Vesinik on lihtsaim keemiline element : selle tuum koosneb ühest prootonist ja selle aatomil on ainult üks elektron. Dihüdrogeeni molekul (H2) koosneb kahest vesinikuaatomist.
Vesinikku kasutatakse tavaliselt divesiniku tähistamiseks.

1 kg vesiniku põletamine vabastab peaaegu 4 korda rohkem energiat kui 1 kg bensiini ja toodab ainult vett :

2H2 + O2 -> 2H2O

Vesinikku on Maa pinnal väga palju, kuid puhtas olekus seda ei eksisteeri. See on alati seotud teiste keemiliste elementidega molekulides nagu vesi ja süsivesinikud. Elusorganismid (loomsed või taimed) koosnevad ka vesinikust.
Biomass on seega veel üks potentsiaalne vesiniku allikas.

Vesiniku eraldamine nendest esmastest ressurssidest, nagu süsivesinikud, biomass ja vesi, nõuab energiasisendit.
Vesinik võib olla peaaegu ammendamatu, tingimusel et seda on võimalik toota piisavas koguses konkurentsivõimelise hinnaga ja vähese süsinikdioksiidiheitega energiast (tuumaenergia ja taastuvad energiaallikad).
Vesinikutehnoloogiad on tehnoloogiate kogum, mida uuritakse vesiniku tootmiseks, salvestamiseks ja energia saamiseks muundamiseks.

Vesiniku tootmiseks on mitmeid praeguseid viise, millest igaühel on oma eelised ja puudused kulude, energiatõhususe ja keskkonnamõju osas :

Vee elektrolüüs :
Vee elektrolüüs on protsess, mis kasutab elektrit vee (H2O) lagundamiseks vesinikuks (H2) ja hapnikuks (O2). Elektrolüüsi on kahte peamist tüüpi : leeliseline elektrolüüs ja prootonivahetusmembraani (PEM) elektrolüüs. Vee elektrolüüsi saab toita taastuvatest energiaallikatest, näiteks päikese- või tuuleenergiast toodetud elektriga, muutes selle keskkonnasõbralikuks vesiniku tootmise meetodiks.

Metaani auru reformimine :
Metaani aurureformimine on keemiline protsess, mille käigus kasutatakse vesiniku ja süsinikdioksiidi (CO2) tootmiseks metaani (CH4), tavaliselt maagaasi kujul. Seda protsessi kasutatakse keemiatööstuses tavaliselt laialdaselt vesiniku tootmiseks. Kuid see eraldab ka CO2, muutes selle vee elektrolüüsiga võrreldes vähem keskkonnasõbralikuks vesiniku tootmise meetodiks.

Biomassi gaasistamine :
Biomassi gaasistamine on protsess, mis muundab orgaanilise aine sünteesigaasiks, mida saab seejärel muundada vesinikuks. Selle meetodi puhul kasutatakse lähteainena põllumajandus-, metsandus- või olmejäätmeid, pakkudes seega võimalust toota vesinikku taastuvatest ja säästvatest allikatest.

Vee pürolüüs :
Vee pürolüüs on termokeemiline protsess, mis kasutab soojust vee lagundamiseks vesinikuks ja hapnikuks. Kuigi see meetod võib olla energiatõhususe seisukohast tõhus, nõuab see kõrgeid temperatuure ja eritingimusi, mis võivad selle rakendamise keerulisemaks muuta.

Päikese fotoelektrolüüs :
Päikese fotoelektrolüüs on vesiniku tootmise meetod, mis kasutab päikesepatareisid päikesevalguse muundamiseks elektriks, mida seejärel kasutatakse vee elektrolüüsi protsessi toiteks. See meetod kasutab päikeseenergiat taastuva elektrienergia allikana, kuid seda saab piirata päikesepatareide tõhususe ja sellega seotud kuludega.

Vesiniku salvestamine on aktiivne teadus- ja arendustegevuse valdkond tänu oma potentsiaalile puhta ja mitmekülgse energiakandjana. Siin on mõned praegused vesiniku salvestamise viisid :

Gaasi kokkusurumine :
Vesinikku võib hoida gaasilises vormis, mis on surutud kõrge rõhu all tugevdatud silindrilistes mahutites. Kõrgsurvemahutid võivad olla valmistatud terasest või komposiitmaterjalidest, et taluda kõrget rõhku. Vesiniku kokkusurumine kõrge rõhu all nõuab aga spetsiifilist taristut ja võib põhjustada energiakadusid.

