હાઇડ્રોજન એ સૌથી સરળ રાસાયણિક તત્વ છે : તેના ન્યુક્લિયસમાં એક જ પ્રોટોન હોય છે અને તેના અણુમાં માત્ર એક જ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. ડાયહાઇડ્રોજન (H2)નો અણુ હાઇડ્રોજનના બે અણુઓનો બનેલો છે.
ડાયહાઇડ્રોજનના સંદર્ભમાં સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ થાય છે.

1 કિલો હાઇડ્રોજન બાળવાથી 1 કિલો ગેસોલિન કરતાં ચાર ગણી વધારે ઊર્જા મળે છે અને તેમાંથી માત્ર પાણી જ પેદા થાય છે.

2H2 + O2 -> 2H2O

પૃથ્વીની સપાટી પર હાઇડ્રોજન વિપુલ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે પરંતુ તેની શુદ્ધ અવસ્થામાં તેનું અસ્તિત્વ નથી. પાણી અને હાઇડ્રોકાર્બન જેવા અણુઓમાં તે હંમેશાં અન્ય રાસાયણિક તત્ત્વો સાથે બંધાયેલું હોય છે. સજીવ સજીવો (પ્રાણી કે વનસ્પતિ) પણ હાઇડ્રોજનના બનેલા હોય છે.
આથી બાયોમાસ એ હાઇડ્રોજનનો અન્ય સંભવિત સ્ત્રોત છે.

હાઇડ્રોકાર્બન, બાયોમાસ અને પાણી જેવા આ પ્રાથમિક સંસાધનોમાંથી હાઇડ્રોજન કાઢવા માટે ઊર્જા ઇનપુટની જરૂર પડે છે.
હાઇડ્રોજન લગભગ અખૂટ હોઈ શકે છે, જો કે તેનું ઉત્પાદન સ્પર્ધાત્મક કિંમતે અને નીચા-કાર્બન ઊર્જા (પરમાણુ અને નવીનીકરણીય) માંથી પૂરતા પ્રમાણમાં થઈ શકે છે.
હાઇડ્રોજન તકનીકો એ હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા, તેનો સંગ્રહ કરવા અને તેને ઊર્જાના હેતુઓ માટે રૂપાંતરિત કરવા માટે અભ્યાસ કરવામાં આવતી તકનીકોનો સમૂહ છે.

હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવાની ઘણી વર્તમાન રીતો છે, જે ખર્ચ, ઊર્જા કાર્યક્ષમતા, પર્યાવરણીય અસરના સંદર્ભમાં તેના પોતાના ફાયદા અને ગેરફાયદા ધરાવે છે.

પાણીનું વિદ્યુત

જંગલમાં

વિભાજન :
જળ વિદ્યુત

જંગલમાં

વિચ્છેદન-વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ એક એવી પ્રક્રિયા છે જે વિદ્યુત

જંગલમાં

નો ઉપયોગ પાણી (H2O)ને હાઇડ્રોજન (H2) અને ઓક્સિજન (O2)માં વિભાજીત કરવા માટે કરે છે. વિદ્યુત

જંગલમાં

વિચ્છેદન-વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના મુખ્ય બે પ્રકાર છે : આલ્કલાઇન વિદ્યુત

જંગલમાં

વિભાજન અને પ્રોટોન વિનિમય પટલ (પીઇએમ) વિદ્યુત

જંગલમાં

વિભાજન. જળ વિદ્યુત

જંગલમાં

વિચ્છેદન-વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ સૌર અથવા પવન ઊર્જા જેવા પુનઃપ્રાપ્ય સ્ત્રોતોમાંથી મળતી વીજળી દ્વારા સંચાલિત થઈ શકે છે, જે તેને હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિ બનાવે છે.

મિથેન વરાળમાં સુધારો :
વરાળ મિથેન સુધારણા એ એક રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે જે સામાન્ય રીતે કુદરતી વાયુના સ્વરૂપમાં મિથેન (CH4) નો ઉપયોગ કરીને હાઇડ્રોજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) ઉત્પન્ન કરે છે. આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે મોટા પાયે થાય છે. જો કે, તે CO2નું ઉત્સર્જન પણ કરે છે, જે તેને પાણીના વિદ્યુત

જંગલમાં

વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની તુલનામાં હાઇડ્રોજન ઉત્પાદનની ઓછી પર્યાવરણને અનુકૂળ પદ્ધતિ બનાવે છે.

બાયોમાસ ગેસિફિકેશન :
બાયોમાસ ગેસિફિકેશન એ એક પ્રક્રિયા છે જે કાર્બનિક પદાર્થોને સિન્ગેસમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેને પછીથી હાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. આ પદ્ધતિ કૃષિ, વનીકરણ અથવા શહેરી કચરાનો ફીડસ્ટોક તરીકે ઉપયોગ કરે છે, આમ નવીનીકરણીય અને ટકાઉ સ્ત્રોતોમાંથી હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવાની શક્યતા પૂરી પાડે છે.

