可持续性涉及到二氧化碳排放，摩擦和磨损

随着世界人口的增长以及对能源和便利设施的需求，许多研究已经证明，化石燃料的使用是气候变化和全球变暖的主要原因。气温升高、海平面上升以及极端天气条件的强度和频率增加，其后果显而易见。因此，需要立即采取行动，包括限制内燃机中的二氧化碳和细颗粒物排放，以降低能源消耗水平和污染。交通运输、发电和制造业是现代社会必不可少的工业活动，这些活动会产生大量的二氧化碳和温室气体。这些活动涉及许多不同形式的机械和机械系统，有许多运动部件和接触面。摩擦学是在相对载荷下相互作用表面相对运动的科学，包括摩擦、磨损、润滑和相关设计方面的研究。这些机器的平稳、可靠和长期运行在很大程度上取决于这些系统中如何很好地控制摩擦和磨损。
产品寿命周期长[1]，可以实现材料效率和资源节约。由于摩擦学已成为发展可持续技术的关键因素，本贡献旨在探索摩擦学在二氧化碳排放方面的全球影响。

摩擦学已经成为一门涉及生物学、化学、工程学、材料科学和数学的具有经济重要性的横向技术。它结合了经济方面和可持续性，将二氧化碳排放和摩擦相关联。因此，摩擦学对某些全球可持续发展目标(SDG)具有直接和间接的影响，如表1[3]所述。表1强调了摩擦学可以通过磨损保护和润滑提高能源效率的巨大影响。磨损保护和状态监测有助于延长部件的使用寿命和功能。因此，生产和搬运操作所需的更换零件更少，整体减少材料、能源和工作量[3]。摩擦学的另一个基本方面是润滑。润滑是优化滑动表面摩擦、减少直接表面接触、减少刀具磨损和功率要求的关键。由生物质合成的基础油和添加剂组成的润滑油是最合适的选择，因为它们是由可再生原料[3]制成的。润滑油的吨位约相当于燃料体积[3]的1%。 Moreover, there is enough biomass tonnage available to feed the synthesis of chemicals needed for formulating about 38-42 million metric tons of lubricants consumed annually.
此外，能源效率和二氧化碳排放之间的相关性在图1中很明显，图1显示了减少二氧化碳排放以在2050年将全球变暖限制在2摄氏度的主要情景估计。与碳捕获和存储以及可再生能源相比，预计影响最大的将是终端使用能源效率(38%)，其中包括工业、服务业、农业和家庭产生的能源。2017年对早期研究的分析计算出，约23%的世界总能源消耗与摩擦学接触[1]有关。20%用于克服摩擦，剩余3%用于再制造磨损件和因磨损和磨损相关故障造成的备用设备[1]。假设摩擦损失可以减少30-40%，中期和长期的全球储蓄潜力，通过减少摩擦减少一次能源的潜力具有广泛的预测:8.6% (Holmberg, 2017) [1]， 8% (Holmberg, 2019) [5]， 10.9% (ASME, 1977)[6]， 13%(美国国会，2016)和24% (ARPA-E, 2017)[7]。因此，以2017年二氧化碳排放量333亿吨为基础，通过合理适当的减少摩擦磨损措施，每年可减少约2.66- 49.3亿吨二氧化碳。
因此，摩擦学研究得到了很大的重视。这一进展包括新材料和涂料、表面工程(表面处理、改性和纹理)、润滑剂和添加剂(纳米材料和固体润滑剂)的开发，以及创新的技术解决方案，如新组件设计[8]。摩擦系数(COF)在“毫微米范围”是目前研究的热点，如果在实际应用中得到广泛应用，将大大减少CO2的排放。一些减少摩擦和磨损的解决方案可以直接应用于现有的机器，但有些可能只与更新或更先进的仪器兼容。许多行业也致力于合成具有可生物降解和生态友好特性的润滑剂[9]。
在科学界，人们对摩擦学及其对可持续性的影响的认识有所提高，并在这一领域进行了更多的研究。表2显示了2017年潜在的平均摩擦磨损减少率，以及估计在2030年可能实现的水平[1,8]。这些估计是基于当今设备的平均摩擦和磨损水平与当今新商业设备的相对摩擦和磨损减少量的比较，研究实验室测量的最低水平，以及估计到2030年可能实现的水平。这些数据主要集中在交通、能源、工业和居民部门。
表3显示了由于更好的摩擦学性能[1]，一些地理区域在长期(15年)内估计的潜在能源和节约以及二氧化碳减排。这些数字是根据一次能源供应总量(TPES)计算的。由于人们对摩擦学及其实施的理解有所提高，未来摩擦磨损减少率有望提高(表2)，最终可以提高成本和节能，并减少CO2排放(表3)。
总之，随着人口增长导致全球范围内更高的能源需求，摩擦学在减少与能源消费水平相关的二氧化碳排放方面发挥着关键作用。摩擦学在摩擦和磨损保护方面通过能源效率对各种可持续发展目标具有直接和间接的影响。因此，必须进行大量的努力来实现现有的知识和开发新的业务模式。然而，需要强调的是，可持续性并不局限于环境友好。通过在许多机械和其他设备中利用新材料、润滑技术和状态监测，可以显著减少能源损失，2017年估计约为31亿吨二氧化碳排放，占直接二氧化碳排放总量的9%。

引用:

[1] Holmberg K.， Erdemir A，“摩擦学对全球能源消耗、成本和排放的影响”，摩擦学杂志，2017;5(3), 264 - 284。Doi: 10.1007 / s40544 - 017 - 0183 - 5。
[2]金震，Fisher J.，“关节置换中的摩擦学研究”，关节置换技术，2008
[3] Woydt M.， Hosenfeldt T.， Luther R.， Scholz C.， Bäse M.， Wincierz C.， Schulz J.，“作为截面挑战的磨损保护和可持续性”，德国摩擦学学会(www.gft-ev.de)， 2021, https://www.gft-ev.de/en/tribology-in-germany-wear-protection-and-sustainability-as-cross-sectional-challenges/
[4] IEA能源技术展望2008，“2050年的情景与战略”，IEA国际能源署，法国巴黎，2010。ISBN 978-92-64-04143-1
K. Holmberg和A. Erdemir，“摩擦学对全球能源使用和二氧化碳排放的影响，以及在内燃机和电动汽车中。，《摩擦学国际》，2019年，第135卷，第389-396页
[6] O. Pinkus和D.F. Wilcock，“摩擦学节能策略”，1977，美国机械工程师学会，纽约，NY 10016-5990，美国;www.asme.org
[7]点Lee和R. Carpick(编者)，摩擦学提高美国能源效率的机会-给高级研究计划局的报告，2017年2月14日，美国能源部，https://alliance.seas.upenn.edu/~carpickg/dynamic/wordpress/wp-content/uploads/2012/03/TribologyARPAE_FINAL.pdf
[8] Holmberg K.， Kivikytö-Reponen P.， Härkisaari P.， Valtonen K.， Erdemir A.“采矿业摩擦磨损造成的全球能源消耗”，摩擦学学报，2017;116-139
[9] Saini V.，“绿色可持续摩擦学及其对未来产品开发的影响:综述”，生态环境与保护，2019年25日;146-157
[10] Shah R.， Woydt M.， Huq N.， Rosenkranz A.，“摩擦学满足可持续性”，工业润滑与摩擦学，2020,DOI: 10.1108/ILT-09-2020-0356