शहरे, शहरीकरण, शहरी विकास - लेखांक ६ - आजची शहरे घडविणारे वैज्ञानिक शोध / तंत्रज्ञान – वाफेवर चालणारे इंजिन

लेखांक ६ - आजची शहरे घडविणारे वैज्ञानिक शोध / तंत्रज्ञान – वाफेवर चालणारे इंजिन ^{[1] [2]} –

Figure 1- An illustration of Hero's aeolipile – source:
Knight's American Mechanical Dictionary, 1876

ह्या लेखमालेत आत्तापर्यंत आपण उद्वाहन, पथदीप, दुचाकी, विद्युत कर्षण मोटर ह्या शोधांनी आजची शहरे कशी निर्माण केली, घडवली ह्याची चर्चा केली, पण ह्या साऱ्या शोधांच्याही आधी एका मुलभूत शोधाने - तंत्रज्ञानाने जगात अर्वाचीन शहरीकरण सुरु केले, आजची शहरे अनेक शहरे जन्माला घातली, आणि अनेक ऐतिहासिक शहरांचे आकारमान वाढविले. ह्या मूळ शोधा सोबत इतर तंत्रज्ञानाचा संगम होऊन आजची शहरे शक्य झाली - असा हा शोध म्हणजे वाफेच्या इंजिनाचा शोध.

प्राचीन वाफेवर आधारित इंजिन – इतिहास

वाफेच्या शक्तीच्या उपयोगाचा उल्लेख पहिल्या शतकात मिळतो. रोमन इजिप्त मधील अलेक्झान्द्रीयाच्या हेरो ने ‘एओलिपिले’ नावाचे  वाफेवर आधारित पाती नसलेले गोल टर्बाईन बनविले होते. (पहा आकृती १) 

त्यानंतर वाफेवर फिरणारे प्राथमिक टर्बाइन तक़ि -अल-दिन ने सन १५५१ मध्ये आणि गिओवन्नि ब्रान्का ने सन १६२९ मध्ये समजावले  आहे. पण हे सारे प्रयत्न वाफेची शक्ती दाखविणारे होते प्रत्यक्षात ह्या तंत्रज्ञानाचा उपयोग कुठल्या कार्यासाठी अजून होत नव्हता, होऊ शकला नव्हता कारण वाफेची शक्ती कार्यात तबदील करणारे यंत्र इंजिन बनले नव्हते.

Figure 2 - The 1698 Savery Steam Pump - the first
commercially successful steam powered device

आधुनिक वाफेवर आधारित इंजिन – इतिहास

१८ शतकात औद्योगिककरणाला सुरवात झाली होती पण खोल खाणींमध्ये भरणारे पाणी बाहेर कसे काढायचे हा मोठा यक्ष प्रश्न होता. हे पाणी काढण्यासाठी थोमस साव्हेरी याने सन १६९८ मध्ये वाफेवर चालणारा पंप बनवला. हा पंप पाण्याची वाफ करून बॉयलर मध्ये निर्वात प्रदेश निर्माण करून पाणी खेचण्याच्या तत्वावर आधारित होता. पण ह्या पंपाचा बॉयलर फाटण्याचे प्रकार खूपच होऊ लागले कारण बॉयलर च्या आत निर्माण होणारा वाफेचा दबाव नियंत्रित करणे जमले नव्हते.

नंतर सन १७१२ मध्ये थोमास न्यूकोमेन याने पिस्टन आणि सिलेंडर वापरून वाफेचे इंजिन बनविले(आकृती 3) ह्याला ‘अॅटमॉसफिरिक इंजिन’ असे नवे दिले होते कारण ह्यात सिलेंडर मध्ये वाफेने निर्वात निर्माण होत असे आणि बाहेरील वातावरणातील दबावाने पिस्टन सिलेंडर मध्ये ढकलला जात असे. हे खरे पहिले वाफेचे इंजिन ज्याने वाफेचा यांत्रिक कार्यासाठी उपयोग शक्य बनवला. हे वाफेचे इंजिन खूपच लोकप्रिय झाले आणि खाणीतील पाणी काढण्यासाठी सर्वदूर वापरले जाऊ लागले आणि जवळ जवळ १७९० पर्यंत उपयोगात राहिले. ह्या इंजिनाचा सर्वात मोठा दोष म्हणजे खूप मोठ्या प्रमाणात इंधन वापरावे लागत असे आणि हा खर्च आटोक्यात ठेवण्यासाठी खूप मोठ्या आकाराचे – ताकतीचे वाफेचे इंजिन बनवावे लागत असे.

Figure 3 - Engraving of Newcomen engine - copied
from a drawing in Desaguliers' 1744 work:
"A course of experimental philosophy".

