Kryzys energetyczny XVII wieku

W drugim tysiącleciu przed naszą erą człowiek opanował sztukę wytopu żelaza. Zdaniem archeologów to odkrycie zainicjowało epokę żelaza, trzecią (po epoce kamienia i brązu) wielką erę w dziejach ludzkości. Ten wynalazek dał do rąk jego pionierom nową broń, skuteczniejszą od brązowej. Z jej pomocą mogli budzić strach, siać zniszczenie i podporządkowywać sobie inne ludy. Jeśli jednak oderwiemy się od brudnej piany historii, jaką stanowią dzieje polityczne, i spojrzymy na przeszłość cywilizacji z lotu ptaka, to okaże się, że prawdziwa epoka żelaza rozpoczęła się dużo później, w XVIII wieku. Dopiero wtedy żelazo stało się na tyle łatwo dostępne i tanie, że mogło zostać masowo wykorzystane w wielu dziedzinach ludzkiej działalności.

Historycy do dziś spierają się o dokładną datę owego przełomu. Jedni wskazują rok 1784 i niejakiego Henry’ego Corta, który wynalazł nową technologię świeżenia surówki, zwaną pudlingowaniem. Dla innych prawdziwą rewolucję stanowiło wynalezienie przez Henry’ego Bessemera w połowie XIX stulecia procesu pozwalającego uzyskiwać duże ilości stali. Nie negując znaczenia tych wydarzeń, za pioniera nowoczesnej metalurgii żelaza uznać jednak należy skromnego angielskiego kwakra Abrahama Darby’ego I. Jego osiągnięciem było zastosowanie w wytopie surówki węgla kamiennego, który zastąpił powszechnie dotąd używany węgiel drzewny. Wynalazek Darby’ego był nie tylko zapowiedzią przewrotu w metalurgii żelaza, lecz także ważnym krokiem w dziejach energetyki. Dobiegała końca epoka, w której energii dostarczało drewno, mięśnie ludzkie i zwierzęce oraz wiatr i woda. Zaczynała się era paliw mineralnych.

Choć dziś już istnieje zgoda, że to Abraham Darby I (a nie jego syn Abraham Darby II) był autorem przełomowego wynalazku, to historycy spierają się o dokładną datę pierwszego udanego eksperymentu. Jedni uważają, że miało to miejsce w roku 1709, inni opowiadają się za datą o kilka lat późniejszą. Wszyscy jednak są zgodni co do miejsca – Coalbrookdale w angielskim hrabstwie Shropshire.

Abraham Darby I urodził się w 1678 roku w rodzinie farmera. Jako dziecko trafił do terminu w warsztacie specjalizującym się w budowie i wyposażeniu słodowni. Ukończywszy naukę w 1699 roku, przeniósł się do Bristolu, gdzie założył własny warsztat. Szybko dał się poznać jako człowiek solidny i bogobojny. W 1702 roku wraz z trzema wspólnikami założył w pobliżu Bristolu odlewnię Baptist Mill, w której produkował mosiężne naczynia kuchenne. Mistrzami w ich odlewaniu byli Holendrzy. Aby zapoznać się z technologią, Darby udał się w 1704 roku do Niderlandów, licząc na życzliwość współwyznawców. I nie przeliczył się. Nie dość, że gruntownie go poinstruowano, to jeszcze udało mu się pozyskać kilku holenderskich robotników. Produkty odlewni z Bristolu sprzedawały się dobrze. Inny przedsiębiorca zapewne by na tym poprzestał, ale nie Darby, który myślał o produkcji na skalę masową i dotarciu z tanimi naczyniami do najszerszego kręgu odbiorców. Pierwszym krokiem ku temu była zmiana technologii odlewania naczyń. Zamiast tradycyjnych form glinianych Darby opracował metodę odlewania w formach z suchego piasku. Wynalazek ten opatentował w 1707 roku, dzięki czemu wytwórnia z Bristolu uzyskała monopol na kilkanaście lat. Ale i to nie wystarczyło przedsiębiorczemu kwakrowi. Naczynia mosiężne były drogie, więc wielu przechowywało je przez pokolenia, a ludzi biednych nie było na nie stać. Aby dotrzeć do tych ostatnich, Darby rozpoczął eksperymenty z naczyniami odlewanymi z żeliwa. Jego zamiar nie znalazł uznania wspólników. Darby zerwał z nimi i w 1708 roku wydzierżawił piec hutniczy w Coalbrookdale. Ze względu na wysoką cenę węgla drzewnego postanowił zastąpić go koksem, czyli wyprażonym węglem kamiennym pozbawionym domieszek innych pierwiastków. „W ciągu sześciu dni i nocy nie odchodził od pieca, prawie nie śpiąc i spożywając posiłki przy otworze spustowym. Szóstego dnia wieczorem, po niejednym zawodzie, doświadczenie się udało: masa odlewnicza przedstawiała się jak najkorzystniej. Wtedy Darby rzucił się na pomost paleniskowy i zasnął tak mocno, że robotnicy nie mogli go dobudzić” – pisała w 1775 roku synowa wynalazcy, powołując się na informacje zasłyszane od męża, Abrahama Darby’ego II. Przed metalurgią żelaza otworzyły się wrota do nowej epoki.

