eerst het hout heeft gebruikt. Het eerste werktuig dat hij hiertoe moest uitvinden, tenminste om brandhout op wat grotere schaal te kunnen aanwenden, was de bijl.
Tijdens de Oude en de Midden Steentijd gebruikten de mensen ronde vuurstenen bijlen met één snijkant. Later werden beide kanten van de steen bewerkt en ontstond de tweezijdige vuistbijl.
De eerste bijlen waren uiteraard van steen, daarna werden ze van brons. Maar zelfs in de tijd van de moderne ijzeren aksen vergt het nog bijzonder veel arbeid om timmer- en brandhout met een bijl te produceren. De kettingzaag is pas in de 20e eeuw uitgevonden.
Maar zelfs na deze uitvinding bleef het produceren van brandhout relatief arbeidsintensief en dus kostbaar. Weliswaar zijn de kosten gedaald, maar andere energiedragers zoals aardgas zijn per energie-eenheid veel goedkoper te produceren en transporteren en dus is brandhout anders dan voor de liefhebbers van de houtkachel niet meer een optie, althans niet bij de huidige Nederlandse minimumlonen.
2.2 domesticering van zoogdieren
In het eerste college hebben we het al uitvoerig over het belang van de gedomesticeerde dieren gehad. Belangrijk voor de winning van energiedragers was daarom het kunnen fokken van geschikte dieren. Van de Romeinen is bekend dat zij al dieren fokten. Een van de doeleinden van het fokken met paarden is om een sterker ras te krijgen, dat geschikt was voor het werk op de boerderij of om juist een sneller paard te verkrijgen dat geschikt was in het leger.
Een van de belangrijkste uitvindingen qua domesticering die we in het eerste college al genoemd hebben is de transformatie van een stier in een os geweest. Die bestond er uit om een stier op jonge leeftijd te castreren waardoor zijn botten langer doorgroeiden en het dier groter en sterker werd dan de stier anders zou zijn geworden. Bovendien werd de stier na castratie niet alleen een krachtig, maar ook sociaal en betrouwbaar dier.
de trek naar het Verre Westen was zonder ossen niet mogelijk geweest
De reden dat paarden toch de ossen hebben verdreven, zoals in Nederland, is dat paarden veel sneller zijn. Maar het heeft waarschijnlijk ook te maken met een ander belangrijke uitvinding. Dat was de uitvinding van de strijkbordploeg. Deze zou in China in de derde eeuw v.Chr. uitgevonden. Voorheen gebruikte men het zogenaamde eergetouw. Dit was niets anders dan een puntige stok, die soms versterkt was met een metalen kop en die door trekdieren door de grond werd getrokken. Met een handvat kon men sturen.
De strijkbordploeg is een enigszins hol gebogen metalen plaat die de aarde bij het ploegen omkeert en in de voor werpt. Hierdoor werd de grond luchtiger en werd het onkruid ondergeploegd. De Chinezen konden deze ploeg maken, omdat zij de gietijzertechniek beheersten. Omdat als gevolg van deze uitvinding het ploegen lichter werd, konden paarden dus de ossen vervangen.
Om van paarden trekdieren te maken was overigens ook nog een andere uitvinding nodig, namelijk die van het haam. Bij een os kunnen de horens simpelweg als trekhaken fungeren en anders kunnen hun sterke schouders gebruikt worden om er een juk aan te hangen. Bij paarden is een haam, een soort kraag om de nek, nodig. Omdat paarden echter niet zeer sterk in hun nek zijn kunnen ze slechts de helft van het gewicht trekken dat een os kan verplaatsen.
We noemen deze uitvindingen hier omdat ze allemaal nodig waren om van gedomesticeerde dieren secundaire energiedragers te maken.
2.3 de uitvinding van de windmolen (zie ook college 1)
Het eerst gedocumenteerde ontwerp is dat van een Perzische windmolen. Deze had verticale zeilen, gemaakt van bundels riet of hout en die waren bevestigd op horizontale leggers die waren vastgemaakt aan een verticale paal. Qua datering hebben we het dan over de 5e tot 9e eeuw voor Christus. (3)
De Perzen zouden de windmolen hebben gebruikt om graan te malen en hun velden te irrigeren.
Molens zijn ontworpen om dierkracht uit te sparen bij het malen van graan. Een molen kon ongeveer 1000 bushels per week malen, indien ze zes uur per dag bij gunstige wind kunnen draaien. Deze molens betekenden een flinke productiviteitsverbetering, want de mens kon hiermee het onderhoud van trekdieren uitsparen. (Zie ook de berekening van de Zeeuw (4))
In de 12 e eeuw waren Frankrijk en Engeland de pioniers van de Europese windmolens. Hierbij draaiden de wieken rond met de richting van de wind. De vier tot acht wieken stonden hierbij verticaal georiënteerd en waren voorzien van windzeilen. Sindsdien hebben de windmolens een rijke en gevarieerde ontwikkeling doorgemaakt.
Er bestaan speculaties dat al tijdens de eerste kruistocht in Europa windmolens zouden hebben bestaan. Maar het duurde tot 1270 voor er een afbeelding van een windmolen verscheen in de “Windmill Psalter” afkomstig uit Canterbury. In het “Doomsday Book” wordt geen gewag gemaakt van windmolens, maar er bestaat een verslag dat er in in 1191 in Bury St Edmunds een molen zou zijn gebouwd tegen het verbod van de plaatselijke gezaghebber in. Deze werd dan ook weer afgebroken. Voor meer informatie over de windmill psalter in http://wind.nrel.gov/public/library/shepherd.pdf
Dank zij de populariteit van deze energiedrager verspreidde de windmolen zich de volgende eeuwen over heel Engeland tot er omstreeks 1400 zo’n 10.000 waren. Deze waren vooral geconcentreerd in het zuiden en oosten waar uitgestrekte graanvelden waren.
In de Middeleeuwen werden de molens bestuurd door maaldistricten, vergelijkbaar met onze waterschappen. De molen was het eigendom van de Heer van het district, ongeacht wie de molen gebouwd had. Het was de verantwoordelijkheid van deze landheer om er voor te zorgen dat er genoeg molens waren om het graanaanbod te verwerken. Paus Celestine claimde echter dat de lucht die de molens gebruikten eigendom van de kerk was en dat de bouw van een molen daarom de toestemming van de kerk nodig had die tegen betaling van een fee kon worden verkregen.
De pachters van het Landgoed waren verplicht om hun graan bij de molen aan te bieden tegen een vastgesteld tarief.
Het eerste moderne relatief grootschalige gebruik van de windmolen ontstond in de 15 eeuw in Nederland en duurde tot het begin van de 20 e eeuw. Hier waren ongeveer 9000 windmolens in gebruik.
Nederland was toen toonaangevend op windmolengebied en Holland gold in de Engelse literatuur als de “windmill capital" van de wereld. Dat werd mede mogelijk gemaakt door het winderige klimaat en het vlakke vaak boomloze land. Maar ook in Engeland waren windmolens talrijk en belangrijk voor de economie van het land. Zowel in Engeland als in Nederland was de toepassing van windenergie in de tweede helft van de 19e eeuw op zijn hoogtepunt.
