LOW←TECH MAGAZINE Polski

Wieże gołębie: Prosta alternatywa dla nawozów sztucznych

Tue, 25 Oct 2016 00:00:00 +0000

Zdjęcie: Wieża gołębia. Autor zdjęcia: Bekleyen, A. (2009). „Gołębniki Diyabakiru: Ocalone przykłady znikającej tradycji”; The Journal of Architecture, 14(4), 451-464, 2009.

Azot i fosfor są kluczowymi składnikami dla podniesienie plonów w rolnictwie i wiele cywilizacji, zarówno starożytnych jak i współczesnych, wypracowało skuteczne sposoby, żeby dostarczać je na pola. Jedna z nich to płodozmian, czyli naprzemienna uprawa roślin wiozących azot w glebie i roślin go wyczerpujących. Innym sposobem jest hodowla drobiu: kur, kaczek, gęsi, indyków itd., które zostawiają guano na nawóz. Można również hodować bydło, nie mniej jednak, krowiemu obornikowi brakuje fosforu. Wszystkie te praktyki wymagają sporo pracy ze strony rolników – więcej niż rozrzucanie na polach nawozów sztucznych – jednak trud się opłaca. Dzięki takim zabiegom wzrasta żyzność gleby (a nawet jej miąższość), spada emisja gazów cieplarnianych i mniej składników odżywczych jest wymywanych z pól do rzek, jezior i mórz.

Potężne perskie gołębniki to jeden z bardziej eleganckich przykładów rozwiązania „azoto-fosforowego problemu”. Te budowle były tak masywne, że możemy je bez przesady nazwać „gołębimi wieżami”. Sytuowano je w strategicznych miejscach pośrodku pól, a były tak wielkie, że mogły pomieścić naraz tysiące dzikich gołębi. Raz do roku zbierano łopatami odchody ptaków i sprzedawano je lokalnym rolnikom. Większość wież, z tych które przetrwały do dzisiaj, jest mocno zaniedbana. Najstarsze datuje się na XVI wiek (istnieją poszlaki, mówiące że stawiano je już w X wieku). To m. in. one dostarczały nawozu legendarnym perskim sadom, uprawą melonów i polom pszenicy. ¹

Węże

Wieża gołębia to, w gruncie rzeczy, prosta konstrukcja. Jej główna struktura ma formę cylindra wykonanego z błotnych cegieł. Po środku budowli spoczywa duży cylindryczny zbiornik otoczony kolumnami wykonanymi także z cegieł – w ten sposób maksymalizuje się wewnątrz wieży powierzchnię płaską, co pozwala na pomieszczenie nawet dziesięciu tysięcy gołębi. Cegły są tak ustawione, aby tworzyć niewielkie nisze i półki na gniazda ptaków. U szczytu wieży znajdują się otwory, przez które gołębie mogą wlatywać i wylatywać wedle woli. Otwory są tak zaprojektowane, żeby nie mogły dostać się przez nie węże – główny drapieżnik gołębi w tamtych stronach.

Wiele wież ma ściany naznaczone głębokimi spękaniami, które, jak się mówi, są wynikiem wstrząsów wywołanych przez podrywające się nagle do lotu tysiące ptaków, przestraszone obecnością węża. Centralny zbiornik posiada schody i każda wieża ma przynajmniej jedno lub dwoje drzwi, przez które mogą wchodzić ludzie, aby pozbierać guano i doglądać gołębi. Niekiedy gołębiom dostarcza się ziarna i wody, co zmienia wieże w wygodne hostele dla ptaków ze śniadaniem w cenie. A jeśli się tego nie robi, to i tak ptaki mogą się swobodnie pożywiać na okolicznych polach. Zapomnijcie o AirBnB: tutaj mamy do czynienia z prawdziwą „gospodarką dzielenia się” (ang. sharing economy, przyp. tłum.).

Wieżę gołębie to przykład tzw. „architektury tubylczej”, czyli zabudowań, które są unikalne dla danej społeczności, ale nie mają jednego twórcy. Wiedza o tym jak je budować jest prawdopodobnie od wieków przekazywana z pokolenia na pokolenia. Wszystkie wieże zdają się dzielić wspólny projekt, ponieważ są do siebie bardzo podobne, zachowując jednocześnie pewne regionalne różnice.

Zdjęcie: Wnętrze wieży gołębiej z widocznymi niszami na gniazda. Źródło: [Flickr](https://www.flickr.com/photos/algrache/8694414299/in/photolist-ujHzq-8xo6WE-3RQMxq-8xnXWL-mnAgf9-efi9sP-efibcK-efiapa-m5iFrF-efhgZD-cf9nT1-oUPMES-HEBs47).

Jednym z unikalnych cech perskich wieży gołębich są wewnętrzne półki wykonane z wysuniętych cegieł. Ich układ powtarza się w geometryczny wzór, tworząc hipnotyczny deseń plastra miodu, dzięki czemu całość staję się czymś większym, niż tylko sumą poszczególnych części. Jest on niesamowicie innowacyjny, bo pozwala zmaksymalizować liczbę gnieżdżących się ptaków, minimalizując jednocześnie użycie materiałów budowlanych. Na zewnętrznych ścianach wież biegną pasy gładkiego tynku, co na pierwszy rzut oka wydaje się jedynie zabiegiem dekoracyjnym, jednak, w przeciwieństwie do chropowatych cegieł, pasy te utrudniają węzom wspięcie się po ścianach.

Dziesięć tysięcy lat

Gołębie przez wieki odgrywały znaczącą rolę w perskiej gospodarce i polityce. Pierwsi rolnicy pojawili się na terenach tzw. Żyznego Półksiężyca (który obejmuje także terytorium dzisiejszego Iranu) dziesięć tysięcy lat temu,. Ponieważ rolnictwo na tym obszarze przetrwało już tak długo, oznacza to, że jest ono nastawione na ciągłość i trwanie, a nie na maksymalizację krótkoterminowych zysków. ² Dla takich upraw jak melony, ogórki i inne rośliny potrzebujące dużych ilości azotu – będące podstawę perskiej kuchni - wieżę gołębie stały się kluczowym regionalnym dostawcą nawozu. Nie dziwi fakt, że perscy władcy nakładali podatki na właścicieli wież – to tak samo, jak opodatkowywać sól albo paliwa kopalne.

Gołębie były tak nierozerwalnie złączone z perską kulturą, że europejscy podróżnicy, poczynając od Marco Polo, wspominali o nich w swoich dziennikach podróżnych. Odchody gołębi Persowie wykorzystywali do produkcji prochu strzelniczego, na długo przed tym zanim europejczycy zaczęli bawić się materiałami wybuchowymi.

Przeważająca część z pozostałych do dzisiaj wież gołębich stoi na terenie Isfahanu - drugiego najludniejszego regionu Iranu. Jednak większość z nich jest porzucona i czeka na naprawę. Gołębniki przeznaczone do produkcji nawozów, możemy również znaleźć we wschodniej Turcji, jednakże tamte, znacznie różnią się konstrukcją od perskich. Miano „wieży”, nie będzie tutaj na miejscu, ponieważ z zewnątrz przypominają małe szopy na zboczach góry. Konstrukcja zewnętrzna to tylko wejście do dużych jam wykutych w wapiennych skałach, w których gniazdują gołębię. Nie rzadko wieśniacy wieszają dla gołębi kosze u stropu pieczar. Wiele z tych gołębników jest ciągle w użyciu, ale niestety, tak jak w Iranie, coraz więcej niszczeje zaniedbanych. ³

Proste w utrzymaniu

Chociaż Iran był w latach 60. XX w. niemal samowystarczalny, jeśli chodzi o produkcję żywności, to rosnące zużycie nawozów sztucznych obniżyło ilość wytwarzanych produktów rolnych, ponieważ wypaliły one słabe, delikatne gleby. Niedobory wody to rosnący w problem w wielu regionach Iranu (Isfahanie również) ⁴, a wiecznie spragnione rolnictwo zużywa prawie wszystkie dostępne zasoby.

Ten zbieg problemów wskazuje na to, że należy poszukać alternatywnych praktyk dla nowoczesnego, intensywnego rolnictwa. Chociaż popadają w zapomnienie, to jednak wieże gołębie mają kilka przewag nad innymi, prostymi metodami produkcji rolnej. Weźmy na przykład przetaczane po polach kurniki na kolach, używane przez niektórych rolników ekologicznych. Inny przykład to nielotne kaczki domowe, które farmerzy w wielkich stadach puszczają na pole, by zjadały szkodniki i zostawiały odchody.

Zdjęcie: [Gołębniki Safavid w okolicy Osfahan](http://antiquity.ac.uk/projgall/pourjafar327/). Mohammad Reza Pourjafar, Mohammad Reza Leylian, Farid Khodarahmi & Farhang Khademi Nadooshan

Po pierwsze, w przeciwieństwie do kaczek i kur, dzikie gołębie wymagając jedynie minimalnej opieki. Daj im schronieni i wodę, a same przylecą. Gołębniki są stacjonarne, nie trzeba spędzać całego dnia na przetaczanie po polu wielkiej szopy z kurami, ani uganiać się za stadem kaczek. Mięso i jajka gołębi można spożywać tak samo jak innych ptaków hodowlanych, jednakże w Iranie wieśniacy wzbraniali się przed tym z powodu ważnej roli jaką gołąb pełni w kulturze Islamu. Jednakże najlepsze jest to, że wieże gołębie są ekstremalnie proste: żadnych kół, elektryczności, nie potrzeba traktora; wystarczą cegły i łopata do zgarniania guana, no i jakiś remont raz na kilkaset lat.

Chociaż teraz zaniedbane, to jednak wieże gołębie stoją jako pomniki nieprzemijającej wartości, jaką niosą ze sobą proste technologie w dzisiejszych kryzysowych czasach. To nie przypadek, że region w którym narodziło się rolnictwo, dał również początek innowacyjnym metodom zrównoważonej uprawy roli, która przetrwała tysiąclecia. Wieżę gołębie to jedna z tych metod – pomogły perskim rolników uprawiać najprzeróżniejsze rośliny na wcześniej suchych i słabych glebach.

Aaron Vansintjan

Aaron Vasintjan napisał wiele artykułów do No Tech Magazine & Low-tech Magazine. Prowadzi swój własny blog o nazwie Uneaven Earth.

Pierwsza publikacja tego artykułu miała miejsce w No Tech Magazine

Beazley, Elisabeth. (1966) “The pigeon towers of Isfahan.” Journal of Persian Studies: 105-109. Bekleyen, A. (2009). The dovecotes of Diyarbakır: the surviving examples of a fading tradition. The Journal of Architecture, 14(4), 451-464. ↩︎
Koocheki, A., & Ghorbani, R. (2005). Traditional agriculture in Iran and development challenges for organic agriculture. The International Journal of Biodiversity Science and Management, 1(1), 52-57. ↩︎
Bekleyen, A. (2009). The dovecotes of Diyarbakır: the surviving examples of a fading tradition. The Journal of Architecture, 14(4), 451-464. ↩︎
Erdbrink, Thomas. (2015) “Scarred riverbeds and dead pistachio trees in a parched Iran.” The New York Times. http://www.nytimes.com/2015/12/19/world/middleeast/scarred-riverbeds-and-dead-pistachio-trees-in-a-parched-iran.html ↩︎

Chińska taczka z żaglem: sieć transportowa w ludzkiej skali

Thu, 29 Dec 2011 00:00:00 +0000

Jak na tak przeciętny pojazd, zwykła taczka może pochwalić się zaskakująco ekscytującą historią. Na Wschodzie stała ona się uniwersalnym środkiem transportu towarów i ludzi, nawet na długich dystansach.