सन १७६९ मध्ये जेम्स वॅटने (१७३६-१८१९) न्यूकॉमेन च्या इंजिनमध्ये अनेक सुधारणा करून नवे वाफेचे इंजिन बनविले. ह्या सुधारणांमुळे सातत्याने फिरती गती देणारे.  इंधनाचा खूपच कमी वापर करणारे इंजिन बनवले. सुधारणांमुळे इंजिनाचा आकार छोटा ठेवणे शक्य झाले. पुढे सतत सुधारणा करत राहून जेम्स वॅटने पिस्टन च्या दोन्ही बाजूंवर काम करणारे, स्क्रू प्रोपेलर चा वापर करणारे वाफेचे इंजिन बनविले. 

सन १७९७-९९ च्या सुमारास रिचर्ड ट्रेवेथीक ने उच्च दबावाचे, वजनाला खूपच हलके असे वाफेचे इंजिन तयार केले की जे छोट्या उद्योगांसाठी आणि चलनशील बाबींसाठी (लोकोमोटिव्ह – रेल्वे, आगबोट) उपयोगी ठरले.  ह्यानेच पहिले वाफेवर चालणारे रेल्वे इंजिन बनवून त्या इंजिनाने रेल्वे २१/०२/१८०४ रोजी  जगात पहिल्यांदा चालवून दाखविली. (आकृती ५) वाफेच्या इंजिनाचा वापर रल्वे इंजिन म्हणून करण्याचे प्रयत्न सन १८०४ ते १८३० च्या काळात निरनिराळ्या संशोधकांद्वारे चालू राहिले आणि शेवटी १८३० पासून रेल्वे पूर्णतः वाफेच्या इंजिनाने धावू लागली.

Figure 4 - Watt atmospheric pump engine
(1796) at The Henry Ford Museum

दुसरीकडे वाफेच्या इंजिनाचा वापर करून १८१३ मध्ये अटलांटिक महासागर पार करणारी पहिली स्टीमर ही रिचर्ड राईट यांची ‘एक्षपरिमेन्ट’ नावाची होती.  पूर्णतः वाफेच्या इंजिनावर चालणारी (शिडे नसलेली) आणि नियमित प्रवासी वाहतुकीच्या हेतूने बनविलेली स्टीमर एस एस ग्रेट वेस्टर्न ही १८३८ ला सुरु झाली आणि जागतिकीकरणाला सुरवात झाली.

वाफेवर आधारित इंजिनाचा शहरांवर आणि शहरीकरणावर परिणाम

अशा प्रकारे १८०० च्या सुमारास वाफेचे इंजिन जवळजवळ पूर्णत्वाला पोचले आणि त्याचे वेगवेगळ्या प्रकारच्या उत्पादन प्रक्रियेसाठी – यंत्रांसाठी उपयोग होऊ लागला आणि त्यामुळे जगात औद्योगिकरणाची आणि दळणवळणाची क्रांती (स्टीमर – आगबोट, रेल्वे) सुरु झाली आणि  ह्याचा सरळ सरळ प्रत्यक्ष परिणाम शहरांच्या वाढीवर झाला. वाफेच्या इंजिनाने शक्य झालेले औद्योगिकीकरण हे आधीच्या पेक्षा खूप मोठे होते कारण ह्यात निरनिराळ्या यंत्रांचा उपयोग शक्य झाला आणि उत्पादन आधीच्या तुलनेत प्रंचड प्रमाणात अधिक करणे शक्य झाले, अर्थातच ह्या साठी खूप मोठ्या प्रमाणात कामगारांची गरज निर्माण झाली आणि त्यामुळे गावांकडून उद्योग जिथे आहेत तिकडे माणसांचे स्थलांतर सुरु झाले आणि शहरीकरण प्रक्रियेला गती मिळाली. 

Figure 5 - A replica of Trevithick's engine at the
 National Waterfront Museum, Swansea

पारंपरिक शहरे होती त्यांच्या भोवती उद्योग स्थापन झाल्याने ती वाढू लागली, काही मोठे उद्योग शहरांपासून दूर आणि कच्चा माल जिथे उपलब्ध आहे तिथे स्थापले गेले तर त्यांच्या भोवती शहरे निर्माण झाली, स्टीमर आल्या आणि जगभर माल वाहतूक आणि प्रवासी वाहतूक बंदरांद्वारे सुरु झाली त्यामुळे आधीची जी छोटी बंदरे होती त्यांची शहरे झाली, रेल्वे आल्यामुळे शहरे जोडली जाऊन त्यांच्यामध्ये वाहतूक शक्य झाली – रेल्वे मुळे अनेक नवीन शहरे निर्माण झाली अशा प्रकारे वाफेच्या इंजिनाच्या विकासामुळे – उपयोगामुळे शहरीकरणाच्या प्रक्रियेला जगाच्या इतिहासात १९ व्या शतकात पहिल्यांदा मोठ्या प्रमाणात चालना मिळाली.  १९ व्या शतकाच्या शेवटाला आणि २० व्या शतकाच्या सुरवातीच्या काळात वीज, दुचाकी, पथदीप, उद्वाहन इत्यादींच्या शोधामुळे शहरीकरण कसे घडले, शहरे कशी वाढली  ते आपण आपल्या आधीच्या लेखात पहिले. ह्या साऱ्यांच्याआधी जगात शहरीकरण वाफेच्या इंजिनाने सुरु केले आणि वाढवले.

