Första lördagen i juni är det Ångans dag! Vattenånga är det medium som betytt mest för samhällets utveckling de senaste 300 åren, och fyller fortfarande en viktig funktion, till exempel i våra kärnkraftverk.
Redan under antiken kände man till ångans kraft, det mest kända exemplet är kanske Herons ångkula (läs här ) men det svåra kan man säga var hela tiden att kunna tillverka kärl som klarar att stå emot ångans inneboende kraft.
När vatten kokar och övergår i ånga expanderar det 1700 gånger vilket skapar det tryck som sedan används för arbete, eftersom det slutna kärlet som det kokande vattnet befinner sig i är av en konstant volym. Värmen påverkar materialets hållfasthet, effektiva tätningar är svåra att göra, det ökande trycket i sig utgör en kraft som vill få kärlet att brista, och när man leder ut ångan ur kärlet för att utföra ett arbete så krymper ångan tillbaka till vatten så fort den kondenserar och kraften är borta, det blir bara en fjutt kvar. Kokpunkten stiger med ökande tryck i kärlet så ju högre tryck man har, desto mer måste man elda under kärlet för att fortsätta ångbildningen.
Det kan låta som en nackdel men är också en fördel. Det betyder att det vatten som finns i pannan och som är värmt till en temperatur som motsvarar ångbildningstemperaturen vid ett bestämt tryck fortsätter att avge ånga när ånga förbrukas ur pannan. Vid 12 kilos tryck är temperaturen på vattnet i pannan 187 grader. Det mesta är vatten, den övre femtedelen av pannan innehåller ånga. När ånga tas från pannan sjunker trycket, kokpunktstemperaturen sjunker alltså också eftersom den är direkt kopplad till temp och tryck. Vattnet har 187 graders temp och när ånga lämnar pannan och orsakar ett tryckfall så kompenseras det av att vattnet har några graders marginal till rådande kokpunkt vid det nya lägre trycket och därför avger “ny” ånga, så att trycket i pannan upprätthålls trots att man tar ut ånga ur pannan. Bara elda på och ha gott om vatten i pannan, så kan man ta ut ett konstant tryck av ånga ur pannan alltså.
Men det tog ett tag innan en sådan panna som höll för trycket och material som kunde täta kolvstänger och annat som behövs för en maskin som drivs av ånga kunde byggas. Det skulle dröja till 1700-talet innan mekanik och teknik kommit så långt att ångans kraft kunde börja användas “praktiskt”. James Watt brukar kallas ångmaskinens fader, han var inte först med ångmaskiner men han utvecklade den så att den kunde komma till praktisk användning i ett flertal användningsområden. Detta gav “billig kraft” så att industrialismen kunde bli verklighet.
Industrier behöver logistik, och det var ångmaskinen som även där stod för genombrottet. Först ut var Joseph Cugnot som 1769 byggde en “ångvagn”, en traktor kan man säga (läs här ). Den kunde dra 4 ton i 4 km/t. Den var svår att styra vilket innebar att Joseph var den förste som dömdes för vårdslöshet i trafik, och såväl Josephs som ångvagnens karriär tog slut när den brakade in i en mur 1771. Ånga som kraftkälla till fordon tog en liten paus i utvecklingen, men lärdomar hade ändå dragits.
Järnvägar som idé har också funnits sedan antiken, och använts kontinuerligt sedan dess, i form av trästockar som styr hjulen eller nedsänkta spår i stenlagda vägar. Vägar av järn, alltså med räls, får sitt genombrott då man i England ska anlägga en sådan väg av järn mellan Liverpool och Manchester. Ingen vet ännu hur ett lokomotiv ska se ut även om det finns ett fåtal experimentella föregångare. Därför anordnas en tävling där intresserade bjuds in att bygga ett lok och tävla med detta i en uthållighetstävling (läs här ). Det lok som kör fortast och håller hela tävlingen ut vinner kontraktet att få leverera lok till den nya järnvägen. Det blir George Stephenson och hans lokomotiv “Rocket” som vinner. En av utmanarna var John Ericsson från Sverige, som visserligen var snabbare men som råkade ut för ett haveri under tävlingen. I ärlighetens namn så vann rätt lok, och dess grundkonstruktion stod som modell för alla ånglok som byggdes sedan dess ända fram till så sent som 1990, med några få experimentella undantag.
