Industriele revolutie PDF

Preview

Summary

aantekenigen ...

Description

DE INDUSTRIËLE REVOLUTIE

Ir. K.M. Vaseur 16 november 2001

1

INHOUDSOPGAVE 1.

DE EERSTE INDUSTRIËLE REVOLUTIE; ENGELAND 1770 - 1830 ................. 3 1.1 Inleiding .............................................................................................................. 3 1.2 Energie en de stoommachine .............................................................................. 3

2.

DE TWEEDE INDUSTRIËLE REVOLUTIE; DUITSLAND EN DE VERENIGDE STATEN 1875 - 1914 ................................................................................................. 5 2.1 Inleiding .............................................................................................................. 5 2.2 De Staalindustrie ................................................................................................. 6 2.3 Energie en de verbrandingsmotor ....................................................................... 8 2.4 Electrotechnische Industrie ............................................................................... 11

3.

DE DERDE INDUSTRIËLE REVOLUTIE; DE VERENIGDE STATEN NA 1940 ................................................................................................................................... 14 3.1 Inleiding ............................................................................................................ 14 3.2 Atoombewapening: militaire technologie ......................................................... 14 3.3 De ontwikkeling van de computer en transistor ............................................... 15

2

1.

DE EERSTE INDUSTRIËLE REVOLUTIE; ENGELAND 1770 1830

1.1

Inleiding

In de tweede helft van de 18e eeuw vond in Engeland de eerste industriële revolutie plaats. Hier startte een ontwikkeling die later ook in andere landen ingezet, zou uitmonden in de moderne industriële samenleving. Over de precieze datering van deze revolutie lopen de meningen uiteen. Was het in de jaren 1780 toen na de technische verbeteringen de productie in de ijzer- en katoenindustrie zeer snel begon te groeien? Of in de jaren 1760 toen overal (in het Westen) nieuwe wegen werden aangelegd en de eerste kanalen werden gegraven? We kunnen ons ook de vraag stellen of de mensen die toentertijd geleefd hadden wel beseften dat er iets bijzonders gaande was. Nieuwe aandacht voor productietechnieken zal hen in het laatste kwart van de 18e eeuw zeker niet zijn ontgaan, maar waar deze technieken toe zouden leiden was niet duidelijk; welk land er vooral de vruchten van zou plukken evenmin. Wanneer de term ‘industriële revolutie’ voor het eerst valt in 1837, is er geen twijfel meer mogelijk op welk land het van toepassing is: Engeland. Nieuwe productietechnieken en vooral nieuwe productiemachines vormden een belangrijk onderdeel van de veranderingen die zich voltrokken. In bepaalde sectoren voornamelijk in de ijzer- en katoenindustrie, werd er met de nieuwe technieken ook een zeer snelle groei van de productie gerealiseerd. Van de productie van energie kan hetzelfde gezegd worden. Technische vernieuwingen op dit terrein, voornamelijk de verbeterde stoommachine, maakten de mechanisering van de aandrijving steeds beter mogelijk. Dit hield tegelijk het ontstaan van een totaal nieuwe produktievorm in: De fabrieksstad. Terwijl de techniekinnovatie sommigen een kans bood nieuwe vaardigheden te ontwikkelen, betekende fabrieksarbeid voor de meeste een depreciatie van hun vakmanschap. Fabrieksarbeid betekende toenemende loonafhankelijkheid van de arbeider, reglementering, regulering en deling van zijn werk. De nieuwe manier van werken en laten werken werd ondersteund door ideeën over nut, inspanning en efficiëntie.

1.2

Energie en de stoommachine

Sinds de jaren 1860 wordt de vitale rol van energie voor de moderne samenleving beter begrepen: Voor een agrarische maatschappij moet men voor energie dan primair hout lezen. Al in de tweede helft van de 16e eeuw was er in Engeland een tekort aan hout, door de grote consumptie in de scheepsbouw, de ijzerindustrie en steenbakkerijen.Vooral de opkomende steenbakkerijen zorgde voor een negatieve energiebalans, daar de bouw van stenen huizen meer hout (energie) vergde dan houten equivalenten. 3

Omstreeks 1600 werd daarom op grote schaal overgeschakeld op een nieuwe brandstof: steenkool. De ijzerproductie die deze overstap toen technisch nog niet kon maken geraakte meer dan honderd jaar in een zeker verval. Door de toenemende vraag naar kolen werden oude steenkoolmijnen uit de Romeins, Angelsaksische en middeleeuwse perioden weer in gebruik genomen. Er werd steeds dieper gedolven, waardoor men met enorme waterproblemen kwam te zitten. Een nieuwe “automatische” pomp werd ontwikkeld (de ‘fire engine” van New-Comen). Energieschaarste, de opvoering van kolendelving, de technische ontwikkeling van pompen, de aanloop tot de stoommachine passen hier als schakels in elkaar.

