Water en wind leverden vanaf de middeleeuwen tot ver in de 19^e eeuw de energie voor het aandrijven van een grote verscheidenheid aan machines. In het vlakke Noordwest-Europa domineerde de windmolen. Circa duizend molens stonden in de 18^e eeuw langs de rivier de Zaan, vlakbij de handelsmetropool Amsterdam. Ze verwerkten hout, meel of papier en niet in de laatste plaats grondstoffen uit overzee, zoals tabak en cacao. De Zaanstreek geldt daarom dan ook als een van de eerste Europese industriegebieden. Vanaf het midden van de 18^e eeuw bouwde men aan de molens een klein windrad vast waarvan de wieken automatisch in de windrichting gingen staan. Aan het eind van de eeuw vond een Engelse ingenieur een mechanisme uit voor de aanpassing aan de sterkte van de wind: hij verdeelde de wieken in jaloezieachtige segmenten die afhankelijk van de behoefte verder geopend of gesloten konden worden.

In die tijd draaiden er in Europa meer dan 500.000 waterraderen. Zij dreven allerlei soorten arbeidsmachines aan: papier-, olie- of zaagmolens en ook hamers in de smederijen. Later gingen deze reusachtige topraderen die deels van ijzer waren, ook de energie voor de grote textielfabrieken en ijzersmelterijen leveren. Op plekken waar slechts weinig water beschikbaar was, bleken horizontale waterraderen van voordeel – en daaruit ontstond de doorslaggevende vernieuwing: in 1833 vond de Franse ingenieur Benoit Fourneyron de waterturbine uit. Deze is efficiënter want het water komt langs de as aangestroomd en treft niet op de ene schoep na de andere, zoals bij het waterrad, maar op meerdere tegelijk.

Verbeteringen waren vooral uit de waterrijke gebieden van de VS afkomstig. In het textielcentrum Lowell ontstond de Francis-turbine, genoemd naar de uitvinder, die over beweegbare schoepen beschikte en dus beter op de wisselende hoeveelheden water kon reageren. Uiteindelijk bereikte de Amerikaan Lester Pelton een zeer groot aantal omwentelingen doordat hij de geconcentreerde energie van een waterstraal naar de turbineschoepen leidde. Zijn turbine gebruikt men vandaag de dag vooral in krachtcentrales in de bergen waar de valhoogte van het water kan worden benut.

Pas vanaf 1870 werden aandrijfmechanismen op basis van waterkracht steeds meer door de stoommachine vervangen. De voorgeschiedenis van deze ontdekking van de eeuw is lang: het eerste bruikbare exemplaar, gebouwd door Thomas Newcomen, werd in 1712 in een kolenmijn bij Wolverhampton voor het wegpompen van het mijnwater gebruikt. Newcomen liet hete stoom onder in een cilinder blazen, zodat deze een zuiger naar boven dreef. Dan werd er koud water in de cilinder gespoten, de stoom condenseerde en er ontstond een vacuüm. Het gevolg: de zuiger werd door de druk van de buitenlucht weer naar beneden geperst.

Omdat de cilinder steeds weer afwisselend door stoom verhit en met water gekoeld werd, verloor de machine veel energie en had veel brandstof nodig. Dit was het uitgangspunt van de verbetering waarmee James Watt in 1769 de geschiedenis in zou gaan. Hij scheidde de stoomcondensator en de cilinder: zo kon hij de een steeds koel houden en de ander heet, en daardoor brandstof sparen. Daarna maakte hij met behulp van een transmissiemechanisme van de op-en-neergaande beweging een rotatie. Echter, met de continue draaibeweging van de grote waterraderen kon de stoommachine nog niet concurreren. Watt verbouwde haar zodanig dat de stoom de zuiger in beide richtingen dreef: hij liet de stoom niet alleen onder in de cilinder naar binnen om de zuiger naar boven te drijven maar in een volgende stap ook boven naar binnen om hem weer naar beneden te drukken. Het resultaat was een aanzienlijk gelijkmatigere beweging.

