ऊर्जा का इतिहास: मानवता ने सभ्यता के निर्माण के लिए शक्ति को कैसे साधा — एक संपूर्ण मार्गदर्शिका

अग्नि की खोज और प्रथम चक्कियों से लेकर कोयला, भाप, तेल, परमाणु ऊर्जा और नवीकरणीय ऊर्जा क्रांति तक — ऊर्जा की कहानी और इसने मानव समाज को कैसे बदला

परिचय

ऊर्जा केवल जूल या किलोवाट-घंटे में मापी जाने वाली कोई भौतिक राशि नहीं है। यह मानव सभ्यता का वह मूल संसाधन है, वह अदृश्य धागा जो हर कृषि क्रांति, हर औद्योगिक परिवर्तन, और मानवता की प्रगति की लंबी कहानी में हर तकनीकी छलांग को आपस में जोड़ता है। आग से सौर ऊर्जा तक ऊर्जा के इतिहास का अनुसरण करना, वास्तव में मानव सभ्यता के इतिहास का ही अनुसरण करना है — क्योंकि हर समाज, चाहे वे सवाना की आग के इर्द-गिर्द बैठे आरंभिक शिकारी-संग्रहकर्ता हों या उत्तरी सागर में अपतटीय पवन फार्मों की रूपरेखा तैयार करने वाले आज के इंजीनियर, मूल रूप से इसी बात से आकार पाता रहा है कि वह कितनी ऊर्जा तक पहुँच सकता था, वह ऊर्जा किस रूप में थी, और उसे उपयोगी कार्य में कितनी कुशलता से परिवर्तित किया जा सकता था।

ऊर्जा स्रोतों ने मानव सभ्यता को कैसे आकार दिया — यह कहानी अपने मूल में बाधाओं के बीच समस्या-समाधान की कहानी है। हर मानव समाज को एक ही बुनियादी चुनौती का सामना करना पड़ता है: ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम कहता है कि उपयोगी ऊर्जा हमेशा अपशिष्ट ताप में रूपांतरित होती रहती है, जीवन और उद्योग की गतिविधियों के लिए नई ऊर्जा का निरंतर निवेश आवश्यक है, और जो समाज अधिक ऊर्जा तक, सस्ते में और कम अपव्यय के साथ पहुँच सकते हैं, वे उन समाजों पर बढ़त बना लेते हैं जो नहीं बना सकते। यह केवल एक आर्थिक टिप्पणी नहीं है। यह प्रकृति का वह नियम है जिसने हर साम्राज्य के उत्थान और पतन, हर कृषि सभ्यता की सफलता या विफलता, और आधुनिक युग में हर औद्योगिक राष्ट्र की प्रतिस्पर्धात्मक श्रेष्ठता को संचालित किया है।

प्राचीन काल से नवीकरणीय ऊर्जा तक विद्युत उत्पादन के विकास के इतिहास को कई महान युगों में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक की पहचान उसके प्रमुख ऊर्जा स्रोत से होती है। पहला युग था अग्नि का, जिसने मानवता को ऊष्मा, पका हुआ भोजन, शिकारियों से सुरक्षा और धातुओं पर काम करने की क्षमता दी। दूसरा युग था मांसपेशियों का — मानवीय और पशु दोनों — जब दासों, सेवकों, बैलों और घोड़ों की ऊर्जा ने प्राचीन और मध्यकालीन दुनिया की कृषि अर्थव्यवस्थाओं को चलाया। तीसरा युग था जल और वायु का, जब चक्कीगर की यांत्रिक प्रतिभा ने बहती नदियों और चलती हवाओं की गतिज ऊर्जा को अनाज पीसने, दलदलों को सुखाने और पहले आदिम कारखानों को चलाने में लगाना सीखा। चौथा युग था कोयले और भाप का, जिसने औद्योगिक क्रांति को जन्म दिया और कुछ असाधारण पीढ़ियों में, कृषि के आविष्कार के बाद से किसी भी विकास की तुलना में मानव समाज को अधिक गहराई से बदल दिया। पाँचवाँ युग था तेल और बिजली का, जिसने आधुनिक दुनिया को उसके ऑटोमोबाइल, विमान, प्रकाशित शहर और विशाल इलेक्ट्रॉनिक संचार नेटवर्क दिए। और छठा युग, जो अभी शुरू ही हो रहा है, नवीकरणीय ऊर्जा और परमाणु ऊर्जा का युग है, जिसमें मानवता आर्थिक विकास को कार्बन उत्सर्जन से अलग करने और एक ऐसी ऊर्जा प्रणाली बनाने का प्रयास कर रही है जो वैश्विक जलवायु को अस्थिर किए बिना नौ या दस अरब लोगों को अनिश्चित काल तक सहारा दे सके।

यह समझने के लिए कि ऊर्जा संसाधनों ने वैश्विक शक्ति को कैसे आकार दिया, एक सरल लेकिन गहन सत्य को समझना होगा: जिन समाजों ने अपने युग के प्रमुख ऊर्जा स्रोत पर नियंत्रण किया, उन्होंने उस युग की राजनीतिक और सैन्य शक्ति पर भी नियंत्रण किया। कोयले और भाप पर ब्रिटेन की महारत ने उसे एक ऐसा साम्राज्य दिया जिस पर सूरज कभी अस्त नहीं होता था। तेल पर अमेरिका की महारत ने उसे एक शताब्दी की वैश्विक आर्थिक और सैन्य प्रभुता दी। यह सवाल कि इक्कीसवीं सदी की प्रमुख ऊर्जा प्रौद्योगिकियों पर — चाहे वे सौर पैनल हों, उन्नत परमाणु रिएक्टर हों, या नवीकरणीय बिजली से उत्पादित हरित हाइड्रोजन — कौन महारत हासिल करेगा, आने वाले सौ वर्षों की भू-राजनीतिक व्यवस्था को उसी तरह निर्धारित करेगा जैसे कोयले ने उन्नीसवीं सदी की व्यवस्था निर्धारित की थी।

आग से संलयन तक की अटूट कड़ी, बढ़ती ऊर्जा घनत्व, बढ़ती दक्षता और बढ़ती जटिलता की कड़ी है। एक लकड़ी की आग शायद एक किलोवाट प्रति वर्ग मीटर की शक्ति घनत्व पर ऊर्जा मुक्त करती है। एक परमाणु संलयन रिएक्टर, यदि कभी परिपूर्ण हो जाए, तो लाखों गुना अधिक शक्ति घनत्व पर ऊर्जा मुक्त कर सकता है। उस कड़ी में मानव इतिहास का सारा विस्तार समाया है: लगभग दस लाख वर्ष पूर्व अग्नि की खोज, छह हजार वर्ष पूर्व पशुओं को पालतू बनाना, फारस में लगभग 640 ईस्वी में पहली पवनचक्की, इंग्लैंड में 1712 में पहला भाप इंजन, पेनसिल्वेनिया में 1859 में पहला तेल का कुआँ, सोवियत संघ में 1954 में पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र, और कैलिफोर्निया में 1982 में पहला उपयोगिता-स्तरीय सौर फार्म। उस कड़ी में हर कदम न केवल एक तकनीकी उपलब्धि का प्रतिनिधित्व करता है, बल्कि एक सामाजिक और राजनीतिक परिवर्तन, धन और शक्ति के पुनर्वितरण, और प्राकृतिक दुनिया के साथ मानवीय संबंध के पुनर्निर्माण का भी।

ऊर्जा घनत्व — किसी दिए गए द्रव्यमान या आयतन के ईंधन में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा — सबसे महत्वपूर्ण लेकिन सबसे कम चर्चित निर्धारकों में से एक है जो तय करता है कि कौन सी ऊर्जा प्रौद्योगिकियाँ सफल होती हैं और कौन सी विफल। लकड़ी में प्रति किलोग्राम लगभग पंद्रह मेगाजूल ऊर्जा होती है। कोयले में प्रति किलोग्राम लगभग पच्चीस मेगाजूल। कच्चे तेल में प्रति किलोग्राम लगभग बयालीस मेगाजूल। यूरेनियम, जब परमाणु रिएक्टर में उपयोग किया जाता है, तो विखंडन प्रक्रिया को ध्यान में रखने के बाद प्रभावी रूप से प्रति किलोग्राम लगभग पैंतालीस मिलियन मेगाजूल होते हैं। ऊर्जा घनत्व में यह असाधारण अंतर बताता है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र बहुत छोटे भूमि क्षेत्रों पर क्यों बनाए जा सकते हैं और कोयले और तेल ने औद्योगिक अनुप्रयोगों में लकड़ी को क्यों विस्थापित किया, न कि इसके विपरीत। यह यह भी बताता है कि जीवाश्म ईंधन को नवीकरणीय ऊर्जा से बदलने की चुनौती शुरुआत में जितनी लगती है उससे कहीं अधिक कठिन क्यों है: एक पवनचक्की या सौर पैनल रुक-रुक कर और अपेक्षाकृत कम शक्ति घनत्व पर ऊर्जा प्रदान करता है, जिसके लिए या तो भंडारण या बहुत बड़ी स्थापित क्षमताओं की आवश्यकता होती है ताकि जीवाश्म ईंधन द्वारा प्रदान की जाने वाली विश्वसनीय, माँग पर ऊर्जा आपूर्ति की बराबरी की जा सके।