In de berekening van de Zeeuw (4) leverde de windmolen ten opzichte van menselijke arbeid een grote winst op. Een goed gevoede man kan zonder zijn gezondheid aan te tasten ongeveer 0,6 kWh per dag leveren. Aangezien een stationair draaiende molen een gemiddelde windmolen van 60 kWh haalt kon een windmolen dus het werk van 100 man doen. De 3000 molens die de Republiek in de Gouden eeuw rijk was spaarden dus de arbeid van 300.000 man uit.
Daar waar de molens het werk van paarden uitspaarden in de vorm van rosmolens zou de verhouding 1:17 bedragen. Een volwassen paard kan ongeveer 0,6 KW per tijdseenheid leveren en uitgaande van een werkdag van 6 uur levert die 3,6 kWh. Dat is dus zes keer zo veel als een man.
De windmolen heeft zodoende een belangrijke rol gespeeld in de historische, artistieke en economische ontwikkeling van de westerse beschaving.
In de 19e eeuw werd de molen ook voor industriële doeleinden gebruikt (d.w.z. niet meer op ambachtelijke schaal zoals tot dan gebruikelijk) en daartoe verbeterd. In deze tijd werd de molen in Engeland ook gebruikt voor het bemalen van land en om water op te pompen voor irrigatie. De 19e eeuw was het hoogtepunt in het bestaan van windmolens. Volgens Daey Ouwens van de TU Eindhoven waren er rond 1900 nog ongeveer 30.000 windmolens in bedrijf rondom de Noordzee. Samen zouden deze goed geweest zijn voor 100 MW dus 3,33 KW per molen. Waarschijnlijk waren er in de voorafgaande eeuw echter nog meer, omdat in de tweede helft van de 19e eeuw de stoomgemalen en elektrisch aangedreven maalsteen al in opkomst waren.
Aan het eind van de eerste wereldoorlog waren er nog 350 werkende windmolens en aan het eind van de tweede nog 50. Tegen 1950 waren alle molens die het land bemaalden verdwenen en vervangen door elektrische gemalen.
De Denen hebben in 1890 als eersten de windmolen gebruikt om er elektriciteit mee op te wekken. Sindsdien kunnen we in westernfilms veel zogenaamde Amerikaanse windmolens zien. Dat zijn de grote molens met ronde ringen waarin 20 tot 30 schoepen zitten die de molen laten draaien. Hiermee werd op afgelegen plaatsen stroom opgewekt. Maar ook werd deze molen vaak gebruikt om op droge plaatsen water uit een put of wel op te pompen.
Zie verder http://www.windmill.com/
Kijken we ten slotte naar de prestaties van moderne windmolens dan zien we dat een typische windmolen met twee of drie bladen, met een diameter van 40 meter en een masthoogte van 50 meter bij een optimale windsnelheid 500-750 kW kan leveren. De capaciteit van de grootste molens bedroeg in 2010 volgens Wikipedia 1 tot 1,5 MW en zal nog verder kunnen toenemen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Windenergie
bron Wikipedia
De moderne windmolen komt dus al gauw op het tienvoudige qua vermogen van de 17e eeuwsche molen, dit is het energetisch equivalent van 1000 man.
De nieuwste lot aan deze stam is de laddermolen van Wubbo Ockels. In college 9, dat over toekomstopties gaat, gaan we hier op in.
2.4 de uitvinding van het waterrad
De uitvinding van het waterrad is al heel oud en waarschijnlijk ouder dan de windmolen. De uitvinding dateert mogelijk van de Griekse tijd, toen Archimedes zijn schroef uitvond. Mogelijk dat watermolens echter ook al langer gebruikt zijn.
Een van de factoren waardoor de ontwikkeling van Europa na 1500 in een versnelling kon gekomen is de opwekking van energie door watermolens. Een bekend verhaal is dat over de waterval in de Clyde bij Lanark in Engeland.
In 1783 kwamen daar twee bezoekers, David Dale and Richard Arkwright om te bekijken of zij daar een door waterkracht aangedreven spinfabriek konden bouwen.
Feitelijk is toen het eerste industriële complex van Engeland gebouwd. Men kon hier namelijk honderd spinmachines tegelijk aandrijven. Dit blijkt een voorloper te zijn geworden van de Engelse textielindustrie, die op zijn beurt de Industriële revolutie op gang heeft gebracht. Voor meer informatie zie http://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Arkwright
2.5 De uitvinding van mest als brandstof
Waarschijnlijk dateert deze uitvinding van niet veel later dan die van de domesticering van de zoogdieren. Vooral in houtarme gebieden was het de belangrijkste brandstof. In grote delen van de derde wereld wordt nog steeds dierlijke mest gebruikt. Bijvoorbeeld door de Masaai in Kenya en verder in India en Z.O.Azie. In India zijn mensen zelfs beroepsmatig bezig met het aanmaken en verkopen van koeienstrontkoeken als brandstof. De koeienstront wordt daartoe tegen een muur gesmeerd, zodat ze kan drogen en harden. Daarna wordt ze in “koeken” gesneden en verkocht. Zo vormt het voortbrengen van de grondstof voor deze brandstof een van de nuttige functies van de heilige koeien in India. We mogen aannemen dat deze brandstof in de Oudheid ook veel is toegepast. In ieder geval is uit oude reisbeschrijvingen bekend dat op de Zijderoute en andere karavaanroutes die gedeeltelijk over bergen voerden de mest van de lastdieren vaak werd verzameld om er s’avonds een vuur van te branden.
2.6 de uitvinding van houtskool
Het is niet bekend wanneer deze uitvinding is gedaan, maar hij was zeer belangrijk, omdat houtskool een noodzakelijk ingrediënt was voor het smelten van metaalertsen.
Houtskool werd ook gebruikt voor de productie van buskruit. De ideale mengverhouding was 75% salpeter, 10% zwavel en 15% houtskool.
Volgens een rapport van de FAO uit 2001 werd toen in Afrika 85% van al het geoogste hout gebruikt voor als brandstof.
Houtskool is nodig bij de bereiding van koper, brons en ijzer. De uitvinding van houtskool zou daarom heel goed in het begin van de bronstijd gedaan kunnen zijn. Het is namelijk tot de uitvinding van de cokes de enige brandstof voor smeltovens geweest. Zonder houtskool was de overgang van het stenen naar het bronzen tijdperk en vervolgens naar het ijzeren tijdperk niet mogelijk geweest.
De productie van houtskool was een tijdsintensieve arbeid en vergde veel brandhout. Voor de productie van 1 kg houtskool was vroeger 8 kg hout nodig. De productie was dan ook een bewerkelijk proces en dus kostbaar. Tegenwoordig is met betere technieken maar 3 kg hout meer nodig voor 1 kg houtskool. In Engeland waar in de zestiende eeuw al veel ijzer gemaakt werd was door het grote gebruik van cokes het beslag op brandhout zo sterk toegenomen dat verregaande ontbossing dreigde. Dat leidde er al in 1584 toe dat het verboden werd om bossen te kapen voor de productie van houtskool. De overheid vreesde namelijk dat de houtvoorziening voor scheeps-en woningbouw anders in gevaar zou komen. Zo zien we dat gebodsbepalingen nieuwe uitvindingen kunnen uitlokken.
