Waterstof is die eenvoudigste chemiese element : sy kern bestaan uit 'n enkele proton en sy atoom het slegs een elektron. Die molekule dihidrogeen (H2) bestaan uit twee waterstofatome.
Waterstof word algemeen gebruik om na dihidrogeen te verwys.

As u 1 kg waterstof verbrand, word byna 4 keer meer energie as 1 kg petrol vrygestel en slegs water geproduseer :

2H2 + O2 -> 2H2O

Waterstof is baie volop op die aardoppervlak, maar bestaan nie in sy suiwer toestand nie. Dit is altyd gebonde aan ander chemiese elemente, in molekules soos water en koolwaterstowwe. Lewende organismes (dier of plant) bestaan ook uit waterstof.
Biomassa is dus nog 'n potensiële bron van waterstof.

Om waterstof uit hierdie primêre hulpbronne soos koolwaterstowwe, biomassa en water te onttrek, benodig 'n energie-inset.
Waterstof kan byna onuitputlik wees, mits dit in voldoende hoeveelhede teen 'n mededingende koste en uit laekoolstofenergie (kern- en hernubare energie) geproduseer kan word.
Waterstoftegnologieë is die stel tegnologieë wat bestudeer word om waterstof te vervaardig, op te slaan en om te skakel vir energiedoeleindes.

Daar is verskeie huidige maniere om waterstof te produseer, elk met sy eie voor- en nadele in terme van koste, energiedoeltreffendheid, omgewingsimpak :

Water elektrolise :
Waterelektrolise is 'n proses wat elektrisiteit gebruik om water (H2O) in waterstof (H2) en suurstof (O2) af te breek. Daar is twee hooftipes elektrolise : alkaliese elektrolise en protonuitruilmembraan (PEM) elektrolise. Waterelektrolise kan aangedryf word deur elektrisiteit van hernubare bronne soos son- of windkrag, wat dit 'n omgewingsvriendelike metode van waterstofproduksie maak.

Metaan stoom hervorming :
Stoommetaanhervorming is 'n chemiese proses wat metaan (CH4), gewoonlik in die vorm van aardgas, gebruik om waterstof en koolstofdioksied (CO2) te produseer. Hierdie proses word algemeen op groot skaal in die chemiese industrie gebruik om waterstof te produseer. Dit gee egter ook CO2 uit, wat dit 'n minder omgewingsvriendelike metode van waterstofproduksie maak in vergelyking met waterelektrolise.

Biomassa vergassing :
Biomassa-vergassing is 'n proses wat organiese materiaal in syngas omskakel, wat dan in waterstof omgeskakel kan word. Hierdie metode gebruik landbou-, bosbou- of stedelike afval as 'n voedingsstof, wat die moontlikheid bied om waterstof uit hernubare en volhoubare bronne te produseer.

Waterpirolise :
Waterpirolise is 'n termochemiese proses wat hitte gebruik om water in waterstof en suurstof af te breek. Alhoewel hierdie metode doeltreffend kan wees in terme van energie-doeltreffendheid, vereis dit hoë temperature en spesifieke toestande, wat dit meer kompleks kan maak om te implementeer.

Sonfoto-elektrolise :
Sonfoto-elektrolise is 'n metode om waterstof te produseer wat sonselle gebruik om sonlig in elektrisiteit om te skakel, wat dan gebruik word om die waterelektroliseproses aan te dryf. Hierdie metode gebruik sonenergie as 'n hernubare bron van elektrisiteit, maar dit kan beperk word deur die doeltreffendheid van die sonselle en die gepaardgaande koste.

Waterstofberging is 'n aktiewe gebied van navorsing en ontwikkeling as gevolg van sy potensiaal as 'n skoon en veelsydige energiedraer. Hier is 'n paar van die huidige maniere om waterstof te stoor :

Gas kompressie :
Waterstof kan in gasvorm gestoor word, saamgepers teen hoë druk in versterkte silindriese tenks. Hoëdrukopgaartenks kan van staal of saamgestelde materiale gemaak word om hoë druk te weerstaan. Om waterstof teen hoë druk saam te pers, vereis egter spesifieke infrastruktuur en kan tot energieverliese lei.