Chińska taczka, wprawiana w ruch siłą ludzkich mięśni, zwierząt pociągowych i wiatru, zauważalnie różni się od swojej europejskiej odpowiedniczki. Przez prosty zabieg powiększenia koła i umiejscowienia go pośrodku taczki (zamiast małego na przedzie), jedna osoba jest w stanie wieźć trzy, do sześciu razy większe ładunki, niż byłaby w stanie to zrobić za pomocą europejskiej taczki.

Ten jednokołowy pojazd, pojawił się mniej więcej w czasie, kiedy rozległa infrastruktura drogowa starożytnych Chin zaczęła się sypać. Zamiast trzymać się wozów i wózków, ciągniętych po szerokich utwardzonych drogach, Chińczycy skupili się na rozwoju łatwych w utrzymaniu wąskich ścieżek, na tyle szerokich by mogły po nich jeździć taczki. Europejczycy, którzy w tym czasie przeżywali rozpad sieci dróg odziedziczonych po Imperium Rzymskim, nie wypracowali równie dobrego rozwiązania co Chińczycy i stracili na blisko tysiąc lat możliwość swobodnego transportu towarów lądem.

Możliwości Transportu Lądowego

Przed pojawieniem się silnika parowego, ludzie zawsze preferowali transport towarów wodą niż lądem, ponieważ wymaga on znacznie mniej wysiłku. Jednak kiedy nie było możliwości przewiezienie towarów łodziami, albo drogi wodne były zbyt oddalone, pozostawały do wyboru trzy możliwości: przeniesienie ich przez ludzi (za pomocą takich narzędzi jak: koromysło, nosze, kosze, tragi), przywiązanie ich do zwierząt jucznych (osłów, mułów, koni, wielbłądów, kóz, psów) lub załadowanie ich na wózki i wozy kołowe (ciągnione przez ludzi lub zwierzęta).

Pośród tych wszystkich rozwiązań, noszenie ciężarów jest najprostszą czynnością - nie ma potrzeby budowania dróg ani pojazdów, nie trzeba też karmić zwierząt. Jednak człowiek jest w stanie nieść na dłuższy dystans nie więcej jak 25 do 40 kg, co czyni tę metodę pracochłonną, w szczególności jeśli chce się przetransportować dużą ilość dóbr. Zwierzęta juczne mogą unieść od 50 do 150 kg, ale wymagają karmienia, są bardziej wymagające od ludzi w kwestii ukształtowania terenu oraz mogą być uparte. Zwierzęta juczne potrzebują również jednej, lub więcej osób jako przewodników.

Kiedy towar jest niesiony - czy to przez człowieka czy zwierzę - nie przemieszcza się jedynie w docelowym kierunku, ale również z każdym krokiem podróżuje w górę i w dół. Wydatek energetyczny związany z tym zjawiskiem jest znaczący, szczególnie w transporcie ciężkich towarów na długie dystanse. Ciągnięcie rzeczy niweluje ten problem, ale tutaj z kolei pojawia się tarcie, które należy pokonać.

Wynika z tego, że użycie pojazdu kołowego jest najsprawniejszym energetycznie sposobem transportu lądowego, ponieważ towar przebywa jedynie drogę poziomą, a tarcie jest w większości przezwyciężane dzięki kołom. Wózki i wozy kołowe, napędzane siła ludzką czy zwierzęcą, mogą przewieźć większy ciężar, zużywając tę samą energię co tragarze. Jednak ta zaleta ma swoją cenę; trzeba zbudować w miarę gładkie i równe drogi oraz trzeba skonstruować pojazdy. Co więcej, jeśli pojazd mają ciągnąć zwierzęta, to te trzeba karmić.

Jeśli wziąć pod uwagę, wszystkie wyżej wymienione czynniki, to chińska taczka wyda się najbardziej sprawnym lądowym środkiem transportu sprzed czasów Rewolucji Przemysłowej. Mogła przewieźć towar równie ciężki co zwierze juczne, jednak napędzana była siłą ludzkich mięśni, a tym samym mniej narażona na nieposłuszeństwo „siły pociągowej”.

Ponieważ kołodziejstwo było pracochłonnym rzemiosłem, to jednokołowa taczka, w porównaniu do dwu, czy czterokołowego wozu, była znacznie tańsza w produkcji. Chociaż wciąż wymagała dróg, po których mogła się poruszać, to zadowalała się wąską wyboistą ścieżką (szeroką na kilkadziesiąt centymetrów). Dwa uchwyty zapewniały dobre prowadzenie i zwrotność.

Wschód i Zachód: Zupełnie Inna Historia

Historia taczki potoczyła się zupełnie inaczej na Wschodzie i na Zachodzie. Do dzisiaj jej pochodzenie jest niejasne, ale pewnym jest że odegrała znacznie ważniejszą rolę na Wschodzie niż w Europie. Ostatnie lata przyniosły pewne dowody na to, że taczka mogła być używana na placach budowy starożytnej Grecji pod koniec piątego wieku przed naszą erą, Nie ma żadnych informacji o tym czy korzystali z niej starożytni Rzymianie (co nie oznacza, że nie jej nie znali).

Użycie taczek w pracach utrzymania urządzeń przeciwpowodziowych. Shandong przed rokiem 1973.

Pierwsze wiarygodne wzmianki o użyciu taczki w świecie zachodnim pochodzą z początków XIII wieku naszej ery. W Chinach jej wykorzystanie jest dobrze udokumentowane, poczynając już od II wieku naszej ery - ponad tysiąc lat wcześniej niż w Europie. Ciekawym jest, że taczka pojawiła się co najmniej dwa tysiące lat później niż dwukołowe wózki i czterokołowe wozy.

Tragi

Kiedy taczka w końcu przyjęła się w Europie, wykorzystywana była jedynie do przewożenia towarów na krótkie dystanse, przede wszystkim w rolnictwie, górnictwie i na budowach. Nie był to pojazd drogowy. Na Wschodzie taczka służyła do przewozu zarówno towarów i ludzi - nawet na średnich i długich dystansach. Zachodnia taczka była źle przystosowana do przewożenia ciężkich ładunków na długie dystanse, kiedy chińska była do tego stworzona.

Europejska taczka miała (i nadal) ma jedno koło niezmiennie usytuowana na przedzie, w najdalszym jego końcu. Z tego powodu, obciążenie jest równo rozłożone na koło i na tragarza. Taczka zastąpiła nosze i tragi, przez zamianę przedniego tragarza na koło (ilustracja u góry).

Lepszy Chiński Projekt

Charakterystyczna chińska konstrukcja posiada, znacznie większe od europejskiej, koło umieszczono pośrodku skrzyni. Dzięki temu rozwiązaniu, taczka całkowicie zdejmuje z tragarza obciążenie, który jedynie pcha i prowadzi pojazd. Innymi słowy: ze stu kilogramów załadowanych na europejską taczką tragarz musi unieść pięćdziesiąt kilogramów, kiedy użytkownik chińskiej taczki nie będzie musiał nieść nic, a jedynie pchać i sterować.

W efekcie powstał, chociaż prosty, to niezwykle potężny i zwrotny pojazd. W roku 1176 naszej ery, chiński pisarz Tsêng Min-Hsing pisał o nim entuzjastycznie:

“Urządzenie jest tak sprawne, że może zastąpić trzech mężczyzn, co więcej pokonując niebezpieczne ścieżki i górskie przesmyki pozostaje bezpieczne i stabilne. Drogi, nawet tak poskręcane jak jelita owcy, nie są w stanie jej pokonać”.

Duże koło umieszczono pośrodku taczki w całości zdejmuje ciężar z tragarza, któremu pozostaje prowadzenie pojazdu.

W początkach swojego istnienia chińska taczka - do dzisiaj intensywnie użytkowana w Kambodży, Wietnamie i Laosie – spotykana była w dwóch podstawowych wariantach. Jeden był nazywany “drewnianym wołem” (chin. „mu niu”), i był to pojazd ciągniony z dyszlami na przedzie. Drugi wariant był nazywany “sunącym koniem” (chin. “liu ma”) z dwoma belkami/uchwytami z tyłu do pchania.

Istniały również kombinacje obu tych typów, które dwóch ludzi mogło jednocześnie pchać i ciągnąć. Znacznie później do Chin dotarła taczka w zachodnim stylu i była użytkowana równocześnie z chińską.

Pochwała z Zachodu

Charakterystyczny pojazd zdumiewał przybyszy z Zachodu odwiedzających Chiny we wczesnych latach nowożytnych. W swoim monumentalnym dziele pt. “Nauka i Cywilizacja Chin”, Joseph Needham cytuje holendersko-amerykańskiego kupca Andreasa Everdus van Braam Houckgeesta, który odwiedził Państwo Środka w 1797 roku, dając świetny opis rzeczonego przyrządu:

“Pośród [wszystkich] wozów używanych w tym kraju mamy taczkę, jednako zbudowaną i używaną zarówno do przewozu osób, jak i dóbr. W zależności, czy niesie lekki czy ciężki ładunek, kierowana jest w przez jedną lub dwie osoby, jedną ciągnącą ją za sobą, i drugą pchającą przed sobą dzięki dyszlom. Koło, które jest bardzo duże w porównaniu ze skrzynią, umieszczone jest centralnie w miejscu gdzie kładzie się obciążenie, cały ciężar spoczywa więc na piaście i człowiek nie dźwiga w żaden sposób ładunku, lecz zadaniem jego jest tylko wprawić ją w ruch i utrzymać w równowadze”.

Chiński pasażer zajmuje miejsce po jednej stronie, dzięki czemu daje przeciwwagę bagażowi umieszczonemu po drugiej stronie.

“Koło jest obudowane ramą zrobioną z łat i przykryte jest cienkimi listwami, cztery do pięciu cali szerokich. Po każdej stronie znajduje się półka, na której kładzione są dobra lub służy jako siedzisko pasażera. Chiński pasażer siedzi po jednej stronie, dzięki czemu daje przeciwwagę bagażowi umieszczonemu po drugiej stronie. Jeśli jego bagaż jest cięższy od właściciela, [tragarz] równo rozkłada ciężar na dwie strony i [pasażer] siada na desce ponad kołem, albowiem skrzynia jest przygotowana na takie okazje”.

Pociągi Taczek

“Widok tych taczek niosących ładunek, był dla mnie zupełną nowością. Chociaż nie mogłem nie dostrzec jej osobliwości, jednocześnie podziwiałem prostotę tego wynalazku. Zdaje mi się, że taka taczka w wielu wypadkach przewyższała nasze”.

Franklin Hiram King, amerykański gleboznawca, był pod równie dużym wrażeniem chińską taczką, dając tego wyraz w swojej publikacji z 1911 roku pt. “Farmers od Forty Centuries” („Farmerzy Czterdziestu Stuleci”):

“Ujrzeliśmy długi pochód taczkarzy wyruszających z nad kanałów na ulice, wiozących wielkie ilości towarów [płodów rolnych] w wiązkach długości stopy i średnicy pięciu cali. Przybywali za wsi na łodziach, każda niosąca tony liści i łodyg sukulentów. Naliczyliśmy nie mniej, niż pięćdziesięciu taczkarzy, przechodzących przez ulicę jeden za drugim, każdy taszczący 300 do 500 funtów, poruszających się tak szybko, że z trudem można było za nimi nadążyć, o czym przekonaliśmy się podążając za jednym z takich pociągów przez dwadzieścia minut, aż do jego celu. Przez cały ten czas, żaden z mężczyzn w pociągu nie wstrzymał, ani nie z zwolnił swego tempa. Pojazdy tego typu są również popularnym środkiem transportu osób, w szczególności chińskich kobiet, cztery, sześć, a nawet osiem widuje się podróżujących razem na jednej taczce, pchanej przez taczkarza”.