2.7 de uitvinding van de baggerbeugel
In college 2, over turf, is de baggerbeugel al ter sprake gekomen. Deze uitvinding was belangrijk , omdat ze het mogelijk maakte om turf uit laagveen te winnen. Verder zijn er aan de winning van turf geen speciale technieken te pas gekomen.
2.8 uitvindingen met betrekking tot de winning van steenkool.
In Engeland waar de houtschaarste nijpend werd, maar waar de hoog-en laagveenvoorkomens niet op gunstige locaties gelegen waren, werd het substituut voor hout steenkool. Aanvankelijk gebeurde dit aan de oppervlakte, in dagbouw. In Engeland waren voldoende gebieden waar dit mogelijk was.
Een groot probleem bij de vroegste winning van steenkool was dat als de steenkool aan de oppervlakte was weggegraven, men de diepte in moest en dus mijnen moest aanleggen. Die konden echter niet diep zijn, omdat ze snel vol water liepen. Om ze droog te krijgen moest de pomp uitgevonden worden.
Van Archimedes is bekend dat hij een waterpomp heeft ontworpen: de schroef van Archimedes. Veel later heeft deze de inspiratie geleverd om voor schepen schroefaandrijving toe te passen. (Zie college 4)
Wellicht dat men hier en daar aanvankelijk windmolens heeft gebruikt om steenkoolmijnen droog te houden. Maar de mogelijkheden bleven toch beperkt, totdat de stoommachine werd uitgevonden. Dit was een van de weinige gevallen waarin er een duidelijke behoefte bestond aan een bepaalde uitvinding. Die dan kwam dan ook in de vorm van de stoommachine van Newcomen.
2.9 de uitvinding van cokes en van gas uit steenkool
Toen het in Engeland in 1584 werd verboden om houtskool te gebruiken voor de ijzerbereiding moest de ijzerindustrie noodgedwongen overstappen op steenkool.
Echter, door het hoge zwavelgehalte van de kolen waren deze ongeschikt om er ijzererts mee te reduceren. Men begon dus al gauw te experimenteren met steenkool. In 1620 weet Dudley van steenkool cokes te maken, maar het zou nog tot 1735 duren voordat een door Darby opnieuw ontwikkeld procédé ook wordt toegepast. Vanaf dat moment kon men in hoogovens grote hoeveelheden ruwijzer produceren en begon Engeland de leiding in de Europese ijzerindustrie begon over te nemen.
2.10 de uitvinding van de generator
Dit is op energiegebied ongetwijfeld de belangrijkste uitvinding van de 19e eeuw geweest.
Het was in 1775 dat de Italiaan Alosio Galvani de eerste generator ontwierp.
Het principe berustte er op dat het ronddraaien van een magnetische kern in een behuizing van spoelen van koperdraad electriciteit opwekt, de belangrijkste secundaire energiedrager in de moderne samenleving.
Het nut van elektriciteit is natuurlijk echter volledig afhankelijk van de toepassingen. Die zijn in de loop van de meer dan twee eeuwen daarna zo enorm in aantal geweest dat we rustig kunnen zeggen dat deze onze leven dramatisch hebben veranderd. Van alle uitvindingen op energiegebruik heeft die van de elektriciteit en haar toepassingen waarschijnlijk de grootste economische, sociale en culturele gevolgen gehad. Op de uitvindingen met betrekking tot de toepassing van energiedragers komen we hier nog terug.
2.11 uitvindingen met betrekking tot de oliewinning
De wieg van de oliewinning heeft in 1859 in Amerika gestaan, in Oklahoma, als we de Amerikaanse posterijen mogen geloven.
In die tijd begonnen de Amerikanen aardolie tot lampolie te verwerken. Dat ging via destillatie in een zogenaamde destillatiekolom. Het boren naar olie gebeurde op goed geluk. Meestal leverde de boring dan ook niets op. De eerste die het belang van een regelmatige afvoer en verkoop onderkende was John D.Rockefeller. Hij was de eerste die voor het transport van olie pijpleidingen gebruikte in plaats van vaten. Aanvankelijk waren deze van hout. De aanleg was nog zeer arbeidsintensief. Stoompompen zorgden voor de voortstuwing in die leidingen. Erg milieuvriendelijk was het natuurlijk niet. Er zal wel veel olie weggelekt zijn.
Trouwens ook van de bronnen was de opbrengst zeker niet maximaal. Aanvankelijk kon men technisch lang niet alle aanwezige olie winnen. Dat is inmiddels heel anders. In Schoonebeek is de NAM op een zeker moment begonnen met stoominjectie om de laatste olie uit het poreuze gesteende te persen en vervolgens naar boven te pompen.
2.12 winning van aardgas
Hierbij moet men denken aan de techniek van afsluiters. Gas komt in het algemeen met een hoge druk uit de aardbodem en is wat dat betreft veel moeilijker te beheersen dan olie, dat onder veel minder hoge druk naar boven komt en meestal zelfs opgepompt moet worden. Dat laatste gebeurt dan doorgaans met de bekende jaknikkers. Bij aardgas heeft men blowuppreventers nodig. College 6 is geheel gewijd aan aardgas.
2.13 de kernsplitsing
De winning, verwerking en toepassing hiervan zullen we bij college 9 dat over de toekomstopties gaat behandelen
Dat zelfde geldt voor de kernfusie en de zonnecel.
Evaluatie
Het is interessant om na te gaan of we in de hiervoor besproken uitvindingen een lijn kunnen ontdekken. In de eerste plaats of de uitvindingen min of meer toevallig tot stand lijken te zijn gekomen of dat ze gestimuleerd zijn door bepaalde omstandigheden. Verder kunnen we er misschien uit opmaken of uitvindingen toch in de eerste plaats het werk zijn geweest van enkele bijzondere genieën of dat ze meer zijn voortgekomen uit de bijdragen van velen.
We komen hiermee op een interessant thema van Jared Diamond , namelijk dat van de context waarbinnen uitvindingen worden gedaan. Hij werkt dat in zijn boek “Guns, Germs and Steel” uit in hoofdstuk 13: ” Necessity’s mother, the evolution of technology”
Het thema van dit hoofdstuk is waarom uitvindingen worden gedaan en van welke factoren die uitvinding afhankelijk is. Ook hier komt Diamond terug op zijn Leitmotiv dat de grote uitvindingen overwegend in Eurazië zijn gedaan en niet in Amerika en Afrika bezuiden de Sahara en in Oceanië
Allereerst rekent hij af met de wijd verbreide veronderstelling dat uitvindingen worden gedaan omdat de tijd er rijp voor is, dat wil zeggen omdat er behoefte aan bestaat. Dit geldt slechts voor een beperkt aantal uitvindingen. Hij noemt hiervoor de katoenplukmachine en de stoommachine. Verder vermeldt hij het Manhattanproject, het programma van de Amerikanen om de technologie te leren beheersen om eerder dan Nazi Duitsland een atoomwapen te kunnen maken.