Veeldamine :
Vesinikku saab jahutada ja vedeldada väga madalatele temperatuuridele (alla -253 kraadi Celsiuse järgi) suure energiatihedusega salvestamiseks. Vedelal kujul ladustamine vähendab vesiniku poolt hõivatud mahtu, kuid nõuab kalleid jahutusseadmeid ja märkimisväärseid energiakadusid veeldamisprotsessi ajal.

Adsorptsioon tahketele materjalidele :
Vesinikku saab adsorbeerida poorse struktuuriga tahketele materjalidele, nagu aktiivsüsi, tseoliidid, poorsed orgaanilised metallid (MOF) või orgaanilised-anorgaanilised hübriidmaterjalid. Nendel materjalidel on suur eripind ja need võivad adsorbeerida vesinikku mõõdukal rõhul ja ümbritseva õhu temperatuuril. Vesiniku adsorptsioon võib siiski olla pöörduv, kuid desorptsiooniks on vaja suurt rõhku.

Keemiline ladustamine :
Vesinikku võib säilitada keemiliste ühendite kujul, mis vabastavad selle lagunemisel. Näiteks võib vesinikku säilitada metallhüdriidide või orgaaniliste ühendite, näiteks orgaaniliste hüdriidide kujul. Vesiniku vabanemist võib käivitada kuumutamine, katalüüs või muud meetodid. Kuid keemilistel ladustamissüsteemidel võivad olla konkreetsed nõuded temperatuuri, rõhu ja materjali regenereerimise osas.

Maa-alune ladustamine :
Vesinikku saab ladustada maa all sobivates geoloogilistes formatsioonides, nagu soolalahused, looduslikud õõnsused või poorsed reservuaarid. Maa-alune ladustamine pakub suurt ladustamismahtu ning võib vähendada turva- ja infrastruktuuririske. See nõuab aga sobivaid geoloogilisi paiku ning ohutuid ja usaldusväärseid ladustamismeetodeid.

Vesinikul on oma ainulaadsete omaduste, sealhulgas mitmekülgsuse, taastuvatest energiaallikatest toodetud puhtuse ja kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamise potentsiaali tõttu lai valik rakendusi erinevates sektorites. Mõned vesiniku potentsiaalsed rakendused hõlmavad järgmist :

Keskkonnahoidlik liikuvus :
Vesiniksõidukid, nagu kütuseelemendiga autod, bussid, veoautod ja rongid, pakuvad puhast alternatiivi sisepõlemismootoriga sõidukitele. Nad toodavad elektrit, kombineerides vesinikku õhust saadava hapnikuga, tootes kõrvalsaadustena ainult vett ja soojust, vähendades õhusaasteainete ja kasvuhoonegaaside heitkoguseid.

Energia salvestamine :
Vesinikku saab kasutada suuremahulise energia salvestamise vahendina, sealhulgas vahelduvate taastuvate energiaallikate, näiteks päikese- ja tuuleenergia abil toodetud energia salvestamiseks. Üleliigset elektrit saab kasutada vesiniku tootmiseks vee elektrolüüsi teel ja seejärel salvestada hilisemaks kasutamiseks kütuse või energiaallikana.

Tööstustoodang :
Vesinikku kasutatakse keemiatööstuses laialdaselt ammoniaagi tootmiseks, mida kasutatakse väetiste valmistamiseks, samuti erinevate kemikaalide, sealhulgas metanooli, klooritud vesiniku ja süsivesinike tootmiseks. Seda võib kasutada ka redutseerijana terase ja muude metallide tootmisel.

Elektrienergia tootmine :
Vesinikkütuseelemente saab kasutada elektri tootmiseks puhtal ja tõhusal viisil nii statsionaarsete kui ka mobiilirakenduste jaoks. Neid kasutatakse äri- ja eluhoonetes elektrienergia varuallikana või esmase energiaallikana. Neid saab kasutada ka elektrivõrkude elektriga varustamiseks tippnõudluse perioodidel.

CElamute ja äripindade küte :
Vesinikku saab kasutada kütusena elamute ja äripindade kütmiseks, asendades maagaasi või kütteõli. Väljatöötamisel on vesinikukatlad, mis võiksid pakkuda hoonete kütmiseks madala süsinikusisaldusega alternatiivi.

Kosmoserakendused :
Kosmosetööstuses kasutatakse vesinikku kütusena kosmose kanderakettide liikumapanemiseks, eriti rakettide ülemistes etappides. Vedelat vesinikku kasutatakse sageli raketikütusena selle suure energiatiheduse ja puhta põlemise tõttu.