기계의 마찰을 줄이면 환경에 미치는 영향이 줄어듭니다.

원문 : https://www.theearthandi.org/post/how-tribology-helps-fight-against-climate-change

트라이볼로지가 기후 변화에 맞서 싸우는 데 어떻게 도움이 되는가

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지구 온난화와의 싸움에 모든 자원을 투입해야 한다는 압력이 커지면서 에너지 효율성의 역할이 점점 더 커지고 있습니다.

특정 연구 분야 중 하나는 효율성의 개념을 문자 그대로 다른 수준으로 끌어올리는 것입니다.

원자 수준의 효율성

트라이볼로지는 효율성에 직접적인 영향을 미치는 운동 특성 또는 운동과 관련된 특성을 연구하는 학문입니다. 구체적으로는 마찰, 마모, 윤활이라는 세 가지 관련 현상을 조사합니다. 이러한 물리적 저항 요소에 대한 연구는 종종 원자 또는 약간 더 큰 나노 스케일에서 이루어집니다.

트라이볼로지스트 및 윤활 엔지니어 협회 ( (STLE)은 비교적 평범한 용어로 전문 분야를 정의합니다. 이 관행을 단순히 "서로에 대해 상대적으로 움직이는 표면에 대한 연구"로 설명합니다.

세 가지 초점 영역을 자세히 살펴보면 더 자세한 내용을 알 수 있습니다. 마찰은 두 개의 접촉하는 물체 또는 재료 사이의 움직임에 대한 저항으로 정의됩니다. 마모는 마찰로 인해 발생하는 질량 또는 재료 손실입니다. 마지막으로 윤활은 마찰과 마모의 발생을 줄이는 데 도움이 되는 용액 또는 고체를 사용하는 것입니다.

세 가지 연구 분야는 다양한 분야를 포괄합니다. 결과적으로 트라이볼로지스트는 기계 공학, 재료 과학 및 공학, 화학 및 화학 공학 등을 포함한 다양한 전문 분야에서 전문 지식을 얻습니다.

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트라이볼로지는 또한 많은 다른 산업과 장치에 관련이 있습니다. 왜냐하면 마찰과 마모는 매우 다양한 공정에서 발생하고, 둘 다 감소하는 것이 모두에게 중요하기 때문입니다. 제조, 의료, 스포츠, 음악은 트라이볼로지가 적용되는 많은 분야 중 일부입니다.

예를 들어, 트라이볼로지는 자동차 타이어의 성능을 개선할 수 있습니다. 마찰은 타이어와 도로 사이의 안전한 그립에 필수적입니다. 이는 가속과 안전을 돕습니다. 반면에 모든 소비자는 타이어가 더 오래 지속되도록 마모를 최소화하기를 원합니다.

트라이볼로지, 에너지 효율성, 지구 온난화

자동차에 관해 말하자면, 트라이볼로지는 광범위한 에너지 효율 분야에서 매우 가치 있는 것으로 입증되고 있습니다.

기계 부품의 마찰로 인해 많은 에너지가 손실되기 때문에 이러한 낭비를 줄이는 것은 에너지 사용을 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 차량, 건물, 가전제품 및 에너지를 소모하는 모든 프로세스의 에너지 섭취와 탄소 배출을 줄이는 것은 태양열 및 풍력과 같은 재생 가능 연료를 사용하는 것만큼 지구 온난화와의 싸움에서 중요해집니다.

STLE에서 언급했듯이 , "마찰과 마모를 최소화하는 방법을 찾는 것은 마찰학의 새로운 기술을 통해 더 푸르고 지속 가능한 세상에 필수적입니다."

에너지 효율성을 개선하는 트라이볼로지의 발전은 대부분 에너지, 운송, 제조라는 세 부문 중 하나에서 일어나고 있습니다. 우연이 아니라, 이것들은 또한 가장 큰 에너지 소비자 중 일부입니다.

에너지 및 전력 분야에서 트라이볼로지는 여러 면에서 효율성을 높일 수 있습니다. 산업 전반에 걸쳐, 1차 자원 생산의 초기 단계부터 전기 생산, 전력 분배, 에너지 소비에 이르기까지 에너지 손실을 줄일 수 있는 수많은 기회가 있습니다.

예를 들어, 윤활제는 전기를 생성하는 데 사용되는 증기 및 가스 터빈의 효율성을 높일 수 있습니다. 마찬가지로 베어링 및 기어박스에 적용된 재료는 풍력 터빈의 효율성을 높입니다. 냉난방 시스템의 내부 작동과 기타 가전제품에 사용되는 재료를 변경하면 건물의 에너지 효율성을 개선할 수 있습니다.

운송 분야에서 트라이볼로지는 모든 종류의 이동 차량의 효율성을 개선합니다. 기어박스, 엔진, 변속기, 구동축, 차축, 베어링, 브레이크를 포함한 동력 전달 장치의 내부 작동을 개선하여 효율성에 영향을 미칩니다. 또한 자동차, 트럭, 기차의 견인력을 개선하고 타이어와 바퀴의 마모를 줄입니다.

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이러한 개선은 여러 가지 방법으로 달성할 수 있습니다. 여기에는 기어와 베어링의 마찰과 마모를 줄이는 새로운 윤활제와 초소형 나노 복합재의 개발이 포함됩니다. 마찰을 줄이는 데 도움이 되는 터빈 블레이드와 도로 표면용 코팅의 혁신적인 엔지니어링까지 확장됩니다.

