De briljante wiskundige, natuurwetenschapper en uitvinder Christiaan Huygens bedacht een verbrandingsmotor die liep op buskruit. De zeventiende-eeuwse geleerde voorzag dat zijn uitvinding geschikt was voor nieuwe vormen van vervoer. Ooit zou zijn nouveau moteur een vliegmachine van de grond krijgen.
Eind 1672 kwam Christiaan Huygens op het idee ‘de al te grote snelheid en onstuimigheid’ van buskruit te matigen en aan te wenden voor andere toepassingen dan de gebruikelijke gewelddadige, zoals ‘de explosie van het kanon en van het musket en het springen van mijnen’.
Zijn nouveau moteur was misschien wel zijn spectaculairste, maar desondanks tamelijk onbekend gebleven uitvinding. In de meeste publicaties over Huygens komt zijn buskruitmotor niet of slechts zijdelings aan bod. Vaak wordt de uitvinding dan opgevoerd als een voorloper van de vroegste stoommachines. Bij een stoommachine wordt water verhit tot stoom. De stoom laat iets heen en weer bewegen (een zuiger) of ronddraaien (een turbine).
Dit artikel is exclusief voor abonnees
Maar eigenlijk was Huygens al bezig met de ontwikkeling van een verbrandingsmotor, waarmee hij zijn tijd twee eeuwen vooruit was. Bij een verbrandingsmotor wordt de brandstof ín de motor tot ontploffing gebracht, wat een zuiger in beweging zet.
Volgens dit principe ontwikkelde Huygens een motor die bestond uit een verticale buis met daarin een zuiger. Onder in de buis werd buskruit aangestoken; de explosie dreef de zuiger naar de bovenkant van de buis. Door het gewicht van de zuiger en het gecreëerde vacuüm in het onderste deel van de buis werd de zuiger terug de buis in getrokken, waardoor er middels een touw en een katrol iets in beweging kon worden gebracht.
Huygens ziet als eerste dat er ringen rond Saturnus draaien. Tekening uit de Cosmotheoros.
Het was een heel eenvoudige motor, die nog niet bestendig draaide, maar Huygens’ buskruitmotor bevat al dezelfde elementen als de latere verbrandingsmotor: een cilinder, ontsteking, een zuiger en kleppen (een soort slurfjes van leer). Het is alsof Huygens moeiteloos een blik in de toekomst wierp, ver voorbij de generatie wetenschappers en uitvinders die na hem kwamen.
Slimste zoon
Christiaan werd in 1629 met een gouden lepel in de mond geboren. Zijn toegewijde vader Constantijn Huygens was even briljant als veelzijdig: een groot dichter, schilder, componist, musicus en diplomaat. Als trouwe dienaar van twee opeenvolgende prinsen van Oranje stond hij bovendien in het centrum van de macht. De kinderen die hij met Suzanna van Baerle kreeg volgden thuis aan de Haagse Lange Houtstraat en later aan het Plein privéonderwijs.
Huygens geldt in 1666 als de grootste wis- en natuurkundige van Europa
Op jonge leeftijd ontpopte Christiaan zich tot de slimste van de vijf. Op zijn negende sprak hij al Latijn, hij beheerste verschillende muziekinstrumenten en bleek ook nog eens handig. Op zijn dertiende bouwde hij een draaibank en op zijn vijftiende begon hij met zijn broer lenzen te slijpen. ‘Mon Archimède’ noemt Constantijn zijn zoon, verwijzend naar de Griekse wetenschapper en uitvinder.
Huygens leefde in een tijd dat de wetenschap als een springvloed kwam opzetten. Hij was een van de sleutelfiguren in die wetenschappelijke revolutie. Hij maakte zich verdienstelijk op de meest uiteenlopende vakgebieden. Op wiskundig vlak was hij een van de wegbereiders van de integraal- en differentiaalrekening en de kansberekening. Een van zijn belangrijkste wapenfeiten is dat hij als eerste wiskundige formules inzette om natuurkundige vraagstukken op te lossen. Hij was daarmee een pionier van de theoretische natuurkunde.