Het vermogen van waterraderen Geen machine is zo kenmerkend voor de eerste industriële revolutie als de stoommachine, maar zij was zeker niet de enige “motor” van deze periode. Windenergie, dieren en waterraderen speelden nog een grote rol. Vooral het waterrad was dominant, welke later overging in de horizontaal geplaatste waterturbine.

Van Savary’s ‘fire engine’ tot Watts’s ‘steam engine’: 1698 - 1769 Bij alle factoren, die de start van de industrialisatie hebben bevorderd, is die van de energie wel heel opmerkelijk. De spectaculaire verbeteringen die Watt in de jaren 1763-1788 ten opzichte van de New-Comen-machine wist te realiseren, worden hierbij als eerste genoemd, en met recht. Stoommachines werden in de eerste instantie beschouwd als een verbeterde versie van waterpompen v.w.b. de energieconsumptie.

Figuur 1.

De stoommachine van Newcomen en Watt.

Later werd de krukas toegepast op de stoommachine van Newcomen, waardoor deze zelf kon draaien. Als reaktie hierop ontwierp Watt toen de zon- en planeet-tandwielen. 4

Locomotie: stoom op wielen De transportproblemen in de mijnbouwgebieden, zowel boven- als ondergronds, gaven al een belangrijke richting van nieuwe ontwikkeling aan; een stoommachine op wielen. Wagentjes op rails bestonden namelijk al eerder, nu ging het echter om loco-tractie, in eerste instantie voornamelijk voor het transport van kolen via het stoomspoorlijn van vindplaats naar marktgebieden. En weer later vond de eerste tocht met passagiers plaats op 27 september 1825.

2.

DE TWEEDE INDUSTRIËLE REVOLUTIE; DUITSLAND EN DE VERENIGDE STATEN 1875 - 1914

2.1

Inleiding

In de periode rond 1900 vonden er een aantal fundamentele veranderingen plaats. Zo fundamenteel dat het gerechtvaardigd is te spreken van een tweede industriële revolutie. Niet dat er in deze plotseling weer veel belangrijke uitvindingen werden gedaan. Uitvindingen en technische verbeteringen waren sedert de eerste industriële revolutie een permanent verschijnsel. De belangrijkste reden om van een tweede industriële revolutie te spreken is dat vanaf ongeveer 1880 technische vooruitgang in toenemende mate steunde op wetenschappelijke inzichten. Wetenschap werd ontdekt en spoedig gebruikt als een productiefactor. Techniek werd technologie! De tweede industriële revolutie loopt tot aan het begin van de eerste wereldoorlog omstreeks 1914. Verwetenschappelijking drong in de periode van de tweede industriële revolutie door in productietechnieken, maar deed zich ook gelden in de organisatie van de productie (planning / management) en in de aanwending van arbeid. Het idee van verwetenschappelijking drong zelfs nog verder door buiten de productiesfeer, in literatuur en kunst, en werd opgepakt als argument om vernieuwingen te segmenteren. Wetenschap stond aan de basis van de opkomst van de organisch-chemische en de elektrotechnische industrie. Andere innovaties zijn de staalproductie en de verbrandingsmotor. Maar ook hier zou voor een verdere ontwikkeling, de wetenschappelijke verkenningen snel onmisbaar worden. Met de opkomst van nieuwe industrietakken en de veranderingen die plaatsvonden in de oude valt een economische verschuiving samen van Engeland naar Duitsland en de Verenigde Staten (VS). Deze twee landen overvleugelden Engeland op terreinen waar zo lang haar kracht had gelegen, zoals in de ijzer- en de staalindustrie. Anderzijds sloegen zij ook geheel nieuwe wegen in, voornamelijk in de electrotechnische en de chemische industrie, zonder dat Engeland hen daarin kon volgen. Al in 1870 produceerden de Verenigde Staten en Duitsland samen meer staal dan Engeland, in het 5

