使用可再生能源生产的绿色氢目前仅占全球氢气产量的0.1%。
但它是解决可再生能源间歇性问题和推动重工业脱碳的有力选择。
扩大绿色氢的规模确实面临挑战，但现代数字技术可以提供部分解决方案。具体方法如下。
绿色氢有望弥补太阳能和风能的间歇性，其燃烧方式类似天然气，并可作为工业化学过程的原料，这引起了企业、政府和投资者的兴趣。
绿色氢通过电解制取，即利用可再生能源发电所产生的电力，将水分解为氢气和氧气。目前，它仅占全球氢气产量的0.1%。然而，可再生电力（约占制氢成本的70%）和电解技术的成本持续下降，表明绿色氢可能成为清洁能源领域的下一个优质投资方向。
对许多参与者而言，包括油气企业、大型公用事业公司、从钢铁到化肥的各行业等，绿色氢被视为协调可再生能源间歇性问题、并推动能源需求量大的工业、化工和交通运输行业脱碳的最佳选择。
绿色氢当前面临的挑战
尽管绿色氢在各行业正逐步获得关注，但它仍面临诸多挑战：
1. 对最优设计和投资回报的了解有限，从而限制了其可融资性。为满足市场需求，企业需要扩大并改进其绿色氢工厂设计。然而，由于市场数据有限且该领域成熟度较低，优化工厂设计以及端到端绿色氢系统的成本可能很高，且极为复杂。此外，许多大型绿色氢设施建在现有工业集群内，这就需要增加一个设计维度，以确保在向绿色氢过渡期间，对现有运营的影响有限。
2. 专业人才有限，运营成本高。尽管绿色氢的兴起将创造大量新的就业机会，但许多人仍缺乏支持氢能经济所需的培训和技能。随着行业日趋成熟，专业人才短缺将阻碍其发展。绿色氢的储存和运输同样极具挑战性且成本高昂。它是一种高度易燃的气体，体积能量密度较低，因此需要投资建设专用管道和运输设备。
3. 能量损失较高。绿色氢在供应链的每个环节都会损失大量能量。在制氢所用能量中，约30–35%在电解过程中损失；将氢气液化或转化为氨等其他载体，将造成13–25%的能量损失；而氢气运输所需的额外能量投入，通常相当于氢气自身能量的10–12%。氢气用于燃料电池时，还将造成额外40–50%的能量损失。若不加以优化，这些低效问题将需要大规模部署可再生能源，以供应能够与终端用电电气化相竞争的绿色氢电解槽。
4. 绿色氢的买家与价值。主要挑战在于如何实现绿色氢的商业变现。首先，虽然具有成本效益的绿色氢可以在阳光充足的地区（如澳大利亚、葡萄牙、西班牙或突尼斯）生产，但购买方工业企业通常并不位于附近。这就需要建设专用管道，并伴随相应的建设周期和成本。此外，绿色氢的价值评估以原产地保证证书认证以及可转换为碳信用额为前提；这两个流程仍在发展之中，且存在较大争议。
绿色氢的技术解决方案
在增加投资、政府支持、工程开发和专业劳动力之外，数字技术也是加速向绿色氢过渡的关键手段之一，尤其是人工智能物联网（AIoT）——即人工智能与物联网技术的结合，通过强化数据管理和分析实现系统的优化与自动化。
以下四个领域是数字技术有助于加快绿色氢转型的方向：
1. 数字孪生。在投入资本之前，投资者希望了解哪种系统配置能够实现其回报最大化。从光伏到电解槽产能，再到缓冲设施（如能源和氢气储存），必须考虑多项变量。数字孪生可以对多种设计方案和情景进行建模，包括天气、购买方需求波动以及当地基础设施（现有和未来）等变量，并优化每种设计以实现投资回报最大化和风险最小化。据估计，数字孪生分析可将资本支出（CAPEX）优化10–15%，同时降低30–50%的风险，并使运营支出（OPEX）略有变化。
2. 监测与控制。能源消耗、工厂性能、生产速率、纯度和储存量，是氢气生产的关键绩效指标（KPI），需要进行可视化管理以确保高效生产。AIoT可以借助智能警报、资产传感器（用于监测关键绩效指标）以及资产健康状况和超越控制室的云端远程监测，实现快速异常检测。通过对工厂运营和资产健康状况进行实时监测，并结合资产的远程控制，可通过降低能耗和精简人员配置，将成本降低10–20%。利用与设计数字孪生相一致的监测模型，投资者可以了解其商业计划的执行情况，并采取行动减少可能的损失。
3. 高级分析。分析可将数据转化为具有可操作性洞察的商业情报。就绿色氢而言，通过对工厂、储罐、管道、能源购买方乃至天气等数据进行持续处理与学习，并应用工厂层面或车队层面的分析，可提供纠正性行动建议，以实现产量最大化。通过预测故障并优化电解槽的运行时间，可以防止能量损失，从而增加收入、降低运营支出。利用与其数字孪生相一致的分析模型，投资者和银行家能够“闭合设计回路”，并做出战略和战术决策，以优化其回报。
4. 原产地证书。原产地保证（GoO）通过证明所有消耗电力的可再生属性，是绿色氢实现商业变现的前提条件。AIoT监测的设施可以利用近乎实时的数据，自动向GoO签发机构提供输入信息。这一做法避免了人工处理，提供了更高的可信度和可靠性，并随着认证体系日益向实时化和自动化发展，增强了未来适应性。AIoT还可以确保绿色氢全生命周期的端到端可追溯性，即从摇篮到坟墓的全程追踪。
结论
绿色氢为工业、化工和交通运输领域提供了一种脱碳解决方案。结合增加的投资、政府支持、工程进步和专业劳动力，AIoT解决方案对于推动向绿色氢的过渡至关重要，并将在全球脱碳努力中发挥关键作用。我们估计，AIoT赋能的解决方案可将资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）降低15%–25%，并将具有商业可行性的绿色氢规模化进程加快四至七年。届时，关键行业以及飞机和船舶或许都可以由100%绿色氢提供动力。