ऊर्जा परिवर्तनों की अर्थशास्त्र एक ऐसे पैटर्न का अनुसरण करती है जिसे प्रौद्योगिकी के इतिहासकारों ने कई क्षेत्रों में पहचाना है। एक नई ऊर्जा प्रौद्योगिकी शुरुआत में महंगी, अनुप्रयोग में सीमित, और एक छोटे विशेषज्ञ उद्योग द्वारा सेवित होती है। जैसे-जैसे उत्पादन बढ़ता है, सीखने-करने, पैमाने की अर्थव्यवस्थाओं और वृद्धिशील इंजीनियरिंग सुधारों के माध्यम से लागत गिरती है। गिरती लागतें नए बाजार खोलती हैं, जो आगे मात्रा वृद्धि, आगे लागत में कमी और आगे बाजार विस्तार को एक प्रबलित चक्र में बढ़ावा देती हैं। यह सकारात्मक चक्र, जिसे इंटरनेशनल इंस्टीट्यूट फॉर अप्लाइड सिस्टम्स एनालिसिस के Arnulf Grubler और अन्य ऊर्जा अर्थशास्त्रियों ने अच्छी तरह से वर्णित किया है, वही है जिसने पचास वर्षों में सौर फोटोवोल्टेइक में निन्यानवे प्रतिशत लागत में कमी और पवन ऊर्जा, लिथियम-आयन बैटरी और LED लाइटिंग में समान लागत में कमी पैदा की। उन्नीसवीं सदी के पूर्वार्द्ध में भाप इंजन में और बीसवीं सदी के पूर्वार्द्ध में कोयला-संचालित बिजली उत्पादन में नाटकीय लागत कमी भी इन्हीं गतिशीलताओं से संचालित थी। इस गतिशीलता को समझने से यह समझाने में मदद मिलती है कि ऊर्जा परिवर्तन, एक बार वास्तव में शुरू होने के बाद, अधिकांश पूर्वानुमानकर्ताओं की भविष्यवाणी से कहीं तेज क्यों आगे बढ़ सकते हैं।

हर ऊर्जा परिवर्तन का पर्यावरणीय आयाम आधुनिक युग में नजरअंदाज करना असंभव हो गया है, हालाँकि पर्यावरणीय परिणाम अक्सर सावधान पर्यवेक्षकों को नीतिगत चिंता का विषय बनने से बहुत पहले स्पष्ट हो जाते थे। लकड़ी ऊर्जा के कारण होने वाले वनों की कटाई पर चौथी शताब्दी ईसा पूर्व में Plato और हान राजवंश के चीनी इतिहासकारों ने ध्यान दिया था। कोयला जलाने वाले औद्योगिक शहरों का वायु प्रदूषण अठारहवीं सदी से चिकित्सा और वैज्ञानिक साहित्य में दर्ज किया गया था, और वायु प्रदूषण तथा श्वसन रोग के बीच का संबंध 1952 के लंदन के महा-धुएँ के समय तक स्पष्ट रूप से स्थापित हो चुका था, जिसने चार दिनों में अनुमानित बारह हजार लोगों की जान ली थी। जीवाश्म ईंधन जलाने और जलवायु परिवर्तन के बीच का संबंध पहली बार स्वीडिश रसायनशास्त्री Svante Arrhenius ने 1896 में मात्रात्मक रूप से परिकलित किया था, जिन्होंने अनुमान लगाया था कि वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता को दोगुना करने से पृथ्वी की सतह पाँच से छह डिग्री सेल्सियस तक गर्म हो जाएगी। जलवायु परिवर्तन पर अंतर-सरकारी पैनल की रिपोर्टों में सन्निहित आधुनिक वैज्ञानिक सहमति, Arrhenius की अग्रणी गणना को परिष्कृत करती है लेकिन मूल रूप से उसका खंडन नहीं करती। ऊर्जा का इतिहास इस प्रकार पर्यावरणीय परिणामों के साथ विलंबित हिसाब-किताब का भी इतिहास है — एक ऐसा पैटर्न जो वर्तमान ऊर्जा परिवर्तन के लिए एक सावधान करने वाली कहानी और आशा का आधार दोनों प्रदान करता है कि मानवता ने बार-बार ऊर्जा-संबंधित पर्यावरणीय समस्याओं को पहचानने और उनका समाधान करने की क्षमता प्रदर्शित की है, भले ही शायद ही कभी उतनी तेज़ी या पूर्णता के साथ जितनी आदर्श होती।

यह लेख उस पूरी यात्रा का अनुसरण करता है — अफ्रीकी मैदानों पर Homo erectus द्वारा जलाई गई पहली आग से लेकर इंग्लिश चैनल और दक्षिण चीन सागर के जल से उठते गीगावाट-स्तरीय अपतटीय पवन फार्मों तक। यह उन आविष्कारकों, इंजीनियरों, उद्योगपतियों और राजनेताओं की खोज करता है जिन्होंने प्रत्येक ऊर्जा युग को आकार दिया। यह प्रत्येक ऊर्जा परिवर्तन के सभ्यतागत प्रभावों की जाँच करता है — इसने जो आर्थिक विकास संभव किया, इसने जो पर्यावरणीय क्षति पहुँचाई, और इसने जो सामाजिक उथल-पुथल पैदा की। और यह उस ऊर्जा भविष्य की ओर देखता है जो मानवता को बनाना होगा यदि वह जलवायु परिवर्तन के सबसे बुरे परिणामों से बचना चाहती है और पृथ्वी पर हर व्यक्ति को जीवन का एक सभ्य स्तर प्रदान करना चाहती है।

अग्नि: मानवता की पहली ऊर्जा क्रांति

अग्नि की खोज मानव इतिहास की पहली और कई मायनों में सबसे महत्वपूर्ण ऊर्जा क्रांति थी। Homo sapiens या उसके पूर्वजों की कोई अन्य तकनीकी उपलब्धि अग्नि की परिवर्तनकारी शक्ति के करीब भी नहीं आती — न पहिए का आविष्कार, न लेखन का विकास, और न ही कृषि क्रांति। अग्नि वह प्रौद्योगिकी थी जिसने हमें सबसे गहरे जैविक अर्थ में मानव बनाया, और यह उन दीर्घ ऊर्जा नवाचारों की कड़ी का पहला कदम था जो उस सभ्यता तक ले जाती है जिसमें हम आज रहते हैं।

मानव पूर्वजों द्वारा नियंत्रित अग्नि उपयोग के साक्ष्य अब लगभग दस लाख वर्ष पीछे तक जाते हैं — एक तारीख जो अग्नि की कहानी को शारीरिक रूप से आधुनिक Homo sapiens के उद्भव से बहुत पहले ले जाती है। सबसे सम्मोहक प्रारंभिक साक्ष्य दक्षिण अफ्रीका के उत्तरी केप प्रांत में Wonderwerk Cave से आता है, जहाँ टोरंटो विश्वविद्यालय के पुरातत्वविदों, Francesco Berna के नेतृत्व में और 2012 में Proceedings of the National Academy of Sciences में प्रकाशित एक अध्ययन में, वर्तमान से लगभग दस लाख वर्ष पूर्व की गहराई के अनुरूप परतों में जले हुए हड्डी के टुकड़े और पौधे की राख पहचानी गई। निक्षेप स्थान पर जलने के साक्ष्य दिखाते हैं, अर्थात गुफा के अंदर उपयोग की गई आग, न कि बाहर की आग से लाई गई सामग्री, और जिम्मेदार प्रजाति Homo erectus मानी जाती है, जो आधुनिक मानव का प्रत्यक्ष पूर्वज है। अग्नि उपयोग के पहले के, कम निश्चित साक्ष्य लगभग 15 लाख वर्ष पूर्व अफ्रीका और काकेशस के स्थलों तक जाते हैं, लेकिन Wonderwerk का साक्ष्य वैज्ञानिक रूप से सबसे मजबूत प्रारंभिक मानदंड बना हुआ है।

आग ने आरंभिक मनुष्यों को क्या दिया? इसका उत्तर ऊष्मा से कहीं अधिक को समेटे हुए है। हार्वर्ड के जैविक मानवविज्ञानी Richard Wrangham ने जिसे वे खाना पकाने की परिकल्पना कहते हैं, उसे आगे बढ़ाया है। अपनी प्रभावशाली 2009 की पुस्तक "Catching Fire: How Cooking Made Us Human" में उन्होंने तर्क दिया कि आग पर भोजन पकाने की प्रथा उस नाटकीय मस्तिष्क आकार वृद्धि का प्राथमिक चालक थी जो Homo sapiens को सभी अन्य प्राइमेट्स से अलग करती है। मानव मस्तिष्क एक असाधारण रूप से महंगा अंग है, जो शरीर के कुल द्रव्यमान का केवल दो प्रतिशत होने के बावजूद शरीर की ऊर्जा का लगभग बीस प्रतिशत खपत करता है। ऐसे मस्तिष्क को पोषण देने के लिए उच्च-गुणवत्ता, कैलोरी-सघन आहार की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, कच्चा भोजन पचाना कठिन होता है और पके हुए भोजन की तुलना में प्रति इकाई प्रयास में कहीं कम कैलोरी देता है, क्योंकि पकाना कोशिका भित्तियों को तोड़ता है, प्रोटीन को विकृत करता है और स्टार्च को जेलीफाई करता है — ऐसे तरीकों से जो पोषक तत्वों की पाचनशीलता और जैव-उपलब्धता को नाटकीय रूप से बढ़ाते हैं। भोजन पकाकर, आरंभिक मनुष्य एक ही कच्चे माल से अधिक कैलोरी निकाल सकते थे, जिससे चयापचय ऊर्जा मुक्त हो जाती थी जिसे बड़े और अधिक जटिल मस्तिष्क के विकास की ओर पुनर्निर्देशित किया जा सकता था। साथ ही, पके भोजन की नरम बनावट ने उन विशाल जबड़े की मांसपेशियों और बड़े दाढ़ों की आवश्यकता को कम कर दिया जो हमारे प्राइमेट रिश्तेदारों की विशेषता हैं, जिससे खोपड़ी एक बड़े मस्तिष्क को समायोजित कर सकती थी।