Vanaf 1785 leverde de fabriek van Boulton & Watt ‘dubbelwerkende’ stoommachines: de eerste concurrerende universele motor, die onafhankelijk was van de voorziening van water en wind en dus voor iedere plek geschikt was. De stoommachine geldt daarom als de moeder van de industriesteden waarin de fabrieken nu als paddenstoelen uit de grond begonnen te schieten. Haar zegetocht begon in de textielindustrie die een hausse beleefde en daarna volgden de kolenmijnbouw en de ijzersmelterijen.

Een fundamentele stap vooruit lukte pas circa honderd jaar later, opnieuw in Groot-Brittannië: Charles Parsons leidde de stoom naar de schoepen van een rotor, zodat de energie direct in een zeer snelle draaibeweging werd omgezet. De stoomturbine van 1884 geldt tot op heden als ideaal voor het opwekken van energie – alleen in bergachtige gebieden zijn waterturbines efficiënter.

Elektrische energie ging pas vanaf de jaren 1880 een grotere rol spelen. Echter de fundamentele kennis ervan stamt al uit de eerste helft van de eeuw. Toentertijd ontdekte de Brit Michael Faraday dat er in een spoel van draad stroom wordt opgewekt als de spoel tussen de polen van een sterke magneet draait. Dat was het principe van de generator, die toen ‘dynamo’ werd genoemd, die mechanische energie in elektrische omzet.Gereed voor gebruik werd deze uitvinding toen meerdere uitvinders ontdekten dat men het magnetische veld zonder extra stroombron van buitenaf slechts met behulp van de opgewekte stroom in stand kon houden.

Volgens dit ‘dynamo-elektrische’ principe bouwden bedrijven als Siemens & Halske in Berlijn of de Belg Théophile Gramme in Frankrijk dan dynamomachines, onder andere voor booglampen, waarin een lichtboog tussen twee koolelektrodes voor zeer helder licht zorgt. Er ontstond echter pas een grotere behoefte aan elektrische energie door de opkomst van de gloeilampen van Thomas Alva Edison.

De Amerikaan ontdekte dat verkoolde bamboevezels in een glazen omhulling niet verbranden maar duurzaam gloeien – later nam men steenkooldraad en tegenwoordig draad van wolfraam. Edison, die meer manager dan uitvinder was, lette daarbij steeds scherp op de markt: hij leverde niet alleen de gloeilampen maar plande ook de krachtcentrale en het elektriciteitsnet. In 1882 opende hij een elektriciteitscentrale in New York en de Europese landen volgden: Duitsland bijvoorbeeld met de Deutsche-Edison-Gesellschaft DEG, waaruit al spoedig AEG voortkwam.

De grootste concurrent van Edison was het gaslicht; immers, alle industrielanden beschikten reeds over een gasnet. Men gebruikte het gas dat uit kolen werd gemaakt, voor de verlichting maar later ook voor de verwarming en het koken thuis. Hoewel het elektrische licht het qua privé gebruik won, bleef de gasfabriek nog circa honderd jaar lang in praktisch elke gemeente onontbeerlijk.

Eind 19^e, begin 20^e eeuw ging de industrie ten slotte over van stoom op stroom: dit was het begin van de definitieve zegetocht van de elektriciteit. Omdat men deze hoofdzakelijk met stoomturbines opwekte, bleven kolen de belangrijkste energiebron – tot de opkomst van de olie-industrie.

Al voor het midden van de 19^e eeuw won men uit oliebronnen in Baku en in Galicië, de Elzas en op Sicilië petroleum voor de verbranding in lampen. In 1840 werd in Roemenië een raffinaderij geopend en in 1859 een in Polen. De vraag naar petroleum was vooral groot in het westen van de VS waar de nieuwe kolonisten immers geen gasvoorzieningen hadden. Nadat Edward Drake in 1859 in Pennsylvania een oliebron had aangeboord, expandeerde de olie-industrie rap, ook in Europa. Petroleum werd ook verder nog voor de verlichting gebruikt en door de uitvinding van de verbrandingsmotoren aan het eind van de eeuw ontstonden er nieuwe gebruiksmogelijkheden voor de andere bestanddelen van de aardolie: de benzine en de diesel.