Nu har industrin nyckeln till den logistik som behövs för den nya tillverkningskapaciteten som ångmaskinen möjliggjort. Vi kan se på vad den till exempel betydde för vår svenska bergshantering. Gruvor, masugnar och hammare låg utspridda därför att de behövde vattenkraft och skog till rörelseenergi och bränsle, därför konkurrerade de om dessa resurser och det var av vikt att lägga dem så långt ifrån varandra att naturresurserna i närområdet räckte till. På 1700-talet var området kring Falu koppargruva helt avskogat på en radie av 10-15 mil kring gruvan.
När malmen skulle transporteras till masugnen och järnet i form av göt skulle transporteras till hammaren som smidde stänger av järnet, och dessa stänger sedan skulle vidare till en exporthamn, så led man svårt av markens bärighet och årstiderna. Vägnätet var mer stigar, och marken bar endast på vintern när tjälen låg i marken för de tunga transporterna av malm och järn. Så bönderna hade en “sidoverksamhet” med hästdragna foror på vintern för att hålla industrin i gång och bygga upp deras lager inför nästa vår, sommar och höst. Från gruva till exporthamn tog transporten genom dessa förädlingsled i praktiken tre år, oavsett hur långt avståndet egentligen var. Årets produktion var helt beroende av vad som kunnat transporteras under föregående vinter.
När ångmaskinen kom och järnvägar byggdes var kraftkällan till industrin oberoende av vattendragen, nu kunde bränsle till ångmaskiner fraktas fram med järnväg till där det behövdes. Och produktens transport var inte heller beroende av årstiden längre. Processtiden från gruva till hamn kunde nu kortas ned från tre år till två veckor eller mindre. Överallt där järnvägar drogs fram, erhöll man liknande enorma fördelar. Inrikes resor blev nu en realitet vilket betydde mycket för handeln av de nya varor som nu kunde produceras i en aldrig förr skådad takt. Resan Stockholm-Göteborg tog i regel kring tio dagar, 1862 då järnvägen stod klar mellan städerna tog den 14 timmar.
Fördelarna var ganska uppenbara, stora statslån togs upp och ett stambanenät byggdes ut i södra och mellersta Sverige, med planer på att fortsätta norrut vilket man också gjorde. Kostnaden för den första etappen med södra, västra och de sydligaste delarna av norra stambanan kostade i dagens penningvärde runt 700 miljarder, vilket lustigt nog är ungefär vad man tror att det idag omdiskuterade höghastighetsnätet också skulle kosta.
Idag har vi lite baksmälla efter industrialismen och framför allt ser vi på den ur dess miljökonsekvens, och det är nog riktigt att allting inte var (eller ännu är) så bra. Men vi kan också jämföra med den förpestade öken som omgav Falun på 1700-talet, vilket hade varit alternativet än idag om vi inte hade haft ångmaskinen. För sin tid, var ångans epok ett lyft för miljön. Men tillväxten skapade spridning och lönsamheten skapade befolkningsökning, även det som en gång var “bättre” kom att bli en belastning. Med den snabba utveckling som nu sker på områden som informationsteknologin kan man kanske redan börja skymta hur den kommer att visa upp nackdelar av samma slag. Vår elektroniska utrustning som telefoner, datorer och nätverk drar ofantliga mängder energi, som vi inte har täckning för i längden. Det är helt enkelt inte hållbart med ett IT-samhälle precis som det inte var hållbart med industrialismen eller det förindustriella samhället. Ju fler vi är på jorden, desto snabbare är takten för innovationer och nya idéer. Det är inte omöjligt att den som läser det här en dag kommer att bli indragen i post-IT-perioden av mänsklighetens utveckling.
Ett miljövänligare kraft– eller energimedium än ångan är svårt att tänka sig. Problemet ligger i att framställa värmen som förångar vattnet på ett alltigenom miljövänligt sätt och att hindra värmeförluster då ångan lagras och transporteras till den maskin där dess kraft ska omsättas så att energin omsatt från värme till tryck inte går förlorad. Kanske har vi idag redan allt vi behöver för att lösa dessa hinder?
Idag firar vi Ångans dag, inte bara till minne, utan vi föreslår också till hågkomst om att vi sitter på en del rätt fantastisk teknologisk kunskap som ännu kan ha en viktig roll att spela i framtiden.
Bild: Solberga station AB
