氢能在实现净零排放的转型中发挥着关键作用。要兑现这一承诺，氢能必须迅速扩大规模。
数字孪生——现实世界基础设施的虚拟映射——有助于降低可再生能源成本，从而推动增加绿氢产量。
借助数字孪生改造价值数万亿美元的能源资产基础，也能提升蓝氢产量，以满足不断增长的需求。
氢能潜力巨大，有助于终结我们对化石燃料的依赖，并确保到2050年成功转向净零排放。氢作为燃料使用时，副产物只有水；它还可以帮助难以减排、难以电气化的行业脱碳，例如长途运输业。
氢是宇宙中最常见的分子之一。氢分子（H2）通过拆分含氢原子（H）的分子制得。然而，这一过程的具体方式决定了其环境影响：
• 灰氢是当今产量最高的氢气类型。灰氢主要供炼油和化工行业使用，用于制造化肥、石油产品等。灰氢通常通过蒸汽甲烷重整制取：该工艺将甲烷中的氢原子与碳原子分离，同时排放二氧化碳。
• 蓝氢的制取方式与灰氢相同，但过程中产生的二氧化碳会通过碳捕集与封存技术捕获并储存在地下。随着碳捕集与封存成本下降，蓝氢在全球范围内日益成为可行的选择，推动了全球应用范围扩大。
• 绿氢利用可再生能源和电解技术，将水分解为氢和氧。
改造价值数万亿美元的化石燃料资产基础
目前，蓝氢需求旺盛，氢气生产商与买家之间签订了大量承购协议，约定销售尚未生产出来的氢气。蓝氢供应跟不上需求。
值得庆幸的是，要克服这一挑战，我们有巨大机会改造现有的、价值数万亿美元的能源资产基础；这些资产已经能够生产大量氢气。
以炼油厂为例。大多数炼油厂都设有蒸汽甲烷重整装置，通过将高压蒸汽与甲烷结合，生产氢气、一氧化碳和二氧化碳，从而制取灰氢。未来，我们可以在炼油厂加装碳捕集与封存技术，捕获二氧化碳、制取蓝氢，并为难以减排的行业供能。
改造现有油气基础设施的另一个例子，是利用海上风能将现有海上油气平台改造成氢气生产枢纽，再通过管道将氢气输送至岸上。例如，在荷兰，一个联合体正在建设首个建于油气平台上的海上绿氢项目，全部由海上风能供电。
数字孪生可以通过两种方式助力这类改造。首先，数字孪生技术能够延长油气基础设施的使用寿命，方法是识别结构上的应力区域，精确到最近的厘米，供工程师主动修复。这样，蒸汽甲烷重整装置、油气终端等资产就能继续运行足够长的时间，以便改造为蓝氢生产设施，而无需退役并新建资产，避免将排放锁定在未来。
其次，改造老旧资产基础以生产氢气，会使基础设施承受不同于原设计条件的运行工况。数字孪生软件可以证明氢气生产所需的运行工况是安全的。例如，数字孪生软件已证明，它可以帮助将炼油厂启动时间缩短六至十二小时。这在未来至关重要，因为从经济角度看，输送氢气最可行的方式是以气态输送，我们还需要证明现有管道能够安全地输送氢气。
通过降低可再生能源成本提升竞争力
绿氢在实现净零排放的转型中同样发挥着关键作用，未来几年产量预计将呈指数级增长。例如，印度刚刚批准了一项24亿美元补贴计划，旨在让本国企业成为这种气体的领先生产者、消费者和出口商。
实现净零排放需要大量可再生能源来生产足够的绿氢。国际能源署计算得出，到2027年，我们需要50GW专用于绿氢生产的可再生能源装机容量，相当于增长100倍。此外，还必须将这类可再生能源的成本降至具有竞争力的水平。
以浮式海上风电为例，这项技术具有巨大的增长潜力。浮式海上风电能够生产大量电力，不受水深或距海岸远近的限制。然而，目前这项技术所产电力的成本过高，作为绿氢的可再生能源来源尚不具备经济可行性。
在这方面，数字孪生可以通过四种主要方式发挥关键作用：
1. 帮助工程师设计成本更低、结构更精简的方案，从而降低浮式海上风电项目的初始成本。
2. 减少不确定性，使项目立即具备融资条件。
3. 让工程师开展主动式预测性维护，降低维护成本。
4. 建立数字反馈闭环，进一步降低下一代项目的成本。
例如，先进的数字孪生可用于设计更优的海上风电基础结构，使钢材重量最多减少30%，同时保持相同性能，从而大幅降低这些优化型风机的建造成本。
借助数字孪生保障净零未来
要在2050年前实现净零排放，我们必须启动所有可用的杠杆。氢能是其中一项杠杆，新一代数字孪生则是其中的支点。正如阿基米德的名言：“给我一个立足点、一根足够长的杠杆和一个支点，我就能撬动地球。”
