Hidrogen ən sadə kimyəvi elementdir : onun nüvəsi bir protondan, atomu isə yalnız bir elektrondan ibarətdir. Dihidrogenin (H2) molekulu iki hidrogen atomdan ibarətdir.
Hidrogen adətən dihidrogenə aid edilir.

1 kq hidrogenin yanması 1 kq benzindən demək olar ki, 4 dəfə çox enerji buraxır və yalnız su istehsal edir :

2H2 + O2 -> 2H2O

Hidrogen Yer səthində çox bol olsa da, onun təmiz vəziyyətində mövcud deyil. O, həmişə digər kimyəvi elementlərlə, su və hidrokarbonatlar kimi molekullarda bağlıdır. Canlı orqanizmlər (heyvan və ya bitki) də hidrogendən ibarətdir.
Buna görə də biomass digər potensial hidrogen mənbəyidir.

Hidrokarbonatlar, biomass və su kimi bu əsas resurslardan hidrogenin çıxarılması üçün enerji girişi tələb olunur.
Hidrogen, rəqabət bahasına və az karbonlu enerjidən (nüvə və bərpa olunanlar) kifayət qədər miqdarda istehsal edilə bilməsi şərtilə, demək olar ki, tükənməz ola bilər.
Hidrogen texnologiyaları hidrogenin istehsalı, saxlanması və enerji məqsədləri üçün çevrilməsi üçün tədqiq olunan texnologiyalar dəstidir.

Hidrogenin istehsalının bir neçə aktual üsulu var. Onların hər biri xərc, enerji səmərəliliyi, ətraf mühitə təsir baxımından öz üstünlükləri və mənfi cəhətləri ilə fərqlənir :

Su elektrolizi :
Su elektroliz – elektrik enerjisindən istifadə edərək suyu (H2O) hidrogen (H2) və oksigeni (O2) parçalayır. Elektrolizin iki əsas növü var : alkil elektroliz və proton mübadiləsi membran (PEM) elektrolizi. Su elektrolizləri günəş və ya külək enerjisi kimi bərpa olunan mənbələrdən elektrik enerjisi ilə elektrik enerjisi ilə elektrik enerjisi ilə əldə edilə bilər ki, bu da onu hidrogen istehsalının ətraf mühitə münasib metoduna çevirir.

Metan buxarı islahatı :
Buxar metan reforması - metan (CH4), adətən təbii qaz şəklində, hidrogen və karbon qazı (CO2) hasil etmək üçün istifadə olunan kimyəvi prosesdir. Bu proses əsasən kimya sənayesində hidrogenin istehsalı üçün böyük miqyasda istifadə olunur. Bununla belə, o, CO2-ni də emal edir və bu, su elektrolizinə nisbətən hidrogen istehsalının ətraf mühitə daha az münasib üsuludur.

Biomass qazlaşdırma :
Biomass qazlaşdırma - üzvi maddələri sinqasa çevirən prosesdir. Sonra onu hidrogenə çevirmək mümkündür. Bu metodla kənd təsərrüfatı, meşə və ya şəhər tullantıları yem kimi istifadə olunur. Bununla da, bərpa olunan və davamlı mənbələrdən hidrogen istehsal etmək imkanı təklif olunur.

Su pirolizi :
Su pirolizi termokimyəvi prosesdir ki, istidən istifadə edərək suyu hidrogen və oksigenə parçalayır. Bu metod enerji səmərəliliyi baxımından səmərəli ola bilsə də, yüksək temperatur və spesifik şərtlər tələb edir. Bu metod tətbiq edilməsini daha mürəkkəb edə bilər.

Günəş fotoelektrolizi :
Günəş fotoelektrolizi günəş işığını elektrik enerjisinə çevirmək üçün günəş hüceyrələrindən istifadə edən hidrogenin əmələ gətirən üsuludur. Bu metoddan sonra suyun elektroliz prosesini elektrikləşdirmək üçün istifadə edilir. Bu metod günəş enerjisindən elektrik enerjisinin bərpa olunan mənbəyi kimi istifadə edir, lakin günəş hüceyrələrinin effektivliyi və bununla bağlı xərclərlə məhdudlana bilər.

Hidrogenin saxlanması təmiz və çox yönlü enerji daşıyıcısı kimi potensialına görə tədqiqat və inkişafın aktiv sahəsidir. Hidrogenin saxlanmasının müasir üsulları aşağıdakılardır :

Qazın sıxılması :
Hidrogeni möhkəmləndirilmiş silindrik çənlərdə yüksək təzyiqdə sıxılmış qaz şəklində saxlamaq olar. Yüksək təzyiqli anbarlar yüksək təzyiqlərə tab gətirmək üçün polad və ya kompozit materiallardan hazırlana bilər. Lakin yüksək təzyiqlərdə hidrogenin sıxılması spesifik infrastruktur tələb edir və enerji itkilərinə gətirib çıxara bilər.