Aż do tego czasu bliskość obfitych zasobów drewna była nieodzowna dla każdego metalurga. Drewno, po przepaleniu w mielerzu na węgiel drzewny, stanowiło podstawowe paliwo potrzebne do wytopu żelaza. Pradawni hutnicy wytapiali żelazo w dymarkach, czyli małych piecach, do których ładowano rudę, węgiel drzewny i topniki. Obsługiwane ręcznie miechy pozwalały uzyskać wewnątrz pieca temperaturę topnienia rudy (ok. 1200 st. C). Produkt stanowiła łupka złożona z żelaza i żużla, którą kuto młotem, by pozbyć się tego ostatniego. Cały proces, znany od tysiącleci, był mało wydajny i pracochłonny. Przeciętna dymarka dawała bowiem rocznie niecałą tonę żelaza, zużywając przy tym 14 ton paliwa i wykorzystując zaledwie 15 proc. pierwiastka zawartego w rudzie. W XII i XIII wieku rozpowszechniły się w Europie koła wodne, napędzające nie tylko młyny zbożowe, lecz także urządzenia przemysłowe, takie jak folusze, miechy hutnicze lub kuźnicze młoty. Silniejszy dmuch pozwalał łatwiej uzyskać wysoką temperaturę, zwiększając tym samym wykorzystanie żelaza w rudzie do 40 proc. Zużycie paliwa zmniejszyło się do 8 ton na tonę żelaza. Mimo to, aby obsłużyć jeden piec, trzeba było wyrąbać 250 hektarów lasu.

U schyłku średniowiecza we Włoszech, Styrii i Flandrii zastosowano nowe rozwiązania. Aby zwiększyć produkcję, budowano piece wysokie na kilka metrów, do których ładowano więcej rudy i paliwa. Nowa technologia nie była jednak wolna od wad. O ile z dymarki uzyskiwano żelazo z niewielką zawartością węgla, nadające się do obróbki kowalskiej, o tyle nowy piec dawał surówkę zawierającą 45 proc. węgla. Można z niej było wykonywać odlewy, ale była zbyt twarda i krucha, by ją obrabiać młotem. Nieodzowny był więc etap pośredni w postaci świeżenia, czyli powtórnego przetopienia surówki w palenisku fryszerskim, gdzie powoli utleniano nadmiar węgla. Po ostygnięciu przenoszono bochen żelaza do kuźni, gdzie, kując młotem, oczyszczano go z żużla. Uzyskiwane tą metodą żelazo sztabowe zawierało mniej niż 1 proc. węgla i doskonale nadawało się do obróbki kowalskiej. Choć proces produkcyjny skomplikował się, to wydajność nowych pieców była znacznie większa niż dawnych kuźnic. Rocznie dawały one do 300 ton surówki, zużywając przy tym odpowiednio więcej węgla drzewnego. A to właśnie brak drewna stał się podstawową przeszkodą w rozwoju metalurgii.

Kryzys energetyczny jak miecz Damoklesa wisiał nad gospodarką epoki przedprzemysłowej. Drewno i węgiel drzewny dostarczały nieodzownego do przetrwania ciepła, były podstawowym surowcem w wielu gałęziach gospodarki. Budownictwo, stocznie, metalurgia, szklarstwo to najważniejsi przemysłowi odbiorcy drewna. Było ono nieodzowne nawet tam, gdzie dziś potrafimy się bez niego obejść. Produkcja prochu strzelniczego wymagała wymieszania saletry z węglem drzewnym. Z popiołu drzewnego pozyskiwano potas do produkcji mydła i szkła. Węgla drzewnego używali piwowarzy, farbiarze i przedstawiciele wielu innych specjalności. A było jeszcze pozyskujące nowe grunty rolnictwo, no i oczywiście metalurgia. Z upływem czasu rosło zapotrzebowanie każdej gałęzi wytwórczości, ale chyba najszybciej wzrastały potrzeby hutnictwa.