Vervloeiing :
Waterstof kan afgekoel en vloeibaar gemaak word tot baie lae temperature (onder -253 grade Celsius) vir hoë-energie digtheid berging. Berging in vloeibare vorm verminder die volume wat deur waterstof beset word, maar vereis duur verkoelingstoerusting en aansienlike energieverliese tydens die vervloeiingsproses.

Adsorpsie op soliede materiale :
Waterstof kan geadsorbeer word op soliede materiale met 'n poreuse struktuur, soos geaktiveerde koolstowwe, zeoliete, poreuse organiese metale (MOF's), of organies-anorganiese hibriede materiale. Hierdie materiale het 'n groot spesifieke oppervlakte en kan waterstof adsorbeer teen matige druk en omgewingstemperature. Waterstofadsorpsie kan egter omkeerbaar wees, maar vereis hoë druk vir desorpsie.

Chemiese berging :
Waterstof kan gestoor word in die vorm van chemiese verbindings wat dit vrystel wanneer hulle afgebreek word. Waterstof kan byvoorbeeld in die vorm van metaalhidriede of organiese verbindings soos organiese hidriede gestoor word. Die vrystelling van waterstof kan veroorsaak word deur verhitting, katalise of ander metodes. Chemiese bergingstelsels kan egter spesifieke vereistes hê ten opsigte van temperatuur, druk en materiaalregenerasie.

Ondergrondse berging :
Waterstof kan ondergronds gestoor word in geskikte geologiese formasies soos soutwaterdraers, natuurlike holtes of poreuse reservoirs. Ondergrondse berging bied 'n groot bergingskapasiteit en kan sekuriteits- en infrastruktuurrisiko's verminder. Dit vereis egter geskikte geologiese terreine en veilige en betroubare bergingstegnieke.

Waterstof het 'n wye verskeidenheid potensiële toepassings in verskillende sektore as gevolg van sy unieke eienskappe, insluitend sy veelsydigheid, netheid wanneer dit uit hernubare energiebronne geproduseer word, en die potensiaal om kweekhuisgasvrystellings te verminder. Sommige van die potensiële toepassings van waterstof sluit in :

Skoon mobiliteit :
Waterstofvoertuie, soos brandstofselmotors, busse, vragmotors en treine, bied 'n skoon alternatief vir binnebrandenjinvoertuie. Hulle wek elektrisiteit op deur waterstof met suurstof uit die lug te kombineer, wat slegs water en hitte as neweprodukte opwek, wat die uitstoot van lugbesoedeling en kweekhuisgasse verminder.

Energie berging :
Waterstof kan gebruik word as 'n middel tot grootskaalse energieberging, insluitend om energie te stoor wat deur intermitterende hernubare bronne soos son- en windkrag geproduseer word. Oormaat elektrisiteit kan gebruik word om waterstof deur elektrolise van water te produseer en dan gestoor word vir latere gebruik as brandstof- of energiebron.

Industriële produksie :
Waterstof word wyd gebruik in die chemiese industrie vir die vervaardiging van ammoniak, wat gebruik word in die vervaardiging van kunsmis, sowel as in die vervaardiging van verskeie chemikalieë, insluitend metanol, gechloreerde waterstof en koolwaterstof. Dit kan ook gebruik word as 'n reduseermiddel in die vervaardiging van staal en ander metale.

Elektrisiteitsproduksie :
Waterstofbrandstofselle kan gebruik word om elektrisiteit op 'n skoon en doeltreffende manier op te wek, vir beide stilstaande en mobiele toepassings. Hulle word in kommersiële en residensiële geboue gebruik as 'n rugsteunbron van elektrisiteit of as 'n primêre bron van krag. Dit kan ook gebruik word om elektrisiteit aan kragnetwerke te verskaf gedurende spitsvraagperiodes.

CResidensiële en kommersiële verwarming :
Waterstof kan gebruik word as brandstof vir residensiële en kommersiële verwarming, wat aardgas of brandstofolie vervang. Waterstofketels word ontwikkel en kan 'n laekoolstof-alternatief bied vir die verhitting van geboue.

Ruimte toepassings :
In die ruimtebedryf word waterstof as brandstof gebruik om ruimtelanseervoertuie aan te dryf, veral in die boonste stadiums van vuurpyle. Vloeibare waterstof word dikwels as dryfmiddel gebruik as gevolg van sy hoë energiedigtheid en skoon verbranding.