通過對抗摩擦來節約能源 - 彭博社

你有沒有嘗試過通過細吸管喝奶昔？這可能會讓你的臉頰感到灼燒，但回報卻微不足道。換成一個粗一點的吸管，臉頰幾乎不需要費力。為什麼會有如此大的差異？摩擦。液體與吸管摩擦。而這種力量減緩了我們經濟中各種管道的流量。聽起來可能很奇怪，細管道的能量影響是巨大的：美國工業消耗的電力中，有超過四分之一用於推動頑固氣體和液體的泵和風扇。因此，對更短、更粗管道的需求從未如此迫切。

粗管道是一個幾乎不被人們認識的行業的一部分，這個行業可能很快會變得更加突出：抗摩擦。估計克服阻力的能量佔我們在地球上消耗的能量的三分之一。現在，隨着油價超過每桶80美元，每一次摩擦、磨損或迎面而來的風的成本正在飆升。但這些成本也為那些擁有高科技解決方案的人帶來了機會。

抗摩擦的鬥爭正從車庫和修理店直接進入角落辦公室的戰略會議。這正在推動全球經濟的創新。例如，新的納米技術通過巧妙的薄塗層和幾乎與分子大小相當的滾珠軸承來對抗運動中物體的摩擦和粘附。化工巨頭如杜邦（DD）和巴斯夫（BASFY），在400億美元的潤滑市場中處於領先地位，正在開發用於汽車發動機和飛機的新聚合物和低摩擦塑料。而設計公司，如加利福尼亞州奧克蘭的Rumsey Engineers，正在安裝——你猜對了——粗管道。該公司最近利用這些管道將奧克蘭博物館的空調系統的效率提高了一倍。“我們將摩擦減少了一半，”公司總裁彼得·H·Rumsey説。

尋找自然

在與摩擦的鬥爭中，設計師們從植物和動物的流線型形態中汲取教訓。例如，梅賽德斯-奔馳的一個團隊（DAI ）將一款概念車的設計基於箱形魚的流暢遊動形態。這款“仿生”汽車在開放公路上能夠輕鬆穿過強風。根據梅賽德斯的説法，更好的空氣動力學使得汽車的油耗達到每加侖70英里，比標準設計多出30%。在卡車方面，節省的機會甚至更大。當它們以高速行駛時，三分之二的燃料僅用於克服風的阻力。喬治亞理工學院的研究人員報告稱，簡化卡車設計可以減少12%的阻力，每年在美國節省12億加侖的燃料。

納米技術的參與者主要關注新材料。ApNano材料公司製造一種稱為富勒烯的化學球體，每個球體小到幾乎數十億個才填滿一茶匙。當這些球體與傳統機油混合時，它們在接觸的金屬表面上留下幾原子厚的光滑薄膜。以色列技術學院Technion的測試表明，它們可以將摩擦減少多達50%。ApNano的創始人梅納赫姆·根努特表示，他的富勒烯將在一年內作為品牌燃油的添加劑上市。

在杜邦位於特拉華州威爾明頓的巨大實驗站，摩擦是一個古老的對手。（特氟龍最初是為了解決煎鍋上的這個問題而開發的，後來作為噴氣發動機的潤滑劑出現。）如今，追求燃油效率正在為杜邦最奇特的產品開闢新的市場——包括冷戰時期的一件遺物。

在1950年代末，杜邦的研究人員商業化了一種具有驚人特性的分子。它在爐子般的條件下依然表現良好，而較差的潤滑劑則會分解。他們稱之為Krytox。唯一的問題是：由於它是由氟化鈣生產的，這是一種開採成本昂貴的礦物，Krytox的生產成本太高。杜邦將其擱置。但在1967年，終於出現了買家：在一次發射台測試中發生致命火災後，NASA需要一種能夠承受巨大熱量的不可燃潤滑劑。

Krytox仍然價格不菲。在某些形式下，它的價格可能超過每磅1000美元。但它的市場正在以兩位數的速度增長，遠遠超出了NASA的需求。為什麼？汽車製造商面臨着一系列挑戰，要求更好的潤滑。首先，他們面臨着製造更高温發動機的壓力，這些發動機比較冷的發動機更節能，但更難潤滑。同時，今天的發動機更輕更小，這使得冷卻空氣的流動空間更少。這些炙熱的發動機必須安靜地工作——這是豪華車的一個關鍵賣點——並且必須兑現常見的10萬英里保修。為了滿足這樣的規格，汽車製造商願意為Krytox支付高價，並在關鍵部件上塗抹這種太空時代的油。杜邦的高級工程師卡爾·瓦爾特説：“世界似乎正在覺醒於摩擦的成本，市場正在向我們靠攏。”

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對抗摩擦不僅僅是重工業公司的事情

很少有人像自行車騎行者那樣熱衷於研究摩擦，他們必須更加用力地踩踏，以彌補因迎風或齒輪碰撞而損失的每一點能量。摩擦可以將贏家與其他人區分開來。技術作家Lennard Zinn在其7月29日對環法自行車賽的分析中，聚焦於美國選手萊維·萊普海默。“從側面看，發現隊隊長的空氣動力學輪廓非常光滑，而從正面看，他的手臂也非常靠近。但從正面看，他最明顯的空氣動力學弱點顯而易見，即膝蓋比他的手臂突出得更寬。”風阻隨着騎行者速度的平方而增加，因此即使是一個懸掛的下巴帶也能將一個快速騎行的冠軍變成一個失敗者。

由斯蒂芬·貝克