begin van de negentiger jaren passeerden deze landen afzonderlijk Engeland in deze sector. In de Verenigde Staten vormden de olie-, chemische en rubberindustrie tussen 1870 en 1910 de snelst groeiende sectoren. In Duitsland steeg het aantal werknemers in de chemische industrie tussen 1860 en 1910 van 38.000 naar 240.000. Duitsland en de Verenigde Staten startten niet vanuit dezelfde positie met de tweede industriële. Duitsland kon bouwen op een onderwijssysteem dat vooral de chemische industrie zeer geschoolde krachten leverde en begon zo met een wetenschappelijke basis. De Verenigde Staten, het land der onbegrensde mogelijkheden, kende een overvloed aan grondgebied, mineralen en delfstoffen, maar in de 19e eeuw een relatief tekort aan arbeidskrachten. Hiervan ging een sterke impuls uit tot mechanisatie, eerst in de landbouw, waar grote oogstmachines ontwikkeld worden, maar ook spoedig in de industrie. Op allerlei gebieden werd gezocht naar verbeteringen en vernieuwingen en de Verenigde Staten werden het land van de handige jongens en uitvinders. Het nut van fundamenteel gemeenschappelijk onderzoek werd er, later dan in Duitsland, pas aan het eind van de 19e eeuw ingezien, toen men met praktische technische probleemoplossingen steeds dieper vastliep.

2.2

De Staalindustrie

Als leidende sector in de tweede industriële revolutie neemt staal een wat halfslachtige plaats in. Wel is ook hier de zwaartepuntsverplaatsing van Engeland naar de Verenigde Staten en Duitsland goed zichtbaar. Maar belanrijke technische doorbraken waren nog het werk van ‘uitvinders’: verwetenschappelijking zal in de metallurgie pas na de eerste wereld oorlog betekenis krijgen. Toch kan de staal sector in de tweede industriële revolutie niet buiten beschouwing blijven, vanwege zijn geweldige omvang, en meer nog omdat hij het materiaal leverde voor belangrijke vernieuwingen zoals de auto en de wolkenkrabber.

Wat is staal? De hele 19e eeuw door was al geprobeerd de kwaliteit van ijzer te verbeteren. Die kwaliteit hangt allereerst af van de hoeveelheid koolstof in ijzer. Het koolstofrijke gietijzer is hard maar bros, het koolstofarme smeedijzer taai, maar zacht. Daartussen ligt staal, dat hard en taai is. In het midden van de 19e eeuw was het nog een kostbaar product, vooral benut voor het maken van de allerbeste vijlen, beitels en messen. Maar ook voor dit dure staal bestonden er al grootschaliger toepassingen voornamelijk in de wapenindustrie. Voor al dit traditionele staal diende smeedijzer als grondstof, en dat werd zelf weer gemaakt uit het ruwijzer dat de hoogoven afleverde. Kon de dure omweg via smeedijzer niet omzeild worden? Goedkoop staal zou zeker massaal worden gekocht

6

door de spoorwegen, alleen al ter vervanging van de ijzeren rails, die toen nog om de vier jaar vernieuwd moesten worden. Omstreeks 1856 ontwikkelde Henry Bessemer een procédé voor de productie van staal uit vloeibaar ijzer. Bij dit procédé werd het vloeibare ijzer in een vat (converter) gegoten, waarna er lucht door geperst werd waardoor het teveel aan koolstof werd geoxideerd en afgevoerd. Bovendien ontstonden daarbij verbrandingsprocessen in de hete massa, die de temperatuur verder opjoegen, zonder dat daar nog brandstof van buiten voor nodig was. Het Bessemer procédé had echter het probleem dat de fosfor niet verwijderd werd, het geen nodig was voor de productie van bruikbaar staal. Dit probleem bleef aanvankelijk onbekend, omdat Bessemer bij zijn experimenten per toeval het fosfor arm Engelse staal had gebruikt. In andere landen (Europese continent) was het meeste eerst, echter fosforrijk. De V.S. die ook voornamelijk fosforarm ijzererts had, werd het Bessemer procédé omstreeks 1876 verder verbeterd door Thomes die ontdekte dat een ander soort vuurvaste bekleding van de converter in staat was de ongewenste fosfor vast te houden. Pas hierna vond het Bessemer- procédé omstreeks 1876 ook in Europa op grote schaal plaats.