“Opis nie będzie pełny bez wspomnienia skrzypiących, nienaoliwionych osi, koszmaru obcokrajowców, którym Chińczycy zdają się zupełnie nie przejmować”

Rudolf Hommel, w swojej książce z 1937 roku pt. “China at Work” (Chiny Pracują), opartej na zapiskach z podroży po Chinach odbytej w 1921 roku, zdaje się być najbardziej zaintrygowany genialnością prostych technicznych rozwiązań, którym poświęca szczegółowe opisy:

“Wiele jest rodzajów taczek, ale spośród nich ta jest najbardziej typowa; zasada jest zawsze ta sama - jedno duże koło otoczone ramą, chroniącą górną część koła przed kontaktem z ładunkiem lub pasażerem. Dwie długie belki, rozstawione od siebie na odpowiednią odległość za pomocą dwóch poprzeczek, zakończone rączkami, tworzą podstawę bryły tego pojazdu. W belki wpuszczona jest krata, która otacza koło. Po każdej stronie wygięte pręty zamocowane poprzeczkami do belek, tworzą ramę nośną”

Arcydzieło Prostych Technologii

“Koło, około trzech stóp średnicy, zbite jest w całości z drewna i posiada dwie żelazne opaski wokół piasty, oraz żelazną obręcz. Oś wytoczona jest z jakiegoś bardzo twardego drewna. Z ramy taczek, biegną ku dołowi dwie części z otworami przez które przechodzi oś. Nie wygląda to wszystko zbyt przekonująco, jednak pojazdy te radzą sobie wyśmienicie z ogromnym obciążeniem, który się na nie nakłada, zważywszy na podskoki jakie wykonują jadąc po fatalnych drogach. Te taczki to stolarskie arcydzieła i szczególną troskę przykłada się do wyselekcjonowania najlepszej próby drewna idącego na wykonanie części. Opis nie byłby pełny bez wspomnienia skrzypiących, nienaoliwionych osi, koszmaru obcokrajowców, którym Chińczycy zdaję się zupełnie nie przejmować”.

Podobnie jak inni zachodni obserwatorzy, Hommel przyglądał się mijającym go pojazdom z podziwem:

“Na tych taczkach oprócz towarów Chińczycy przewożą również pasażerów. Widziałem raz sześciu ludzi, siedzących trójkami po obu stronach taczek ze zwisającymi nogami. Jeśli tylko jedna osoba jest wieziona, to kierowca zręcznie balansuje taczką, przechylając koło o odpowiedni kąt względem pionu. Jeśli wieśniak chce zawieźć świnie na targ, to oszczędza sobie wiele trudu na walkę z opornym zwierzęciem, po prostu przywiązując ją do taczki i wioząc ją na targ”.

Ruchome Twierdze

Wiele genialnych w swojej prostocie technologii zostaje opracowanych w celach wojskowych. Z chińskimi taczkami było tak samo. Pierwsze wzmianki o ich użyciu, mówią o zaopatrywaniu armii w pożywienie. Taczka dawała chińskiej armii tak dużą przewagę logistyczną, że jej istnienie było objęte tajemnicą - wczesne chińskie zapiski mówiące o taczce używają kodu. Taczka długo pozostała na wyposażeniu armii, a jej funkcja z czasem ewoluowała. Nie tylko dostarczano na niej zaopatrzenie, lecz również używano jej bezpośrednio na polu walki. W 1176 roku Tsêng Min-Hsing wspomina, że z pomocą taczek taczek formowano linie obronne.

Starożytni Chińczycy używali taczek jako obrony przed szarżą kawalerii, zagranie taktyczne które dotrwało późniejszych czasów, tylko że z użyciem dwukołowych wózków.

Joseph Needham cytuje jego słowa:

“Nie tylko, jest ona użyteczna do transportu wojskowych zapasów, ale w razie potrzeby może być użyta jako obronna przeszkoda przeciw kawalerii. Skoro wykopanie rowów i fos jest czasochłonne, taczki mogą zostać rozstawione po obwodzie, w taki sposób że konnica nieprzyjaciela nie będzie mogła łatwo przedrzeć się przez linię obrony. Ten rodzaj pojazdu może być szybko i sprawnie mobilizowany i wycofywany, może być użyty w zasadzie w każdym celu. Można je równie dobrze nazwać “ruchomymi twierdzami.”

Patrząc na wietnamskie taczki na zdjęciu powyżej, łatwo można sobie wyobrazić ten pojazd jako element obronny. Według Needhama, to Chińczycy ze swoimi taczkami byli pionierami wykorzystanie “ruchomych szańców” i “twierdz” w obronie przeciwko najazdom kawalerii. Taktyka ta przetrwała do późniejszych czasów, tylko że z użyciem dwukołowych wózków.

Napęd Zwierzęcy

Znamienną cechą chińskich taczek, było łączenie siły pociągowej ludzi i zwierząt. Metoda powszechnie stosowana już od początków istnienia pojazdu, została uwieczniona na obrazie z 1126 roku malarza Chang Tsê-Tuana. Joseph Needham daje nam jego opis:

“Obraz przedstawia życie ludu stolicy Khaifêng podczas obchodów wiosennych świąt. Wiele taczek porusza się lub stoi na ulicach miasta. Wszystkie, poza jedną, mają duże koło umieszczone centralnie i są ciężko obładowane. Podczas załadunku i rozładunku, taczki spoczywają na bocznych podpórkach. Jedna z nich jest pchana przez mężczyznę, a we wszystkich przypadkach tragarz utrzymuje taczki w równowadze za pomocą tylnych belek, kiedy to siłę pociągową zapewnia jeden człowiek ciągnący dyszel, lub osioł zapięty w uprząż chomątową i pasy pociągowe, albo dwa osły, podobnie zaprzęgnięte obok siebie.”

Użycie dodatkowej siły zwierząt lub wiatru (czasem obu jednocześnie) umożliwiało budowanie większych taczek mogących nieść cięższe ładunki.

Kombinacja siły ludzi i zwierząt została przedstawiona w Thien Kung Khai Wu1637 rok), gdzie możemy przeczytać że:

“Północna jednokołowa taczka (chin. tu yuan chhê) jest pchana przez jednego człowieka z tyłu, z osłem (jednym lub więcej) ciągnącym z przodu. Jest najmowana przez tych, którzy nie lubię jeździć (wierzchem). Podróżni siedzą po przeciwnych stronach dla utrzymania równowagi, a zasłona z mat chroni ich przed słońcem i wiatrem. Ten rodzaj transportu idzie tak daleko na północ jak Chhang-an i Chi-ning i dociera także do stolicy. Kiedy taczki nie wiozą pasażerów, mogą nieść nawet 4 czy 5 tanów dóbr (około 300 kg). Jednokołowa taczka (chin. tu lun thui chhê) z Południa, również pchana jest przez pojedynczego człowieka (lecz bez pomocy zwierzęcia), ale niesie jedynie 2 tany. Kiedy napotyka dziurę w drodze, musi się zatrzymać, i rzadko jest w stanie przejść dalej niż 100 li (50 km).”

Taczka z Żaglem

Jednak najbardziej zaskakującym sposobem wspomożenia siły ludzkich mięśni w pchaniu taczki było użycie żagla. Nie wiadomo kiedy pierwsze żagle pojawiły się na taczkach, lecz dzięki Josephowi Needhamowi wiemy, że to rozwiązanie było powszechnie stosowanie w Chinach w czasach kiedy spisywał swoje wspomnienia (1865 rok), przede wszystkim w prowincji Henan i w prowincjach na wybrzeżu m. in. w Shantung. Charakterystyczne pojazdy nie uszły również uwadze Rudolfa Hommela i F. H. Kinga. Chociaż wielu taczkom, za żagle służyły zwykłe kawałki płótna, to niektóre było wyposażone w perfekcyjne miniaturki żagli używanych na dżonkach (chińska łódź żaglowa), które z łatwością można było regulować.

Dzięki wykorzystanie pomocniczej siły wiatru i zwierząt (czasem obu równocześnie) możliwe było konstruowanie większych taczek, mogących przewozić większe ładunki. Ponownie sięgnijmy do opisów Adreasa Everardus van Braam Houckgeesta, z 1797 roku:

„Blisko południowych krańców Shantung, uważny obserwator dostrzeże typ taczki, który jest znacznie większy od tych które opisałem wcześniej, ciągniony przez konia czy muła. Ale jakie było moje zdziwienie, kiedy dzisiaj ujrzałem całą flotyllę taczek tych rozmiarów. Nie przesadzę, nazywając to co widziałem „flotyllą”, ponieważ każdy z pojazdów miał żagiel przymocowany do masztu osadzonego w gnieździe na przedzie skrzyni.”

„Żagiel, zrobiony ze słomianej maty, albo częściej z płótna, ma wymiary 5 na 6 stóp [1.5 na 2.0 m] wysokości i 3 do 4 stóp szerokości, ze sztagami, szotami i fałami, tak jak w chińskiej dżonce. Płaty łączą się z belkami, przez co tragarz może nimi manipulować”.

Chociaż wielu taczkom, za żagle służyły zwykłe kawałki płótna, to niektóre było wyposażone w perfekcyjne miniaturki żagli używanych na dżonkach.

“Obserwując taką aparaturę, ustrzec się trzeba przed sądem że to jakaś karykatura, lecz jest to układ dzięki któremu, przy sprzyjającym wietrze, taczkarze otrzymywali wielkie wspomożenie w swoim trudzie. Inaczej, tak skomplikowana rzecz mogłaby zostać wzięta jedynie za dziwaczny wybryk. Nie mogłem wyjść z podziwu dla tego połączenia i wypełniała mnie szczera radość kiedy patrzyłem na dwadzieścia, lub więcej tych żeglujących-taczek, obierających wspólny kurs, jedna za drugą”.

Taczka na Szynach

Ewolucja chińskiej taczki nie zatrzymała się nawet z nastaniem Rewolucji Przemysłowej. Nowa epoka przyniosła nowoczesne materiały i koła, a taczka zaadaptowała je na swoje potrzeby. Kolejnym wartym wspomnienia przykładem jest tak zwany “piepkar”, który pojawił się na przełomie XX wieku na wyspie Billiton u wybrzeży Sumatry. W tamtym czasie, na wyspie działało holenderskie przedsiębiorstwo wydobycia cyny. Musiało się ono zmagać z fatalnym stanem dróg. Rozwiązanie? Genialny przykład połączenia wiedzy Wschodu i Zachodu: taczka wyposażona w bardzo wąskie koła prowadzone po żelaznych szynach. Technologia przypominająca konne wózki, ciągnięte po szynach w wielu europejskich miastach tego okresu, była w użyciu na rzecz kopalni od około 1880 do 1920 roku

Rozpad Chińskiej Infrastruktury Drogowej

Aby w pełni zrozumieć znaczenie chińskiej taczki, należy spojrzeć na nią w kontekście historii chińskiej sieci transportowej. Przed trzecim wiekiem naszej ery, Chiny posiadały rozbudowaną i dobrze utrzymaną sieć dróg przystosowanych do wózków i wozów ciągniętych przez zwierzęta. Jedynie drogi starożytnego Rzymu przewyższały ją swoją długością. Chińska infrastruktura drogowa osiągnęła całkowitą długość około 40 tysięcy kilometrów, kiedy rzymski system osiągnął prawie 80 tysięcy kilometrów.

