Начавшись с карьеров, добыча угля перешла в шахты, которые уходили все глубже в землю; издержки росли, но рос и масштаб промысла. Стабильность цен на уголь была одним из главных секретов британской экономики. В отличие от цен на зерно, поддержание которых было постоянной заботой правительства, цены на уголь регулировались сами: его производство эластично реагировало на спрос. С дров на уголь перешли почти все индустрии, зависевшие от тепловой обработки сырья, – производство кирпича, соли, пива и мыла, обжиг извести, рафинирование сахара и многое другое. Только плавильные печи металлургов по-прежнему загружались древесным углем: в каменном угле были вредные для металла примеси. На килограмм чугуна уходило восемь килограммов древесного угля или сорок килограммов древесины. В середине XVIII века британская промышленность требовала около миллиона тонн дров в год. Их не было, и завозить дрова по морю тоже было невозможно; хотя в Англии и Шотландии были отличные руды, кованое железо покупали в Швеции и России. Потом появился обжиг угля; угольные кучи поджигали, и внутри оставался кокс, не имевший запаха. Изобретение печей с поддувом позволило выплавлять чугун на коксе, избавившись от импортного железа.
Шахты шли все глубже, воду из них надо было откачивать. Начиная с 1705 года английские изобретатели делали это, сжигая уголь под огромными котлами. Выходя под давлением, пар оставлял в котле вакуум, который поднимал воду из шахты. То были паровые машины Ньюкомена; они требовали очень много угля, но на шахтах он был в избытке. Эти паровые насосы все равно зависели от потока речной воды, которая питала котлы. Пятьдесят лет спустя русский изобретатель Иван Ползунов создал первую паровую машину, которая работала не в паре с водяным колесом, а сама по себе. Только такая машина осуществляла задачу Промышленной революции. Теперь источник энергии был там, где он нужен промыслу, а не там, где течет вода. Ползунов использовал свою машину для мехов, раздувавших огонь в печи, которая выплавляла серебро на алтайской шахте; еще недавно это был нелегальный бизнес, грозивший каторгой, но изобретатель сделал его очагом Промышленной революции.
В 1763 году шотландец Джеймс Уатт, сын судового мастера, изобрел новый тип паровой машины, которая экономила до трех четвертей угля. Уатт создал лабораторию в Университете Эдинбурга, и Адам Смит помогал ему в переговорах с начальством. Проект был осуществлен, когда заказчик, серебряных дел мастер Мэтью Боултон, стал партнером Уатта. Эти машины были очень большими; для каждой надо было отдельное здание с массивным фундаментом в несколько метров высотой, потому что любое смещение выводило машину из строя. Их ставили в шахтах и на фабриках, монтируя на одной оси с водяными колесами, чтобы дополнить паром непостоянную силу воды. Согласно патенту, Уатт и его инвестор получали треть сэкономленного угля. Одно из объяснений успеха Промышленной революции в том, что в Англии была создана уникальная среда для поддержки технического творчества – патентное право, которое создавало интеллектуальную собственность и обогащало изобретателей. К сожалению, жизнь Уатта не оставляет места для иллюзий. Он умер состоятельным человеком, но если бы не помощь его друга, владевшего монетным двором, Уатт не сумел бы ни оформить свой патент, ни заработать на жизнь изобретениями.
Джордж Стевенсон был сыном инженера, работавшего на паровом насосе в одной из угольных шахт Нортумберленда; Джордж начал работать на паровой машине, когда его отец ослеп в результате аварии. Может быть, этот опыт привел Джорджа к его первому изобретению – шахтерской лампе, которая могла гореть, не взрываясь, в загазованной атмосфере шахты. В 1814 году Стевенсон создал первый локомотив, поставив на колеса паровой насос, на котором работал его отец. Весь его технический опыт был связан с угольными шахтами, и первое предназначение его машины состояло в перевозке угля с шахты до реки. Построивший первые железные дороги, Стевенсон приобрел собственную шахту под Лестером.