Silnym bodźcem do jego rozwoju była rewolucja militarna w XVI i XVII wieku, której symbolem stała się broń palna, szczególnie armaty. „Instrumenty wyrzucające kule metalu ze strasznym hałasem i jęzorami ognia (...) kilka lat temu były bardzo rzadkie, wywoływały sensację i podziw, ale dziś są tak częste i znajome jak każdy inny typ broni. Tak szybki i pomysłowy jest umysł ludzki w uczeniu się najdziwniejszych sztuk” – pisał w połowie XIV wieku Petrarka. Sto lat później popyt jeszcze się wzmógł, by osiągnąć apogeum w żelaznym stuleciu, jak z racji licznych długotrwałych wojen nazwano wiek XVII. Stałe armie domagały się dostaw broni, głównie armat. Najlepsze, ale za to kosztowne, działa wytwarzano z brązu. Bardzo szybko pojawiły się więc czterokrotnie tańsze działa żelazne. Jeśli do tego dodać lawinowy wzrost liczebności wojsk w XVII wieku, to łatwo sobie wyobrazić, czym dla europejskich lasów była owa rewolucja militarna.

Produkcja armat wzrosła skokowo. W prowadzącej przez 80 lat wojnę przeciw Hiszpanom (1566 – 1648) Holandii odlewano armaty z brązu, natomiast produkcję dział żelaznych organizowano za granicą, przede wszystkim w dysponującej nieprzebranymi zapasami rudy i drewna Szwecji. Hiszpanie wytwarzali armaty u siebie, z opłakanymi skutkami dla środowiska. W tym niezbyt bogatym w drewno kraju okolice sąsiadujące z wytwórniami dział zostały niemal zupełnie pozbawione drzew. Hiszpański humanista Antonio de Guevara narzekał, że w okolicach Medina del Campo cena opału przewyższała cenę gotowanej strawy. Nic dziwnego, wszak właśnie tu zlokalizowana była jedna z trzech wielkich państwowych wytwórni broni. Podobne problemy miały inne państwa. Nawet w Rzeczypospolitej, gdzie dział nie wytwarzano przecież dużo, szlachta zwalczała metalurgów, oskarżając ich o niszczenie lasów, i z czasem doprowadziła do ograniczenia ich przywilejów.

Rozwój flot wojennych oznaczał nie tylko popyt na armaty, ale i na drewno. Tym właśnie – obok zapotrzebowania na polskie zboże oraz szwedzkie żelazo i miedź – tłumaczy się rozkwit handlu bałtyckiego w XVI i XVII stuleciu. Gdzież jak nie nad Bałtykiem mogłyby szukać surowców największe w Europie stocznie holenderskie. Drewno, a nawet gotowe statki z północy docierały aż do Lizbony i Sewilli. W Anglii wielki program budowy okrętów wojennych z lat 1650 – 1688 (wybudowano ich aż 209) doprowadził do wycięcia najcenniejszych drzew w lasach należących do korony. A przecież budowano jeszcze więcej statków handlowych. Jeśli do tego dodamy zapotrzebowanie rolnictwa oraz budownictwa, w większości przecież drewnianego, nie dziwi fakt, że w końcu XVII wieku drewno stanowiło 53 proc. towarów przywożonych do Wielkiej Brytanii.

Przyszłość skazanej na korzystanie z węgla drzewnego metalurgii nie rysowała się różowo. W latach 1625 – 1685 ceny węgla drzewnego wzrosły ponaddwukrotnie, podczas gdy ogólny wskaźnik cen właściwie się nie zmienił. Wzrost cen paliwa przy utrzymującej się na zbliżonym poziomie cenie żelaza powodował, że rodzima produkcja nie mogła rosnąć. Ponieważ jednak popyt stale się zwiększał, ponad połowę zużywanego na Wyspach żelaza sprowadzano ze Szwecji. Import ten w latach 1625 – 1685 wzrósł aż dziewięciokrotnie.

W parlamencie raz po raz dochodziło do gwałtownych starć trzech grup interesów: admiralicji, metalurgów i arystokratycznych obrońców przyrody walczących o zachowanie terenów łowieckich. Wprawdzie siłę tych ostatnich zdruzgotała rewolucja i wojna domowa lat 1642 – 1646, ale w walce z popieraną przez Olivera Cromwella admiralicją metalurdzy byli bez szans. Wypominano im, że roczna produkcja 20 tys. ton surówki powoduje wyniszczenie 80 tys. hektarów lasów. „Są tacy, a jest ich wielu i uważają się za szczególnie mądrych, którzy twierdzą, że byłoby lepiej, gdyby Anglia w ogóle nie posiadała hut i gdyby nie produkowano tam żelaza” – lamentował obrońca metalurgów Andrew Yarranton.