आग ने शिकारियों से भी सुरक्षा प्रदान की, जो प्लीस्टोसीन अफ्रीका के शिकारी-समृद्ध सवाना पर जीवित रहने की कोशिश कर रहे छोटे-दिमाग वाले, अपेक्षाकृत धीमे और शारीरिक रूप से अप्रभावशाली जीवों के लिए कोई मामूली लाभ नहीं था। रात में शिविर की आग शेरों, तेंदुओं और लकड़बग्घों को सुरक्षित दूरी पर रखती है, जिससे निरंतर सतर्कता से जुड़े ऊर्जा व्यय और शारीरिक तनाव में नाटकीय कमी आती है। इसने सक्रिय दिन को दिन के उजाले की सीमाओं से परे भी बढ़ाया, जिससे आरंभिक मनुष्य शाम के घंटों में सामाजिक बंधन, औजार बनाने और योजना बनाने की गतिविधियों में संलग्न हो सकते थे — एक व्यवहारिक बदलाव जिसके सामाजिक और संज्ञानात्मक परिणाम गहरे रहे होंगे।

आग की प्रदान की गई ऊष्मा ने आरंभिक मनुष्यों को ऐसे वातावरण में जीवित रहने में सक्षम बनाया जो अन्यथा असंभव रूप से ठंडे होते। आग के बिना, Homo sapiens यूरोप और एशिया में जनसंख्या नहीं बसा सकता था, जहाँ सर्दियों का तापमान नियमित रूप से एक हल्के निर्मित उष्णकटिबंधीय प्राइमेट के जीवित रहने की सीमा से बहुत नीचे गिर जाता है। उत्तरी अक्षांशों में मानव बस्ती का विस्तार, जो Homo erectus के साथ शुरू हुआ और शारीरिक रूप से आधुनिक मनुष्यों के साथ जारी रहा, आग पर महारत से ही संभव हुआ। साठ हजार वर्ष पूर्व तक, मनुष्य मध्य एशिया में आगे बढ़ रहे थे। पैंतालीस हजार वर्ष पूर्व तक, वे यूरोप पहुँच गए थे। पंद्रह हजार वर्ष पूर्व तक, वे बेरिंग भूमि सेतु को पार करके अमेरिका में प्रवेश कर चुके थे। उन्हें गर्म रखने और उच्च-अक्षांश आवासों की कठोर सर्दियों के दौरान उन्हें जिंदा रखने वाले शिकार को पकाने के लिए आग के बिना इनमें से कुछ भी संभव न होता।

धातुकर्म का विकास, जो अंततः बेहतर उपकरणों, हथियारों और मशीनों के उत्पादन के माध्यम से मानव समाज को बदल देगा, पूरी तरह से आग पर निर्भर था। कांस्य युग, जो मध्य पूर्व और पूर्वी भूमध्यसागरीय क्षेत्र में लगभग 3300 ईसा पूर्व शुरू हुआ, के लिए लगभग 1,000 डिग्री सेल्सियस तापमान तक पहुँचने में सक्षम भट्टियों की आवश्यकता थी, जो ताँबे के अयस्क को गला सके और कांस्य मिश्र धातु बनाने के लिए टिन को पिघला सके। लोहे का युग, जिसने दुनिया के अधिकांश भागों में लगभग 1200 ईसा पूर्व से कांस्य का स्थान लिया, के लिए और भी अधिक तापमान की आवश्यकता थी, चारकोल के साथ लोहे के अयस्क की कमी के माध्यम से पिटवाँ लोहा उत्पादन करने में सक्षम bloomery भट्टियाँ। लोहे के उपकरण और हथियार अधिक कठोर, अधिक टिकाऊ थे, और ऐसे अयस्कों से उत्पादित किए जा सकते थे जो ताँबे या टिन की तुलना में कहीं अधिक प्रचुर थे, जिससे लौह प्रौद्योगिकी अधिक लोकतांत्रिक रूप से सुलभ हो गई और यूरेशिया और अफ्रीका में कृषि, युद्ध और निर्माण में व्यापक परिवर्तन आया।

चारकोल, जो ऑक्सीजन-प्रतिबंधित वातावरण में लकड़ी के नियंत्रित दहन से उत्पादित होता है, प्राचीन औद्योगिक प्रक्रियाओं का उच्च-ऊर्जा ईंधन बन गया। मिट्टी को पकाने के लिए आवश्यक तापमान तक पहुँचने के लिए कुम्हार के भट्टों को चारकोल की आवश्यकता थी। फोनीशिया और रोम में काँच की भट्टियाँ सिलिका को पारदर्शी बर्तनों में पिघलाने के लिए चारकोल जलाती थीं। चूना भट्टियाँ मोर्टार के लिए बुझा चूना बनाने के लिए चारकोल के साथ चूना पत्थर जलाती थीं, जो प्राचीन चिनाई का आवश्यक बाँधने वाला पदार्थ था। लोहे के उत्पादन के लिए चारकोल की भारी मात्रा की आवश्यकता होती थी: एक मोटे नियम के अनुसार एक टन लोहे के उत्पादन के लिए दस से पंद्रह टन चारकोल की आवश्यकता होती थी, जिसके लिए बदले में कई एकड़ जंगल काटना पड़ता था। आग और चारकोल का औद्योगिक उपयोग शास्त्रीय पुरातनता के समय तक प्राचीन दुनिया के कुछ सबसे घनी आबादी वाले क्षेत्रों में पहले से ही गंभीर वनों की कटाई की समस्याएँ पैदा कर चुका था।

प्राचीन सभ्यताओं में लकड़ी ऊर्जा की पर्यावरणीय कीमत भारी थी और कुछ मामलों में सभ्यतागत पतन में योगदान दिया। Plato ने चौथी शताब्दी ईसा पूर्व में लिखा था कि एथेंस के पिछवाड़े Attica की पहाड़ियाँ एक समय घने जंगलों से ढकी थीं, लेकिन उनके समय में वे उजाड़ और कटाव-ग्रस्त थीं — सदियों के चारकोल उत्पादन, जहाज निर्माण और कृषि भूमि साफ करने का परिणाम। रोमन साम्राज्य, जो प्राचीन दुनिया में लकड़ी का सबसे बड़ा उपभोक्ता था, ने अपने बेड़े के लिए लकड़ी और अपने धातुकर्म उद्योगों के लिए चारकोल की आपूर्ति के लिए उत्तरी अफ्रीका, इबेरियन प्रायद्वीप और पूर्वी भूमध्यसागर के बड़े हिस्सों के जंगल काट दिए। येल विश्वविद्यालय और साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के पर्यावरण इतिहासकारों ने झील की तलछट कोर में पराग रिकॉर्ड के माध्यम से रोमन वनों की कटाई के पैमाने को दर्ज किया है, जिसमें रोमन आर्थिक गतिविधि के सबसे बड़े काल के अनुरूप वृक्ष पराग में नाटकीय कमी पाई गई। चीन में भी हान राजवंश के दौरान उत्तरी मैदानों में गंभीर वनों की कटाई हुई, क्योंकि लोहे के उत्पादन और कृषि विस्तार ने Huai नदी घाटी और पीली नदी बेसिन के जंगलों को खा लिया। लकड़ी ऊर्जा का प्राचीन पाठ स्पष्ट है: यह एक नवीकरणीय संसाधन है, लेकिन केवल तभी जब इसे पुनर्जनन से अधिक धीमी गति से उपभोग किया जाए, और पुरातनता की सभ्यताओं में, मानव माँग नियमित रूप से उस सीमा को पार कर जाती थी।

मानवीय और पशु मांसपेशी शक्ति

मानव प्रयास को पूरक या प्रतिस्थापित करने के लिए किसी भी मशीन के आविष्कार से पहले, सभी मानव अर्थव्यवस्थाओं का मूलभूत ऊर्जा स्रोत मानव शरीरों की चयापचय शक्ति थी। एक स्वस्थ वयस्क मानव एक कार्य दिवस में शायद 75 से 100 वाट की यांत्रिक शक्ति का निरंतर उत्पादन कर सकता है, तीव्र प्रयास के संक्षिप्त दौर में कई गुना अधिक। लाखों कामगारों से गुणा करने पर, इस जैविक शक्ति स्रोत ने मिस्र के पिरामिड, चीन की महान दीवार, रोम के जलसेतु, मध्यकालीन यूरोप के गिरजाघर, और हर पूर्व-आधुनिक अर्थव्यवस्था को आधार देने वाली नहरें और सड़कें बनाईं। लेकिन मानव मांसपेशी शक्ति की एक बुनियादी सीमा है: 100 वाट के निरंतर श्रम में सक्षम एक मानव को भोजन, पानी, आश्रय और सामाजिक देखभाल की भी आवश्यकता होती है, ये सभी संसाधनों का उपभोग करती हैं और संगठनात्मक माँगें पैदा करती हैं। मानव श्रम से ऊर्जा वापसी आधुनिक मानकों के अनुसार असाधारण रूप से कम है।

प्राचीन दुनिया में दासता का ऊर्जा प्रणाली के रूप में उपयोग केवल एक आर्थिक संस्था नहीं था; यह, शाब्दिक भौतिक अर्थ में, चयापचय ऊर्जा को पकड़ने और तैनात करने का एक तंत्र था। प्राचीन ग्रीस और रोम की सभ्यताएँ उन दासों द्वारा महत्वपूर्ण रूप से संचालित थीं जो उन समाजों के सबसे ऊर्जा-गहन कार्य करते थे: Laurium की चाँदी की खानों में काम करना जिसने एथेनियन लोकतंत्र को वित्तपोषित किया, उन त्रिरेमे चलाना जिन्होंने Marathon और Salamis में ग्रीक शहरों की रक्षा की, उन अनाज चक्कियों को घुमाना जो रोम को खिलाती थीं, उन खदानों में श्रम करना जो रोमन मंदिरों के संगमरमर और चूना पत्थर का उत्पादन करती थीं, और उन latifundia — विशाल कृषि संपदाओं — पर जोतना जो रोमन जनसंख्या को खिलाती थीं। प्रिंसटन विश्वविद्यालय और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के इतिहासकारों ने अनुमान लगाया है कि अपने चरम पर रोमन अर्थव्यवस्था में अकेले इटली में दो से पाँच मिलियन के बीच दास श्रमिक शामिल हो सकते थे, जो मानव ऊर्जा के एक संकेंद्रित द्रव्यमान का प्रतिनिधित्व करते थे जो दसियों हजार घोड़ों या सैकड़ों भाप इंजनों के कार्यात्मक समतुल्य था जिनका आविष्कार अगले पंद्रह सौ वर्षों तक नहीं होने वाला था।