Maar het overgrote deel van de uitvindingen is niet gedaan om daarmee in een specifieke behoefte te voorzien. In heel veel gevallen zijn uitvindingen anders toegepast als de uitvinder gedacht had. Een mooi voorbeeld daarvan is de uitvinding van de grammofoon. Edison had zich hier allerlei toepassingen voor gedacht, maar niet om deze aan te wenden voor het afspelen van muziek.
Verder rekent Diamond af met de gedachte dat de hele technologische ontwikkeling van de mensheid te danken zou zijn aan slechts enkele unieke genieën. De werkelijkheid is dat degene aan wie de uitvindingen zijn toegeschreven hebben voortgeborduurd op vroegere minder bekend geworden versies, die nog onvoldoende gerijpt waren.
Zo heeft James Watt weliswaar de uitvinding van de stoommachine in 1760 op zijn naam staan. Maar het verhaal van het deksel dat danste op de stoom van een pan is onzin. Watt kende al de machine die Thomas Newcomen , 57 jaar eerder, had ontworpen. En Newcomen’s machine was weer een vervolg op een in 1698 gepatenteerde machine van Thomas Averij, die weer een betere versie was van wat de Fransman Denis Papin in 1680 had ontworpen, maar niet gebouwd. Die daarbij onder andere gebruik had gemaakt van inzichten van de Nederlander Christiaan Huygens.
Een soortgelijk verhaal geldt voor de uitvinding van het vliegtuig. Het ontwerp van de gebroeders Wright was geïnspireerd door het ongemotoriseerde vliegtuig dat Otto Lilienthal daarvoor al had uitgevonden en door het ontwerp van het onbemande gemotoriseerde vliegtuig van Samuel Langley.
De uitvinding van het vliegtuig is trouwens ook een voorbeeld van een uitvinding waaraan geen behoefte bestond.
Het zelfde geldt voor de uitvinding van de auto. Toen Nikolaas Otto in 1866 zijn eerste gasmotor ontwierp was er zeker geen transportcrisis.
Er waren genoeg paarden en in aanvulling voldeden de spoorwegen ook goed. Op de foto rechts zien we de ontmoeting van trein en diligence.
Omdat de motor van Otto zwak was, zwaar en zeven voet hoog, was die geen partij voor paardentractie. Pas in 1885 kwam er een betere motor toen Gottfried Daimler deze motor op een fiets monteerde. Dat werd de eerste motorfiets. Op de foto links zien we in het zelfde jaar Karl Benz met een zelfde constructie.
Daimler bouwde zijn eerste truck pas in 1896. In 1905 waren auto’s nog erg bedrijfsonzekere en dure speeltjes voor de rijken. Het publiek hield het nog tot de eerste wereldoorlog op paarden en treinen. Vergelijk dit eens met de acceptatie van de PC.
Tegenwoordig worden in alleen al de Verenigde Staten jaarlijks ongeveer 70.000 patenten gevestigd. Slechts een fractie hiervan krijgt een commerciële toepassing. Kortom, aan de meeste uitvindingen bestond en bestaat geen behoefte. Aan de andere kant leiden vele uitvindingen onbedoeld tot producten waaraan de samenleving ineens wel behoefte blijkt te krijgen.
Uit het bovenstaande blijkt dus dat de technologische vooruitgang niet zozeer een kwestie is van een paar geweldige geïsoleerde uitvindingen van een paar zeldzame genieën, maar dat het veel meer een proces is van opeenvolgende technische innovaties, waarbij de ene uitvinder voortborduurt op de vondsten van zijn voorgangers.
Dat geeft al een gedeeltelijke verklaring waarom de uitvindingen vooral in Eurazië zijn gedaan. Het is de zelfde reden als met de gedomesticeerde dieren en planten. Er was in dit gebied veel meer uitwisseling mogelijk. Zo hebben de Chinezen bijvoorbeeld het buskruit uitgevonden, dat vervolgens via de Arabieren in West Europa is gekomen. Het zelfde geldt voor de kruiwagen, de strijkbordploeg en de stijgbeugel. Alleen kon het wel honderden jaren duren voor de uitvinding aan het andere kant van het continent werd overgenomen.
Amerika was weliswaar de op een na grootste landmassa, maar het Aztekenrijk in Midden Amerika was door tropisch regenwoud gescheiden van het Incarijk, dat hemelsbreed slechts 1200 km naar het zuiden lag. Ook naar het noorden was geen doorgang door de Noord Mexicaanse woestijn. Afrika bezuiden de Sahara was ook sterk geïsoleerd. De isolatie gold natuurlijk het sterkst voor Oceanen.
Het bovenstaande verklaart waarom uitvindingen zich op het ene continent beter konden verspreiden dan op het andere. Maar het verklaart nog niet waarom de ene samenleving ontvankelijker was voor innovaties dan de andere. Het doen van een uitvinding is één ding, de samenleving tot de adoptie krijgen is een tweede. In de geschiedenis zijn zelfs enkele bizarre voorbeelden van hoe een samenleving een technische verworvenheid weer heeft afgeschaft. Zo heeft Japan op zeker moment weer afstand gedaan van geweren. Vanwege hun geïsoleerde ligging kon het zich dat permitteren. Het duurde tot de komst van de Amerikaanse admiraal Perry in 1853 die Japan met de dreiging van geweld voor de handel met het westen openlegde voor Japan zich weer ging bewapenen.
3 Uitvindingen met betrekking tot het transport Vanwege de structuur van deze cursus is hier het vierde college aan gewijd.
4 Uitvindingen met betrekking tot de toepassing van energiedragers
Ook bij deze categorie van uitvindingen zal ik de gevolgen schetsen voor welvaart, welzijn en hedendaagse cultuur, zoals tot uiting komend in de manier waarop wij onze leefomgeving hebben ingericht. Die is immers in sterke mate door onze omgang met energiebronnen bepaald. Zonder de beschikbaarheid van olie en de uitvinding van de explosiemotor zouden wij ons land niet voor een belangrijk deel met asfalt hebben kunnen beleggen en zouden wij vaak niet zo ver van ons werk wonen. Ons dagelijkse werk zou er totaal anders hebben uitgezien. Zonder de beschikbaarheid van goedkope brandstof zouden onze huizen, waarin wij een veel groter deel van onze tijd dan vroeger doorbrengen, er heel anders hebben uitgezien. En zo kunnen we nog wel even doorgaan.
In 1968 verscheen een boek van de Franse auteur Jean Fourastié (5) waarin deze schetste dat de komende generatie werknemers nog maar 20.000 uur van hun totale leven zouden behoeven te werken. Die visie was geheel gebaseerd op de gevolgen van de uitvindingen die wij in dit college zullen schetsen.
Van deze categorie uitvindingen, nog veel groter in aantal dan die met betrekking tot de winning en het transport, zal ik nu de allerbelangrijkste langslopen.
Daarvoor heb ik geselecteerd:
1 het maken van vuur
2 de boot
3 de uitvinding van verlichtingsmiddelen
4 de uitvinding van de oven
5 uitvinding van wiel en wagen
6 de uitvinding van de houtzaagmolen
7 uitvindingen m.b.t. de toepassing van steenkool
8 uitvindingen m.b.t. de toepassing van olie
9 uitvindingen m.b.t de toepassing van elektriciteit
4.1 Het maken van vuur in de oudheid
Om vuur te kunnen maken zijn primaire energiedragers nodig, zoals hout of zonnestraling.