W połowie XVII stulecia odezwały się liczne głosy publicystów i uczonych wzywających do oszczędzania drewna. Samuel Hartlib nawoływał ziemian, by dołożyli starań w celu zwiększenia wydajności ziemi, aby nie trzeba było wycinać kolejnych lasów. John Evelyn w wydanym pierwszy raz w 1664 roku i szeroko komentowanym traktacie o lasach w tonie dramatycznym postulował oszczędzanie drewna i zalecał racjonalne zalesianie. Kilka lat później programy zalesiania uzyskały ustawową sankcję parlamentu. Metalurdzy w dobrze rozumianym interesie własnym zakładali plantacje drzew, które wycinano po 10 – 20 latach, by przerobić drewno na węgiel drzewny. Wszystko to jednak nie wystarczało.

Podobne głosy słychać było również w innych krajach. We Francji już na początku XVII wieku wpływowy pierwszy minister Henryka IV książę Maksymilian Sully wieszczył, iż wszystkie potrzebne do życia artykuły będą stale drożeć z powodu braku drewna opałowego. Obawy te, jak zwykle w podobnych wypadkach, były przesadzone. Ani stocznie, ani rolnictwo, ani nawet piece hutnicze nie były w stanie spustoszyć rozległych połaci lasów. Wrażenie nadchodzącej klęski ekologicznej podsycane było jednak przez fatalny stan infrastruktury drogowej w całej ówczesnej Europie. Wysokie koszty transportu powodowały, że wycięcie lasów w najbliższej okolicy wywoływało raptowny skok cen drewna i przekonanie o ogromnej skali wylesienia. Tymczasem z dalszych odległości drewno opłacało się transportować jedynie drogą wodną.Oszczędność była tylko jedną z możliwych reakcji na zbliżający się kryzys. Można też było zastąpić drewno innym surowcem.

Anglia, obok wylesionej już w średniowieczu Holandii, należała do krajów najbardziej doświadczonych kryzysem energetycznym. Nic więc dziwnego, że właśnie w tych dwóch krajach najwcześniej zaczęto szukać sposobu zastąpienia drewna. Metoda holenderska polegała na przerzuceniu ciężaru kryzysu na inne kraje, w których pod opieką holenderskich przedsiębiorców organizowano produkcję w najbardziej energochłonnych gałęziach przemysłu. Potrzeby rodzime, przede wszystkim w zakresie ogrzewania, starano się opędzić, korzystając z bogatych złóż torfu. Pod względem jego wykorzystania Niderlandy wyprzedziły resztę Europy, dysponowały bowiem gęstą siecią kanałów pozwalających łatwo transportować torf do odbiorców w miastach. Gdy w XIX wieku infrastruktura transportowa w krajach europejskich pozwoliła sięgnąć po torf jako surowiec energetyczny, jego złoża w Holandii były już na wyczerpaniu. Torf eksploatowano we Flandrii już w średniowieczu, jednak dopiero w XVII wieku, gdy do interesu weszły spółki kupieckie, jego wydobycie przybrało skalę masową. Gdyby złóż tych nie było i z konieczności trzeba by opierać energetykę na drewnie, należałoby zalesić 800 tys. hektarów, czyli 1/3 powierzchni kraju.

Również Anglia dysponowała alternatywnym wobec drewna surowcem energetycznym. Był nim węgiel kamienny wydobywany w okolicach Newcastle już w średniowieczu. Podobnie jak w Holandii, również w Anglii transport nie był barierą nie do pokonania, bowiem od XVI wieku węgiel przywożono do odbiorców w ładowniach regularnie kursujących statków (stąd nazwa węgiel morski). Na przeszkodzie w upowszechnieniu węgla kamiennego stały jednak przesądy. Swąd palonego węgla drażnił powonienie mieszkańców miast, a co bardziej nerwowi przestrzegali przed zbiorowym zatruciem. W 1307 roku król Edward I zakazał używania węgla, „usłyszawszy o skargach prałatów i baronów królestwa często przybywających do Londynu z monarszego rozkazu oraz o narzekaniach mieszczan i innych mieszkańców Londynu i Southwark na rzemieślników używających w piecach i paleniskach węgla morskiego zamiast węgla drzewnego lub drewna. Węgiel morski wydziela straszny smród rozchodzący się po okolicy i zatruwający powietrze, drażniący baronów, mieszczan i innych mieszkańców i narażający na szkodę ich zdrowie”. O tym, że rozporządzeń królewskich należy przestrzegać, przekonał się dwa lata później pewien mieszkaniec Londynu, który palenie węglem przypłacił głową.