कृषि कार्य के लिए पशुओं को पालतू बनाना मानव समाजों के लिए उपलब्ध ऊर्जा में एक महत्वपूर्ण वृद्धि थी। बैल कृषि कार्य के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला पहला भारवाही पशु था, जिसके मेसोपोटामिया और मिस्र में लगभग 4000 ईसा पूर्व बैल-खींचे हल के साक्ष्य मिलते हैं। एक काम करने वाला बैल मनुष्य की तुलना में लगभग दस गुना अधिक कर्षण बल बनाए रख सकता है और बिना आराम के लंबे समय तक काम कर सकता है, जिससे जुताई और ढुलाई में मानव श्रम की जगह बैलों का उपयोग एक वास्तविक उत्पादकता क्रांति थी। यूरेशिया और अफ्रीका में बैल-संचालित कृषि का प्रसार भारी मिट्टी की खेती को संभव बनाता था जिसे हाथ के औजार और मानव श्रम अकेले नहीं संभाल सकते थे, जिससे उपजाऊ भूमि के बड़े क्षेत्र खुल गए जो पहले अकृष्य थे।

घोड़ों को यूरेशियाई मैदानों पर लगभग 3500 ईसा पूर्व पालतू बनाया गया था, शुरू में भारवाही कार्य के बजाय उनके माँस और दूध के लिए। घोड़ों का भारवाही पशुओं के रूप में उपयोग अधिक धीरे-धीरे विकसित हुआ, आंशिक रूप से इसलिए क्योंकि किसी घोड़े को पहिए वाले वाहन या हल से कुशलतापूर्वक जोतने की प्रौद्योगिकी तुरंत स्पष्ट नहीं थी। बैल की मोटी गर्दन के लिए डिज़ाइन किया गया प्रारंभिक जुआ, घोड़े की शारीरिक रचना के लिए खराब रूप से उपयुक्त था और जब घोड़े की श्वासनली पर फिट किया जाता था, तो पशु का दम घुटता था और उसकी काम करने की क्षमता नाटकीय रूप से सीमित हो जाती थी। चीन में, पाँचवीं और आठवीं सदी के बीच गद्देदार घोड़े के कॉलर का विकास, और नौवीं सदी तक इसका यूरोप में प्रसार, ने घोड़े को एक मामूली उपयोगी भारवाही पशु से पूर्व-आधुनिक दुनिया में यांत्रिक ऊर्जा के सबसे शक्तिशाली और बहुमुखी स्रोत में बदल दिया। गद्देदार कॉलर घोड़े के गले के बजाय उसके कंधों पर टिकता है, जिससे पशु अपनी श्वास को प्रतिबंधित किए बिना अपनी पूरी मांसपेशीय शक्ति को traces पर लगा सकता है। गद्देदार कॉलर से लैस एक अच्छी तरह से जोते गए घोड़े गले के जुए वाले उसी घोड़े की तुलना में तीन से चार गुना अधिक भार खींच सकता था।

इतिहासकार Lynn White Jr. ने अपनी 1962 की महत्वपूर्ण कृति "Medieval Technology and Social Change" में तर्क दिया कि घोड़े का कॉलर मध्यकालीन काल के सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी नवाचारों में से एक था, जो उत्तर-पश्चिमी यूरोप में ग्यारहवीं से तेरहवीं शताब्दी के बीच की उल्लेखनीय कृषि उत्पादकता वृद्धि में सीधे योगदान देता था और जिसने 1000 से 1300 ईस्वी के बीच यूरोपीय जनसंख्या को दोगुना करने में मदद की। घोड़े बैलों से तेज़ और अधिक बहुमुखी थे, न केवल जुताई बल्कि परिवहन, हैरोइंग, और विभिन्न घोड़ा-संचालित मशीनों के संचालन में भी उपयोग किए जाने में सक्षम। उत्तरी फ्रांस, इंग्लैंड और जर्मनी के कई हिस्सों में बैलों की जगह उनका अपनाना दो-क्षेत्र से तीन-क्षेत्र फसल चक्र प्रणाली में संक्रमण से जुड़ा था, जिसने किसी भी समय खेती के अंतर्गत भूमि की मात्रा में लगभग पचास प्रतिशत की वृद्धि की।

मानव-संचालित मशीनें, विशेष रूप से ट्रेडमिल और कैपस्टान, शुद्ध मैनुअल श्रम और जल और वायु शक्ति के युग के बीच एक महत्वपूर्ण मध्यवर्ती प्रौद्योगिकी थीं। रोमन निर्माण उद्योग एक बड़े लकड़ी के ट्रेडव्हील पर व्यापक रूप से निर्भर था जिसमें कई कामगार पहिए के अंदरूनी रिम पर चलते थे और एक ड्रम को घुमाते थे जिसके चारों ओर एक रस्सी या जंजीर लपेटी होती थी, जिससे पहिया एक क्रेन के रूप में कार्य करता था जो भारी पत्थर के ब्लॉकों को उठाने में सक्षम था। ऐसे पहिए Capua की राहत मूर्तियों में दिखाई देते हैं और Vitruvius के वास्तुकला मैनुअलों में वर्णित हैं, जिन्होंने पहली शताब्दी ईसा पूर्व में लिखा था। रोमन खानों ने गहरी कार्यशालाओं से भूजल निकालने के लिए मानव-संचालित Archimedes screws और chain pumps का उपयोग किया — एक अनुप्रयोग जो बाद में भाप इंजन को सौंपा जाने वाला पहले कार्यों में से एक होगा।

दासता और यांत्रिक नवाचार के बीच का संबंध ऊर्जा के आर्थिक इतिहास में अधिक दिलचस्प बहसों में से एक है। कुछ इतिहासकार, विशेष रूप से कैम्ब्रिज के Moses Finley द्वारा स्थापित परंपरा में, ने तर्क दिया है कि दास समाजों में सस्ती मानव ऊर्जा की प्रचुरता ने श्रम-बचत मशीनरी के विकास को सक्रिय रूप से बाधित किया, क्योंकि मानव श्रम के यांत्रिक विकल्पों में निवेश करने का प्रोत्साहन सबसे अधिक तब होता है जब श्रम दुर्लभ और महंगा हो। 1833 में ब्रिटिश साम्राज्य में दासता का उन्मूलन, इसके बाद 1865 में संयुक्त राज्य अमेरिका में उन्मूलन, ने उन कृषि अर्थव्यवस्थाओं में श्रम की ठीक ऐसी कमी की स्थिति पैदा की जो पहले दासों पर निर्भर थीं, और दोनों घटनाओं के बाद प्रभावित उद्योगों में तेजी से यंत्रीकरण हुआ। भाप-संचालित कपास ओटनी मशीन, यांत्रिक कटाई मशीन, और अंततः ट्रैक्टर — ये सभी आंशिक रूप से दास श्रम की समाप्ति से उत्पन्न आर्थिक दबाव की प्रतिक्रिया थे। एक ऊर्जा प्रणाली के अंत और दूसरे के उदय के बीच का संबंध ऊर्जा के इतिहास में एक आवर्ती विषय है।

वायु और जल: पहली मशीनें

यांत्रिक कार्य करने के लिए वायु और जल का उपयोग मानव और पशु मांसपेशियों की जैविक ऊर्जा से प्राकृतिक दुनिया की निर्जीव ऊर्जा की ओर पहली महान छलांग थी। जलचक्र और पवनचक्की आधुनिक अर्थ में पहली वास्तविक मशीनें थीं: ऐसे उपकरण जो प्राकृतिक रूप से होने वाले ऊर्जा प्रवाह को उपयोगी यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करते थे, जिनके लिए कभी-कभी रखरखाव और समायोजन से परे मानव या पशु प्रयास की कोई निरंतर आवश्यकता नहीं थी। वे पहले उपकरण भी थे जिन्होंने एक ही ऑपरेटर को मानव या पशु मांसपेशी से प्राप्त किसी भी चीज़ से बहुत अधिक शक्ति उत्पादन को नियंत्रित करने की अनुमति दी, जो औद्योगिक सभ्यता की परिभाषित विशेषता बनने वाले मशीन ऑपरेटर और मशीन के बीच के संबंध की पूर्वसूचना थी।

जलचक्र का विकास प्राचीन दुनिया के कई हिस्सों में स्वतंत्र रूप से हुआ, लेकिन इसका सबसे ऐतिहासिक रूप से महत्वपूर्ण विकास पहली शताब्दी ईसा पूर्व के दौरान रोमन साम्राज्य में हुआ। थेसालोनिका के रोमन लेखक Antipater ने लगभग 85 ईसा पूर्व, जल चक्की के नए आविष्कार और उन महिलाओं की मुक्ति का जश्न मनाते हुए एक कविता लिखी जिन्हें पहले हाथ से अनाज पीसने की थकाऊ काम के लिए मजबूर किया जाता था — एक ऐसा कार्य जो पूर्व-औद्योगिक घर में हर दिन कई घंटे लेता था। रोमन जलचक्र मुख्य रूप से undershot प्रकार के थे, जिसमें एक धारा या मिल नाली का बहता पानी एक ऊर्ध्वाधर चक्र के निचले पैडलों से टकराता था और धारा के बल से उसे घुमाता था, लेकिन overshot चक्र, जिसमें पानी ऊपर से डाला जाता था और चक्र को प्रभाव के साथ-साथ गुरुत्वाकर्षण से भी घुमाता था, पुरातनता में भी जाना जाता था और पानी के दिए गए प्रवाह से काफी अधिक ऊर्जा निकाल सकता था।

