Historie van de stoommachine

De ontwikkeling van de stoommachine wordt algemeen beschouwd als een van de factoren die ervoor heeft gezorgd dat de industriële revolutie in gang gezet werd. De Schotse uitvinder James Watt staat algemeen bekend als uitvinder van de stoommachine. Hoewel hij wel degene was die de stoommachine praktisch bruikbaar maakte, werd het allereerste prototype al ruim 2000 jaar geleden bedacht en gebouwd.

Het eerste daadwerkelijk functionerende apparaat dat als ‘stoommachine’ aangeduid kan worden was de Aeolipile van de Griekse wetenschapper Heron van Alexandrië (10-70 na Christus). Zijn uitvinding bestond uit een holle metalen bal die op een eveneens holle metalen as gemonteerd was. De as eindigde aan beide kanten in een waterreservoir, dat doormiddel van een vuurtje verhit werd. De bal had aan twee kanten gebogen pijpjes, waardoor de stoom naar buiten blies. Hierdoor werd de bol, net als een raket, voortgestuwd en ging deze draaien. Heron had echter geen praktische toepassing aan zijn vinding kunnen koppelen. Daarnaast waren er in de 1e eeuw na Christus voldoende slaven beschikbaar om werk te verzetten, waardoor zijn uitvinding nooit in de praktijk gebruikt werd. 

Zuigerstoommachine

De eerstvolgende in de geschiedenis waarvan bekend is dat hij zich met stoommachines bezig hield was de Spanjaard Blasco de Garay in 1543. Of hij daadwerkelijk een werkend, door stoommachines aangedreven schip aan Karel V en zijn zoon Filips II heeft getoond in de 16e eeuw is niet onomstotelijk vastgesteld. Het schijnt dat hij met een soort ketel met kokend water zes raden liet draaien die het schip voortbewogen. Een andere uitvinder die - ruim 100 jaar later - werkte aan een door stoom aangedreven machine was de naar Duitsland gevluchte Franse calvinist Denis Papin. Zijn eerste ontwerpen mislukten, waarschijnlijk door onnauwkeurigheid van de werklieden die hij aan de machines liet werken. In 1690 vond hij de eerste zuigerstoommachine uit. Deze machine functioneerde door de stoom in een cilinder te laten expanderen, waardoor de zuiger in de cilinder wordt weggedrukt en de kracht via drijfstangen naar een draaiend vliegwiel kon worden overgebracht. 

Thomas Savery en Thomas Newcomen

Het eerste patent op een stoommachine werd op 2 juli 1698 verleend aan de Engelse uitvinder Thomas Savery. Zijn Engine to Raise Water by Fire was bedoeld om water uit mijnen te pompen, zodat mijnwerkers dieper konden graven en geen natte voeten kregen. Zijn machine kon water tot een hoogte van 15 meter oppompen door gebruik te maken van het drukverschil dat ontstond als stoom condenseerde. Helaas werkte zijn machine zeer inefficiënt en verbruikte deze bijna meer kolen dan dat het apparaat opleverde. Een andere Britse uitvinder, Thomas Newcomen, combineerde de techniek van de machine van Savery met de zuigerstoommachine van Papin. In 1712 bouwde Newcomen zo een beter functionerende stoommachine, die daadwerkelijk in de 18e eeuw veel Britse mijnen van water heeft ontdaan. Een nadeel was dat ook deze stoommachine nog niet erg efficiënt was, mede door de omslachtige handbediening (door minimaal twee man) en de uiterst trage werking.

James Watt

De Schotse uitvinder James Watt kreeg in 1763 van de universiteit van Glasgow de opdracht om een kapotte Newcomen-stoommachine te repareren. Terwijl hij aan het apparaat werkte, realiseerde hij zich dat de machine erg inefficiënt omging met de opgewekte kracht. Hij sloeg aan het denken en kwam met een aantal verbeteringen, waaronder het toevoegen van een extra condensator en het gebruiken van stoomdruk in plaats van atmosferische druk. Ook zorgde hij ervoor dat de zuiger door zowel onder- als bovendruk werd voortbewogen. Zelf had Watt niet de financiële middelen om zijn machine daadwerkelijk te bouwen, maar in 1765 wist hij de Engelse ondernemer Joe Roebuck zo ver te krijgen hem financieel te steunen. Het prototype van Watt werkte echter op papier beter dan in de praktijk, waardoor de twee zakenpartners uiteindelijk zo diep in de schulden raakten dat Roebuck in 1773 failliet ging. Mede door de hulp van zakenman Matthew Boulton slaagde Watt er in 1775 in om zijn eerste werkende stoommachine te bouwen, die in datzelfde jaar gepatenteerd werd.

In de jaren die volgden bracht Watt nog enkele verbeteringen aan. De stoommachine werd eind 18e eeuw een groot succes in Groot-Brittannië en naast de toepassing in de mijnbouw op grote schaal gebruikt in bijvoorbeeld de textiel- en ijzerindustrie. De stoommachine was een van de technische innovaties die ertoe heeft bijgedragen dat we nu kunnen spreken van een ‘Industriële Revolutie’ in de 19e eeuw.