Aby w pełni zrozumieć znaczenie chińskiej taczki, należy spojrzeć na nią w kontekście historii chińskiej sieci transportowej.

Chińskie i rzymskie systemy dróg zostały zbudowane (niezależnie od siebie) w tym samym okresie, w czasie pięciu stuleci. Co ciekawe, z przyczyn politycznych (niezwiązanych ze sobą) zaczęły jednocześnie ulegać dezintegracji, poczynając od trzeciego wieku naszej ery. W tym momencie możemy doszukać się przyczyn sukcesu chińskiej taczki. To nie przypadek, że jednokołowa taczka pojawiła się właśnie wtedy. Była ona jedynym pojazdem, który mógł się skutecznie przemieszczać po drogach ulegających coraz szybszemu rozpadowi. Jak zaobserwował F.H. King; “Pod względem przystosowania do najgorszych warunków drogowych, żaden pojazd nie może równać się z taczką, prącą na przód na dwóch nogach i jednym kole”.

Rudolf Hommel w 1937 roku, narzekał na chińskie drogi:

“W dawnych czasach, Chiny miały wyśmienite drogi stosowne dla rydwanów, powozów i wszelkiej maści innych wozów. Dzisiejsze warunki przedstawiają zgoła inny obraz, szczególnie w południowych i środkowych Chinach, gdzie dwukołowy wóz nie jest [już] znany. Świetne drogi to przeszłość, a w ich miejscu możemy jedynie natrafić na wąskie ścieżki, ledwie mieszczące pieszego czy taczkę. Dwukołowy wóz przetrwał jedynie w północnych Chinach pod panowaniem Pekinu, gdzie pilna potrzeba przebudowy stolicy wymagała utrzymania odpowiednich dróg”.

“Chiński chłop, wiecznie trudzący się by zyskać trochę więcej ziemi pod uprawę, stopniowo uszczuplał szerokość chińskich szos [wybierając kamień drogowy], nieskrępowany nawet przez czujny rząd. Co więcej, chciwi urzędnicy przymykali oko na takie działania, tak długo dopóki pozwalało im to na wzrostu wpływu podatków z ciężko pracujących wieśniaków. Dopiero okres ostatnich pięciu lat przyniósł program intensywnej budowy dróg”.

Ścieżki Zaprojektowane Dla Taczek

Zdaje się, że Rudolf Hommel patrzący na chińską sieć dróg z zachodnim uprzedzeniem, mylił się. Historia opowiedziana przez Josepha Needhama ukazuje ją w lepszym świetle, podkreślając że sieć szerokich dróg była stopniowo zastępowana przez nieformalną, prostą infrastrukturę - nie mniej genialną niż taczki, które po niej jeździły (popatrz na jego fotografie z prawej i u dołu). Odpowiedź Chińczyków na rozpadającą się infrastrukturę nie ograniczyła się jedynie to zaadaptowania swoich pojazdów, a była dużo większa:

“Rząd wiele razy w historii, skupiał się głównie, a czasem wyłącznie, na drogach i szlakach wodnych, które miały pierwszorzędne znaczenie dla transportu zboża, zbierania danin i podatków oraz krążenia urzędowych pism. Także, utrzymanie gęstwiny lokalnych dróg i brukowanych ścieżek spadło na lud, wspólnie pracujący pod okiem wiejskiej starszyzny miasteczkowych możnych. W takim kontekście, religijne stowarzyszenia, jak na przykład Taoistyczne Żółte Turbany roku 180 naszej ery (w późniejszych czasach tak znaczący dla polityki) czy następnie buddyjskie bractwa, odegrały znaczącą rolę. Budowa dobrych dróg nie była niczym innym niż pobożnym obowiązkiem.”.

Sieć szerokich dróg była stopniowo zastępowana przez nieformalną, prostą infrastrukturę - nie mniej genialną niż taczki, które po niej jeździły.

“Także z czasem, obok starożytnych i średniowiecznych imperialnych duktów, chiński krajobraz obrósł siecią milionów mil dobrze wybrukowanych ścieżek, stosownych jednako dla pieszych, tragarzy z koromysłami, tragami i dla taczkarzy. Wyboiste, niewybrukowane drogi [odpowiednio szerokie] dla wozów dominowały jedynie na Wschodnich Równinach. Ci, którzy tak jak autor tego tekstu, przemierzali te brukowane szlaki ciągnące się milami przez lasy i pola ryżowe, nie może wspominać ich inaczej niż wielką nostalgią. Istniała długa tradycja takich prywatnie tyczonych dróg, sięgająca aż czasów dynastii Han, a może jeszcze wcześniejszych, a ich długość na przestrzeni wieków znacznie przerosła główne rządowe drogi.”

Co ciekawe, nowoczesna dwudziestowieczna sieć chińskich dróg, do której odnosił się Hommel w 1937 roku, nie od razu zapełniła się samochodami, lecz pozwoliła na upowszechnienie się kolejnego prostego pojazdu, konkurującego zaciekle z taczką – roweru, jeszcze bardziej sprawnemu dziecku Rewolucji Przemysłowej. Pewnie minie jeszcze kilka dziesięcioleci, zanim zarówno my Europejczycy oraz współcześni Chińczycy, uświadomimy sobie jak genialna była dawna sieć wąskich dróg Państwa Środka.

Rozpad Sieci Dróg na Zachodzie

Kombinacja jednokołowych taczek i specjalnie zaprojektowanych wąskich ścieżek, sprawiła że chiński transport lądowy był sprawniejszy niż europejski, co na prawie 1 500 lat dało Wschodowi przewagę cywilizacyjną. Każdego krytyka wszechobecnych dzisiaj samochodów, wyśmiewa się argumentując, że „przecież nie cofniemy się do jazdy na koniach i wozach”, bez świadomości tego, że połączenia konia i wozu wcale nie jest tak prostym rozwiązaniem jak mogłoby się zdawać. Historia jasno pokazuje, że rozbudowana sieć dróg jest w rzeczywistości tworem kruchym i delikatnym.

Europa, podobnie jak Chiny, po upadku Cesarstwa Rzymskiego pozostała z podupadającą siecią dróg. Jednak Europejczycy zyskali na czasie, gdyż rzymskie drogi budowano z wytrzymałego kamienia i cementu, w przeciwieństwie do chińskich które były kryte podatną na erozję wczesną formą asfaltu. Dzięki temu, rzymskie trakty pozostały w użyciu, aż do około XI wieku naszej ery, do momentu kiedy uległy tak dużemu zużyciu, że w większości je porzucono. Użyteczność tych dróg stopniowo malała również z powodu niszczenia mostów i urządzeń drogowych przez barbarzyńców i lokalną ludność, która broniła się przed najeźdźcami. Brak utrzymania i grabież bruku dokończyła dzieła zniszczenia. Co więcej, pojawienie się nowych miast i stolic (np. Paryża) wymagało wytyczenia nowych szlaków, które nie zawsze pokrywały się ze starożytnymi rzymskimi duktami.

W przeciwieństwie do Chińczyków, Europejczycy nie stworzyli, ani nowego pojazdu, ani użytecznej infrastruktury ścieżek, która zrekompensowałaby utratę starożytnych dróg. Nowe drogi zaczęły się pojawiać dopiero podczas odnowy gospodarczej późnego średniowiecza, lecz nie były one brukowane czy w żaden sposób utwardzone. Z tego powodu, przy dobrej pogodzie były w najlepszym razie znośne i praktycznie niemożliwe do przebycia po deszczu. Ponieważ nie posiadały żadnej podbudowy, to w czasie silnych ulew niektóre z nich ulegały ciężkim uszkodzeniom lub całkowitemu zmyciu przez wodę. W rezultacie wózki i wozy na wieki zniknęły z europejskiego krajobrazu i żaden pojazd nie zajął ich miejsca. Lud musiał znów zadowolić się poruszaniem się na własnych nogach, a bogaci dosiedli koni.

Do większości krajów Europy, płynny transport kołowy powrócił dopiero w XIX wieku.

Towary były najczęściej przenoszone przez zwierzęta juczne (głównie osły i muły, rzadziej konie) lub po prostu niesione przez tragarzy. Z wyjątkiem Anglii, gdzie transport kołowy odrodził się tak wcześnie jak w XIV wieku i Francji gdzie lepsze (choć bez podbudowy) drogi zaczęły pojawiać się w późnych latach XVI wieku, sprawny płynnie działający transport kołowy powrócił do Europy dopiero w XIX wieku - w tym samym czasie kiedy w zaczęto kłaść pierwsze tory kolejowe.

Wozy Zaprzęgnięte w Woły

W Europie wózki i wozy ciągnięte przez woły nie wyszły z użycia w transporcie ciężkich i dużych ładunków, których nie można było załadować na rzeczne barki czy morskie statki. Jednakże warunki drogowe często wymagały zaprzęgnięcia do wozów tak dużej liczby zwierząt, że transport ograniczał się jedynie do krótkich dystansów, a koszty bywały absurdalnie wysokie.

Tarcie nawierzchni drogi w znacznym stopniu determinuje to jak wydajny jest transport lądowy. W “Energii w Historii Świata”, Vaclav Smil pisze tak:

“Po gładkiej, twardej i suchej drodze potrzeba siły jedynie 30 kg, aby przemieszczać na kołach ładunek o wadze 1 tony. Po luźnej, żwirowej nawierzchni ta sama praca może wymagać nawet pięciokrotnie więcej siły. W piachu, lub w błocie może być potrzeba siedmio-, lub nawet dziewięciokrotnie więcej wysiłku”.

Konsekwencje tego faktu mogą być znamienne, o czym przeczytamy w artykule na temat przedprzemysłowego wykorzystania paliw kopalnych. Możemy się dowiedzieć z niego m. in. tego, że wiele krajów nie było w stanie wykorzystać potencjału posiadanych zasobów energetycznych (torfu, drewna, węgla), ponieważ nie było ich stać na transportowanie surowców lądem, co było czasochłonne i wymagało znacznych nakładów na utrzymanie zwierząt pociągowych. Jeśli Europejczycy wiedzieliby o istnieniu chińskiej taczki, mogliby obrać podobną strategię jak Chińczycy, i wykorzystując swoje ograniczone zasoby, stworzyć i utrzymywać sieć wąskich, ale jednak równych ścieżek (i mostów) dostosowanych do mniejszych pojazdów. Jak podają cytowane, wiele razy w tym tekście źródła historyczne, chińskie taczki wspomagane siłą dodatkowego tragarza, żagli i zwierząt mogły nieść do 300 kg ładunku. Jest to praktycznie tyle samo ile wynosiło maksymalne dopuszczalne obciążenie wozu konnego w Starożytnym Rzymie tj. 326 kg (wóz zaprzęgnięty woły mógł legalnie dźwigać 490 kg).

##Lekcja na Przyszłość

Oczywiście nie tylko dzięki taczkom Chińczycy utrzymali po drugim wieku naszej ery sprawnie działający transport i komunikacje. Równie ważna była imponująca sieć sztucznych kanałów wodnych, która uzupełniała sieć ścieżek. Nabrała ona jeszcze większego znaczenia po rozpadzie sieci drogowej. Na przykład Wielki Kanał, biegnący od miasta Hangzhou do Pekinu o długości ponad 1800 km, ukończono w roku 1327 po 700 latach kopania.

W Europie pierwsze kanały (względnie skromne) zaczęto kopać dopiero w XVI wieku, a większość z nich pojawiła się, nie wcześniej jak w XVIII i XIX wieku. Sama taczka w stylu chińskim nie zapewniłaby Europie równie sprawnej infrastruktury transportowej, lecz bez wątpienie uczyniłaby życie w średniowiecznej Europie łatwiejszym.