Domesday Book, इंग्लैंड की महान जनगणना जिसे William the Conqueror ने कमीशन किया और जो 1086 में पूरी हुई, ने Trent और Severn नदियों के दक्षिण में इंग्लैंड में कम से कम 5,624 पनचक्कियाँ दर्ज कीं, जो शायद 15 लाख लोगों की आबादी की सेवा करती थीं। यह लगभग प्रत्येक 300 लोगों के लिए एक चक्की का प्रतिनिधित्व करता है — यांत्रिक शक्ति का एक उल्लेखनीय घनत्व जो मध्यकालीन अर्थव्यवस्था में आटा पीसने के केंद्रीय महत्व को दर्शाता है। इन चक्कियों में से प्रत्येक पत्थर, लकड़ी, लोहे और चक्की-निर्माण विशेषज्ञता में पूंजी निवेश का प्रतिनिधित्व करती थी, और प्रत्येक ने हाथ से पीसने की दुर्दशा से दर्जनों लोगों के बराबर श्रम को मुक्त किया, जिससे वह श्रम अन्य उत्पादक गतिविधियों की ओर पुनर्निर्देशित हो सका। मिशिगन टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के इतिहासकार Terry Reynolds ने तर्क दिया है कि जल चक्की का अपनाना मध्यकालीन यूरोप के आर्थिक विकास और जनसंख्या वृद्धि के प्रमुख चालकों में से एक था, जो सस्ते पिसे हुए अनाज की नींव प्रदान करता था जो बड़ी और अधिक जटिल बस्तियों का समर्थन कर सकती थी।

ज्वारीय चक्की तटीय वातावरण के लिए जल चक्की प्रौद्योगिकी का एक उल्लेखनीय अनुकूलन था, जो एक नदी के प्रवाह के बजाय दिन में दो बार उठने और गिरने वाले ज्वार की ऊर्जा को पकड़ता था। ज्वारीय चक्कियाँ एक संग्रहण बेसिन को उच्च ज्वार पर भरने देकर काम करती हैं, फिर संग्रहीत पानी को ज्वार गिरने पर एक चक्की के माध्यम से छोड़ती हैं, बेसिन स्तर और समुद्र स्तर के बीच के अंतर से बने जल शीर्ष से चक्की के पत्थरों को घुमाती हैं। यूरोप में सबसे पुरानी ज्ञात ज्वारीय चक्कियाँ आयरलैंड और इंग्लैंड में छठी और सातवीं सदी की हैं, और वे ऊर्जा प्रौद्योगिकी में एक वास्तविक नवाचार का प्रतिनिधित्व करती हैं, क्योंकि नदी चक्कियों के विपरीत वे वर्षा या मौसम पर निर्भर नहीं हैं। इंग्लैंड के हैम्पशायर में Eling की Nether Mill सबसे प्रसिद्ध मध्यकालीन ज्वारीय चक्कियों में से एक है, जो कम से कम ग्यारहवीं सदी से लगातार संचालित होती रही है और आज भी व्यावसायिक रूप से आटा उत्पादन करने वाली दुनिया की एकमात्र ज्वारीय चक्कियों में से एक है।

पवनचक्की जल चक्की से स्वतंत्र रूप से विकसित हुई और सातवीं सदी ईस्वी के आसपास फारस (वर्तमान ईरान और अफगानिस्तान) में लिखित अभिलेखों में पहली बार प्रकट होती है, हालाँकि कुछ विद्वान इसे कुछ पहले का मानते हैं। फारसी पवनचक्की परिचित यूरोपीय पवनचक्की से मूलतः भिन्न डिज़ाइन की थी: यह एक ऊर्ध्वाधर-अक्ष मशीन थी, जिसमें पाल एक केंद्रीय ऊर्ध्वाधर शाफ्ट के चारों ओर एक घूमते रोटर की तरह व्यवस्थित होते थे, नीचे चक्की के पत्थरों में अनाज पीसते थे। इन मशीनों के वर्णन नौवीं और दसवीं सदी के अरबी भूगोल ग्रंथों में आते हैं, और फारसी पवनचक्कियाँ पूर्वी ईरान और पश्चिमी अफगानिस्तान के Sistan क्षेत्र में बीसवीं सदी तक चलती रहीं। वे मानव इतिहास में सबसे प्राचीन लगातार संचालित मशीनों में से हैं।

क्षैतिज-अक्ष पवनचक्की, जिसमें एक लगभग क्षैतिज शाफ्ट पर लगे पाल हवा की ओर मुँह करते हैं और गियरिंग के माध्यम से एक ऊर्ध्वाधर शाफ्ट को घुमाते हैं, बारहवीं सदी के आसपास उत्तर-पश्चिमी यूरोप में प्रकट हुई। पहला स्पष्ट दस्तावेजी साक्ष्य 1185 में इंग्लैंड के यॉर्कशायर से और थोड़े पहले नॉर्मंडी, फ्रांस से आता है। ये post mills, जिसमें पूरी चक्की का शरीर हवा की ओर मुँह करने के लिए एक केंद्रीय खंभे पर घूमता है, उत्तर-पश्चिमी यूरोप के मैदानी इलाकों में तेजी से फैल गईं, विशेष रूप से नीदरलैंड के निचले देशों, उत्तरी फ्रांस और पूर्वी इंग्लैंड में, जहाँ तेज और विश्वसनीय हवाएँ उन्हें एक व्यावहारिक और लाभदायक निवेश बनाती थीं।

डच पवनचक्की ने पूर्व-आधुनिक दुनिया में पवन ऊर्जा प्रौद्योगिकी का सबसे परिष्कृत विकास हासिल किया। चौदहवीं सदी में शुरू होकर और सोलहवीं और सत्रहवीं सदी में नाटकीय रूप से तेज़ होते हुए, डच इंजीनियरों ने पवन-संचालित जल निकासी पंप विकसित किए जो बांधों पर पानी उठाकर नहरों में डालने में सक्षम थे, जिससे समुद्र से निचले इलाकों की क्रमिक पुनः प्राप्ति संभव हुई। डच polders — उथली झीलों और नदीमुखों से पवन-संचालित जल निकासी के माध्यम से पुनः प्राप्त कृषि भूमि के क्षेत्र — पूर्व-आधुनिक युग की सबसे उल्लेखनीय इंजीनियरिंग उपलब्धियों में से एक हैं। 1650 तक, नीदरलैंड ने प्रति दिन करोड़ों घन मीटर पानी पंप करने में सक्षम कई हजार जल निकासी पवनचक्कियाँ स्थापित की थीं, और उन्होंने जो पुनः प्राप्त भूमि बनाई वह डच स्वर्ण युग की कृषि नींव का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनी। डच पवनचक्कियाँ औद्योगिक प्रयोजनों के लिए भी उपयोग की जाती थीं, जिनमें लकड़ी काटना, पेंट निर्माण के लिए रंगद्रव्य पीसना, और अनाज संसाधित करना शामिल था, जिससे नीदरलैंड सत्रहवीं सदी तक दुनिया की सबसे अधिक पवन-संचालित औद्योगिक अर्थव्यवस्था बन गई।

मध्यकालीन और आधुनिक काल के प्रारंभ के यूरोप की चक्की क्रांति के गहरे सामाजिक परिणाम थे। पूर्व-चक्की युग में, अनाज पीसना हर घर में हाथ से किया जाने वाला काम था, जो हर दिन कई घंटे लेता था। इस काम को जल और वायु शक्ति में स्थानांतरित करने से मानव श्रम की भारी मात्रा अन्य गतिविधियों के लिए मुक्त हो गई, जिसने शिल्प उद्योगों, व्यापार और शहरीकरण के विकास में योगदान दिया। चक्कियों का नियंत्रण सामाजिक और आर्थिक शक्ति का एक महत्वपूर्ण स्रोत भी था, क्योंकि चक्की का मालिक जमींदार पीसने के लिए लाए गए अनाज पर शुल्क लगा सकता था, और किसी दिए गए क्षेत्र में पीसने पर एकाधिकार एक मूल्यवान सामंती विशेषाधिकार था। 1930 के दशक में लिखने वाले इतिहासकार Marc Bloch ने विस्तार से उन सामाजिक संघर्षों का पता लगाया जो जमींदारों द्वारा चक्की एकाधिकार बनाए रखने के प्रयासों और किसानों के प्रतिरोध से उत्पन्न हुए, यह सुझाव देते हुए कि जल और वायु शक्ति की अर्थव्यवस्था मध्यकालीन यूरोपीय समाज के कई सामाजिक तनावों के केंद्र में थी।

एशिया के जल-समाजों ने यूरोप के समानांतर जल प्रबंधन प्रौद्योगिकियाँ विकसित कीं, लेकिन चीन, भारत और मेसोपोटामिया के महान नदी मैदानों की बहुत अलग परिस्थितियों के अनुकूल। चीन की पीली नदी सभ्यता, सिंधु घाटी सभ्यता, उर्वर अर्धचंद्र की सभ्यताएँ, और दक्षिण और दक्षिण-पूर्व एशिया की सभ्यताओं ने सभी ने सिंचाई नहरों, बाँधों, और जल-उठाने वाले उपकरणों की विस्तृत प्रणालियाँ बनाईं जो मानव श्रम और इंजीनियरिंग प्रतिभा के भारी निवेश का प्रतिनिधित्व करती थीं, और जिन्होंने कृषि अधिशेष पैदा किया जिस पर घनी आबादी और जटिल सामाजिक पदानुक्रम बनाए जा सकते थे। Noria — एक बड़ा पहिया जिसमें बर्तन लगे होते थे जो नदी से पानी उठाता था और चक्र घूमते समय एक ऊँचे जलसेतु में जमा करता था — मध्य पूर्व और एशिया के कुछ हिस्सों में सिंचाई के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, और जल-उठाने की समस्या के सबसे सुंदर समाधानों में से एक है। चीन ने यूरोप में उनके प्रकट होने से पहले ही परिष्कृत जल-संचालित यांत्रिक उपकरण विकसित किए, जिनमें अनाज और अयस्क प्रसंस्करण के लिए जल-संचालित trip-hammers, जल-संचालित रेशम-रीलिंग मशीनें, और उल्लेखनीय रूप से, 1088 में Su Song द्वारा निर्मित दुनिया की पहली जल-संचालित खगोलीय घड़ी शामिल हैं।

