Ny teknik gör ytor hala och maskiner klimatsmarta

Kenneth Holmberg undersöker en provbit med en speglande och extremt hal diamantlik ytbeläggning på VTT:s laboratorium. Han är den första finländaren som får friktionsvetenskapens högsta internationella utmärkelse, Tribology Trusts guldmedalj, för sina forskningsframsteg.Bild: Cata Portin

När en femtedel av världens energi går åt bara till att övervinna friktion säger det sig självt att teknik som minskar på friktionen ger ekonomiska och klimatfördelar. VTT-professorn Kenneth Holmberg får ett pris för sina forskningsframsteg på området.

Tankar du tio liter bensin går tre liter åt bara till att övervinna den friktion som uppstår mellan bilens rörliga delar. I vissa maskiner går en ännu större del av energin åt till att övervinna friktionen, i andra är andelen mindre. Sammantaget går 20 procent av all producerad energi åt till att övervinna friktion.

– Ju mer vi lyckas minska på friktionen desto mindre energi går det åt, säger Kenneth Holmberg.

Han är professor i maskinteknik vid teknologiska forskningscentralen VTT och nyligen prisbelönt för sin forskning i tribologi, som läran om ytor i kontakt med varandra heter. Stiftelsen Tribology Trust tilldelade nyligen Holmberg sin guldmedalj för hans förtjänster som pionjär inom forskningsområdet.

Holmberg har i nästan 40 år forskat i friktion mellan ytor och han har tagit fram tekniska metoder för att minska friktionen. Framför allt sparar det energi, vilket är både ekonomiskt lönsamt och klimatsmart, men dessutom betyder mindre friktion att de flesta maskiner håller längre.

– I början experimenterade vi en hel del för att göra mikometertunna ytbeläggningar halare. I vissa fall minskade friktionen med 50–70 procent vilket ökade vissa komponenters livslängd tiofalt eller upp till femtiofalt, säger han.

Nanomaterial behövs

Med åren blev tekniken alltmer sofistikerad. Kenneth Holmberg har forskat i extremt tunna ytbeläggningsmaterial med nanostruktur och kolbaserade material som diamant och grafen, men också i datorbaserad modellering och simulering för att tillämpa tekniken. I dag kan forskarna minska vissa ytors friktionskoefficient med upp till hundra gånger. Det gynnar speciellt industrin och trafiken.

– Utvecklingen har gått väldigt mycket framåt, i accelererande tempo, säger Holmberg.

En första bedrift var att friktionsvetenskapen, som är en rätt ung forskningsgren, lärde sig förstå vad som egentligen sker när två ytor kommer i kontakt med varandra, också på molekylär nivå. Nästa milstolpe var utvecklingen av experimentell teknik som gör att man kan undersöka friktionen betydligt noggrannare än förut. Ett tredje framsteg är att man numera kan simulera friktion på datorer och med artificiell intelligens låta maskiner se över sin egen prestanda, och vid behov förbättra den.

– Allt detta tillsammans gör att vi i dag kan göra sådant som var omöjligt för bara tjugo år sedan, säger Holmberg.

Han får teknikpriset uttryckligen för hela sin forskningsinsats, inte för någon särskild innovation på vägen, men också för att den tekniska utvecklingen kan tillämpas i praktiken, och det i stor skala. Det finns en global potential i att göra bilar och maskiner i gruv- och pappersindustrin energieffektivare.

Det kan spara både pengar och naturresurser, men frågan är förstås hur snabbt världen kommer att anamma den nya tekniken.

– Vi beräknar att man på sju åtta års sikt kunde spara 18 procent av den energi som går till att övervinna friktion genom att tillämpa friktionsminskande teknik. På femton års sikt kunde man minska energiförbrukningen orsakad av friktion med upp till hälften genom att tillämpa nya slag av ytbeläggning, tillsatsämnen och annan ny teknik.

Pionjärer inom bilindustrin

Snabbast går implementeringen om man minskar friktionen i befintliga maskiner. Följande steg är att börja tillverka nya maskiner som från början har en bättre friktionsteknik.

– Det går olika snabbt på olika områden. De som äger bussar och lastbilar är snabba på att ta till sig ny teknik som minskar på kostnaderna. Inom gruvindustrin däremot kommer det att dröja längre. Alla är inte precis pionjärer när det gäller att tillämpa ny teknik, säger Kenneth Holmberg.

Energieffektivitet är ett område som politikerna ofta glömmer bort när de diskuterar hur klimatförändringen kunde bromsas. I det hänseendet kommer den friktionsminskande tekniken som på beställning.

– Vi ser redan pionjärer inom bilindustrin, både bland dem som tillverkar lastbilar och dem som tillverkar personbilar. Också flygindustrin är snabb på att tillämpa nytt. Sedan följer andra efter, säger Holmberg.

Om trafiken går in för en friktionssnålare teknik kan det minska ansenligt på klimatutsläppen. Kenneth Holmberg menar ändå att det i hög grad hänger på i vilken mån transportsektorn är beredd att sadla om. Ska man frakta ett ton varor en kilometer sker det energieffektivast med fartyg.

– Fraktar man samma gods på järnväg går det åt dubbelt så mycket energi, fraktar man på gummihjul är förbrukningen trettiofalt och med flygfrakt hundrafalt. Ska transportsektorn minska sina utsläpp på sikt handlar det om att frakta mer till sjöss och per tåg, säger Holmberg.

PROFIL

Kenneth Holmberg

Ålder: 68.

Bor: I Arabiastranden.

Familj: Tre barn och åtta barnbarn.

Karriär: Skrev licentiat- och doktorsavhandlingarna vid Aalto-universitetet, jobbade en kortare tid som tf. professor vid Aalto, har jobbat med friktionsforskning på VTT sedan starten 1980, jobbar deltid sedan pensioneringen.

På fritiden: Åker skidor, paddlar och stavgår.

Hur du hittar det bästa lånet för dig

Den som någonsin har tecknat ett lån är förmodligen plågsamt medveten om hur svårt det kan tyckas vara att hitta rätt lån. Vad är det då som avgör om ett lån är bra eller inte? 17.9.2018 - 00.00