James Watt krijgt octrooi op zuiniger stoommachine

LONDEN, JANUARI 1769 - De Schotse instrumentmaker James Watt heeft octrooi nummer 913 gekregen voor wat hij een nieuwe methode noemt om het verbruik van stoom en brandstof in vuurmachines te verminderen. Daarmee krijgt hij het alleenrecht op een vinding waar hij al sinds 1765 aan werkt. Wie in een mijn werkt, zal er snel van horen: de machine belooft met veel minder kolen hetzelfde water uit de schachten te pompen.

Hoe een vuurmachine werkt

Sinds Thomas Newcomen in 1712 zijn eerste machine bouwde, staan er in heel Groot-Brittannië vuurmachines bij de mijnen. Het zijn gevaarten zo hoog als een huis. Boven een ketel met kokend water staat een rechtopstaande cilinder met daarin een zuiger, een schijf die precies past en op en neer kan schuiven. De zuiger hangt aan een zware balans, een soort wip, en aan de andere kant van die wip hangt de pompstang die de mijn in gaat.

De stoom doet het werk niet zelf. Die vult alleen de cilinder onder de zuiger, terwijl het gewicht van de pompstang de zuiger omhoog trekt. Dan spuit er koud water in de cilinder. De stoom wordt in een oogwenk weer water en neemt bijna geen ruimte meer in, zodat er onder de zuiger een lege ruimte ontstaat. De lucht uit de omgeving drukt de zuiger met grote kracht omlaag, de wip slaat door en de pompstang gaat omhoog, met het mijnwater erachteraan. Zo gaat het slag na slag.

Waar de kolen blijven

Watt kwam het probleem op het spoor aan de Universiteit van Glasgow, waar hij een klein model van zo'n machine moest repareren. Het model hield maar een paar slagen vol, omdat het zoveel stoom verbruikte. De reden: de koude waterstraal koelt niet alleen de stoom af, maar bij elke slag ook de hele cilinder. Komt er daarna nieuwe stoom binnen, dan wordt een groot deel daarvan meteen weer water tegen de koude wand. Die stoom moet de cilinder eerst opwarmen voordat hij hem kan vullen. Bij elke slag verdwijnt zo een flinke schep kolen in het opwarmen van ijzer.

Het is een lastige tegenstelling. De cilinder moet heet zijn om geen stoom te verspillen, en koud om de stoom te laten verdwijnen.

Een tweede vat lost het op

Watts oplossing: laat die twee dingen op een andere plek gebeuren. Hij koppelt een apart vat aan de cilinder, de condensor, dat altijd koud wordt gehouden. Opent hij de klep ertussen, dan stroomt de stoom vanzelf naar die lege, koude ruimte en wordt daar water. De cilinder zelf blijft heet. Een kleine pomp haalt het water en de lucht weg uit de condensor, zodat die klaar is voor de volgende slag.

Er hoeft dus niets meer steeds opnieuw te worden opgewarmd. Watt wil de cilinder zelfs inpakken, zodat hij nauwelijks warmte verliest.

Teruggeblikt vanuit 2026

Watt kreeg gelijk, al duurde het nog jaren voordat zijn machine goed werkte. De ondernemer Matthew Boulton nam het aandeel in de vinding over, en in 1775 verlengde het Britse parlement het octrooi tot 1800. Hoeveel zijn machines bespaarden, verschilt per bron en per vergelijking: de helft tot driekwart van de brandstof. Boulton en Watt lieten hun klanten betalen met een deel van de bespaarde kolen.

Goedkope kracht uit brandstof veranderde de wereld. Fabrieken waren niet langer gebonden aan water, wind of spierkracht. Ook de eenheid waarin we vandaag het stroomverbruik van een datacenter meten, de watt, is naar hem genoemd.