Водородът е най-простият химичен елемент : ядрото му се състои от един протон, а атомът му има само един електрон. Молекулата на диводорода (H2) се състои от два водородни атома.
Водородът обикновено се използва за обозначаване на диводород.

Изгарянето на 1 кг водород освобождава почти 4 пъти повече енергия от 1 кг бензин и произвежда само вода :

2Н2 + О2 -> 2Н2О

Водородът е много изобилен на повърхността на Земята, но не съществува в чисто състояние. Той винаги е свързан с други химични елементи, в молекули като вода и въглеводороди. Живите организми (животински или растителни) също са съставени от водород.
Следователно биомасата е друг потенциален източник на водород.

Извличането на водород от тези първични ресурси като въглеводороди, биомаса и вода изисква влагане на енергия.
Водородът може да бъде почти неизчерпаем, при условие че може да се произвежда в достатъчни количества на конкурентна цена и от нисковъглеродна енергия (ядрен

Експлоатация на атомна електроцентрала

Компонентите на атомна електроцентрала. Основните компоненти на атомната електроцентрала : Ядрен реактор :

а енергия и възобновяеми енергийни източници).
Водородните технологии са набор от технологии, изучавани за производство на водород, съхраняването му и преобразуването му за енергийни цели.

Има няколко текущи начина за производство на водород, всеки със своите предимства и недостатъци по отношение на разходите, енергийната ефективност, въздействието върху околната среда :

Водна електролиза :
Водната електролиза е процес, който използва електричество за разграждане на водата (H2O) на водород (H2) и кислород (O2). Има два основни вида електролиза : алкална електролиза и електролиза на протоннообменната мембрана (PEM). Водната електролиза може да се захранва с електричество от възобновяеми източници като слънчева или вятърна енергия, което я прави екологичен метод за производство на водород.

Реформиране с метанова пара :
Реформирането на парния метан е химичен процес, който използва метан (CH4), обикновено под формата на природен газ, за производство на водород и въглероден диоксид (CO2). Този процес обикновено се използва в голям мащаб в химическата промишленост за производство на водород. Той обаче отделя и CO2, което го прави по-малко екологичен метод за производство на водород в сравнение с водната електролиза.

Газификация на биомаса :
Газификацията на биомаса е процес, който превръща органичната материя в синтетичен газ, който след това може да се превърне във водород. Този метод използва селскостопански, горски или градски отпадъци като суровина, като по този начин предлага възможност за производство на водород от възобновяеми и устойчиви източници.

Водна пиролиза :
Водната пиролиза е термохимичен процес, който използва топлина за разграждане на водата на водород и кислород. Въпреки че този метод може да бъде ефективен по отношение на енергийната ефективност, той изисква високи температури и специфични условия, които могат да го направят по-сложен за изпълнение.

Слънчева фотоелектролиза :
Слънчевата фотоелектролиза е метод за производство на водород, който използва слънчеви клетки за преобразуване на слънчевата светлина в електричество, което след това се използва за захранване на процеса на електролиза на водата. Този метод използва слънчевата енергия като възобновяем източник на електроенергия, но може да бъде ограничен от ефективността на слънчевите клетки и свързаните с тях разходи.

Съхранението на водород е активна област на научноизследователска и развойна дейност поради потенциала си като чист и гъвкав енергиен носител. Ето някои от настоящите начини за съхранение на водород :

Компресия на газ :
Водородът може да се съхранява в газообразна форма, компресиран при високо налягане в подсилени цилиндрични резервоари. Резервоарите за съхранение под високо налягане могат да бъдат изработени от стомана или композитни материали, за да издържат на високо налягане. Компресирането на водород при високо налягане обаче изисква специфична инфраструктура и може да доведе до загуби на енергия.

Втечняване :
Водородът може да се охлажда и втечнява до много ниски температури (под -253 градуса по Целзий) за съхранение на висока енергийна плътност. Съхранението в течна форма намалява обема, зает от водорода, но изисква скъпо охлаждащо оборудване и значителни загуби на енергия по време на процеса на втечняване.

Адсорбция върху твърди материали :
Водородът може да се адсорбира върху твърди материали с пореста структура, като активен въглен, зеолити, порести органични метали (MOFs) или органично-неорганични хибридни материали. Тези материали имат голяма специфична повърхностна площ и могат да адсорбират водород при умерено налягане и температури на околната среда. Въпреки това, водородната адсорбция може да бъде обратима, но изисква високо налягане за десорбция.

Химическо съхранение :
Водородът може да се съхранява под формата на химични съединения, които го освобождават, когато се разградят. Например, водородът може да се съхранява под формата на метални хидриди или органични съединения като органични хидриди. Освобождаването на водород може да бъде предизвикано от нагряване, катализа или други методи. Въпреки това, системите за съхранение на химикали могат да имат специфични изисквания по отношение на температурата, налягането и регенерацията на материалите.

Подземно съхранение :
Водородът може да се съхранява под земята в подходящи геоложки формации като солени водоносни хоризонти, естествени кухини или порести резервоари. Подземното съхранение предлага голям капацитет за съхранение и може да намали рисковете за сигурността и инфраструктурата. Това обаче изисква подходящи геоложки обекти и безопасни и надеждни техники за съхранение.

Водородът има широк спектър от потенциални приложения в различни сектори поради уникалните си характеристики, включително неговата гъвкавост, чистота, когато се произвежда от възобновяеми енергийни източници, и потенциала му за намаляване на емисиите на парникови газове. Някои от потенциалните приложения на водорода включват :

Чиста мобилност :
Водородните превозни средства, като автомобили с горивни клетки, автобуси, камиони и влакове, предлагат чиста алтернатива на превозните средства с двигатели с вътрешно горене. Те генерират електричество чрез комбиниране на водород с кислород от въздуха, генерирайки само вода и топлина като странични продукти, намалявайки емисиите на замърсители на въздуха и парникови газове.

Съхранение на енергия :
Водородът може да се използва като средство за мащабно съхранение на енергия, включително за съхраняване на енергия, произведена от непостоянни възобновяеми източници като слънчева и вятърна енергия. Излишната електроенергия може да се използва за производство на водород чрез електролиза на вода и след това да се съхранява за по-късна употреба като гориво или енергиен източник.

Промишлено производство :
Водородът се използва широко в химическата промишленост за производство на амоняк, използван при производството на торове, както и в производството на различни химикали, включително метанол, хлориран водород и въглеводород. Може да се използва и като редуциращ агент при производството на стомана и други метали.

Производство на електроенергия :
Водородните горивни клетки могат да се използват за генериране на електроенергия по чист и ефективен начин, както за стационарни, така и за мобилни приложения. Те се използват в търговски и жилищни сгради като резервен източник на електроенергия или като основен източник на енергия. Те могат да се използват и за доставка на електроенергия за електрическите мрежи по време на пиковите периоди на потребление.

CЖилищно и търговско отопление :
Водородът може да се използва като гориво за битово и търговско отопление, замествайки природен газ или мазут. Разработват се водородни котли и биха могли да предложат нисковъглеродна алтернатива за отопление на сгради.

Космически приложения :
В космическата индустрия водородът се използва като гориво за задвижване на космически ракети-носители, особено в горните степени на ракетите. Течният водород често се използва като гориво поради високата си енергийна плътност и чистото изгаряне.