Historia chińskiej taczki zawiera w sobie ważną lekcją na przyszłość. Dzisiaj, kiedy niewielu z nas gotowych jest na to, żeby chociaż zamienić swojego SUVa na mały samochód (nie mówiąc już nawet o zmianie samochodu na rower), mało kto pamięta o tym, że żaden z tych pojazdów nie może funkcjonować bez dróg odpowiedniej jakości. Budowa i utrzymanie dróg to bardzo ciężka praca, a historia uczy nas, że w cale nie jest oczywiste, że zdołamy je zachować.

Trzeba mieć na uwadze, że nie mamy tyle szczęścia co średniowieczni Europejczycy, którzy po Rzymie odziedziczyli najlepszą i najbardziej wytrzymałą sieć dróg na świecie. Nasza infrastruktura drogowa – w większości asfaltowa - podobna jest do tej ze starożytnych Chin i tempo jej rozpadu przewyższy naszą zdolność do jej utrzymania. Chińska taczka - tak jak wiele innych prostych metod transportu - może pewnego dnia znów stać się bardzo użyteczna.

Materiał źródłowy:

“Science and Civilisation in China, Volume 4: Physics and Physical Technology, Part 2, Mechanical Engineering”, Joseph Needham, 1965 (the wheelbarrow)
“Science and Civilisation in China, Volume 4: Physics and Physical Technology, Part 3: Civil engineering and nautics”, Joseph Needham, 1971 (the road network)
“Hommel: China at Work”, Rudolf P. Hommel, 1937
“Farmers of Forty Centuries, or, permanent agriculture in China, Korea and Japan”, F.H. King, 1911
“The medieval wheelbarrow”, Andrea L. Matthies, in “Technology and Culture”, Vol. 32, No.2, April 1991
“The origins of the wheelbarrow”, M.J.T. Lewis, in “Technology and Culture”, Vol.35, No.3, July 1994
“Roads and pavements in France”, Alfred Perkens Rockwell, 1895
“Voyager au Moyen Age”, Jean Verdon, 2007 (original edition 1998)
“Histoire générale des techniques” (Tome I / Tome II), Maurice Dumas, 1962
“Horse hauling: a revolution in vehicle transport in 12th and 13th century England”, John Langdon, 1984
“A social and economic history of medieval Europe”, Gerald Hodgett, 1972
“Science and Technology in Medieval European Life”, Jeffrey R. Wigelsworth, 2006
“Medieval sourcebook: Richer of Rheims: Journey to Chartres, 10th century”, Michael Markowski (webpage)
“Inland transportation in England during the fourteenth century”, J.F. Williard, 1926
“The use of carts in the fourteenth century”, J.F. Williard, 1932
“Energy In World History”, Vaclac Smil, 1994
“The Subterranean Forest”, Rolf Pieter Sieferle, 2010
Coming home with riches: the wheelbarrow as an auspicious motif in popular Chinese prints, Antje Richter, 2004
The wheelbarrow, Engines of our ingenuity, John Lienhard
Institut d’Asie Orientale: pictures (overview).
Lantern slide collection, Art, Architecture and Engineering Library.

Fabryki napędzane wiatrem: Historia (i przyszłość) przemysłowych wiatraków

Thu, 08 Oct 2009 00:00:00 +0000

Zdjęcie: Holenderski tartak. Wikimedia Commons.

W latach 30. i 40. XX wieku, na długo po tym jak silniki parowe wyrugowały energię wiatru, holenderscy inżynierowie niestrudzenie dopracowywali — już i tak dosyć zaawansowaną technologię — tradycyjne wiatraki. Rezultat był spektakularny. Wierzę, że dzisiejsze pokolenie ekogeeków mogłyby jeszcze bardziej ulepszyć tą technologię. Ale czy wskrzeszenie przemysłowego wiatraka to dobry pomysł? Czy jest sens ponownie zamieniać energię kinetyczną wiatru bezpośrednio na energię mechaniczną?

W 1850 roku w Holandii stało pięć razy więcej wiatraków, niż dzisiaj turbin wiatrowych.

Ponad 900 lat temu, średniowieczna Europa stała się pierwszą dużą cywilizacją, która oparła swoją potęgę na czymś więcej, niż tylko na sile ludzkich i zwierzęcych mięśni. Tysiące wiatraków i kół wodnych, wspomaganych pracą zwierząt, radykalnie odmieniło życie i przemysł ówczesnej Europy.

Była to prawdziwa rewolucja przemysłowa, całkowicie oparta na energii odnawialnej – coś, o czym my dzisiaj możemy tylko pomarzyć. Młyny napędzane wiatrem i wodą były, w pełni tego słowa znaczeniu, pierwszymi fabrykami w dziejach ludzkości. Wszystko co trzeba, było na miejscu – budynki, źródło zasilania, maszyneria, pracownicy i produkty.

W tamtych czasach, wiatraki i koła wodne nie były czymś nowym. Obydwie technologie pojawiły się już w starożytności i nie zmieniły się wiele pod względem technicznym, aż do czasów wczesnego średniowiecza. Jednak ani starożytni Grecy, ani Rzymianie, nie wykorzystali w pełni drzemiącego w nich potencjału – możliwe, że powodem były przyczyny religijne albo wystarczająca ilość niewolników.

Wiatr kontra woda

Koła wodne miały większe znaczenie od wiatraków i były popularniejsze. Jest to logiczne, ponieważ technologia ta jest bardziej przewidywalna: przepływ wody w rzece może się sezonowo zmieniać, ale z reguły, zawsze trochę wody w niej płynie. Co więcej, dzięki budowie kanałów i przepustów, przepływ można było precyzyjnie regulować, tak aby zapewnić odpowiednie obciążenie i obroty koła wodnego wymagane przez przekładnie młyna.

Ilustracja: Rysunek techniczny przemysłowego młyna tartacznego. Z „Molenbouw: Het staande werk van der bovenkruiers”, Anton Sipman, 1975.

Z wiatrem jest inaczej. Czasem wcale go nie ma, a jeśli już wieje, to jego prędkość i kierunek mogą zmienić się w każdym momencie. Wczesne wiatraki nie miały żadnej wydajnej możliwości kontroli nad siłą wiatru – przynajmniej w średniowieczu. Młyny wodne zaczęły szeroko rozprzestrzeniać się po Europie w XI wieku i dwieście lat później, praktycznie cała dostępna energia rzek i strumieni została zagospodarowana.

Nie wszędzie jednak były dobre warunki do budowania kół wodnych. Powodów mogło być wiele: niewystarczające zasoby wodne (Hiszpania), zbyt płaski teren i slaby nurt w rzekach (Holandia i nizinna Anglia), albo zamarzanie rzek zimą (Skandynawia, Rosja i części Niemiec). W tych krajach, młyny wodne pojawiły się dopiero w XIII wieku. Przyszedł moment, że w regionach o dużym potencjale energii rzecznej, na każdym potoku i strumyku stały młyny wodne. Na kolejne nie było już miejsca, więc zaczęto stawiać wiatraki.

Ile było tych wiatraków?

Ile tak naprawdę wiatraków pracowało w średniowieczu? Nie wiadomo, ponieważ dysponujemy tylko kilkoma rejestrami, ale żaden z nich nie rozróżnia młynów wietrznych od wodnych. Na przykład, źródła podają, że w Zjednoczonym Królestwie w XIV wieku stało od 10 do 12 tysięcy młynów, ale nie wiemy które z nich to były wiatraki (pewnie tylko garstka).

Jedyne co mamy, to informacje o pojedynczych młynach wietrznych, które zaczęły pojawiać się pod koniec XIII wieku. Dopiero dokładniejsze rejestry, spisywane w XVII i XVIII wieku, pokazują, że wiatraki dobrze przyjęły się w Europie.

W 1750 roku, w Niderlandach stało od 6 do 8 tysięcy wiatraków, a w roku 1850 było ich już 9 tysięcy. Dla porównania, jest to prawie 3,5 raza więcej niż dzisiaj turbin wiatrowych w współczesnej Holandii (2,525 w roku 2015). W Wielkiej Brytanii w 1820 roku stało od 5 do 10 tysięcy wiatraków, a we Francji 8.7 tysięcy (i 37 tysięcy kół wodnych) w 1847 roku.

Szacuje się, że w okresie szczytowym liczba młynów wietrznych w Europie sięgnęła 200 tysięcy.

W Niemczech stało ponad 18 tysięcy wiatraków w roku 1895 (w porównaniu do około 30 tysięcy turbin wiatrowych w 2017 roku), a w Finlandii 20 tysięcy w 1900 roku. Portugalia, Hiszpania, szereg krajów śródziemnomorskich, i wiele krajów skandynawskich i wschodnioeuropejskich, też mogły się pochwalić sporą liczbą wiatraków.

Szacuje się, że w okresie szczytowym liczba młynów wietrznych w Europie sięgnęła 200 tysięcy, w porównaniu do 500 tysięcy kół wodnych. Wiatraki budowano na wsiach i w miastach. Żeby złapać więcej wiatru stawiano je nawet na murach zamków i twierdz. Początkowo służyły one jedynie do mielenia zboża (i w mniejszym stopniu) do pompowania wody i osuszania nisko położonych terenów (te były połączone z kołem wodnym o podsiębiernym albo śrubą Archimedesa).

Chleb i owsianka były podstawą średniowiecznej diety (mięso, ryby i warzywa były dostępne tylko dla bogatych), a ziarno na nie trzeba było zmielić lub zgnieść. W tamtych czasach, żeby wyżywić przeciętną rodzinę, jeden z domowników musiał każdego dnia mielić zboże na mąkę przez dwie godziny.

Chociaż, na początku XVII wieku wiatraki zaczęto wykorzystywać do różnych celów, to nie mniej jednak mielenie zboża pozostało ich najważniejszym zadaniem. Aż do początku XX wieku, cały plon ze żniw Północnej Europy był mielony na żarnach niemieckich, duńskich i holenderskich młynów wietrznych. Gorzelnie produkujące sławny holenderski dżin (i inne alkohole) również skorzystały z wiatraków.

Nowe zastosowania

Dzięki wiatrakom obłuskiwano jęczmień i ryż, śrutowano ziarna na słód, tłoczono oliwę z oliwek, olej lniany, wyciskano konopie i rzepak na olej do gotowania i do oświetlania. Istniały również młyny do kakao, do gorczycy i młyny pieprzowe (mieliły też inne przyprawy), a także młyny tytoniowe i tabakowe.

Zdjęcie: Holenderski wiatrak tartaczny „De Eenhoorn” (pol. „Jednorożec”). Źródło: Penterbak

Oprócz produkcji żywności, wiatraków używano w dwóch ważnych gałęziach przemysłu – w produkcji papieru i w tartakach. Zużyte liny i płótno żaglowe były surowcem, który przerabiano na papier. Ten proces wymagał dużej mocy - której dostarczały wiatraki. Znalazły również zastosowanie w kruszeniu kredy na cement, osuszaniu kopalń, wentylowaniu chodników górniczych (a nawet więzień), polerowaniu szkła i mieleniu prochu strzelniczego.

Na początku XVII wieku, wiatraki znalazły wiele nowych zastosowań: w tartakach, w papiernictwie, w mieleniu przypraw,tytoniu i wiele, wiele innych.

Przemysł tekstylny też korzystał z siły wiatru: wiatraki międliły len (na materiał) i konopie (na liny i płótno żaglowe), foluszowały wełnę (na miękkie dzianiny), wytwarzały barwniki i garbowały skóry.

