Galvani zniszczony w 1838 roku: tragiczna historia pierwszego pojazdu elektrycznego

Pierwsza na świecie lokomotywa elektryczna wyszła spod ręki szkockiego chemika: Robert Davidson w ciągu kilku lat przekształcił swój elektromagnetyczny silnik, który zaczął działać w 1837 roku, w maszynę pełnowymiarową, a we wrześniu 1842 roku uruchomił swoją lokomotywę o nazwie Galvani na linii kolejowej Edynburg–Glasgow. Lokomotywa bez węgla, bez dymu, bez ognia - ale historia ma też swój tragiczny wymiar: Galvani został zniszczony przez osoby, które bały się samej maszyny lub postrzegały ją jako zagrożenie dla swoich zajęć, i do dziś nie dotarł ani jeden fragment oryginału.

Kim był Robert Davidson? Hobby elektromagnetyzm chemika z Aberdeen

Davidson nie był inżynierem kolejowym. Był chemikiem i farbiarzem urodzonym w Aberdeen, który niemal całe życie spędził w tym samym mieście. W Marischal College - dziś części Uniwersytetu w Aberdeen - uczęszczał na zajęcia w latach 1819-1821; sfinansował tę edukację sam, pracując jako asystent laboratoryjny. W latach 20. XIX wieku założył własną firmę w pobliżu Kanału Aberdeen–Inverurie: najpierw dostawa drożdży, później produkcja chemikaliów. Jako zajęcie dodatkowe zajmował się także szlifowaniem i perfumiarstwem. To szczegół wart odnotowania: tym, co sfinansowało hobby elektromagnetyzmu, były zyski z produkcji syntetycznych drożdży.

Własne akumulatory chemiczne również zaprojektował samodzielnie. Dla kogoś łączącego dostawy chemikaliów z umiejętnościami warsztatowymi nie było to w tamtych czasach trudne zadanie. A więc pierwszą lokomotywę elektryczną zbudowały nie warsztaty lokomotywe epoki pary, lecz warsztat producenta drożdży - i jest to jeden z najbardziej ironicznych szczegółów historii inżynierii.

Jak działała lokomotywa Galvani?

Proces rozwoju Davidsona postępował krok po kroku. W 1837 roku zbudował swój pierwszy działający silnik elektromagnetyczny i modelową lokomotywę elektryczną. W 1839 roku wykonał czterokołowy pojazd elektryczny, elektryczną tokarkę i elektryczną prasę drukarską - tamten czterokołowy pojazd uważany jest za pierwszy znany elektryczny pojazd czterokołowy. W 1840 roku otworzył w Aberdeen publiczną Wystawę Elektromagnetyczną: makieta lokomotywy przewożąca dwie osoby, elektryczna tokarka, prasa drukarska i elektromagnes podnoszący 2 tony. Tysiące osób oglądało je, płacąc po szylingu; czyli maszyny Davidsona na etapie wynalazku wciąż działały nie tylko na papierze, ale na oczach publiczności.

Nazwa pełnowymiarowego Galvani pochodziła od włoskiego uczonego Luigiego Galvaniego, który pierwszy wskazał na związek między elektrycznością a ruchem. Łańcuch działania maszyny był pod względem podstawowej logiki taki sam jak w dzisiejszych pojazdach elektrycznych:

• Bateria galwaniczna: Ogniwa pierwotne wytwarzające prąd stały, wykorzystujące płytki cynkowe w kwaśnym elektrolicie. Kluczowy punkt był następujący: tych ogniw nie można było ładować ponownie; wytwarzanie prądu oznaczało zużywanie cynku.
• Silnik elektromagnetyczny: Dwa silniki, po jednym na każdą oś. Elektromagnesy przyciągają żelazne pręty przymocowane wokół obracającego się drewnianego walca; komutator przerywa prąd w odpowiednim momencie, utrzymując ciągłość kolejności przyciągania.
• Przeniesienie napędu: Bezpośrednio na żelazne koła poprzez koło zębate. Żadnego ognia, żadnego węgla, żadnej pary, żadnego dymu.

Patrząc okiem współczesnego inżyniera, trzeba odnotować ciekawą uwagę: Silnik Davidsona był wczesną formą konstrukcji, którą dziś nazywamy silnikiem o przełączanym reluktancji (switched reluctance motor). Fakt, że zasada odzyskała wartość przemysłową po 180 latach, świadczy o tym, jak solidny grunt stał Davidson.

Powodem wahania masy między 5 a 7 tonami jest to, że różne źródła mierzyły maszynę według różnych definicji; pewne jest natomiast to, że Galvani była maszyną ważącą kilka ton i poruszającą się z prędkością spaceru.