Siemens-Martin-staal Tot 1900 werd vrijwel alle staal middels het Bessemer- procédé gemaakt, maar intussen kwam een nog nieuwer procédé op, dat daarna de overhand zou krijgen. Het nieuwe procédé maakte gebruik van een “open haard” oven die zo heet gestookt kon worden dat de lading ijzer volledig vloeibaar werd. De ongewenste koolstof werd daarna langzaam onttrokken door de lucht boven het kokende ijzer. Het proces verliep zo traag dat het makkelijk op het juiste moment onderbroken kon worden om staal met een speciaal, gewenst koolstofgehalte te verkrijgen. Ook legeringen, bijmenging met kleine hoeveelheden ander metaal, vielen goed te maken. Deze voordelen kostten wel iets: naast brandstof ook tijd. Werd de lading van een Bessemer-batch in een kwartiertje omgezet in staal, in de open haard duurde dat vele uren. Daar stond weer tegenover dat de grondstof voor de open haard maar voor een deel vloeibaar ijzer hoefde te zijn. Anders dan in de converter kon hier ook een flinke portie schroot bijgemengd worden. Het nieuwe Siemens-Martin staal had bovendien algemeen de reputatie in kwaliteit het Bessemerprodukt te overtreffen.

Oude en nieuwe produkten De vroege ijzerproductie werd vrijwel volledig voor spoorrails gebruikt. Al voor de staalprijs in 1883 onder die van (smeed) ijzer zakte, waren stalen rails, die 20-60 jaar mee konden, voordeliger dan hun snel slijtende ijzeren voorgangers. Nieuwe producten waarbij staal het ijzer verdrong waren: spijkers, prikkeldraad, schepen, bruggen, auto’s, pantserplanten, wapens, profielen, etc.

7

2.3

Energie en de verbrandingsmotor

In de tweede helft van de 19e eeuw was de stoommachine zowel stationair als “locomotief” de gevestigde energiebron bij uitstek. Toch was het geen universivele krachtbron, en kon dat door zijn eigen beperkingen ook niet zijn. Hij was ten eerste erg inefficiënt. De thermische efficiëntie van de stoommachine, dat is de verhouding tussen de nuttige arbeid die hij levert en de energie die hij gebruikt, bedroeg rond 1900 maximaal zo’n 12%. Maar die waarde werd alleen gehaald door zeer grote machines. De efficiëntie van kleine machines als de stoomlocomotief bedroeg maar 3-5%. Rijdende stoommachines hadden bovendien nog andere nadelen. Argumenten te over om naar alternatieve energiemachines te zoeken, en dit is dan ook de hele 19e eeuw door gebeurd. Oude systemen werden verbeterd en nieuwe ontwikkeld. Waterkracht was een oeroud systeem, dat echter in de ontwikkeling van waterrad naar turbine een nieuwe impuls had gekregen. Water bleef, ook in de stage, nog altijd goed voor een forse energielevering. Maar ook van de stoommachine werd omstreeks 1884 een geheel nieuwe vorm ontwikkeld: de stoomturbine, die vooral geschikt zou blijken voor elektriciteitsopwekking. Totaal nieuwe energiemachines waren: de elektromotor die in combinatie met batterij of accu chemische energie omzette in mechanisatie; en de inwendige verbrandings- of explosiemotor die de omweg via stoom oversloeg door de brandstof direct in de cilinder te verbranden. Deze laatste was aan het begin van de 20e eeuw een beloftevolle nieuwe krachtbron als alternatief voor de (stationaire) stoommachine.