Dystrykt Zaan

Jeden z najbardziej imponujących przykładów wykorzystania przemysłowego potencjału siły wiatru znajdziemy w dystrykcie Zaan, regionie położonym na północ od Amsterdamu. Zaan jest zewsząd otoczony wodą, jednak teren jest tak płaski, że słaby nurt rzek nie pozwolił skorzystać efektywnie z kół wodnych. Mocnych wiatrów za to nie brakuje. Wiele ze wspomnianych wcześniej zastosowań wiatraków (a niektóre wyłącznie) pochodzi właśnie z regionu Zaan.

Grafika: Mapa dystryktu Zaan na północ od Amsterdamu.

Mówi się, że Zaan był pierwszym na świecie okręgiem przemysłowym. Od początku XVII do połowy XVIII wieku, Niderlandy były ważnym ośrodkiem przemysłowym, w którym pracowało tysiące wiatraków. Holendrzy byli z nich tak dumni, że nadawali im imiona – jak statkom morskim.

Przemysł tartaczny był kluczowy dla Zaan. Drewno było potrzebne do budowy domów, śluz, statków, no i oczywiście na wiatraki. Ręczne cięcie i obrabianie drewna było wyjątkowo żmudną pracą, dlatego mieszkańcy regionu postawili na wiatr, dzięki któremu ogromnie przyśpieszyli pracę tartaków. Obrobienie sześćdziesięciu pni lub kłód za pomocą ręcznych narzędzi zajęłoby 120 dni roboczych – dzięki sile wiatru, czas ten skrócił się do 4 czy 5 dni (patrz na zdjęcie poniżej, więcej na ten temat tutaj).

Pierwszy wiatrak tartaczny (ochrzczony „Het juffertje”, czyli po polsku „Panienka”) zbudował w 1596 roku Cornelis Corneliszoon w mieście Zaandam. W roku 1630, na północ od Amsterdamu stały już 83 wiatraki tartaczne, z czego 53 w Zaan. W szczytowym okresie w Niderlandach pracowało 450 takich zakładów - 256 w samym Zaan. Konstruktorzy byli na tyle pomysłowi, że w końcu nawet żurawie wiatraków wyposażyli w napęd wiatrowy.

Zdjęcie: Wnętrze wiatraka tartacznego. Źródło: Penterbak..

Zdjęcie: Wnętrze wiatraka papierniczego. Źródło: Penterbak.

Prasa drukarska przeżywała swoją złotą erę i wiatraki z okręgu przemysłowego Zaan zasilały liczne papiernie. Pierwszy wiatrak papierniczy („De Gans”, czyli po polsku „Gęś”) stanął w 1605 roku, a w 1740 roku było już ich 40. W połowie XVII wieku Holendrzy znacznie ulepszyli proces produkcji papieru, dzięki czemu, można było wytwarzać go szybciej, a sam papier był bielszy.

Ostatni taki wiatrak, który przetrwał do dziś to „De Schoolmeester” (pol. „Nauczyciel”), zbudowany w 1692 roku (patrz na zdjęcie na początku tekstu i zdjęcie jego wnętrza powyżej). Zakłady papiernicze zasilane wiatrem były rzadkością w innych krajach, podczas gdy napędzane kołami wodnymi manufaktury papieru pojawiły się w Europie już w XI wieku i zyskały na popularności. W roku 1800 w Anglii pracowało 417 takich papierni.

W tartakach nawet dźwig do przenoszenia kłód napędzany był śmigami.

Innymi wartymi wspomnienia przemysłowymi wiatrakami dystryktu Zaan były wiatraki produkujące tabakę i tytoń (38 sztuk w 1795 r.), tłoczące olej (140 w 1731 r.), obłuszczające jęczmień (65 w 1731 r.), barwiące tkaniny (21 w 1731 r.), i przerabiające konopie na włókna (20 w 1731 r.). Holendrzy postawili setki wiatraków w swoich koloniach w Indochinach do miażdżenia trzciny cukrowej. Niewiele z nich przetrwało do dzisiaj – z nadejściem ery silnika parowego i elektryczności odeszły w niebyt - jednak wiatraki osuszające ziemie i młyny wietrzne pozostały opłacalne znacznie dłużej.

Moc zapasowa: Zwierzęta

Niestety, nie wszystkie procesy wytwórcze można zasilić śmigami wiatraków. Zmienna natura wiatru sprawia, że wiatraki nie sprawdzają się w procesach, które wymagają nieprzerwanego i równego zasilania, takich jak wytop metali, przędzenie, ostrzenie narzędzi czy górnictwo. W tych dziedzinach lepiej sprawdzały się bardziej przewidywalne koła wodne.

W krajach gdzie nie było wystarczających zasobów mocy wodnej, niektóre z tych procesów były zasilane pracą zwierząt - przede wszystkim koni. Z pracy koni korzystano również jako zapasowego źródła mocy podczas długich okresów ciszy wiatrowej. Na przykład, w Niderlandach w 1850 roku pracowało 1800 wiatraków mielących zboże, ale również 1300 kieratów mielących grykę, której obróbka wymaga równiejszej pracy.

Koźlaki i Holendry

Wczesnośredniowieczne wiatraki były prostymi urządzeniami wyrosłymi z kół wodnych, jednak na przestrzeni wieków stały się one wysoce zaawansowanymi maszynami. Wiatrak jest znacznie bardziej skomplikowany od koła wodnego, ponieważ musi być przystosowany do źródła zasilania o wysoce zmiennej naturze. Wczesne wiatraki w Iranie i Afganistanie miały pionową oś obrotu, dzięki czemu nie musiały dostosowywać się do zmian kierunku wiatru. Jednak maszyny tego typu są znacznie mniej wydajne i nigdy nie przyjęły się w Europie.

Grafika: Szkic młyna typu „Koźlak”.

Jak średniowieczni budowniczowie wiatraków radzili sobie ze zmieniającym się kierunkiem wiatru? Początkowo budowali wiatraki, które można było w całości ręcznie obracać dookoła słupa zwanego „kozłem” (stąd nazwa „koźlaki”). W ten prosty sposób, cały wiatrak nakierowywano na wiatr. Na początku XV wieku pojawił się nowy typ wiatraka, w którym tylko kopuła ze śmigami obracała się na rolkach, a reszta była nieruchoma. Nową konstrukcję nazwano „wiatrakiem wieżowym” (w Polsce nazywane „Holendrami”, przyp. tłum.), a Holendrzy dopracowali ją z czasem do perfekcji.

Wiatraki wieżowe były najpopularniejszym typem wiatraka w basenie Morza Śródziemnego, jednak tamtejsze konstrukcje nie były tak wydajne, jak holenderskie, i miały inne śmigi. Ponieważ korpus był nieruchomy, można było postawić go z kamienia i cegieł, zapewniając mu tym samym solidność i stabilność. Zarówno koźlaki jak i „Holendry”, były używane aż do końca złotej ery wiatraków. Na przestrzeni XVII i XIX wieku, wiele koźlaków zastąpiono nowocześniejszymi wiatrakami wieżowymi.

Obracanie śmigów do wiatru

Dzisiejsze turbiny wiatrowe nakierowują się na wiatr dzięki elektronice. Kiedy wiatr wieje za mocno i istnieje ryzyko połamania łopat, system sterujący obraca kopułą wirnika od wiatru. Średniowieczni młynarze nie mieli do pomocy układów scalonych, więc musieli radzić sobie w inny sposób.

Zdjęcie: Dyszel z tyłu wiatraka.

Przez wieki, wiatraki obracano do wiatru ręcznie. Młynarz mógł liczyć tylko na siłę swoich mięśni (albo kogoś do pomocy), i za pomocą dyszla (dyszli) umocowanego z tyłu wiatraka typu koźlak, obracał korpus w wybranym kierunku. Żeby wiatrak nie zmienił pozycji, mocowano korpus do jednej z dwunastu kotew wbitych w okręg okalający budynek.

Nie było to łatwe zadanie, ponieważ trzeba było obrócić cały korpus wiatraka razem z maszynerią znajdującą się w środku. Niektóre wiatraki były wyposażone w wyciąg na końcu dyszla, jeżdżący po kołowej bieżni, co trochę ułatwiało zadanie.

Podobnie obracano kopułę wiatraków wieżowych, tyle że za pomocą dłuższych dyszli, sięgających gruntu lub tarasu u podstawy kopuły ze śmigami. W korpusie wiatraka wiercono otwory wentylacyjne – kiedy wiatr zmieniał kierunek, powietrze wiejące z danego otworu informowało młynarza w którym kierunku obrócić wiatrak.

Regulacja śmigów: Nie lada wyzywanie

Zmieniająca się siła wiatru sprawiała większe trudności. Maszyneria wiatraka wymagała precyzyjnie dobranej prędkości wirnika, aby przenieść na wał odpowiednie obciążenie. Na przykład, młyny zbożowe pracowały najlepiej przy 50-60 obrotach wiatraka na minutę. Jeśli prędkość przekroczyłaby 80 obrotów, wtedy ziarna, w wyniku zbyt dużego tarcia, paliły się. Kolejnym zagrożeniem było ryzyko zniszczenia wiatraka, jeśli wirnik przekroczyłby bezpieczną prędkość obrotową.

Przez wieki, tak samo jak ustawienie osi wirnika, młynarze musieli regulować prędkość obrotową ręcznie. Niewielkie wahania w prędkość wiatru mogły być niwelowane wewnątrz wiatraka przez zmniejszanie lub zwiększanie obciążenia. Kiedy wiatr wiał mocniej, żarna można było rozsunąć i rzucić na nie więcej ziarna – w ten sposób obciążenie rosło, a wirnik nie zwiększał obrotów, pomimo silniejszego wiatru.

Zdjęcie: Młynarz wspina się po śmigu. Źródło: Dagboek van enn molenaar.

Tradycyjne wiatraki nie miały łopat, ale śmigi – przeważnie w formie płótna żaglowego rozpiętego na drewnianej kratownicy (w zimniejszych regionach płótno zastępowano drewnianymi listwami, które sprawiały mniej kłopotu w mroźnych warunkach). Jeśli zmiany prędkości wiatru były większe, to młynarz nie miał wyboru, jak tylko wyjść na zewnątrz i wyregulować żagle śmigów.

Refowanie dwóch, a nawet czterech żagli (albo zmniejszanie ich powierzchni), było efektywnym sposobem na radzenie sobie ze wzmagającym na sile żywiołem. Jednak, kiedy lekki wietrzyk zmieniał się w porywisty wicher, obsługa żagli była nie lada wyzwaniem.

Przynajmniej dwa śmigi musiały zostać ustawione w pozycji wertykalnej i zablokowane hamulcem, tak aby młynarz mógł się po nich spiąć i wyregulować żagle. Jeśli hamulec puścił, a młynarz był na śmigu, to czekała go niezła przejażdżka. Zwijanie i refowanie wszystkich czterech śmigów było rutyną na początku i pod koniec każdego dnia pracy.

W drugiej połowie XVIII wieku opracowano wiele skomplikowanych, ale zarazem skutecznych, metod pozwalających na pozostawienie wirnika bez nadzoru młynarza - przynajmniej jeśli chodzi o kierunek i prędkość wiatru.

W drugiej połowie XVIII wieku opracowano wiele skomplikowanych, ale zarazem skutecznych, metod pozwalających na pozostawienie wirnika bez nadzoru młynarza - przynajmniej jeśli chodzi o kierunek i prędkość wiatru. W 1745 roku, angielski kowal Edmund Lee wynalazł „samo regulującą się maszynę wiatrową” - czyli urządzenie, które automatycznie dostosowywało się do kierunku wiatru i ustawiało wiatrak podług niego. Składało się z wirnika ogonowego (lub dwóch w większych wirników) i przekładni (zdjęcie u dołu).