Wrzesień 1842: Pierwsza podróż elektryczna na linii Edynburg–Glasgow

Test przeprowadzono na kolei Edynburg–Glasgow. Linia, będąca pierwszą między-miastową linią w Szkocji, została otwarta dla ruchu pasażerskiego dopiero 21 lutego 1842 - a więc próba Davidsona odbyła się siedem miesięcy po otwarciu linii, na jednej z najbardziej nowoczesnych kolei świata. We wrześniu 1842 roku Galvani poruszała się z prędkością około 4 mph na dystansie około 1,5 mili. Trasa była krótka, prędkość niska; ale koncepcja została udowodniona: koła obracały się bez potrzeby siły pary.

Jedno źródło podaje, że lokomotywa ciągnęła na tym dystansie ładunek 6 ton, podczas gdy instytucjonalne relacje o pracy Davidsona wskazują, że maszyna przewoziła jedynie własną masę. Przyjmując którąkolwiek interpretację pomiarów, obraz się nie zmienia: to nie był element ekspozycyjny, lecz prawdziwa lokomotywa działająca na szynach. Nie bez powodu brytyjskie instytucje inżynierskie do dziś określają ją jako pierwszą na świecie lokomotywę elektryczną.

Najbardziej uderzającym szczegółem była postawa zarządu kolei: Dyrektorzy nie zostali na tyle przekonani, aby rozwinąć koncepcję. Technologia była droga i nie interesowała spółek kolejowych. Ta ocena, jak zobaczymy w następnym rozdziale, była wynikiem analizy chemii i kosztów - a nie uprzedzenia.

Zniszczenie Galvani: Kto, Dlaczego, Gdzie?

Koniec lokomotywy jest równie słabo udokumentowany, jak jej historia. Galvani został najprawdopodobniej zniszczony, gdy był przechowywany w lokomotywowni w Perth - i został zniszczony, zanim Davidson mógł go odzyskać. Tożsamość sprawcy pozostaje nieznana; jednak osoby podejrzewane o sprzyjanie maszynom parowym znajdują się wśród głównych podejrzanych.

Powszechna narracja głosi, że lokomotywę zniszczyli pracownicy kolejowi obawiający się utraty pracy. Ta interpretacja jest wiarygodna: Lokomotywa bez ognia oznaczała stokera, palacza i łańcuch dostaw węgla - czyli chodziło o przyszłość dziesiątek zawodów zależnych od pary. Niemniej trzeba być uczciwym: Podczas gdy strach robotników pozostaje tradycyjnym wyjaśnieniem, to kto, dokładnie gdzie i kiedy dokonał tej dewastacji, nie zostało jednoznacznie udokumentowane. Jedyną pewną rzeczą jest to, że maszyna została zniszczona. Jako inżynier mechanik należy odnotować, że w historii niewiele przypadków fizycznego wymazania wynalazku zanim został pokonany ekonomicznie; Galvani jest jednym z nich.

Ekonomia porażki komercyjnej: Chemia przegrała, nie inżynieria

Prawdziwą przyczyną końca Galvaniego nie była technika, lecz ekonomia. Problem nie leżał w inżynierii, lecz w chemii: Ogniwa galwaniczne jednorazowe zużywają cynk podczas wytwarzania prądu, cynk był drogi, a węgiel tani. Każdy metr drogi oznaczał dosłownie palenie pieniędzy. To równanie nie spinało się przy cenach rynkowych tamtych czasów.

Popularne jest twierdzenie, że koszt Galvaniego na milę był około 40 razy wyższy niż silnika parowego; jednak liczba ta krąży jako późniejsze podsumowanie, a nie dokument z 1842 roku dosłownie z tamtego okresu. W tym samym okresie Moritz von Jacobi w Rosji zmierzył również zużycie cynku przez swoje silniki i doszedł do tego samego wniosku: Silniki elektryczne nie były opłacalne ze względu na wysoką cenę cynku. To, że dwaj niezależni badacze doszli do tego samego ekonomicznego wniosku, jasno pokazuje, że problem nie leżał w inżynierii Davidsona, lecz w chemii baterii.

Brakujący element: Akumulator

Do komercjalizacji Galvaniego Davidsona brakowało tylko jednego komponentu: akumulatora. Ten komponent pojawił się w 1859 roku, kiedy francuski fizyk Gaston Planté wynalazł akumulator ołowiowo-kwasowy - czyli dokładnie siedem lat później, kiedy części Galvaniego już dawno zostały rozproszone. Los napędu elektrycznego zależał od momentu odkrycia jednego wynalazku chemicznego.

Dlaczego Davidson Zapomniano, a Siemens zapamiętano?