De eerste operationele verbrandingsmotor De eerste operationele verbrandingsmotor werd uitgevonden door Lenoir en was omstreeks 1860 operationeel. Deze versie was echter zeer inefficiënt en had heel wat technische problemen. Deze tekortkomingen werden verholpen door de ontwikkeling van de viertakt Otto-motor. In de eerste slag worden lucht en gas aangezogen. In de tweede slag wordt het mengsel samengeperst. In de derde slag begint, als de zuiger op zijn dode punt is, de ontsteking, de ontbranding brengt de zuiger in beweging en alleen in deze slag wordt arbeid geleverd. Tenslotte wordt in de vierde slag het afval van de verbranding, de uitlaatgassen, uitgedreven. Deze machines haalden rendementen van rond de 35% en door verkleining werd zij de nieuwe mobiele motor. De Otto-motor gebruikte gas als brandstof, waardoor zij afhankelijk was van de beperkt stedelijke gasleiding. Intussen was echter in 1859 benzine ontdekt in de VS en Zuid-Rusland, welke makkelijk te verkrijgen was. Het logische gevolg was dat er een benzinemotor werd ontwikkeld (1882-1884). In 1884-1885 ontstond een ½ pk-motorfiets, en het jaar daarop een 1½ pk-motorvierwieler en een motorboot. Later kwamen er ook nog andere toepassingen: locomotief, tram, brandspuit, velocipide, vrachtwagen en in 1889 zelfs een luchtschip (zeppelins).

8

Op weg naar de energie-intensieve-samenleving Terwijl de verbrandingsmotor aanvankelijk ontwikkeld was als een alternatief voor de stationaire stoommachine bleek zijn belangrijkste toepassing al in de eerste decennia van de 20e eeuw op het gebied van het transport te liggen. Met het ontstaan van gemechaniseerd wegtransport en, iets later, de mechanisering in de landbouw door de tractor zette de definitieve afbouw van dierlijk arbeid in. De grote stap naar een energie-intensieve samenleving kwam echter met de ontwikkeling van een heel nieuw energiedistributiesysteem, waarin de elektromotor de laatste schakel was. Aangesloten op elektriciteitsnetten, die aanvankelijk vooral met het oog op elektrisch licht waren ontworpen, liet invoering van de elektromotor in de industrie eindelijk decentralisering van de beweging toe. Elektromotoren op maat, één voor elke productiemachine, maakten het mogelijk de productie te organiseren langs andere lijnen dan die door drijfstangen en riemen gedicteerd worden. Voor de industrie was stroom niet alleen ter vervanging van stoom, het leverde ook totaal nieuwe toepassingsmogelijkheden, voornamelijk in de elektrochemie. Ook de mechanisering van huishoudelijk werk, al eerder experimenteel toegepast, zette nu door. Aan het ander uiteinde van het elektriciteitsnet stond intussen nog steeds een van de twee traditionele energiemachines, in een of andere “moderne” variant: de waterturbine of de stoommachine, later de stoomturbine, aangesloten op een dynamo. De elektriciteitsproductie werd steeds meer gecentraliseerd; en grotere stoomturbines betekenden ook hogere efficiëntie, maar tegelijkertijd werd hiermee de mogelijkheid geblokkeerd om de toch altijd aanzienlijke restwarmte ter plekke nuttig te gebruiken voor verwarming. Uit het energiegrondstoffen-diagram voor de Verenigde Staten en Duitsland (figuur 2) blijkt overduidelijk dat ook deze geavanceerde landen in 1910 nog midden in het steenkooltijdperk stonden. Voor de Verenigde Staten is zelfs het aandeel van hout, met 10% van het totaal, nog aanzienlijk. Bedenken we daarbij dat dit 35 jaar eerder nog 65% was, dan blijkt wel hoe in dat land de eerste en de tweede industriële revolutie als het ware in elkaar geschoven zijn.

9

Figuur 2.

Aandeel van de verschillende energiebronnen in het totale verbruik van de Verenigde Staten (links) en Duitsland in 1910.

Maar niet alleen de resten van het pre-steenkool-tijdperk, ook de tekenen van een nieuw energietijdperk zijn in de Verenigde Staten veel duidelijker zichtbaar dan in Duitsland. Een energiestromen-diagram is voor het eerste land dan ook interessanter dan voor het tweede (fig. 3). Duidelijk valt daarin te zien hoe groot al het belang, en hoe laag nog de efficiëntie van elektriciteitsopwekking is. Maar de modernisering van het beeld is soms bedrieglijk: de goed herkenbare stroom aardolie voor transport gaat vooral naar de stoomlocomotieven, di...