Liquefaction :
Yüksək enerji sıxlığının saxlanması üçün hidrogeni çox aşağı temperaturlara (aşağı -253 dərəcə selsi) soyutmaq və mayeləmək olar. Maye formada saxlanılması hidrogenin tutduğu həcmi azaldır, lakin mayeləşmə prosesi zamanı bahalı soyutma avadanlıqları və əhəmiyyətli enerji itkiləri tələb edir.

Bərk materiallar üzərində adsorbsiya :
Hidrogen, aktivləşdirilmiş karbonlar, zeolitlər, porsuq üzvi metallar (MOF) və ya üzvi-qeyri-üzvi hibrid materiallar kimi porsuq quruluşa malik bərk materiallara adsorbsiya edilə bilər. Bu materiallar böyük spesifik səth sahəsinə malik olub, orta təzyiq və ətraf temperaturda hidrogeni adsorb edə bilir. Lakin hidrogenin adsorbsiyası əksinə ola bilər, lakin dezorbsiya üçün yüksək təzyiq tələb olunur.

Kimyəvi saxlama :
Hidrogen parçalandıqda onu buraxan kimyəvi birləşmələr şəklində saxlanıla bilər. Məsələn, hidrogen metal hidridlər və ya üzvi hidridlər kimi üzvi birləşmələr şəklində saxlanıla bilər. Hidrogenin buraxılması istilik, kataliz və ya digər üsullarla baş verə bilər. Lakin kimyəvi saxlama sistemlərində temperatur, təzyiq və material regenerasiyası baxımından spesifik tələblər ola bilər.

Yeraltı anbar :
Hidrogen yeraltında duzlu su anbarları, təbii boşluqlar və ya porsuq su anbarları kimi müvafiq geoloji formasiyalarda saxlanıla bilər. Yeraltı anbarlar böyük saxlama qabiliyyəti təklif edir, təhlükəsizlik və infrastruktur risklərini azalda bilər. Lakin bunun üçün müvafiq geoloji yerlər və təhlükəsiz və etibarlı saxlanma üsulları tələb olunur.

Hidrogenin özünəməxsus xüsusiyyətləri, o cümlədən, çoxala bilməsi, bərpa olunan enerji mənbələrindən istehsal olunan zaman təmizliyi və istixana qazlarının emalını azaltmaq potensialına görə müxtəlif sektorlarda geniş potensial tətbiq sahələri var. Hidrogenin potensial tətbiqlərindən bəziləri aşağıdakılardır :

Təmiz hərəkətlilik :
Yanacaq hücrəsi maşınları, avtobuslar, yük maşınları və qatarlar kimi hidrogen avtomobilləri daxili yanma mühərrikli avtomobillərə təmiz alternativ təklif edir. Onlar havadan gələn oksigenlə hidrogeni birləşdirərək elektrik enerjisi istehsal edir, yalnız su və istilik by-məhsul kimi əmələ gətirir, hava çirkləndiricilərinin və istixana qazlarının emalını azaldırlar.

Enerji nəqli :
Hidrogen böyük həcmli enerjinin saxlanması vasitəsi kimi istifadə oluna bilər, o cümlədən günəş və külək enerjisi kimi ara-sıra bərpa olunan mənbələrin istehsal etdiyi enerjini saxlamaq üçün. Həddindən artıq elektrik enerjisindən suyun elektrolizi ilə hidrogen istehsal etmək, sonra isə yanacaq və ya enerji mənbəyi kimi sonradan istifadə üçün saxlamaq olar.

sənaye istehsalı :
Hidrogen kimyəvi sənayedə ammonyak istehsalı üçün geniş istifadə olunur, gübrələrin istehsalında, həmçinin müxtəlif kimyəvi maddələrin, o cümlədən metanol, xlorlaşdırılmış hidrogen və hidrokarbonatların istehsalında istifadə olunur. Həmçinin polad və digər metalların istehsalında azaldan agent kimi istifadə oluna bilər.

Elektrik enerjisi istehsalı :
Hidrogen yanacaq hüceyrələri həm stasionar, həm də mobil tətbiqlər üçün elektrik enerjisinin təmiz və səmərəli şəkildə hasil edilməsi üçün istifadə edilə bilər. Onlar kommersiya və yaşayış binalarında elektrik enerjisinin arxa mənbəyi və ya əsas elektrik mənbəyi kimi istifadə olunur. Onlar həmçinin ən yüksək tələbat dövründə elektrik şəbəkələrinə elektrik enerjisi vermək üçün də istifadə oluna bilər.

CYaşayış və kommersiya istilik sistemi :
Hidrogen yaşayış və kommersiya istiliyi üçün yanacaq kimi istifadə oluna bilər, təbii qaz və ya yanacaq yağı əvəz edir. Hidrogen qaynaqları hazırlanır və istilik binaları üçün az karbonlu alternativ təklif edə bilər.

Boşluq tətbiqləri :
Kosmik sənayedə hidrogen, xüsusilə raketlərin yuxarı mərhələlərində, kosmosa buraxılış avtomobillərini irəli aparmaq üçün yanacaq kimi istifadə olunur. Yüksək enerji sıxlığı və təmiz yanma səbəbindən maye hidrogen tez-tez propellant kimi istifadə olunur.