Oficjalna data narodzin kolei elektrycznej w większości kalendarzy to 1879 rok: Werner von Siemens zaprezentował na Wystawie Przemysłowej w Berlinie swoją lokomotywę zasilaną generatorem, pobierającą prąd z trzeciej szyny; ciągnęła trzy wagony na trasie o długości 300 metrów i przez cztery miesiące wystawy przewiozła 90 000 pasażerów. Była to imponująca demonstracja - ale Davidson wyprzedził ją o 37 lat. Różnica między nimi nie polegała na technice, lecz na infrastrukturze i ekonomii: Siemens dzięki akumulatorowi Plantégo i technologii generatorów uczynił napęd elektryczny opłacalnym; Davidson udowodnił jednak słuszność koncepcji, ale nie potrafił jej wycenić. Historiografia zaś zazwyczaj zapamiętuje zwycięzcę. Dlatego niektóre zapisy encyklopedyczne do dziś wskazują rok 1879 jako pierwsze udane zastosowanie napędu elektrycznego i nie uwzględniają próby Davidsona z 1842 roku w tym zestawieniu.

Pierwszeństwo Davidsona zostało powszechnie uznane dopiero w 1890 roku, kiedy otwarto London City & South London Railway - pierwszą na świecie głęboko położoną elektryczną linię podziemną. Prasa w tym roku odkryła na nowo 86-letniego Davidsona jako najstarszego żyjącego elektryka; w piśmie inżynierii elektrycznej upamiętniono go ze stwierdzeniem, że był pierwszą osobą, która w praktyczny sposób wykazała możliwość napędu elektrycznego. Davidson także nie stracił wiary w siebie: Na swoich wizytówkach kazał napisać Ojciec Lokomotywy Elektrycznej.

W rzeczywistości był częścią bezprecedensowego pokolenia pionierów: Thomas Davenport, podkuwacz koni z Vermont w USA, w lutym 1837 roku otrzymał pierwszy amerykański patent na silnik elektryczny i uruchomił modelowy pojazd na krótkim torze; Moritz von Jacobi w wrześniu 1838 roku uruchomił w Petersburgu elektryczną łódź, która przewoziła pasażerów po Newie. Mówi się, że Szkot Robert Anderson w latach 1832-1839 zbudował prymitywny elektryczny pojazd kołowy; jednak w przypadku Andersona nie znaleziono patentu, współczesnej wiarygodnej dokumentacji ani fizycznych dowodów na istnienie pojazdu, a bywa on często mylony z Davidsonem - obaj byli Szkotami pracującymi w tym samym dziesięcioleciu nad pojazdami napędzanymi ogniwami galwanicznymi. Pierwszeństwo Andersona jest teoretycznie możliwe, ale poziom dokumentacji jest znacznie skromniejszy niż w przypadku Davidsona.

Co Pozostało po Galvani?

Nic. Z oryginalnej lokomotywy, jej silnika i baterii nie przetrwała do naszych czasów ani jedna część. Dom i miejsce pracy Davidsona przy Canal Road zostały zburzone. Zmarł w 16 listopada 1894 roku w wieku 90 lat; na nagrobku na cmentarzu St Peter's Cemetery w Aberdeen widnieje tylko słowo chemist - chemik. Kamień nie nosi nawet nazwy jednego wynalazku; to pożegnanie dalekie od oddania sprawiedliwości zniszczonej maszynie.

Pamięć nie została jednak całkowicie zatarta. Grampian Transport Museum w miasteczku Alford w Aberdeenshire wystawia działającą replikę silnika Galvani w skali 1:1, replikę ogniwa galwanicznego oraz model lokomotywy. Wydano również książkę opowiadającą historię Davidsona, a jego imię zaczęło być ponownie wymieniane wśród szkockich wynalazków. Z inżynierskiego punktu widzenia tym, co pozostało, nie jest fizyczny obiekt, lecz mierzalny rezultat: maszyna, która jeździła po szynach, napędzana własnymi bateriami, poruszająca się własnymi silnikami i publicznie potwierdzająca słuszność koncepcji. To była prawda w 1842 roku i pozostaje prawdą do dziś.

Historia Galvani przypomina podsumowanie pierwszego stulecia transportu elektrycznego: właściwa inżynieria, niewłaściwa chemia i odsunięty w przeszłość kalendarz. Silnik Davidsona został rozpoznany, omówiony i zaprezentowany w środowisku naukowym i przemysłowym tamtych czasów - potem fizycznie zniszczony i z powodów ekonomicznego realizmu zepchnięty do archiwów. Jego ponowne odkrycie jest nieco ironiczne: Gdy po dzisiejszych drogach jeżdżą tysiące elektrycznych pojazdów napędzanych bateryjnie, żeby upamiętnić pierwszą elektryczną lokomotywę świata, trzeba spojrzeć na replikę, model i nagrobek chemika.

Źródła

• Robert Davidson (wynalazca)
• Robert Davidson: Pierwsza elektryczna lokomotywa świata (1837)
• Lokomotywa elektryczna
• Lokomotywa Davidsona: jak mu się to udało?
• Replika pierwszego silnika trakcji elektrycznej świata na wystawie
• Lokomotywa Siemensa z 1879 roku
• Przegląd informacji o Robertzie Davidsonie