Maar hij beperkte zich niet tot theoretische inzichten alleen, hij wilde ook zelf waarnemen. Zijn devies was ‘ratione et experientia’ (‘door verstand en ondervinding’). Met zijn zelfgefabriceerde telescoop zag hij in de jaren vijftig van de zeventiende eeuw als eerste dat er ringen rond Saturnus draaien en hij ontdekte de Saturnus-maan die later de naam Titan kreeg. Zijn bekendste uitvinding is de slingerklok, waarmee de tijdmeting een stuk nauwkeuriger werd.
In 1666 stond Huygens op het hoogtepunt van zijn roem. Hij genoot erkenning als de grootste wis- en natuurkundige van Europa en werd gevraagd als onderzoeksdirecteur van de Académie Royale des Sciences in Parijs, zojuist opgericht door Jean-Baptiste Colbert, minister van Financiën onder ‘Zonnekoning’ Lodewijk XIV. Zijn jaren in Frankrijk waren productief, maar niet erg gelukkig. In 1670 werd hij ernstig ziek. Iedereen – ook hijzelf – dacht dat hij zou sterven. Wat hij precies onder de leden had is onbekend, maar hij kampte in elk geval met ernstige depressies.
In het Rampjaar 1672 kwam Christiaan in een lastig parket toen Frankrijk een oorlog begon tegen de Republiek der Zeven Verenigde Nederlanden. In zijn werk bleef hij trouw aan Lodewijk XIV, terwijl zijn vader en broer Constantijn junior aan de zijde van de Oranjes stonden. Op 20 augustus 1672 werden raadpensionaris Johan de Witt en zijn broer Cornelis gelyncht door een uitzinnige menigte Oranje-aanhangers. Christiaan kende Johan de Witt uit zijn studententijd in Leiden, toen ze beiden les kregen van de wiskundige Frans van Schooten. Ze waren sindsdien blijven corresponderen. Ondanks deze narigheid had hij in 1672 de ergste aanvallen van melancholie overwonnen.
Onhandige schetsjes
In deze periode ontwikkelde Huygens zijn verbrandingsmotor. Uit zijn manuscripten blijkt dat hij gedurende de laatste maanden van 1672 en bijna het hele jaar 1673 een groot aantal experimenten doet om zijn machine à poudre à canon aan de praat krijgen. Het zijn vooral de wat onhandige schetsjes in het handschrift die je het gevoel geven dat je over zijn schouders, langs zijn enorme bos met krullen, meekijkt hoe hij zijn nogal voorbarige idee uitwerkt.
Het waren Engelse uitvinders als Thomas Savery, Thomas Newcomen en James Watt die voortbordurend op het werk van Huygens en Papin steeds beter functionerende stoommachines ontwikkelden.
Huygens werd bijgestaan door zijn jonge assistent Denis Papin. Papin heeft een wezenlijk aandeel geleverd aan Huygens buskruitmotor, zeker als het gaat om de praktische uitvoering van de experimenten. Papin zelf schreef in 1688 dat hij het toestel heeft gedemonstreerd in aanwezigheid van minister Colbert. Wetenschapshistoricus Cees Andriesse suggereert in zijn biografie van Huygens zelfs dat Papin en niet Huygens de werkelijke uitvinder van de buskruitmotor was, helaas zonder verwijzing naar een bron.
Huygens is tamelijk bescheiden over de machine, ‘die na gedeeltelijk geslaagd te zijn […] verder ontwikkeld zal kunnen worden en misschien vervolmaakt door adviezen van de Academie’. Ook is hij eerlijk over de tekortkomingen: de buis is onderaan nauwer dan bovenaan, waardoor de zuiger niet goed daalt, en dat zou ook weleens het probleem kunnen zijn bij toekomstige proeven op een grotere schaal. ‘Het zou vrij moeilijk kunnen zijn een metalen cilinder te maken van overal gelijke breedte, en goed glad,’ meende Huygens.
Denis Papin demonstreert de buskruitmotor. Illustratie uit Merveilles de la science, 1870.
Maar hij laat alle terughoudendheid varen in de passages waarin hij de toekomstige toepassingen van de uitvinding bespreekt. De machine kan bijvoorbeeld dienen om grote stenen op te hijsen of water op te pompen. Hij meent dat zijn buskruitmotor meer kracht zou kunnen opwekken dan veertig paarden. Visionair is zijn schets van de toekomstige mogelijkheden van vervoer. Niet alleen te land, maar ook over water. ‘Ik denk dat een staart van hout, flexibel, achter de boot […] zoals ik geloof dat ze in China gebruiken, geschikt zou kunnen zijn om heen en weer te laten bewegen door de kracht van de cilinder.’