Onze voorouders in het Stenen Tijdperk hadden twee methoden om vuur te maken. De eerste methode was die van de tondelslag. Hiervoor was pyriet, zwavelhoudend gesteente, nodig. Dit kwam voor in kalklagen of in mijnen. Verder had men schraapsel nodig van een dikke gedroogde tondelzwam. Door met een scherpe vuursteen over de binnenkant van die tondelzwam te schrapen kreeg men het licht ontvlambare tondel. Vervolgens werden er van het pyriet stukjes afgeschraapt, zodat stukjes zwavel vrijkwamen. Deze werden op de tondel gelegd. Ten slotte werd het resterende pyriet en de vuursteen hard tegen elkaar geslagen, waardoor vonken ontstonden en het schraapsel ontbrandde. Met droog stro en hard blazen moest dan een vlammetje ontstaan.
De tweede methode was om met de handen een stuk hard hout tegen een stuk zacht hout te draaien totdat genoeg wrijvingswarmte ontstond en er houtskool en ten slotte vuur ontstond. Met de uitvinding van de vuurboor kon dit verbeterd worden. De vuurboor was een stuk hard hout waaraan onder twee riemen zaten, die vastgemaakt waren aan een handvat. Door aan het handvat te trekken kon men de stok snel laten draaien, waarbij de riemen beurtelings werden opgerold en afgewikkeld.
4.2 De boot
Een van eerste uitvindingen van de mens om gebruik te maken van een energiebron was het gebruik maken van stromend water. Een verre voorouder heeft zich mogelijk ooit eens aan stroomafwaarts drijvende boomstam vastgeklampt, toen hij geen grond meer onder de voeten voelde en toen geconstateerd dat het een gemakkelijke manier van voortbewegen was. Om niet ongewenst aan de kant te komen had hij een lange tak nodig waarmee hij zich kon afzetten.
De volgende uitvinding was om een boomstam uit te hollen. Dat gaf stabiliteit en je kon er veel meer mee vervoeren. Dat uithollen gebeurde met stenen bijlen of met vuur.
Een andere toepassing van stromend water vindt nog steeds plaats in Zweden. Een groot deel van de gevelde bomen in Scandinavië wordt tot vlotten samengebonden en door de Zweedse elven naar de kust vervoerd, waar de houtzagerijen staan.
4.3 de uitvinding van verlichtingsmiddelen
De toepassing van het vuur was in het begin vooral gericht op het verdrijven van de duisternis. De oudste vorm van verlichting was natuurlijk het houtvuur. Maar er kwamen natuurlijk ook al gauw toortsen. Ietwat geavanceerder was al de kaars.
Het principe van de kaars is dat een lont in een ronde staaf vet is ingebracht. De lont brandt en smelt het vet er omheen weg dat dan overgaat in gas dat gaat branden.
De olielamp dateert van de Sumeriërs.
In 1558 heeft Parijs de primeur van de eerste straatverlichting. De veiligheid van de stad werd er belangrijk door verbeterd.
In de eerste twee decennia van de 19e eeuw verschijnt de gaslamp. Het hiervoor benodige gas werd geproduceerd in de gasfabrieken. De eerstee gasfabriek in Necerland dateert van 1825. (foto rechts) Daardoor kregen veel meer steden en straten straatverlichting. Maar omdat het gaslicht duur was duurde het nog tot 1880 voor een vijfde van alle huizen op het gasnet was aangesloten. Een belangrijke uitvinding was die van het gloeikousje, dat de lichtopbrengst sterk verhoogde. Zie verder
http://wetenschap.infonu.nl/diversen/91385-gaslampen-voor-in-huis-1800-1940.html
Maar al heel snel daarna, in 1881, presenteerde Edison zijn eerste elektrische gloeilamp. In 1912 wordt de gloeilamp van Edison door een klein Nederlands bedrijf in Eindhoven in productie genomen. Dit was Philips Gloeilampenfabriek NV. Sindsdien is de ontwikkeling op het gebied van verlichting niet stil blijven staan. De jongste loot aan die stam is de led-lamp. Deze levert ten opzichte van de gloeilamp en de spaarlamp een geweldige efficiencywinst op. Een voorbeeld van de toepassing is een kleine zaklantaarn van 1 watt, die ongeveer de zelfde lichtopbrengst geeft als een lamp van 100 watt. Led staat voor ”light emitting divider”. Het hoofdbestanddeel is een chip van lichtgevend materiaal in een speciale behuizing. Het kenmerk is dat deze heel weinig warmte gebruikt en daardoor zeer energiezuinig is.
4.4 De uitvinding van de oven
Het gaat hier allereerst natuurlijk om het kunnen maken van vuur. Belangrijke uitvindingen daarna waren de ontwikkeling van ovens. Eerst zonder schoorsteen, daarna met. Vervolgens kwam de blaasbalg waardoor men hogere temperaturen kon bereiken. In het eerste college, over energie en prehistorie is hier al op ingegaan evenals op de rol van houtskool daarbij.
4.5 De uitvinding van wiel en wagen
Deze twee zijn als een toepassing van gedomesticeerde zoogdieren te beschouwen. Deze hebben we, als zijnde een energiebron, al in het eerste college besproken.
Bij de ossenwagen kan men zich afvragen wat er eerder was, de os of de wagen. Want beiden konden eigenlijk niet zonder elkaar.Voor wiel en wagen waren ossen de belangrijkste trekdieren. Ze waren langzaam, maar zeker. Paarden waren natuurlijk sneller maar veel kwetsbaarder en dat was belangrijk bij de nauwelijks gebaande wegen waarover de trek naar het Westen in Amerika en die naar het Noorden in Zuid-Afrika moest plaatsvinden.
Meer over wiel en wagen in college 4 dat geheel aan energie en tranport gewijd is
4.6 De houtzaagmolen
Een zeer belangrijke toepassing voor de windmolen ontstond toen Cornelisz van Uitgeest in 1594 de houtzaagmolen uitvond.
Dank zij deze vinding werd het voor Nederland mogelijk ongezaagd hout uit omliggende landen te importeren, zodat hier een omvangrijke scheepsbouw kon ontstaan. Vooral langs de Zaan verschenen houtzaagmolens die de belangrijkste toeleveranciers voor de scheepsbouw vormden. In 1630 telde de Zaanstreek 53 molens en aan het einde van de eeuw al 250. Amsterdam telde honderd van die molens. Rotterdam en Dordrecht elk 25.
Het economische belang van deze uitvinding kan moeilijk overschat worden. Feitelijk heeft Nederland daar zijn hele scheepsbouw aan te danken gehad.
In de 19e eeuw werd de molen ook voor industriële doeleinden gebruikt en daartoe verbeterd. In deze tijd werd de molen in Engeland ook gebruikt voor het bemalen van land en het oppompen van water voor irrigatie. De 19e eeuw was het hoogtepunt in het bestaan van windmolens. Aan het eind van de eerste wereldoorlog waren er nog 350 werkende windmolens en aan het eind van de tweede nog 50. Tegen 1950 waren alle molens die het land bemaalden verdwenen en vervangen door elektrische gemalen.
