通过对抗摩擦来节约能源 - 彭博社

你有没有尝试过通过细吸管喝奶昔？这可能会让你的脸颊感到灼烧，但回报却微不足道。换成一个粗一点的吸管，脸颊几乎不需要费力。为什么会有如此大的差异？摩擦。液体与吸管摩擦。而这种力量减缓了我们经济中各种管道的流量。听起来可能很奇怪，细管道的能量影响是巨大的：美国工业消耗的电力中，有超过四分之一用于推动顽固气体和液体的泵和风扇。因此，对更短、更粗管道的需求从未如此迫切。

粗管道是一个几乎不被人们认识的行业的一部分，这个行业可能很快会变得更加突出：抗摩擦。估计克服阻力的能量占我们在地球上消耗的能量的三分之一。现在，随着油价超过每桶80美元，每一次摩擦、磨损或迎面而来的风的成本正在飙升。但这些成本也为那些拥有高科技解决方案的人带来了机会。

抗摩擦的斗争正从车库和修理店直接进入角落办公室的战略会议。这正在推动全球经济的创新。例如，新的纳米技术通过巧妙的薄涂层和几乎与分子大小相当的滚珠轴承来对抗运动中物体的摩擦和粘附。化工巨头如杜邦（DD）和巴斯夫（BASFY），在400亿美元的润滑市场中处于领先地位，正在开发用于汽车发动机和飞机的新聚合物和低摩擦塑料。而设计公司，如加利福尼亚州奥克兰的Rumsey Engineers，正在安装——你猜对了——粗管道。该公司最近利用这些管道将奥克兰博物馆的空调系统的效率提高了一倍。“我们将摩擦减少了一半，”公司总裁彼得·H·Rumsey说。

寻找自然

在与摩擦的斗争中，设计师们从植物和动物的流线型形态中汲取教训。例如，梅赛德斯-奔驰的一个团队（DAI ）将一款概念车的设计基于箱形鱼的流畅游动形态。这款“仿生”汽车在开放公路上能够轻松穿过强风。根据梅赛德斯的说法，更好的空气动力学使得汽车的油耗达到每加仑70英里，比标准设计多出30%。在卡车方面，节省的机会甚至更大。当它们以高速行驶时，三分之二的燃料仅用于克服风的阻力。乔治亚理工学院的研究人员报告称，简化卡车设计可以减少12%的阻力，每年在美国节省12亿加仑的燃料。

纳米技术的参与者主要关注新材料。ApNano材料公司制造一种称为富勒烯的化学球体，每个球体小到几乎数十亿个才填满一茶匙。当这些球体与传统机油混合时，它们在接触的金属表面上留下几原子厚的光滑薄膜。以色列技术学院Technion的测试表明，它们可以将摩擦减少多达50%。ApNano的创始人梅纳赫姆·根努特表示，他的富勒烯将在一年内作为品牌燃油的添加剂上市。

在杜邦位于特拉华州威尔明顿的巨大实验站，摩擦是一个古老的对手。（特氟龙最初是为了解决煎锅上的这个问题而开发的，后来作为喷气发动机的润滑剂出现。）如今，追求燃油效率正在为杜邦最奇特的产品开辟新的市场——包括冷战时期的一件遗物。

在1950年代末，杜邦的研究人员商业化了一种具有惊人特性的分子。它在炉子般的条件下依然表现良好，而较差的润滑剂则会分解。他们称之为Krytox。唯一的问题是：由于它是由氟化钙生产的，这是一种开采成本昂贵的矿物，Krytox的生产成本太高。杜邦将其搁置。但在1967年，终于出现了买家：在一次发射台测试中发生致命火灾后，NASA需要一种能够承受巨大热量的不可燃润滑剂。

Krytox仍然价格不菲。在某些形式下，它的价格可能超过每磅1000美元。但它的市场正在以两位数的速度增长，远远超出了NASA的需求。为什么？汽车制造商面临着一系列挑战，要求更好的润滑。首先，他们面临着制造更高温发动机的压力，这些发动机比较冷的发动机更节能，但更难润滑。同时，今天的发动机更轻更小，这使得冷却空气的流动空间更少。这些炙热的发动机必须安静地工作——这是豪华车的一个关键卖点——并且必须兑现常见的10万英里保修。为了满足这样的规格，汽车制造商愿意为Krytox支付高价，并在关键部件上涂抹这种太空时代的油。杜邦的高级工程师卡尔·瓦尔特说：“世界似乎正在觉醒于摩擦的成本，市场正在向我们靠拢。”

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对抗摩擦不仅仅是重工业公司的事情

很少有人像自行车骑行者那样热衷于研究摩擦，他们必须更加用力地踩踏，以弥补因迎风或齿轮碰撞而损失的每一点能量。摩擦可以将赢家与其他人区分开来。技术作家Lennard Zinn在其7月29日对环法自行车赛的分析中，聚焦于美国选手莱维·莱普海默。“从侧面看，发现队队长的空气动力学轮廓非常光滑，而从正面看，他的手臂也非常靠近。但从正面看，他最明显的空气动力学弱点显而易见，即膝盖比他的手臂突出得更宽。”风阻随着骑行者速度的平方而增加，因此即使是一个悬挂的下巴带也能将一个快速骑行的冠军变成一个失败者。

由斯蒂芬·贝克