Nog stoutmoediger is Huygens’ suggestie voor een volslagen nieuw vervoermiddel. ‘En hoewel het absurd zal lijken, toch schijnt het niet onmogelijk te zijn er een te vinden om door de lucht te gaan, daar de grote belemmering voor de kunst van het vliegen tot nu toe is geweest de moeilijkheid zeer lichte machines te bouwen die een zeer sterke beweging kunnen voortbrengen. Maar ik erken dat er nog wel heel wat wetenschap en vindingrijkheid nodig zou zijn om een dergelijke onderneming tot een goed einde te brengen.’
‘Onstuimige’ brandstof
Huygens was met zijn experimenten nog ver verwijderd van een soepel lopende verbrandingsmotor. Een van de problemen waarvoor nog lang geen oplossing bestond, was de constante dosering en ontsteking van de ‘onstuimige’ brandstof.
Desondanks was het ook toen in aanleg al een werkzaam apparaat. In een brief uit 1684 schrijft Huygens dat een vingerhoed buskruit genoeg was om een gewicht van 1600 pond tot een hoogte van vijf voet op te hijsen. Ook vertelt hij dat tijdens de demonstratie ten overstaan van zijn opdrachtgever Jean-Baptiste Colbert, deze ‘vier of vijf lakeien’ gebood het touw aan de machine vast te houden en dat die vervolgens met groot gemak werden opgehesen. Maar in diezelfde brief geeft hij aan dat hij weinig heil ziet in de verdere perfectionering van de uitvinding, omdat ‘we praktischere motoren kennen, zoals die worden voortgedreven door wind of stromend water’.
Huygens keerde in 1681 terug naar Nederland, waar hij zijn wetenschappelijke werk voortzette. In 1694 kwamen zijn depressies in alle hevigheid terug en op 8 juli 1695 stierf hij door een onbekende oorzaak. Twee jaar voor zijn dood had de Académie Royale des Sciences een artikel over zijn buskruitmotor gepubliceerd met een keurige uitwerking van een van zijn schetsen, maar de technologische evolutie helde inmiddels over naar de verdere ontwikkeling van stoomaandrijving.
Dennis Papin ging nog even voort op de ingeslagen weg. Maar al snel kwam hij tot de conclusie dat buskruit inderdaad te ‘onstuimig’ is en besloot hij zijn aandacht te richten op de werking van stoom. Tijdens zijn verblijf in Londen eind jaren zeventig ontwikkelde hij zijn steam digester, de eerste snelkookpan, die in Nederland ‘papiniaansche pot’ werd genoemd. In 1690 ontwikkelde hij een zuigerstoommachine.
De Hippomobile van Étienne Lenoir wordt voortgedreven door een verbrandingsmotor, circa 1860.
Het waren Engelse uitvinders als Thomas Savery, Thomas Newcomen en James Watt die voortbordurend op het werk van Huygens en Papin steeds beter functionerende stoommachines ontwikkelden. Zij vormden de geniesoldaten van de Industriële Revolutie. De stoommachine bracht in de negentiende eeuw grote, zware dingen als schepen, treinen, fabrieken en elektriciteitscentrales in beweging.
De verdere ontwikkeling van de verbrandingsmotor werd pas weer vanaf het einde van de achttiende eeuw opgepikt, waarna de machine geleidelijk tot wasdom kwam. De Belgische uitvinder Étienne Lenoir bracht in Frankrijk de eerste commercieel succesvolle verbrandingsmotor op de markt (1860). Ook experimenteerde hij met zijn Hippomobile (1863), een voertuig voortgedreven door een verbrandingsmotor. De verbrandingsmotor zou vooral geschikt blijken voor mobiele toepassingen zoals auto’s, motorfietsen, brommers en vliegtuigen. Gedurende het verdere verloop van de negentiende eeuw werd de machine verder geperfectioneerd door vooral Duitse uitvinders als Nikolaus Otto, Siegfried Marcus, Karl Benz en Gottlieb Daimler. De wegbereiders van de mobiliteitsexplosie in de twintigste eeuw.
Fanta Voogd is journalist, gespecialiseerd in techniekgeschiedenis.