Wirnik ogonowy można opisać jako mniejszy, pomocniczy wiatrak zamontowany za głównym wirnikiem, prostopadle do jego osi. Jeśli kierunek wiatru się zmienia to powietrze napierające na wirnik obraca, za pomocą przekładni, całą kopułę wiatraka.

Zdjęcie: Wirnik ogonowy. Źródło: Wikipedia Commons.

Wirnik ogonowy przenosi obciążanie na bieżnię zamocowaną dookoła wieży (w młynie wieżowym) lub na bieżnię postawioną na ziemi wokół wiatraka (w wiatraku typu koźlak). Podobne konstrukcje zaadaptowano później w USA do napędzanych wiatrem pomp wodnych. Wielolistewkowy wirnik zastępował czterośmigowy wiatrak i sam bezbłędnie nakierowywał swoją oś na wiatr. Dzięki znacznie mniejszym rozmiarom nie było potrzeby stosowania przekładni.

Rozwiązanie to nie tylko znacznie ułatwiło pracę młynarza, ale również zwiększyło moc wyjściową wiatraków. Chociaż znaczna część mocy może zostać stracona przez niewielkie zmiany kierunku wiatru, młynarz nie zawsze miał czas (albo chęć) obracać wiatrak w reakcji na każdą zmianę.

Automatyczna regulacja: Żagle patentowe i sprężynowe

Mniej więcej w tym samym czasie, kiedy wynaleziono wirnika ogonowe, zaczęły się pojawiać mechanizmy, dzięki którym śmigi wiatraka automatycznie dostosowywały się do prędkości wiatru. Jednym z takich wynalazków były tzw. żagle sprężynowe. W 1772 roku, szkocki konstruktor młynów wietrznych Andrew Meikle zastąpił płótno żaglowe dziesiątkami lamelek na wzór weneckiej żaluzji. Każda z lamelek była kontrolowana przez sprężynę.

Kiedy napór wiatru rósł, siła jaką wywierał na śmigi przekraczała opór sprężyny i lamelki wychylały się, przepuszczając część wiatru przez kratownicę, tym samym nie dopuszczając do wzrostu prędkości obrotowej wirnika. Im silniej wiał wiatr, tym więcej otwierało się lamelek. Kiedy prędkość wiatru spadała, sprężyny zamykały lamelki, odtwarzając ciągłą powierzchnię śmigu. Dzięki temu, pomimo zmian w prędkości wiatru, prędkość obrotowa wirnika pozostawała na mniej więcej tym samym poziomie.

Ilustracja: Żagiel patentowy.

Ilustracja: Żagiel sprężynowy.

Ilustracja: Żagiel zwijany na rollerze.

Problemem żagli sprężynowych było to, że napięcie sprężyn (wszystkie były ze sobą połączone jedną długą belką) należało ustawić przed uruchomieniem wiatraka – przewidując zawczasu z jaką prędkością będzie wiał wiatr i jakiej potrzeba prędkości obrotowej wirnika.

Ten problem został rozwiązany w 1789 roku przez Stephena Hoopera, który zastąpił lamelki kurtynami z płótna żaglowego, dzięki którym można było bez zatrzymywania wirnika z poziomu gruntu ręcznie regulować powierzchnię żagli (tzw. „żagle zwijane na rollerze”). Niestety, system okazał się zbyt skomplikowany i nie zyskał na popularności. Ostatnim ulepszeniem, jakie wprowadzono do systemów zwijania żagli, były żagle samo-zwijające się, opracowane przez Williama Cubita w 1807 roku. Jego system polegał na zastosowaniu obciążników, które przeciwważyły napięcie sprężyn sterujących. Dzięki temu, śmigi wiatraka dostosowywały się automatycznie do prędkości wiatru, bez potrzeby instalowania skomplikowanego rollera – tą konstrukcję nazwano „żaglami patentowymi”.

Żagle Bertona

Ostatnim problemem do rozwiązania była niższa sprawność żagli patentowych w porównaniu ze standardowymi. Częstą praktyką było montowanie w wiatrakach dwóch śmigów z żaglami patentowymi i dwóch ze standardowymi – pozwalało to podnieść wydajność pracy, jednocześnie zachowując możliwość częściowej regulacji.

W 1848 roku, Francuz Berton zastąpił małe lamelki śmigu (znane z konstrukcji Andrew Meikle) kilkoma długimi listewkami, działającymi na tej samej zasadzie. To rozwiązanie polepszyło aerodynamikę i solidność konstrukcji śmigu. Przyjęły się one jako „żagle Bertona” (patrz zdjęcie poniżej).

Zdjęcie: Żagle Bertona..

Żagle Bertona dawały młynarzowi dodatkową korzyść, ponieważ cały system mógł być obsługiwany z wnętrza wieży. W 1860 roku, Catchpole wprowadził hamulce powietrzne, które w bardzo efektywny sposób automatycznie zwalniały obrotu wirnika podczas wichur. Na dodatek, nie trzeba było już ręcznie ustawiać odległości pomiędzy żarnami, ponieważ konstruktorzy wprowadzili do maszynerii wiatraków automatyczny regulator odśrodkowy.

Oczywiście, samo-zwijające się żagle i pozostała automatyka nie rozwiązały problemu bezwietrznych dni. Młynarz, tak samo jak jego poprzednicy wieki wcześniej, musiał podporządkować się panowaniu kapryśnej pogody i kiedy wiał odpowiedni wiatr, czekała go praca dniem i nocą (także w niedziele).

Wszystkie wspomniane wcześniej ulepszenia, nie tylko znacznie ułatwiły młynarzowi pracę, ale co więcej, umożliwiły wzrost mocy wiatraków. Im wyżej gruntu, tym wiatr wieje silniej, a ponieważ młynarz nie musiał już z ziemi za pomocą drąga ciągle poprawiać żagli, można było podnieść wysokość wiatraków i łapać w śmigi silniejsze podmuchy (Holendrzy wcześniej zmierzyli się z tym zagadnieniem budując wyższe młyny wieżowe z tarasem, z którego można było obsługiwać śmigi).

Moc wyjściowa wiatraków

Kolejnym ważnym udoskonaleniem było wprowadzenie żeliwa jako materiału do budowy przekładni. Miało to miejsce w roku 1755, dziesięć lat po wynalezieniu wirnika ogonowego przez Johna Smeatona. Wcześniej wszystkie mechanizmy wiatraka wytwarzano z drewna, co skutkowało znacznymi stratami energii.

Pomiary wykonane przez Holendrów w latach 30. XX wieku, na wiatraku służącym do osuszania lądu z 1648 roku, pokazały, że chociaż generował on moc około 40 koni mechanicznych na wale, to jedynie 15.6 konia mechanicznego pozostawało do dyspozycji po przełożeniu momentu wału przez przekładnię. Można wyliczyć, że sprawność wiatraka w tym przypadku wynosiła 39%, a to oznacza, że prawie dwie trzecie energii było tracone na przekładni. Ówczesne koła wodne miały większą sprawność, sięgającą 50% (nowoczesne koła wodne dochodzą do sprawności rzędu 80%, przyp. tłum.).

Wiatraki z drewnianą przekładnią osiągały sprawność na poziomie 39%.

Drewno ograniczało średnicę śmigów do około 30 metrów (która stała się standardem już XVII wieku), ponieważ nie były dostępne drewniane belki większej długości. Dopiero w drugiej połowie XIX wieku, w konstrukcji śmigów i wału zaczęto stosować żeliwne belki. Zastąpienie drewna metalem (po żeliwie przyszła kolej na żelazo) nie tylko podniosło sprawność maszynerii wiatraka, ale pozwoliło także na budowę większych konstrukcji.

Zdjęcie: Drewniana przekładnia wiatraka.

Ulepszenia przyszły za późno

Pod koniec XVIII wieku, kiedy wspomniane wcześniej wynalazki zaczęły się pojawiać, pierwsze młyny zbożowe zaczęły przechodzić z napędu wiatrowego na parowy – i zawisły nad nimi czarne chmury dymu.

Około 1850 roku, młyny parowe były już popularniejsze od młynów wietrznych i liczba tych drugich zaczęła spadać. Śmigła ogonowe, samo-zwijające się żagle i żelazne wzmocnienia wolno się upowszechniały (w niektórych regionach nigdy nie zostały użyte), a to tylko przypieczętowało los wiatraków.

Zdjęcie: Młyn Murphy w San Francisco

Żagle Bertona nigdy nie wyszły poza Francję, a żagle patentowe stosowano głównie w Anglii. Chociaż żelazo pozwalało na budowę wiatraków z większymi śmigami, to niestety nigdy ich nie postawiono. Najwyższy wiatrak wieżowy, jaki kiedykolwiek zbudowano, był wykonany w całości z drewna. Stanął on w Holandii w roku 1899 „De Hoop” (pol. „Nadzieja”) w Prinsenhagen – dzisiejszym mieście Breda. Miał wysokość 38 metrów i śmigi średnicy 27 metrów. Wieżę i śmigi zdemontowano w 1929 roku, ale korpus wiatraka wciąż stoi na swoim miejscu.

Największy wiatrak jaki kiedykolwiek zbudowano

W Parku Golden Gate w San Francisco stoją dwa holendry z najdłuższymi śmigami na świecie. Stawiano je w latach 1903 – 1905. Większy, nazwany „Wiatrakiem Murphy’ego”, ma 29 metrów wysokości i śmigi o średnicy 35 metrów. Belki wyciosano z jednej dłużnicy – w USA mieli wyższe drzewa. Cała maszyneria jest wykonana z żeliwa. Wiatrak pompował 150 tysięcy litrów wody dziennie do podlewania parkowej zieleni. Niestety, w kilka lat po uruchomieniu został zastąpiony przez elektryczne pompy i teraz pełni tylko rolę ozdobną.

Zbliżał się koniec ery młynów wietrznych. Na szczęście, w niektórych częściach świata nie porzucono ich tak szybko. W Holandii utrzymały się długo – Holendrzy woleli wiatraki z zapasowym wspomaganiem silnikiem parowym, od w pełni parowych młynów. W Stanach Zjednoczonych, w latach 1850-1930, postawiono ponad sześć milionów pomp wodnych zasilanych wirnikami, jednak po drugiej wojnie światowej nie wiele pojawiło się nowych. Na popularności zyskiwała turbina wiatrowa wytwarzająca prąd elektryczny - i tak pozostało do dzisiaj.

Imponujące ulepszenia lat 20. i 30. XX wieku

W latach 20. i 30. XX wieku, kiedy w całej Europie wiatraki odchodziły do lamusa, Holendrzy rozpoczęli program badawczy, który doprowadził do zmodernizowania klasycznego wiatraka. W 1923 roku założono „Holenderskie Towarzystwo Wiatraków”, którego celem było podniesienie sprawności wiatraków generujących energię mechaniczną. Członkami towarzystwa zostali sławni budowniczowie wiatraków - bracia Dekker. Osiągnięcia inicjatywy były imponujące.

Pod koniec lat 20. XX wieku, maksymalne moc wyjściowa wiatraka wzrosła dwukrotnie - z 50 do 100 koni mechanicznych.

Bracia Dekker wprowadzili do wiatraków rozwiązania znane z lotnictwa i użyli arkuszy blachy (metalowych łopatek przypominających te z silników turbinowych) do wykonania śmigów.

Zdjęcie: Śmig „Dekkerów”.