마지막으로, 트라이볼로지는 기계 및 장비의 효율성을 높여 제조 및 산업 부문에 도움이 됩니다. 트라이볼로지 방법을 운송 및 에너지 생산에 적용하면 온도를 낮추고, 도구 및 장비의 수명을 늘리고, 효율성을 개선하고, 제품 및 재료의 제조 및 배송에서 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

실제 세계의 트라이볼로지

이러한 모든 가능성을 바탕으로 트라이볼로지스트들은 마찰과 마모를 줄이고 윤활제를 혁신적으로 사용하여 효율성을 높이는 새로운 방법을 모색하는 데 열심히 노력하고 있습니다. 심사평가를 거친 저널의 학술 논문은 전문가들이 이 분야에서 진전을 이루고자 하는 다양한 연구 주제를 설명합니다.

이러한 발전 중 일부는 상상력의 경계를 넓히고 있습니다. 공상과학 작가인 아서 C. 클라크가 설명했듯이, "충분히 발전된 기술은 마법과 구별할 수 없습니다." 트라이볼로지는 마법으로 간주되지 않을 수 있지만, 인간의 눈으로는 볼 수 없는 수준으로 혁신을 끌어올리고 있습니다.

예를 들어 초윤활성의 개념을 살펴보겠습니다. 이는 마찰이 거의 없어졌을 때 발생합니다. 이 분야의 많은 연구는 이론적이었습니다. 그러나 이 주제는 최근 몇 년 동안 더 많은 주목을 받고 있습니다. 일부 연구자들은 흑연 플레이크, 그래핀, 폴리머, 심지어 물을 포함하여 고체와 액체 모두의 다양한 재료를 사용하여 초윤활성을 달성했습니다.

광범위한 실용적인 응용 분야에서 초윤활성을 달성하는 것은 아직 먼 일이지만, 연구자들은 그 목표를 향해 나아가고 있습니다. 그 혜택은 엄청날 수 있습니다. 마찰은 세계 총 에너지 소비의 약 30%를 차지하는 것으로 알려져 있습니다. 트라이볼로지스트가 제조나 운송과 같은 실용적인 응용 분야에서 초윤활성을 달성하는 방법을 개발할 수 있다면, 그 절감 효과는 엄청날 것입니다.

올해 초, 미국 에너지부 오크리지 국립연구소 (ORNL)의 과학자들은 움직이는 부품이 있는 일반적인 하중 지지 시스템에서 마찰을 극적으로 줄일 수 있는 "초윤활성 코팅"을 발명했다고 발표했습니다. 이 코팅은 강철과 강철이 마찰할 때의 마찰을 최소한 백 배는 줄여줍니다.

이 발명은 자동차 구동계는 물론 풍력 및 수력 터빈을 포함한 다양한 일반적인 응용 분야에서 초윤활성을 구현할 수 있게 해 주므로 중요한 혁신으로 여겨질 수 있습니다.

ORNL의 표면 엔지니어링 및 트라이볼로지 그룹 리더인 Jun Qu에 따르면, "가장 중요한 성과는 가장 일반적인 응용 분야에서 초윤활성을 실현 가능하게 만든 것입니다."

ORNL에 따르면, 이 새로운 코팅은 미국의 경제에 큰 도움이 될 수 있다. 미국의 경제는 매년 마찰과 마모로 인해 1조 달러(미국인 1인당 약 3,100달러) 이상의 손실을 보고 있기 때문이다.

고온 트라이볼로지라는 또 다른 하위 전문 분야가 최근 몇 년 동안 많은 주목을 받고 있습니다.

기계나 엔진 부품과 같이 움직이는 상황에서 고체 표면이 상호 작용하면 강렬한 압력과 열이 발생합니다. 이는 표면에 극적인 영향을 미쳐 마모를 일으키고 공정의 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다.

이 분야의 많은 연구는 자동차 제조 산업에 집중되어 왔습니다. 차량에는 고온에서 성형해야 하는 경량 소재가 필요합니다. 트라이볼로지의 발전은 경량 소재의 생산을 지원하고, 공정의 효율성을 개선하며, 사용되는 도구와 기계의 수명을 늘릴 수 있습니다.

낭비 없는 에너지 소비

건축가 이자 미래학자인 R. 버크민스터 풀러는 1938년 저서 ' 1938년 그의 책, 달까지의 9개 사슬 에서 에서 "일시화"라는 문구를 만들어냈습니다. 이는 기술 발전으로 "점점 더 적은 것으로 점점 더 많은 것을 하다가 결국 아무것도 없이 모든 것을 할 수 있게 되는" 능력을 말합니다.건축가 이자 미래학자인 R. 버크민스터 풀러는 "일시화"라는 문구를 만들어냈습니다. 이는 기술 발전으로 "점점 더 적은 것으로 점점 더 많은 것을 하다가 결국 아무것도 없이 모든 것을 할 수 있게 되는" 능력을 말합니다.

에너지 효율성의 발전으로 인간이 "아무것도 없이 모든 것을 할 수 있게" 되기까지는 아직 먼 길이지만, 연구 개발을 통해 소비와 낭비를 줄이면서 더 많은 것을 할 수 있는 새로운 방법을 확실히 찾아내고 있습니다.

사회가 탄소 배출과 지구 온난화에 맞선 전쟁에서 승리하려면 효율성이 가장 중요한 자원 중 하나가 될 것이며, 이와 관련하여 트라이볼로지가 중요한 역할을 할 것입니다.

*Rick Laezman is a freelance writer in Los Angeles, California, US. He has a passion for energy efficiency and innovation. He has covered renewable power and other related subjects for over ten years.