Het belang van de scheepsbouw
Aan het einde van de zestiende eeuw waren in een groot deel van West Europa de bossen verdwenen. Gedeeltelijk was dat het gevolg van de enorme houtbehoefte die voortvloeide uit de bouw van steeds meer schepen. Zo is de mythe in de wereld gekomen dat de bouw van de Spaanse Armada een grote aanslag op de bossen van de Spaanse hoogvlakten zou hebben betekend. Dit lijkt echter nogal overdreven. De Spaanse armada (1588) bestond uit een vloot van 130 schepen. Het is niet goed te achterhalen hoeveel stammen er in een boot van die tijd gingen, maar laat er eens duizend geweest zijn. Dan zouden voor de Armada dus 130.000 bomen gekapt moeten zijn. Afhankelijk van de kwaliteit van de bodem kunnen per hectare ongeveer 25 volwassen bomen staan. Elke boom heeft dan 400 m2 tot zijn beschikking. Dat betekent dat er op een km2 2500 staan. Voor het hout van de Armada zou dan een stuk bos van 52 km 2 volstaan hebben. Aangezien dit nog lang geen duizendste deel van de oppervlakte van het toenmalige Spanje was, kan het verhaal van ontbossing als gevolg van de armadabouw als historische nonsens afgedaan worden, tenzij het bosareaal van Spanje van die tijd uit slechts enkele procenten van de totale oppervlakte zou hebben bestaan.
Iets anders wordt het als we de gehele scheepsbouw in Europa in die tijd in ogenschouw nemen. Vooral na 1600 worden steeds meer en grotere schepen gebouwd. De Nederlandse scheepsbouw was geconcentreerd in Amsterdam, Zaandam, Hoorn en Enkhuizen. Het benodigde eikenhout voor de zware constructiedelen kwam overwegend uit het buitenland. Eerst uit Rijnland, via de Rijn. Maar toen de bossen hier uitgeput raakten, ging men het hout van rond de Oostzee betrekken. Daar kwamen ook de grenen houtsoorten vandaan. De vurenhouten delen kwamen uit Scandinavië.
Samen met die andere vinding, namelijk van het fluitschip, dat lange boomstammen in hun geheel kon vervoeren, heeft deze vinding een geweldige impuls gegeven aan de industrialisatie van Nederland en heeft zij daarmee een belangrijke bijdrage geleverd aan de Gouden Eeuw. Behalve voor de binnenlandse markt werden namelijk ook veel schepen op bestelling voor het buitenland gebouwd. Nederland was qua scheepsbouw toonaangevend, wat aanleiding was voor de Russische Tsaar Peter de Grote om in eigen persoon naar Nederland te komen.
De scheepsbouw was in de 17e eeuw de grootste nijverheid in Nederland. In Holland was zeker 50% van de beroepsbevolking in de scheepsbouw en de toeleveringssector daarvan werkzaam. In totaal schat Bruijn (..) de werkgelegenheid op 10.000 arbeidskrachten. En dit allemaal dank zij de uitvinding van de houtzaagmolen.
Als we willen weten hoeveel hout dit gevergd heeft kunnen we uitgaan van de benodigde hoeveelheid eiken die voor de replica van de Batavia nodig geweest zijn. Dit waren er 400, uitgaande van 5 m3 per boom. Jaarlijks werden er 10-20 van dit soort schepen gebouwd.
Dit vermenigvuldigd met het totale aantal schepen van 30-400 per jaar waren dus 160.000 eiken per jaar nodig. Gaan we hierbij uit van eiken van tachtig jaar oud, dan zou het eikenbestand dus bijna 13 miljoen bomen hebben moeten bedragen. Bij een dichtheid van 25 bomen per hectare, ze staan ten slotte 20 meter uit elkaar, dus 2500 per km2 zou de totale benodigde oppervlakte op 5200 km2 zijn uitgekomen. Aannemende dat de bouw van de niet meegerekende binnenschepen dit aantal nog eens zou verdubbelen, dan zou dus ongeveer 10000 km2 nodig zijn geweest. Op de totale oppervlakte van de republiek van ongeveer 30.000 km2 is dit een derde gedeelte
4.7 Uitvindingen met betrekking tot de toepassing van steenkool
De uitvindingen waar het hier om gaat zijn die van de cokes en die van de stoommachine. Op die van de cokes zijn we kort ingegaan onder 3.2.
De uitvinding van de stoommachine is qua belangrijkheid vergelijkbaar met de uitvinding van het wiel.
De belangrijkste toepassing van de stoommachine was aanvankelijk om er water mee uit de mijnen te pompen. Pas hiermee kwam deze fossiele brandstof in zijn volle omvang ter beschikking van de mensheid. MCNeill vergelijkt het belang hiervan met de uitvinding van de strijkbordploeg die de boeren in de vochtige laaglanden van Europa in staat stelde hun land te bewerken. (Overigens in China uitgevonden)
In 1800 had Groot Brittannië 2000 stoommachines waarvan de meest voor pompdoeleinden werden gebruikt. De steenkool die hierdoor massaler ter beschikking kwam werd daardoor een stuk goedkoper. Steenkool en de stoommachine vormden zo de motor van de Industriële Revolutie.
Alvorens James Watt in 1760 een patent op zijn naam wist te vestigen en daarmee voor de uitvinder van de stoommachine doorgaat, zijn er heel wat voorgangers geweest met eerdere ontwerpen, zoals in de inleiding reeds aangegeven.
James Watt heeft een stoommachine geconstrueerd die werkte, maar door de hierop gevestigde patenten was het voor anderen onmogelijk om er verdere verbeteringen op aan te brengen. Commercieel was zijn machine niet toepasbaar, omdat hij veel te log en te zwaar was. De machine woog honderden tonnen. In 1770, tien jaar nadat James Watt zijn patent vestigde, demonstreerde Jacques Perrier voor de waterwerken van Parijs een al beter ontwerp, gemonteerd op een boot waarmee hij de Seine wilde opvaren. In Engeland was men in die tien jaar niet verder gekomen vanwege de patenten. James Watt heeft de verbreiding van de stoommachine dus feitelijk meer belemmerd dan verbreid.
Perrier deed dus de eerste poging om de stoommachine in te zetten als aandrijving van een boot. Zijn machine was weliswaar veel minder zwaar dan die van Watt, maar hij had te weinig vermogen en kon niet tegen de stroom van de Seine opkomen. Hij gaf zijn pogingen daarmee op.
De draad werd vervolgens opgenomen door de Franse markies de Jouffroy, die gevangen zat wegens een verboden duel en die in zijn cel een verbeterd ontwerp uitdacht. Na zeven jaar sleutelen, hij was inmiddels weer vrij, had hij de Pyroscaphe geconstrueerd, waarmee hij op 15 juli 1783 de Saone opvoer. De boot deed 9 km/uur. Helaas heeft hij niet de tijd gekregen om zijn ontwerp ook tot een commercieel succes te maken. Door het uitbreken van de Franse revolutie werd de grond in Frankrijk te heet onder zijn adellijke voeten.