कोयला: वह ईंधन जिसने आधुनिक दुनिया बनाई

कोयला मानव सभ्यता के इतिहास में सबसे परिणामकारी ऊर्जा खनिज है। किसी अन्य पदार्थ ने उस दुनिया को आकार देने में इससे अधिक योगदान नहीं दिया जिसमें हम आज रहते हैं। औद्योगिक क्रांति, जिसने लगभग 1760 और 1850 के बीच ब्रिटेन में और उसके बाद की शताब्दी में बाकी दुनिया में मानव समाज को बदल दिया, मूलतः एक कोयला क्रांति थी। कोयले ने उन भाप इंजनों को चलाया जिन्होंने खदानें सुखाईं, कारखाने चलाए, और रेलगाड़ियाँ खींचीं। कोयले ने उन blast furnaces को गर्म किया जिन्होंने लोहा और इस्पात उत्पादित किया। कोयले ने उन जहाजों को चलाया जो ब्रिटिश निर्मित माल दुनिया के हर कोने में ले जाते थे। कोयले के बिना, औद्योगिक क्रांति जैसा हम जानते हैं वैसा नहीं हो सकती थी, और औद्योगिक क्रांति के बिना, अपने शहरों, वैश्विक व्यापार नेटवर्क, संचार प्रौद्योगिकियों और मानव जीवन प्रत्याशा और भौतिक कल्याण में विशाल वृद्धि के साथ आधुनिक दुनिया अस्तित्व में नहीं होती।

ईंधन के रूप में कोयले के उपयोग का सबसे पुराना दर्ज साक्ष्य चीन से आता है, जहाँ लिखित अभिलेख संकेत देते हैं कि कोयला चौथी शताब्दी ईसा पूर्व से हीटिंग और खाना पकाने के लिए जलाया जा रहा था। हान राजवंश के दौरान, जो 206 ईसा पूर्व से 220 ईस्वी तक चला, शान्शी, हेबेई और शान्डोंग प्रांतों के कोयला क्षेत्रों में महत्वपूर्ण पैमाने पर कोयला खनन किया जाता था, और कोयले का उपयोग घरेलू हीटिंग और लोहे के अयस्क को गलाने दोनों के लिए होता था। चीनी धातुकर्म परंपरा ने कोक के उपयोग का विकास किया — वाष्पशील अशुद्धियों को बाहर निकालने के लिए कोयले को गर्म करके, लकड़ी से चारकोल उत्पादन के समान एक प्रक्रिया में — यूरोप में इस प्रौद्योगिकी के प्रकट होने से बहुत पहले। ब्रिटेन में तैनात रोमन सेनाओं ने भी स्थानीय कोयला खनन किया और जलाया, और उत्तरी इंग्लैंड और वेल्स के रोमन स्थलों पर कोयला उपयोग के साक्ष्य मिले हैं, लेकिन यह उपयोग सीमित रहा और औद्योगिक कोयला उद्योग जैसा कुछ भी नहीं बना।

कोयले के आधुनिक दुनिया को शक्ति देने की कहानी सोलहवीं और सत्रहवीं सदी में इंग्लैंड में शुरू होती है, और यह एक संकट से शुरू होती है। ब्रिटेन के जंगल, जो पूर्व-ऐतिहासिक काल से इसका प्राथमिक ऊर्जा संसाधन थे, पुनर्जनन से अधिक तेजी से खपाए जा रहे थे। जनसंख्या वृद्धि, कृषि विस्तार, शाही नौसेना की जहाज लकड़ी की माँगें, और शहरी घरों और उद्योगों की ईंधन आवश्यकताएँ मिलकर वह स्थिति पैदा कर रही थीं जिसे समकालीन पर्यवेक्षकों ने लकड़ी की भयावह कमी के रूप में वर्णित किया। 1500 और 1630 के बीच लंदन में जलाऊ लकड़ी की कीमत लगभग तीन गुनी हो गई, जिसने शहरी गरीबों पर भारी आर्थिक बोझ डाला और सभी प्रकार के निर्माताओं को सस्ते विकल्पों की तलाश में मजबूर किया। उत्तर-पूर्वी इंग्लैंड के कोयला क्षेत्रों, विशेष रूप से काउंटी डरहम और नॉर्थम्बरलैंड के तट के पास सतह पर उभरे हुए, ने एक उत्तर प्रदान किया। कोयला सतह के पास की खदानों से खोदा जा सकता था, colliers नामक छोटी तटीय नौकाओं पर लादा जा सकता था, और लंदन को प्रति ऊष्मा इकाई लकड़ी या चारकोल की कीमत से कहीं कम लागत पर भेजा जा सकता था।

सत्रहवीं सदी के मध्य तक, लंदन प्रति वर्ष लाखों टन कोयला जला रहा था, और शहर की हवा ने वह गंधकीय, धुएँदार चरित्र प्राप्त कर लिया था जो अगले तीन सदियों तक उसे परिभाषित करेगा। लकड़ी से कोयले में यह परिवर्तन केवल एक ईंधन की दूसरे से प्रतिस्थापना नहीं था; यह अंग्रेजी अर्थव्यवस्था के ऊर्जा आधार में एक मौलिक परिवर्तन था। लकड़ी एक नवीकरणीय संसाधन है, हालाँकि अत्यधिक कटाई से समाप्त हो सकती है। कोयला एक जीवाश्म ईंधन है — प्राचीन पौधों द्वारा पकड़ी गई सौर ऊर्जा का संघनित भंडार जो सैकड़ों लाख वर्षों में एक घने, उच्च-ऊर्जा ठोस में संकुचित हुआ है। कोयला जलाने का अर्थ है आय पर जीने के बजाय एक पूंजी आरक्षित को खर्च करना — एक अंतर जो वैश्विक ऊर्जा प्रणाली की दीर्घकालिक गति के लिए बेहद महत्वपूर्ण साबित होगा।

कोयले के साथ महान व्यावहारिक समस्या, एक बार जब खदानें गहरी होने लगीं, बाढ़ थी। जल स्तर से नीचे की खदान कार्यशालाएँ भूजल से भर जाती थीं जब तक लगातार पंप न किया जाए, और गहरी खदानों की पंपिंग के लिए उससे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता थी जो horse gin या मानव-संचालित पंप कुशलता से प्रदान कर सकते थे। इस समस्या ने इतिहास के पहले सच्चे ताप इंजन के विकास को बढ़ावा दिया: 1712 में पेटेंट किया गया Thomas Newcomen का वायुमंडलीय भाप इंजन। Newcomen इंग्लैंड के डेवोन में डार्टमाउथ से एक लोहे के व्यापारी और बैपटिस्ट आम उपदेशक थे, जिनके पास कोई औपचारिक वैज्ञानिक प्रशिक्षण नहीं था, और उनका इंजन सैद्धांतिक समझ पर व्यावहारिक इंजीनियरिंग की विजय था। Newcomen इंजन एक बड़े सिलिंडर में भाप प्रवेश करा कर काम करता था, फिर ठंडा पानी इंजेक्ट करके भाप को संघनित करता था, एक आंशिक निर्वात बनाता था जो वायुमंडलीय दबाव को एक पिस्टन को नीचे धकेलने देता था। यह पिस्टन एक बीम के माध्यम से नीचे खदान शाफ्ट में एक पंप छड़ से जुड़ा था। इंजन बड़ा, धीमा और तापीय रूप से अकुशल था, अपने कोयला ईंधन की ऊष्मा ऊर्जा का केवल लगभग एक प्रतिशत उपयोगी यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता था, लेकिन यह लगातार काम कर सकता था, इसे खाने या आराम की आवश्यकता नहीं थी, और यह उन खदानों को सुखाने में सक्षम था जिन्हें कोई पशु-संचालित या मानव-संचालित पंप नहीं संभाल सकता था।

Newcomen के इंजन का महत्व तुरंत पहचाना गया, और इसके परिचय के कुछ वर्षों के भीतर, इंग्लैंड, स्कॉटलैंड और वेल्स की कोयला खदानों में इसके उदाहरण स्थापित किए जा रहे थे। इसमें एक सुंदर चक्रीयता थी: कोयले का उपयोग उन मशीनों को शक्ति देने के लिए किया जा रहा था जो अधिक कोयला निकालती थीं, और इस प्रकार प्राप्त होने वाली बढ़ती कोयला आपूर्ति एक विस्तारित चक्र में अधिक मशीनों को शक्ति दे सकती थी। 1733 तक, जब पेटेंट समाप्त हुआ, ब्रिटेन में लगभग एक सौ Newcomen इंजन चल रहे थे, और फ्रांस, बेल्जियम और हंगरी में प्रतियाँ बनाई जा रही थीं। Newcomen इंजन केवल एक खनन पंप नहीं था: यह सिद्धांत का प्रमाण था कि ऊष्मा को उपयोगी पैमाने पर यांत्रिक कार्य में परिवर्तित किया जा सकता है, और उस प्रदर्शन ने उन सभी इंजनों के द्वार खोल दिए जो बाद में आए।

ग्लासगो विश्वविद्यालय में काम करने वाले स्कॉटिश उपकरण निर्माता James Watt ने 1765 और 1790 के बीच विकसित सुधारों की एक श्रृंखला के माध्यम से Newcomen इंजन को कुछ बहुत अधिक शक्तिशाली और कुशल में रूपांतरित किया। Watt की मुख्य अंतर्दृष्टि यह थी कि Newcomen इंजन में ऊष्मा की भारी बर्बादी — भाप को संघनित करने के लिए हर stroke पर कार्यशील सिलिंडर को ठंडा करने के कारण — एक अलग condenser जोड़कर समाप्त की जा सकती है जो सिलिंडर को स्थायी रूप से गर्म रहने देता है। इस एकल नवाचार ने इंजन की तापीय दक्षता को लगभग चार गुना बढ़ा दिया, जिससे एक दिए गए काम को उत्पन्न करने के लिए आवश्यक कोयले की मात्रा नाटकीय रूप से कम हो गई। Watt ने फिर इंजन की गति को नियंत्रित करने के लिए एक centrifugal governor, दोनों ऊपर और नीचे के stroke पर शक्ति उत्पन्न करने वाला एक double-acting cylinder, पिस्टन की reciprocating गति को मशीनरी चलाने के लिए आवश्यक rotary गति में बदलने वाला एक sun-and-planet gear, और कई अन्य सुधार जोड़े जो इंजन को एक विशेष खनन पंप से एक सामान्य प्रयोजन यांत्रिक शक्ति स्रोत में परिवर्तित कर दिया।

