以数字化和可持续发展推动工业转型

在2022汉诺威工业博览会上，Festo公司展示用于制造藻类产品的自动化生物反应器原型机。图片来源：本报记者 李山摄

　　【科技创新世界潮】

　　工业转型是2022汉诺威工业博览会的主旋律。鉴于当前的全球政经形势，人们正面临自工业化以来最大的转型——朝着资源节约、气候中和和可持续生产的方向发展。在这个过程中，数字化、自动化、创新技术和可再生能源生产，都是确保供应和增长安全，同时实现气候目标的动态驱动力。

　　加速绿氢经济发展

　　在欧洲的二氧化碳中性生产和能源安全方面，可再生能源发挥着关键作用，相关技术越来越受重视。在2022汉诺威工博会上，超过200家参展商致力于氢的主题，展示基于氢的可持续能源供应解决方案。为氢经济的加速发展提供了欧洲最大的平台。通过风能和太阳能大量生产可储存的绿氢，是成功实现快速能源转型的关键。

　　弗劳恩霍夫研究所使用所谓的“参考工厂”展示了如何降低氢气生产成本。该研究所利用数字孪生技术，绘制了氢气生产系统的必要元素。通过系统和深入的优化，包括全新的双极板多道次轧制工艺;插入微结构以延长使用寿命并提高电解槽的效率;开发用于分配电解槽内流体的集成组件的生产工艺;将数字喷墨印刷技术高效地用于催化剂涂层膜生产等，可将电解槽的成本降低四分之一。

　　GPJoule公司展示了德国最大的氢移动项目。该公司在德国北部石荷州的太阳能和风能公园附近建有5个生产绿氢的电解点和两个加氢站，运营着2辆氢燃料巴士和30辆氢动力汽车。该项目的重点在于建立模块化可扩展的氢气生产和销售网络，属于德国联邦交通部“氢能和燃料电池技术国家创新计划”的一部分。

　　西班牙的Iberdrola公司展示了目前为止欧洲最大的工业用氢气项目。这个投资1.5亿欧元的绿氢工厂由一个100兆瓦的光伏电站、一个存储容量为20兆瓦时的锂离子电池系统和20兆瓦的氢电解系统组成，每年可生产20万吨的绿氢。该公司承认目前仍处于开发绿氢的早期阶段，但预计未来生产成本能够迅速下降。Iberdrola计划到2030年获得90亿欧元的投资，目标是能够提供4吉瓦的电解能力。

　　工业生物化将成趋势

　　2022汉诺威工博会上，工业和制造自动化的领先企业Festo推出了带量子传感器的自动化生物反应器，展示了未来工业生物化的可能方法。藻类细胞利用叶绿体的光合作用将阳光、二氧化碳和水转化为氧气和化学能载体或有机材料。在具有适当传感器、控制技术和自动化的生物反应器中，藻类的效率可以提高到陆地植物的一百倍。因此，它们在气候中性循环经济方面具有相当大的潜力。

　　Festo将生物经济视为未来的经济体系，希望通过自动化技术大规模培养生物质。作为代谢过程的产物，藻类产生脂肪酸、色素和表面活性剂，可用作生产药品、食品、塑料或化妆品的原材料。Festo的生物反应器可用于自动培养藻类并控制其生长。其成熟的控制技术与最新的自动化组件可为微生物创造最佳的生长条件。整体充气概念可确保从空气中提取的二氧化碳均匀分布在循环生物流体中。

　　生物反应器的一个主要挑战是精确确定生物质的量。为此，Festo依靠初创公司Q.ANT的量子传感器来提供有关生物体生长的精确和实时信息。通过Festo的特殊微流体组件，量子传感器能够对单个细胞进行光学分析，从而可以精确确定生物质的量。研究人员还在人工智能的帮助下检查细胞的活力，优化生物反应器以繁殖藻类培养物，或以最少的能量输入维持预定的生长参数。

　　除了通过自动化和数字化优化实验设施外，Festo还与合作伙伴一起开发了一种自动分配器来改善单个酶的光合作用。所谓的人工光合作用为更有效地培养生物质提供了另一个有希望的前景。此外，Festo还在进行相关的合成生物学研究，希望通过直径约为90微米，包含所有必需的酶和生物催化剂的合成细胞，利用光来固定二氧化碳。

　　转型紧扣气候中和目标

　　汉诺威工业博览会为数字化和可持续发展提供了重要动力。在过去的十年中，工业4.0占据主导地位，即借助信息和通信技术实现工业机器和过程的智能联网。今天，一切都与二氧化碳中和生产有关，越来越多的公司为自己设定了雄心勃勃的目标，并正在完全转变他们的生产和服务。

　　会上，博世展示了智能能源管理和联网机器人如何使电池生产更加高效和可持续;SAP介绍了如何使用软件优化废物预防和排放管理;西门子展现了电动汽车制造商如何通过数字化和机器人技术实现其可持续发展目标。

　　人工智能领域，德国人工智能研究中心展示了工业和医学等领域的应用。医学图像处理方面，通过机器学习方法和深度学习网络，自动分析和识别医学图像和图像序列中的各种疾病模式、病变等。例如自动确定脑肿瘤的基本参数，为评估肿瘤的发展奠定基础。信号处理方面，以数据驱动的方式学习复杂的关系，能够进行手势识别、音频事件检测和睡眠分期评估等。海量数据有意识学习方面，可从记录的大量数据中预测患者未来的健康状况，帮助重症监护室的护士和医生有的放矢照顾病人。

　　机器人和自动化领域，住友重机械减速机公司用于机器人应用的Tuaka驱动器获得了2022汉诺威工博会赫尔墨斯奖。该产品的变速器、马达以及带安全功能的驱动器都是新的。结合传感器和热管理，它适用于服务机器人的高精度敏感应用以及与人的交互。