In 1803 liet Robert Fulton, een Amerikaanse schilder, ingenieur en uitvinder, die op dat moment in Parijs leefde, een door hem ontworpen stoomboot op de Seine varen. Fulton bood vervolgens het ontwerp aan Napoleon aan, maar deze wilde van zijn vinding niets weten en zou gezegd hebben: "Jij zou een schip tegen de winden en stromingen in laten varen door een vreugdevuur aan te steken onder haar dek ? Ik heb geen tijd voor zulke nonsens". Daarop vertrok Fulton naar New York, waar hij in 2007 met een stoomboot op de Hudson voer. Het zou echter nog tot 1809 duren voor hij zijn eerste commerciële stoomboot lanceerde.
Dit was een stoomraderboot. De aan weerszijden van de romp bevestigde schoepen werden aangedreven door stoomkracht. Er deed zich echter al direct een groot bezwaar voelen, namelijk dat de breedte van de sluizen niet berekend was op deze uitstulpingen. Verder waren ze op zee ook ongeschikt omdat door de deining de aandrijving aan een zijde vaak wegviel waardoor de boot moeilijk bestuurbaar werd. Ten slotte kon de raderboot ook niet opereren bij ijsgang. Daarom raakten de stoomraderboten alleen in zwang op de rivieren, zoals de Missisippi.
Het wachten was nu op een uitvinding die aan deze ongemakken een einde zou maken. Die kwam ook en is geen uitvinding die bij toeval gedaan is. Dit is de uitvinding van de scheepsschroef. Economisch gezien is dit een van de belangrijkste uitvindingen van de 19e eeuw geweest, zoals we nog zullen zien. Deze was afkomstig van de Zweed John Ericsson. Erder had deze zich op de bouw van een stoomlocomotief geworpen.Maar toen hij in 1829 de race met de door Stephenson ontworpen locomotief had verloren legde hij zich helemaal toe op de stoomboot.
Het was zijn idee om de schroef van Archimedes als uitgangspunt te gebruiken. Hij bedacht dat je een schroef niet alleen kon gebruiken om water op te pompen, maar ook om het weg te duwen; in omgekeerde richting dus. Dat heette coaxiale contrarotatie. De overbrenging was hierdoor energetisch gezien veel efficiënter dan bij een raderboot. Het aantal toeren van een raderboot lag op 25 per minuut . Die met schroefaandrijving op 100 per minuut. In 1836 vroeg Ericsson in Engeland patent aan. Hierna bouwde hij een stoomboot, de Francis B.Ogden die een 650 ton zware sleep kon trekken. Het bewijs was geleverd. Toch ging het hem als ondernemer nog niet voor de wind. Dat kwam omdat de Engelse marine erg lang talmde met hem opdrachten te gunnen.
Toch bleken de voordelen van de stoomboot steeds duidelijker. Een van de grote voordelen ten opzichte van de zeilschepen was dat ze op een tamelijk precies tijdschema konden varen. Dat was bij zeilschepen vanwege de onzekere wind natuurlijk niet mogelijk. Wel waren de stoomboten, een halve eeuw naar de mislukte toch op de Seine, nog zeer onderhoudsgevoelig. Er moest voortdurend gesmeerd worden, sintels weggeschept enz. Bovendien waren veel kolen nodig, waardoor de actieradius van de stoomschepen nog niet erg groot was.
Zodoende bestonden in de overgangsfase tussen zeil- en stoomschepen hybride varianten. De stoomaandrijving werd daarbij voornamelijk gebruikt om in en uit de havens te komen en in perioden van windstilte of ongunstige wind, terwijl in de rest van de tijd werd gezeild. In 1838 bouwde Ericsson een tweede schip die twee aken van elk 500 ton kon trekken. Daaruit blijkt dat de stoomboot ook vooral geschikt was als sleepboot.
Vanwege de onderwateraandrijving via de schroef waren schepen ook veel minder kwetsbaar. Daardoor raakte de Amerikaanse marine al gauw geïnteresseerd.
Toen de machines steeds efficiënter werden kon men er ook verder mee varen. In 1860 was elk stoomschip van schroefaandrijving voorzien en kon het tijdperk van massavervoer over de oceaan beginnen.
Met als een van de grootste gevolgen dat er in Europa door de massale aanvoer van goedkoop graan uit Amerika een grote landbouwcrisis uitbrak en een grote emigratie naar Amerika op gang kwam, waarvan in het boek van Frank Westerman: "De Graanrepubliek" melding wordt gemaakt.
Hiermee werden de gevolgen van de in Engeland begonnen industriële revolutie wereldomvattend. Door de mogelijkheid van massaproductie, vooral in de textielindustrie, gingen de textielindustrieën in de rest van de wereld vrijwel geheel ten onder. Dat maakte dat de industriële en economische alleenheerschappij geheel bij Engeland kwam te liggen. Zo konden al in 1860 de Indiase wevers niet op tegen de Britse concurrentie, omdat ze niet over voldoende goedkope energie beschikten en de kwaliteit van hun productie onvoldoende konden garanderen. Het spreekwoord in grote delen van de wereld werd zo al gauw: “Voor een ieder die zijn brood verdient met weven is het beter snel te sterven dan lang te leven”
Het begon allemaal met de textielindustrie, maar dit proces herhaalde zich bij andere industrieën. Kortom, de uitvindingen rond de toepassing van steenkool maakten van Groot-Brittannië de eerste supermacht in de wereld.
De ontwikkeling van Groot-Brittannië leidde uiteraard tot reacties bij de andere grote landen in Europa. De Industriële Revolutie sloeg het eerst over naar België. Ook hier had de stoommachine zijn entree gedaan in de industrie. In dit verband noemen we de naam Cockerill. Dit was een Engelse handwerksman die in de Engelse textielindustrie werkzaam was en goed de werking van de "Spinning Jenny" kende. Dit was een revolutionaire vinding om uit wol draden te spinnen.
Het was in de periode van de Napoleontische oorlogen en Engeland probeerde angstvallig om haar industriële geheimen voor zich te houden. Maar Cockerill had alles in zijn hoofd, vertrok naar Verviers in Waals België en verkocht daar zijn geheimen. Daarbij liet hij zijn spinmachines aandrijven door stoom. In 1817 kon hij met een stoommachine van 500 pk al zijn spinmachines aandrijven.
In 1830 was Cockerill, die al gauw op machinebouw overging, wat een enorme arbeidsbesparing opleverde omdat de spinmachines van voorheen van hout waren en een voor een handgemaakt moesten worden, de grootste geïntegreerde fabriek in Europa met eigen staalfabrieken en mijnen waarin stoompompen de mijnen watervrij hielden.
4.8 Uitvindingen met betrekking tot de toepassing van olie
In de inleiding noemden we dat in het verleden aan de meeste uitvindingen geen behoefte bestond. Aan de andere kant leidden vele uitvindingen onbedoeld tot producten waaraan de samenleving ineens wel behoefte bleek te krijgen. Zo vonden 19e eeuwsche alchemisten na veel geëxperimenteer lampolie bij het destilleren van olie uit; het veel vluchtiger bestanddeel, benzine was in eerste instantie een afvalproduct. Totdat bleek dat het de ideale brandstof was voor de inwendige verbrandingsmotoren. Maar die waren er toen nog niet.