Watt ने 1775 में बर्मिंघम के निर्माता Matthew Boulton के साथ साझेदारी की, और Boulton and Watt की फर्म दुनिया का सबसे महत्वपूर्ण औद्योगिक उद्यम बन गई, जो लंकाशायर में कपास मिलों, वेस्ट मिडलैंड्स में लोहे की ढलाई-खाना, लंदन में आटा मिलों, और ब्रिटेन और व्यापक दुनिया में दर्जनों अन्य उद्योगों में भाप इंजन बेचती थी। 1800 तक, Boulton and Watt ने लगभग पाँच सौ इंजन स्थापित किए थे जिनकी संयुक्त शक्ति लगभग दस हजार अश्वशक्ति थी। यह संख्या अगले दशकों में विस्फोटक रूप से बढ़ेगी क्योंकि भाप इंजन ने परिवहन में नए अनुप्रयोग पाए, पहले लोकोमोटिव और स्टीमशिप को शक्ति देता हुआ जो आधुनिक वैश्विक अर्थव्यवस्था बनाएंगे।

कोयला-संचालित औद्योगिक शहर मानव इतिहास में वास्तव में एक नई घटना थी, जिसका किसी भी पिछली सभ्यता में कोई पूर्वतः नहीं था। मैनचेस्टर, जो 1750 में बीस हजार लोगों के एक साधारण बाजार कस्बे से 1850 तक तीन लाख की औद्योगिक महानगरी तक बढ़ा, आदर्श था। यह कपास मिलों से भरा था जो दिन-रात चलती थीं, उनकी मशीनरी निकट लंकाशायर की खदानों से कोयला जलाने वाले भाप इंजनों द्वारा चलाई जाती थी। मैनचेस्टर की हवा धुएँ से भरी थी, सड़कें माल और कामगारों के यातायात से जाम थीं, और आबादी back-to-back मकानों में घनी तरह रहती थी जहाँ न पाइपलाइन से पानी था, न सीवेज प्रणाली, और जन्म के समय जीवन प्रत्याशा मुश्किल से पच्चीस वर्ष थी। पेनसिल्वेनिया में Pittsburgh, जर्मनी में Ruhr घाटी, और दक्षिण वेल्स के लोहा शहरों ने उन्नीसवीं सदी के पूर्वार्द्ध के दौरान इसी तरह के परिवर्तन किए, प्रत्येक कोयले से संचालित और प्रत्येक असाधारण औद्योगिक उत्पादकता को कार्यबल के बहुमत के लिए भयावह जीवन परिस्थितियों के साथ जोड़ता हुआ।

कोयले ने ब्रिटिश साम्राज्य को ऐसे अर्थ में शक्ति दी जो केवल रूपक से अधिक था। उन्नीसवीं सदी के मध्य में पाल से भाप में रॉयल नेवी का परिवर्तन ने कोयले को प्रथम महत्व का एक सामरिक संसाधन बनाया, और जिब्राल्टर से एडेन, हांगकांग से केपटाउन तक दुनिया भर में ब्रिटेन का विशाल coaling station नेटवर्क सैन्य और वाणिज्यिक शक्ति की एक वैश्विक बुनियादी ढाँचे का प्रतिनिधित्व करता था जो पूरी तरह से कोयले पर निर्भर था। जॉर्जटाउन विश्वविद्यालय के इतिहासकार John McNeill ने लिखा है कि ब्रिटिश coaling नेटवर्क 1850 से 1914 की अवधि में दुनिया में सैन्य रसद बुनियादी ढाँचे का सबसे महत्वपूर्ण टुकड़ा था, जिसने ब्रिटिश युद्धपोतों को किसी भी महासागर में काम करने में सक्षम बनाया और ब्रिटेन को एक सामरिक गतिशीलता लाभ दिया जो कोई अन्य शक्ति मेल नहीं कर सकती थी।

कोयला अर्थव्यवस्था की सामाजिक कीमतें बहुत बड़ी थीं। उन्नीसवीं सदी के प्रारंभ में ब्रिटिश कोयला खदानों में पाँच या छह वर्ष की आयु तक के बच्चे काम करते थे, दिन में बारह या अधिक घंटे अंधेरे और खतरे में भूमिगत। 1842 का Mines Act, जो संसदीय जाँच के बाद पारित हुआ जिसने अत्यंत गंभीर परिस्थितियों को उजागर किया, महिलाओं, लड़कियों और दस वर्ष से कम आयु के लड़कों के भूमिगत रोजगार को प्रतिबंधित करता था, लेकिन दस वर्ष और उससे अधिक आयु के लड़के दशकों बाद भी खदानों में काम करते रहे। खनन आपदाएँ बार-बार और घातक थीं: 1862 की Hartley Colliery आपदा ने दो सौ चार पुरुषों और लड़कों को मार दिया जब एक टूटा हुआ पंप बीम shaft के नीचे गिरा और एकमात्र निकास को अवरुद्ध कर दिया। 1913 में वेल्स में Senghenydd Colliery आपदा ने चार सौ उनतालीस पुरुषों और लड़कों को मार दिया, जिससे यह ब्रिटिश इतिहास की सबसे घातक खनन दुर्घटना बन गई। coal workers' pneumoconiosis, या black lung disease के नाम से जाना जाने वाला व्यावसायिक रोग, कोयला युग के दौरान लाखों खनिकों के फेफड़ों को धीरे-धीरे नष्ट करता रहा, और जबकि यह रोग उन्नीसवीं सदी के प्रारंभ में चिकित्सकों द्वारा पहचाना और वर्णित किया गया था, ब्रिटिश सरकार द्वारा इसे एक प्रतिपूरक औद्योगिक बीमारी के रूप में आधिकारिक रूप से 1943 तक स्वीकार नहीं किया गया — इसकी व्यापक पहचान के एक सदी से अधिक समय बाद।

श्रम आंदोलन जिसने ट्रेड यूनियन, आठ घंटे का कार्य दिवस, श्रमिक स्वास्थ्य और सुरक्षा कानून, और अंततः आधुनिक कल्याण राज्य को जन्म दिया, ने अपनी संगठनात्मक ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा औद्योगिक क्रांति की कोयला खदानों और लौह कार्यशालाओं से प्राप्त किया। 1840 और 1850 के दशक के Miners' Associations ब्रिटिश इतिहास में पहले टिकाऊ ट्रेड यूनियनों में से थे, और ब्रिटेन, संयुक्त राज्य अमेरिका, फ्रांस और जर्मनी के कोयला खनिक उन्नीसवीं और बीसवीं सदी के दौरान औद्योगिक श्रमिक वर्ग के सबसे संगठित और राजनीतिक रूप से सक्रिय वर्गों में से एक थे।

कोयले ने कुछ अप्रत्याशित रूप से आधुनिक रासायनिक उद्योग को भी जन्म दिया। लोहे की blast furnaces में उपयोग के लिए कोयले को कोक में परिवर्तित करने की प्रक्रिया में, coal tar नामक एक गहरे, तैलीय अवशेष की भारी मात्रा एक उपोत्पाद के रूप में उत्पादित होती थी और शुरुआत में एक बेकार और दुर्गंधयुक्त अपशिष्ट माना जाता था। 1856 में, लंदन के Royal College of Chemistry में अठारह वर्षीय रसायन छात्र William Henry Perkin, मलेरिया के उपचार के लिए coal tar यौगिकों से quinine संश्लेषित करने का प्रयास करते हुए, गलती से एक उल्लेखनीय चमक और स्थायित्व वाले बैंगनी रंग का उत्पादन कर बैठे, जिसे उन्होंने mauveine नाम दिया और जो व्यावसायिक पैमाने पर उत्पादित पहला सिंथेटिक रंग बन गया। इस आकस्मिक खोज ने कार्बनिक रसायन में एक क्रांति शुरू की, क्योंकि रसायनशास्त्रियों ने पहचाना कि coal tar में प्रचुर benzene ring यौगिक सिंथेटिक सामग्रियों की एक विशाल विविधता के निर्माण खंड थे। उन्नीसवीं सदी के अंत तक, BASF, Bayer और Hoechst सहित जर्मन कंपनियों ने coal tar रसायन पर आधारित एक वैश्विक सिंथेटिक रंग उद्योग बनाया था, और वे उसी रासायनिक ज्ञान को दवाओं, विस्फोटकों और कृषि रसायनों के संश्लेषण तक विस्तारित करना शुरू कर रही थीं। वह aspirin जो दुनिया की सबसे अधिक बिकने वाली दवा बनी, वह TNT जिसने दोनों विश्व युद्धों के गोला-बारूद को शक्ति दी, और वह सिंथेटिक नाइट्रोजन उर्वरक जिसने बीसवीं सदी की हरित क्रांति को संभव बनाया — ये सभी अंततः coal tar रसायन और इसने जो कार्बनिक रसायन की समझ प्रेरित की, उससे व्युत्पन्न हुए।