Figure 6 – world population and urban
population growth Trends 0 – 2010 AD

जगाची लोकसंख्या ई.स. ०० म्हणजे येशू ख्रिस्ताच्या जन्माच्या वेळेस अंदाजे २८ कोटी होती ती ई.स. १००० सुमारा पर्यंत ३० कोटी पर्यंत राहून मग ती अकराव्या शतकापासून (इ.स. १००० पासून) वाढू लागली आणि इ.स. १८०४ मध्ये १०० कोटी (1 अब्ज) झाली पण ह्या सर्व कालखंडात जगात शहरी लोकसंख्या ही अत्यल्प होती. (आकृती ६). ई.स. १८०० मध्ये शहरी लोकसंख्या किमान 3 टक्के ते कमाल ७ टक्के म्हणजे अंदाजे 3 ते ७ कोटी होती. शहरीकरण एकोणिसाव्या शतकात (इ.स. १८०० नन्तर ) वाढू लागले. वर नमूद केल्या प्रमाणे वाफेवर आधारित इंजिनाचा उपयोग १८२० -३० च्या सुमारास सर्व क्षेत्रात (उद्योग, सागरी आणि जमिनीवरील वाहतूक) शक्य झाला आणि म्हणूनच शहरीकरणाची गती १८२०-३० नंतर एकदम वाढली आणि त्यामुळे ई.स. १९२७ साली जगाची लोकसंख्या २०० कोटी (दोन अब्ज) झाली तेंव्हा शहरी लोकसंख्या ४० कोटी म्हणजे २० टक्के इतकी वाढली. ह्याचेच आणखी उदा. म्हणजे  सन १८०१ मध्ये इंग्लंड आणि वेल्स चे अंदाजे ३३ टक्के लोकं शहरांमध्ये रहात होते हे प्रमाण १९०० साली ८० टक्के पोचले. तसेच घडले अमेरिकेमध्ये सन १८०० मध्ये अवघे ५ टक्के असलेले शहरीकरण १९०० साली ४० टक्क्यांवर पोचले (आकृती ७).

Figure 7  – Growth of Urbanisation in USA

पुढे जाता ह्याच वाफेवर आधारित इंजिनांचा उपयोग करून वीज निर्मिती शक्य झाली आणि विजेने दुसरी  औद्योगिकी क्रांती केली त्यामुळे शहरीकरण सन १८९० नंतर आणखी वाढले, विस्तृत झाले.  शहरे वाढली, नवी निर्माण झाली आणि जगामध्ये संपत्ती निर्माण होण्याची प्रक्रिया गतिशील झाली पण त्या सोबतच शहरांमुळे उर्जेची गरज वाढली आणि ती पुरी करण्यासाठी नैसर्गिक साधनांच्या अशाश्वत वापराची जगात सुरुवात झाली. वाफेवर आधारित इंजिनाचा शोध लागे पर्यंत माणूस अक्षय उर्जेचा / नैसर्गिक साधनाचा (renewable energy) – पाणी, वारा, बायोमास, प्राणी उर्जेचा आणि मनुष्य बळाचा यंत्रे चालविण्यासाठी, उत्पादनासाठी आणि इतर सर्व कार्यासाठी उपयोग करत होता. वाफेवर आधारित इंजिन आले आणि जीवाश्म इंधनाचा (fossil fuel) म्हणजे खनिज तेलाचा आणि कोळश्याचा प्रचंड प्रमाणात वापर सुरु झाला जो आजही चालू आहे. वाफेच्या इंजिनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या जीवाश्म इंधनाच्या वापरामुळे एकोणिसाव्या शतकात शहरांमध्ये खूप प्रदूषण पण निर्माण झाले, ते पुढे विजेच्या आणि इतर उपायांमुळे थोडे कमी झाले पण आज संपूर्ण जग प्रदूषित झाले आहे.

पत्रक – 1 शहरी लोकसंख्येचा हिस्सा (%) जगाच्या एकूण लोकसंख्येमधील

हळू हळू आपण अक्षय उर्जेच्या – सौर उर्जेच्या वापराकडे वाटचाल करतो आहे, त्याने भविष्यात संपूर्ण जग बदलून जाणार आहे आणि तेंव्हा वाफेच्या इंजिनाच्या शोधने सुरु झालेले शहरीकरण बदलून जाणार आहे पण वाफेच्या इंजिनाच्या शोधाने जी आमुलाग्र क्रांती केली, जगाला शहरीकरणाच्या वाटेवर नेले ह्याची नोंद इतिहासात अमर राहील!!!          

---

^[1] Sidewalk Talk series “15 Innovations That Shaped the Modern City.” वर आधारित लेख

^[2] लेखात वापरलेली माहिती आणि चित्रे विकिपीडिया आणि विकी कॉमन्स वरून घेतलेली आहे.