W następnej dekadzie, ponad siedemdziesiąt wiatraków wyposażono w nowe „zdekkeryzowane” śmigi. Ulepszono również przekładnie, co pozwoliło obniżyć straty energii i pozwoliło wiatrakom generować wyższe moce przy niższych obrotach. Efektem tych zabiegów było podwojenie maksymalnej mocy wyjściowej wiatraka z 50 do 100 koni mechanicznych, pod koniec lat 20. XX wieku.

Podwojenie mocy wyjściowej

Testy przeprowadzone przez holenderską Komisję Młynów Książęcych pokazały, że ulepszony wiatrak zaczynał się obracać już przy prędkości 3.5-4.0 m/s, czyli przy zauważalnie niższej, niż starsze konstrukcje (5-6 m/s). Przy prędkości wiatru 5.5 m/s osiągał taką samą moc, jak starszy wiatrak przy prędkości 8 m/s.

To usprawnienie było bardzo ważne, ponieważ oznaczało, że nowy wiatrak może pracować przez więcej godzin w roku. Tradycyjny wiatrak pracował średnio 2,671 godzin rocznie, a nowy, dzięki niższej prędkości rozruchowej, mógł pracować 4,442 godziny w roku – niemal dwukrotnie zwiększając roczną produkcję energii.

Osiągnięcia Holenderskiego Towarzystwa Wiatraków przyniosły wiatrakom dwie ważne korzyści: większą moc przy danej prędkości wiatru i dłuższe godziny pracy przy słabszym wietrze. Największa różnica była przy słabszych wiatrach, ponieważ zmodernizowane, wydajniejsze śmigi musiały być szybciej zwijane przy silniejszych wiatrach..

Zdjęcie: Ulepszony wiatrak.

Kolejne usprawnienia wprowadzili Chris Van Bussel, Kurt Bilau, G. J. Ten Have, Van Riet, P. L. Fauël, Sabinin oraz Yurieff w latach 30. Skorzystano z nich wszystkich w wiatraku zbudowanym w 1940 roku, którego moc wyjściowa była dwuipółkrotnie wyższa od tradycyjnej konstrukcji - osiągając 125 koni mechanicznych. Wiatrak zburzono w 1960 roku.

Druga wojna światowa przerwała badania nad wiatrakami mechanicznymi i Holandia, tak jak reszta świata, przeniosła swoją uwagę na produkcję elektryczności.

Powrót do tradycyjnego wiatraka?

Na dzień dzisiejszy, wiatraki i koła wodne, które zamieniają bezpośrednio energię kinetyczną na mechaniczną, są uważane za przestarzałe i niepotrzebne. Kilka takich konstrukcji przetrwało do XXI wieku, jednak nie pełnią one w społeczeństwach „rozwiniętych” żadnej komercyjnej funkcji. Turbiny wiatrowe zdominowały krajobraz Europy – generują prąd elektryczny, który można później zamienić na energię mechaniczną.

To jasne, że telewizora i laptopa nie da się zasilić za pomocą energii mechanicznej - ale wiele rzeczy można. Zboże wciąż trzeba mielić, drewno ciąć, olej tłoczyć, wodę pompować, itd. Te procesy wymagają energii mechanicznej. Pochodzi ona, przede wszystkim z konwersji z energii elektrycznej, a tę można można generować dzięki nowoczesnym turbinom wiatrowym, lub innym źródłom odnawialnym. Właśnie tak, wszyscy teraz wyobrażają sobie przyszłość.

Energia wcielona

Są jednak ważne powody do tego, żeby rozważyć zupełnie inne, odwrotne podejście, i powrócić do staroświeckiego, bezpośredniego przetwarzania energii kinetycznej na mechaniczną. Po pierwsze, jest to bardziej wydajne, ponieważ pomija się jeden krok konwersji energii, z którym to zawsze wiążą się straty energii. Oznacza to, że można postawić mniejszą ilość elektrowni odnawialnych do wykonania tej samej pracy.* Stawianie milionów turbin wiatrowych, przykrywanie całych pustyń panelami fotowoltaicznymi i budowa gigantycznych „inteligentnych” sieci przesyłowych może brzmi nieźle, jednak najważniejszym pytaniem jest to - czy mamy na to wystarczającą ilość surowców, energii i pieniędzy?

*Komentarz tłumacza: Największa współczesna (rok 2020) morska turbina wiatrowa - General Electric Haliade-X, mierząca 260 metrów - ma moc maksymalną 13 MW, jest to tyle, co 170 wiatraków o mocy 100 koni mechanicznych. Wynika z tego, że potrzeba więcej wiatraków niż turbin wiatrowych, by dostarczyć tyle samo energii. Jednakże, Haliade-X waży 825 ton (nie licząc sieci przesyłowych i transformatorów) i narażona jest na ogromne przeciążenie i niesprzyjające warunki atmosferyczne, przez co jej żywotność jest względnie niska (turbina morska wytrzymuje średnio 15 lat), w porównaniu z tradycyjnym wiatrakiem. Tak więc, w dłuższym czasie, przez swoją niską żywotność oraz ogromne zapotrzebowanie na materiały i zaawansowane technologie, dostarczenie potrzebnej energii za pomocą turbin wiatrowych może wymagać większej ilości zasobów i środków, niż postawienie liczniejszych, ale za to prostszych mechanicznych wiatraków.

Dzisiejsza wiedza i materiały mogą znacznie usprawnić tradycyjny wiatrak.

Dostępne dane na temat zasobów pierwiastków ziem rzadkich, niezbędnych do produkcji zaawansowanych ekotechnologii, wyglądają ponuro (światowe rezerwy miedzi również budzą obawy, a energia wiatrowa zużywa 4-6 razy więcej miedzi na 1MW mocy, niż energetyka konwencjonalna, przyp. tłum.). Słyszy się od niedawna, że Chiny, dysponujące większość złóż tych surowców, planują ograniczyć eksport tych surowców*. Tradycyjne wiatraki, które bezpośrednio zamieniają energię kinetyczną na mechaniczną nie potrzebują żadnych rzadkich surowców, i można je zbudować z materiałów dostępnych prawie wszędzie.

*Przypis tłumacza: Chiny dysponują prawie 90% zasobów pierwiastków ziem rzadkich. W 2011 roku, Państwo Środka ograniczyło import tych surowców, w efekcie czego ceny poszybowały w gorę - [rosnąc na jakiś czas o 600%](Widmer, James & Martin, Richard & Kimiabeigi, Mohammad. 2015. Electric vehicle traction motors without rare earth magnets. Sustainable Materials and Technologies. 29. 10.1016/j.susmat.2015.02.001).

Wiatraki hi-tech

Przestańmy narzekać i powróćmy do wiatraków. Dzięki dzisiejszej wiedzy technicznej i nowoczesnym materiałom możemy znacznie usprawnić tradycyjny wiatrak. Przekładnie i śmigi można wykonać ze stali lub aluminium, co nie tylko znacznie podniesie sprawność, ale również zabezpieczy konstrukcje przed pożarem. Niejeden wiatrak spłonął doszczętnie, ponieważ był w całości zrobiony z drewna. Wewnętrzne mechanizmy można wykonać dzisiaj znacznie precyzyjniej, dodatkowo poprawiając sprawność, niezawodność i kulturę pracy.

Zdjęcie: Noletmolen, zbudowany w 2005 roku.

Wiatraki mogą być znacznie większe i potężniejsze. Holendrzy, żeby dać temu przykład, postawili w 2005 roku wiatrak w tradycyjnym stylu, przeznaczony jednak do produkcji elektryczności – „Noletmolen” w mieście Schiedam. Konstrukcja sięga 42 metrów, a wirnik ma 30 metrów średnicy – trochę mniej niż Młyn Murphyego z San Francisco.

Zbudowała go miejscowa gorzelnia w celach promocyjnych (w mieście stoi jeszcze pięć innych historycznych wiatraków zbudowanych na potrzeby produkcji Holenderskiego dżinu). Jednak ten wiatrak, to nie jest młyn. Oparto go na tradycyjnym projekcie, wykorzystując zarazem nowoczesne materiały i śmigi (zdjęcie powyżej). Rezultat? 200 koni mechanicznych na wale. Co ty, na to, Energy Ball?

Podejście ekotechniczne

Bez dwóch zdań, pokolenie współczesnych ekogeeków mogłoby odkurzyć zapomniane, dwudziestowieczne projekty Holenderskiego Towarzystwa Wiatraków, i tchnąć nowe życie w staroświecki młyn wietrzny. Może straciłby romantyczny urok, poczciwego wiatraka, jednak na pewno zyskałby na sprawności. Pola do popisu jest sporo, żeby tylko wspomnieć o tym, że kiedy nie wieje wiatr można by włączać wspomaganie elektryczne (zamiast zaprzęgać w kierat konie), albo zamiast przestawiać cały wiatrak za pomocą drąga, dlaczego nie zainstalować systemu hydraulicznego? Nawet odrobina elektroniki nie zaszkodzi.

Ten tekst nie jest krucjatą przeciwko turbinom wiatrowym i nowoczesnej infrastrukturze energetycznej. Ma on na celu przypomnieć, że wiele z tego, co dzisiaj próbujemy zrobić za pomocą technologii rodem z laboratoriów kosmicznych, można by prościej, taniej i sprawniej zrobić za pomocą starych, sprawdzonych metod bezpośredniej konwersji energii kinetycznej na mechaniczną.

Będziemy o tym pisać więcej, w kolejnych artykułach o historii energii odnawialnej.

Materiał źródłowy (zaczynając od najważniejszych pozycji)

“Power from Wind: A History of Windmill Technology”, Richard L. Hills, 1994.
“Molens”, Frederick Stokhuyzen, 1962 (English summary here).
“Research inspired by the Dutch windmills: An account of an extensive programme of research and development”, The Prinsenmolen Committee, 1966
“Histoire générale des techniques”, Maurice Dumas, 1964
“Molendatabase” – pictures and descriptions (in Dutch) of windmills in the Netherlands.
“Natural sources of power”, Robert Steele Ball (1908)
“Geschiedenis van de techniek in Nederland, de wording van een moderne samenleving 1800-1890”, H.W. Lintsen, 1992
“Gevlucht”, Wikipedia Dutch
“History of technology”, “Energy conversion” and “Windmills”, Encyclopedia Britannica.
“An Encyclopedia of the History of Technology (Routledge Companion Encyclopaedias)”, Ian McNeil, 1990
“Wind, Water, Work: Ancient And Medieval Milling Technology (Technology and Change in History)”, Adam Lucas, 2005
“Handbook of Fluid Dynamics”, Richard W. Johnson, 1998
“The windmill as prime mover”, Alfred R. Wolff, 1885
“An experimental enquiry concerning the natural powers of water and wind to turn mills”, John Smeaton, 1760
“Groot Volkomen Moolenboek”, 1734
“Penterbak” - pictures
“Industriemolens” - pictures of industrial windmills in the Netherlands
“Windmills in Sussex”, Peter Hemming, 1936
“Windmills in Holland”, K. Boonenburg, 1951 (pdf)
“Windmill sail”, Wikipedia English
“Origen y expansion de los molinos de viento en Espana”, José Ignacio Rojas Sola y Juan Manual Amezcua Ogayar, Interciencia, Vol.30, 2005
“The windmill: a medieval steam engine?”, John Langdon (pdf)
- “The Evolution of Technology (Cambridge Studies in the History of Science”, George Basalla, 1989
“Windkraftanlagen: grundlagen, technik, einsatz, wirtschaftlichkeit”, Eric Hau, 2003
“European Route of Industrial Heritages”