ब्रिटेन से महाद्वीपीय यूरोप और उत्तरी अमेरिका में कोयला-आधारित औद्योगीकरण के प्रसार ने उन्नीसवीं सदी के उत्तरार्द्ध के दौरान वैश्विक अर्थव्यवस्था को बदल दिया। बेल्जियम, Liège और Mons बेसिन में प्रचुर कोयला क्षेत्रों और समुद्र तक आसान नहर पहुँच के साथ, ब्रिटिश मॉडल पर औद्योगीकरण करने वाला यूरोपीय महाद्वीप का पहला देश बन गया, उसके लोहे, काँच उद्योग और कपड़ा मिलें स्थानीय कोयला जलाने वाले भाप इंजनों द्वारा संचालित थीं। जर्मनी की कोयला-समृद्ध Ruhr घाटी, जिसने 1850 से पहले लगभग कोई लोहा या इस्पात नहीं बनाई, 1900 तक यूरोप का सबसे बड़ा औद्योगिक क्षेत्र बन गई, उसकी कोयला खदानें, लोहे की ढलाई-खाना और इस्पात मिलें महाद्वीपीय यूरोप की रेलवे बनाने वाले लोहे और पटरियाँ, जर्मन शाही नौसेना को सशस्त्र करने वाले इस्पात, और उन्नीसवीं सदी के अंत में जर्मनी को वैश्विक औद्योगिक प्रभुता देने वाले रसायन और रंग उत्पादित कर रही थीं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, पेनसिल्वेनिया, वेस्ट वर्जीनिया, ओहियो और इलिनोइस के कोयला क्षेत्रों ने एक औद्योगीकरण को शक्ति दी जो उस गति और पैमाने पर आगे बढ़ा जिसने अंततः ब्रिटेन को भी पीछे छोड़ दिया, Pittsburgh का इस्पात शहर 1900 तक ब्रिटेन और जर्मनी के संयुक्त उत्पादन से अधिक इस्पात उत्पादित कर रहा था।

कोयला युग की पर्यावरणीय विरासत विशाल है और सदियों तक बनी रहेगी। कोयला दहन से नदी तलछट और समुद्र तल में जमा हुआ पारा, अपालाशिया में जलमार्गों को प्रदूषित करता अम्ल खदान अपवाह, अमेरिकी दक्षिण और चीन और भारत के औद्योगिक क्षेत्रों में भूजल में विषैली भारी धातुएँ रिसाने वाले coal ash तालाब, और सबसे महत्वपूर्ण दो सदियों के कोयला दहन ने वायुमंडल और महासागरों में जोड़े गए अरबों टन कार्बन डाइऑक्साइड — ये प्राकृतिक दुनिया के प्रति एक ऐसा ऋण हैं जिसे कोई भी उपचार प्रयास पूरी तरह चुका नहीं सकता। इस विरासत की पहचान उस तात्कालिकता के प्राथमिक चालकों में से एक है जिसके साथ वैज्ञानिक, नीति-निर्माता, और बड़ी संख्या में व्यापार जगत के नेता कोयला दहन को समाप्त करने के कार्य को देख रहे हैं — एक परिवर्तन जिसके लिए आने वाले दो दशकों में चीन, भारत, दक्षिण-पूर्व एशिया और विकासशील दुनिया के अन्य हिस्सों में सैकड़ों कोयला-संचालित बिजली संयंत्रों को बंद करना होगा जहाँ कोयला अभी भी अरबों लोगों के आर्थिक विकास को शक्ति देने वाली सस्ती बिजली प्रदान करता है।

आज चीन दुनिया के बाकी हिस्से को मिलाकर जितना कोयला जलाता है उससे अधिक जलाता है, इसका उपयोग अपनी लगभग आधी बिजली उत्पन्न करने और इस्पात, सीमेंट और रासायनिक उद्योगों को ईंधन देने के लिए करता है जिन्होंने पिछले चार दशकों में उसकी असाधारण आर्थिक वृद्धि को शक्ति दी है। चीनी कोयला उपभोग इक्कीसवीं सदी में वैश्विक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन वृद्धि का सबसे बड़ा एकल चालक रहा है, और कोयले से नवीकरणीय ऊर्जा और परमाणु ऊर्जा की ओर चीन का ऊर्जा परिवर्तन हमारे युग की सबसे महत्वपूर्ण ऊर्जा नीति चुनौती है। पेरिस में अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी ने दर्ज किया है कि कोयला वैश्विक ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन का सबसे बड़ा एकल स्रोत बना हुआ है, जो वैश्विक ऊर्जा प्रणाली से सभी CO2 उत्सर्जन के लगभग तीस प्रतिशत के लिए जिम्मेदार है।

तेल और पेट्रोलियम युग

यदि कोयले ने आधुनिक दुनिया बनाई, तो तेल ने उसे आकार दिया। कोयले ने उन कारखानों और रेलमार्गों को शक्ति दी जिन्होंने औद्योगिक सभ्यता बनाई, लेकिन तेल ने उस सभ्यता को उसकी गतिशीलता दी। तेल उन ऑटोमोबाइल, ट्रकों, जहाजों और विमानों को ईंधन देता है जो दुनिया भर में लोगों और माल को ले जाते हैं। तेल से प्राप्त पेट्रोरसायन प्लास्टिक, सिंथेटिक फाइबर, उर्वरकों, दवाओं और हजारों अन्य उत्पादों का कच्चा माल हैं जो आधुनिक भौतिक जीवन को परिभाषित करते हैं। तेल राजस्व ने आधुनिक मध्य पूर्व का निर्माण किया, सऊदी अरब से ईरान से इराक तक के देशों की राजनीति और समाजों को बदल दिया। और तेल की भू-राजनीति एक सदी से अधिक समय से अंतर्राष्ट्रीय संघर्ष का प्राथमिक चालक रही है — द्वितीय विश्व युद्ध में जर्मनी और जापान की तेल-ईंधन वाली महत्वाकांक्षाओं से लेकर 1973 के तेल प्रतिबंध तक और 2003 में इराक पर आक्रमण तक।

पेट्रोलियम, वह कच्चा खनिज जिससे परिष्कृत तेल उत्पाद प्राप्त होते हैं, प्राचीन काल से मनुष्यों को ज्ञात और उपयोग में रहा है। वह bitumen जिसे प्राचीन बेबीलोनियों ने अपनी नावों और इमारतों को जलरोधी बनाने के लिए उपयोग किया, और जो मेसोपोटामिया के सबसे पुराने लिखित अभिलेखों में वर्णित है, चट्टान की दरारों से पेट्रोलियम के रिसाव से व्युत्पन्न एक प्राकृतिक डामर है। वर्तमान इराक में Euphrates नदी पर प्राचीन Hit शहर अपने bitumen झरनों के लिए विशेष रूप से प्रसिद्ध था, जिनका उपयोग पूरे प्राचीन मध्य पूर्व में निर्माण और जलरोधी बनाने के लिए होता था। अजरबैजान में Baku शहर के निकट कैस्पियन सागर के तटों पर, प्राकृतिक पेट्रोलियम झरने सहस्राब्दियों से जल रहे थे, जो इस क्षेत्र को पारसी अग्नि उपासना का केंद्र बनाते थे और एशिया और यूरोप से जिज्ञासु यात्रियों को आकर्षित करते थे, जिनमें वेनिस के व्यापारी Marco Polo भी शामिल थे, जिन्होंने तेरहवीं सदी में Baku के जलते तेल झरनों के बारे में लिखा था।

हालाँकि, आधुनिक पेट्रोलियम उद्योग एक विशिष्ट तारीख पर एक विशिष्ट स्थान से शुरू होता है: 27 अगस्त, 1859, उत्तर-पश्चिमी पेनसिल्वेनिया में Titusville के निकट Oil Creek के तट पर Edwin Drake नामक एक रेलमार्ग संचालक-से-उद्यमी द्वारा खोदे गए एक उथले कुएँ पर। Drake, न्यू हेवन, कनेक्टिकट के व्यवसायियों के एक समूह के लिए काम कर रहा था जिन्होंने Seneca Oil Company संगठित की थी, 1859 के वसंत से नमकीन पानी के कुओं की खुदाई के लिए उपयोग किए जाने वाले cable-tool drilling rig का उपयोग करके ड्रिलिंग कर रहा था। जब उसकी ड्रिल उनसठ फीट की गहराई पर तेल से टकराई और तेल आवरण से बहने लगा, तो आधुनिक पेट्रोलियम युग शुरू हुआ। कुछ ही महीनों में, Oil Creek घाटी उन सट्टेबाजों और ड्रिलरों से भर गई जो हर उपलब्ध स्थान पर कुएँ खोद रहे थे, और Titusville का कस्बा एक छोटे कृषि समुदाय से एक व्यस्त तेल boomtown में लगभग रातोरात बदल गया।

प्रारंभिक पेनसिल्वेनिया तेल उद्योग मुख्य रूप से केरोसिन उत्पादित करता था — एक तरल ईंधन जो कच्चे तेल को आसवित करके प्राप्त होता था और तेल लैंप में उपयोग के लिए आदर्श था। समय सटीक था, क्योंकि whale oil की दुनिया की आपूर्ति, जो सत्रहवीं सदी से संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप में प्रकाश व्यवस्था के लिए प्राथमिक ईंधन थी, तीव्र शिकार से sperm whale और right whale की आबादी के विनाश के कारण तेजी से दुर्लभ और महंगी होती जा रही थी। केरोसिन लैंप whale oil लैंप की तुलना में अधिक चमकदार, सस्ते और अधिक विश्वसनीय थे, और उत्तरी अमेरिका और यूरोप के घरों में whale oil की जगह केरोसिन के प्रतिस्थापन ने कृत्रिम प्रकाश की गुणवत्ता में एक महत्वपूर्ण सुधार और, एक अजीब पारिस्थितिक दुष्प्रभाव में, लगभग विलुप्त होने के कगार पर शिकार की गई व्हेल की आबादियों के अस्तित्व की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम दोनों का प्रतिनिधित्व किया।

John D. Rockefeller ने लगभग किसी अन्य व्यक्ति से पहले पेट्रोलियम शोधन उद्योग की आर्थिक क्षमता को पहचाना और इस पर हावी होने के लिए आक्रामक रूप से आगे बढ़ा