Triumf „ekologów” nie trwał jednak długo. W latach 40. XVI wieku seria ostrych zim wywindowała ceny drewna. Ponieważ władze Londynu nie były w stanie dotować wszystkich potrzebujących, dopuściły używanie węgla kamiennego w domowych paleniskach. W ciągu następnego półwiecza stał się on podstawowym surowcem opałowym nad Tamizą, na pewno w paleniskach uboższych warstw ludności.

Na początku XVII stulecia również bogatsi londyńczycy porzucili drewno opałowe na rzecz węgla. Nic dziwnego, skoro między 1540 a 1640 rokiem ceny drewna wzrosły o 780 proc., podczas gdy ceny węgla szły w górę w podobnym tempie jak ogólny wskaźnik inflacji (291 proc.). W konsekwencji o ile w 1550 roku dowieziono do Londynu 25 tys. ton węgla, o tyle 100 lat później było to już 409 tys. ton. Pierwotnie węgla kamiennego używano tylko w kuchni. Wyrafinowani smakosze twierdzili nawet, iż ogień węglowy lepiej niż ogień z drzewa służy potrawom, szczególnie mięsnym. Nadal jednak do użytku w pokojach i sypialniach rezerwowano drzewo. Przyzwyczajenie i niskie ceny otworzyły w końcu dla węgla drogę i tam.

Z czasem swąd palonego węgla i osiadająca na ubraniu oraz twarzy sadza stały się codziennym doświadczeniem londyńczyków. „Pewnego dnia, gdy szedłem przez pałac Jego Królewskiej Mości w Whitehall, do środka wtargnął obłok okropnego dymu, tak że nie sposób było kogokolwiek zobaczyć” – zapisał John Evelyn w swym dzienniku w 1661 roku. Kilka lat później pionier demografii, członek Towarzystwa Królewskiego John Graunt tłumaczył wyższą śmiertelność w Londynie niż na prowincji gęstością zaludnienia i powszechnym używaniem węgla kamiennego. Wielu ludzi „nie może wytrzymać londyńskiego smogu nie tyle z powodu jego przykrego zapachu, ile uczucia duszności, które wywołuje”. Na ów smród narzekali również francuscy turyści, z upodobaniem odwiedzający Anglię w XVIII wieku. Trudno się dziwić, wszak na kontynencie węgiel zaczął wypierać z palenisk drewno dopiero u schyłku wieku oświecenia.

Choć 2/3 węgla kamiennego przeznaczano na ogrzewanie, to z czasem zaczęli go używać rzemieślnicy uciekający w ten sposób przed rosnącymi cenami węgla drzewnego. Byli wśród nich wytwórcy mydła, ałunu, wapna, piwowarzy, hutnicy metali nieżelaznych i przedstawiciele wielu innych specjalności, w których zmiana surowca nie wymagała zmiany technologii, lecz jedynie modyfikacji przyzwyczajeń. Skutkiem był wzrost wydobycia węgla z 210 tys. ton w połowie XVI wieku do 3 mln ton w końcu następnego stulecia. Jedynie hutnicy musieli nadal korzystać z drogiego węgla drzewnego.

Na podstawie tego, co powiedziano wyżej o kryzysie energetycznym XVII wieku, należałoby oczekiwać, że wynalazek Darby’ego natychmiast podbije metalurgię. Tak się jednak nie stało, okazał się bowiem spóźniony o jakieś 20 lat. Tak się bowiem złożyło, że od początku XVIII wieku dały o sobie znać efekty zalesiania przeprowadzonego w latach 60. XVII stulecia i ceny węgla drzewnego przestały rosnąć, a nawet o kilka procent spadły. W konsekwencji tona surówki uzyskana przez Darby’ego kosztowała 7 funtów, podczas gdy ta sama tona wytopiona z pomocą węgla drzewnego niecałe 6 funtów. Mimo wszystko interes wynalazcy kwitł aż do jego śmierci w 1717 roku, gdyż krzem zawarty w surówce wytopionej za pomocą koksu pozwalał odlewać naczynia o cieńszych ściankach niż u konkurencji.

Względna pomyślność konserwatywnych metalurgów angielskich trwała jednak krótko.