Na 1878 nam het gebruik van aardolie voor ruimteverwarming toe, toen er eenmaal kachels waren geconstrueerd die olie konden verbranden. Toen men eenmaal door had dat je met olie meer kon dan er lampen op te laten branden, begon de oilrush pas goed.
In 1862 gebruikte de Franse uitvinder Etienne Lenoir voor het eerst benzine voor de al eerder door hem ontwikkelde tweetaktgasmotor. Uiteindelijk is hieruit de automotor gekomen. Ook Rudolf Diesel ontwikkelde een motor en wel op basis van de door Nicolaus Otto gevonden principes.
In college 4 over Enertgie en transport zullen we hier verder op ingaan.
4.9 Uitvindingen met betrekking tot de toepassingen van elektriciteit
Dit zijn er te veel om op te noemen. Een belangrijk verschil met de toepassing van steenkool was dat elektriciteit sterk gedecentraliseerd beschikbaar was. Men had namelijk al vrij snel na het kunnen opwekken van elektriciteit uitgevonden dat je elektriciteit via een dunne koperen draad kon transporteren. Daardoor kon elektriciteit ook kracht brengen op plaatsen waar dat met een stoommachine om allerlei redenen niet mogelijk was. Bijvoorbeeld in de particuliere huishouding. Elektriciteit heeft daardoor in sterke mate kunnen bijdragen aan de emancipatie van de vrouw, doordat het huishouden als gevolg van stofzuiger, koelkast enz. geweldig veel efficiënter werd.
Een uitvinding waarvan de reikwijdte nu nog niet eens kan worden overzien is die van het Internet. Ook dat is een toepassing van elektriciteit.
Een van de belangrijkste gevolgen is de versnelling van de ”global village” of van het wereldwijde web om in termen van McNeill te spreken. Vroeger duurde het vaak eeuwen voor een uitvinding algemeen geadopteerd was en dan was dat alleen nog maar in Eurazië, omdat de verbindingen met de rest van de wereld te slecht waren. De tijdspanne tussen het eerste ontwerp van de stoommachine en het moment dat er een commercieel toepasbare locomotief en stoomboot was bedroeg zelfs in de moderne tijd nog meer dan honderd jaar.
Vandaag de dag met Internet kan een voltooid intellectueel ontwerp nog dezelfde dag in werkelijk alle uithoeken van de wereld bestudeerd worden. Daarmee is er een gigantische uitwisseling van kennis op gang gekomen die de ontwikkeling van de beschaving nog enorm zal gaan versnellen. Om die reden hoeven we er niet pessimistisch over te zijn of de mensheid de problemen waarvoor zij zich gesteld ziet niet zou kunnen oplossen. Als we bijvoorbeeld het probleem van de broeikasemissies niet binnen twintig jaar oplossen is dat niet omdat we het niet kunnen, maar omdat economische en politieke belangen zich er misschien tegen zullen verzetten.
Evaluatie van de industriële revolutie volgens MCNeill
Deze bracht vooral verandering in het energieverbuik. Voorheen kon de mens weliswaar energie uit hout, wind, water en uit dieren halen, maar dat leverde alles bij elkaar relatie weinig energie op, zodat het er naar uitzag dat vrijwel alle mensen arm zouden blijven en tot in lengte van dagen zouden moeten zwoegen voor hun dagelijks brood.
Volgens MCNeill brachten fossiele brandstoffen daar verandering in. En het zouden de Hollanders geweest zijn die voor het eerst fossiele brandstoffen zijn gaan benutten. Tot de komst van de steenkolen zouden de Hollanders daarmee een grote voorsprong hebben gekregen op het gebied van energievretende industrie. De welvaart in de Gouden Eeuw, die McNeill laat lopen van ca 1580 tot 1700, zou voor een belangrijk deel gebaseerd zijn op de geringe energiekosten. In ons college 2 zijn wij daar nader op ingegaan.
Toch stelt McNeill zelf een paar regels verder dat in Londen huizen al op zijn minst sinds de dertiende eeuw met kolen werden verwarmd en dat het in China van de Song al op grote schaal voor de ijzerindustrie werd gebruikt.
In Groot-Brittannië lagen grote steenkoolvoorkomens. Voor 1750 kon alleen de steenkool uit het noordoostelijke kustgebied voor een haalbare prijs over grote afstand worden vervoerd. Maar toen in de tweede helft van de achttiende eeuw tal van kanalen werden aangelegd kon steenkool een veel groter marktaandeel veroveren. Pas toen werd in heel Engeland hout vervangen door steenkool, zowel in woonhuizen als in fabrieken.
De vraag doet zich hier dan voor waarom de Hollanders zo veel eerder kanalen hebben aangelegd dan de Engelsen. De Hollanders konden alleen immers dank zij die kanalen hun turf tegen een concurrerende prijs afleveren. Kennelijk was er in Engeland voorshands nog hout genoeg. Maar de groei ging aan het einde van de 18e eeuw zo hard dat in 1815 volgens McNeill de jaarlijkse Britse steenkoolproductie gelijk stond aan twintig keer de houtproductie die Engeland, Schotland en Wales tezamen hadden kunnen voortbrengen.
Tot slot een chronologisch verzicht van een groot aantal belangrijke uitvindingen.
1775: Alosio Galvani ontwerpt de eerste generator.
1801: Sir Humphrey Davy : Presenteert het principe van de booglamp
1802: Andre Marie Ampere: Vindt de astatische naald uit
1820: Michael Faraday: Ontdekking dat stroom een magnetisch veld opwekt
1831: Joseph Henri: Ontdekking electromagneet
1832: Antoine Hippolyte Pixii: Uitvinding van de dynamo
1837: Thomas Davenport: Eerste patent op een bruikbare electromotor
1842: Froment: Eerste electromotoren
1843: Samuel Morse; Eerste lijn aangelegd voor seinen morsecode
1845: Eerste telegarafverbining tussen Londen en Portsmouth
1855: Ernst Werner Siemens: Uitvinding inductor
1855: Heinrich Geisler: Uitvinding kathodestraalbuis
1872: Rus Lodygwin: Uitvinding lamp met kooldraad
1875: Alexander Graham Bell: Uitvinidng telefoon
1876: Thomas Alva Edison: Uitvinding gramophoon
1878: Edwards Weston Principe bevestiging generator en electromotor
1883: L.Gaulard en J.Gibbs: Uitvinding transformator
1891: Paul la Cour: Uitvinidng windturbine voor opwekking electriciteit
1897: Guglielmo Marconi: Uitvinding draadloze telegraaf
1905: Hans Kunzen: Uitvinding van de gloeilamp met wolframdraad
noten
1 Jared Diamond, "Guns, Germs and Steel, The Fates of Human Societies", 1997,
2 J.R Mc Neill & William H.McNeill, "The Human Web", 2003
3http://telosnet.com/wind/early.html
4 J.W. de Zeeuw, "Peat and the Dutch Golden Age", AU Wageningen, 1976
5 Jean Fourastié, "Le grand espoir de quinzieme siecle", 1949
6 http://www.bataviawerf.nl/scheepsbouw-in-zeventiende-eeuws-nederland.html
Volgende college