વોટર પાયરોલિસિસ :
વોટર પાયરોલિસિસ એ થર્મોકેમિકલ પ્રક્રિયા છે જે પાણીને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિભાજીત કરવા માટે ગરમીનો ઉપયોગ કરે છે. ઊર્જા કાર્યક્ષમતાની દ્રષ્ટિએ આ પદ્ધતિ કાર્યક્ષમ બની શકે છે, પરંતુ તેમાં ઊંચા તાપમાન અને વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓની જરૂર પડે છે, જે તેને અમલમાં મૂકવા માટે વધુ જટિલ બનાવી શકે છે.

Solar ફોટોઇલેક્ટ્રોલિસિસ :
સૌર ફોટોઇલેક્ટ્રોલિસિસ હાઇડ્રોજન બનાવવાની એક પદ્ધતિ છે જે સૂર્યપ્રકાશને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સૌર કોષોનો ઉપયોગ કરે છે, જેનો ઉપયોગ પછી પાણીના વિદ્યુત

જંગલમાં

વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પ્રક્રિયાને શક્તિ આપવા માટે થાય છે. આ પદ્ધતિ સૌર ઊર્જાનો ઉપયોગ વીજળીના પુનઃપ્રાપ્ય સ્ત્રોત તરીકે કરે છે, પરંતુ સૌર કોષોની કાર્યક્ષમતા અને તેની સાથે સંકળાયેલા ખર્ચને કારણે તેને મર્યાદિત કરી શકાય છે.

સ્વચ્છ અને બહુમુખી ઊર્જા વાહક તરીકેની તેની સંભવિતતાને કારણે હાઇડ્રોજન સંગ્રહ એ સંશોધન અને વિકાસનું સક્રિય ક્ષેત્ર છે. અહીં હાઇડ્રોજનનો સંગ્રહ કરવાની કેટલીક વર્તમાન રીતો આપવામાં આવી છે :

ગેસ સંકોચન :
પ્રબલિત નળાકાર ટાંકીમાં ઊંચા દબાણે સંકોચાયેલા વાયુ સ્વરૂપે હાઇડ્રોજનનો સંગ્રહ કરી શકાય છે. ઊંચા દબાણનો સામનો કરવા માટે ઊંચા દબાણવાળી સ્ટોરેજ ટેન્ક્સ સ્ટીલ અથવા સંમિશ્રિત પદાર્થોમાંથી બનાવી શકાય છે. જો કે ઊંચા દબાણે હાઇડ્રોજનને કોમ્પ્રેસ કરવા માટે ચોક્કસ ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરની જરૂર પડે છે અને તેનાથી ઊર્જાનું નુકસાન થઇ શકે છે.

પ્રવાહીકરણ :
ઉચ્ચ-ઊર્જા ઘનતા સંગ્રહ માટે હાઇડ્રોજનને ખૂબ જ નીચા તાપમાને (-253 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચે) સુધી ઠંડો પાડી શકાય છે અને પ્રવાહીકૃત કરી શકાય છે. પ્રવાહી સ્વરૂપે સંગ્રહ કરવાથી હાઇડ્રોજન દ્વારા કબજે કરવામાં આવતા જથ્થામાં ઘટાડો થાય છે, પરંતુ તેને મોંઘા કુલિંગ ઉપકરણો અને પ્રવાહીકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઊર્જામાં નોંધપાત્ર નુકસાનની જરૂર પડે છે.

ઘન પદાર્થો પર શોષણ :
સક્રિય કાર્બન્સ, ઝીયોલાઇટ્સ, છિદ્રાળુ કાર્બનિક ધાતુઓ (એમઓએફ) અથવા કાર્બનિક-અકાર્બનિક સંકર પદાર્થો જેવા છિદ્રાળુ માળખા સાથેના ઘન પદાર્થો પર હાઇડ્રોજનને શોષી શકાય છે. આ પદાર્થો વિશાળ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર ધરાવે છે અને મધ્યમ દબાણે અને આસપાસના તાપમાને હાઇડ્રોજનને શોષી શકે છે. જો કે, હાઇડ્રોજનનું શોષણ ઉલટાવી શકાય તેવું હોઇ શકે છે પરંતુ અપશોષણ માટે ઊંચા દબાણની જરૂર પડે છે.

રાસાયણિક સંગ્રહ :
હાઇડ્રોજનને રાસાયણિક સંયોજનોના સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત કરી શકાય છે જે જ્યારે તે તૂટી જાય છે ત્યારે તેને મુક્ત કરે છે. દાખલા તરીકે, હાઇડ્રોજનને ધાતુના હાઇડ્રાઇડ અથવા કાર્બનિક હાઇડ્રાઇડ જેવા કાર્બનિક સંયોજનોના સ્વરૂપમાં સંગ્રહિત કરી શકાય છે. હાઇડ્રોજનના સ્ત્રાવને ગરમી, કેટાલિસિસ અથવા અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા ઉત્તેજિત કરી શકાય છે. જો કે, રાસાયણિક સંગ્રહ પ્રણાલીઓ તાપમાન, દબાણ અને સામગ્રીના પુનર્જીવનની દ્રષ્ટિએ ચોક્કસ જરૂરિયાતો ધરાવી શકે છે.

ભૂગર્ભ સંગ્રહ :
હાઇડ્રોજનને યોગ્ય ભૌગોલિક રચનાઓ જેમ કે ખારાશવાળા જળચર, કુદરતી છિદ્રો અથવા છિદ્રાળુ જળાશયોમાં ભૂગર્ભમાં સંગ્રહિત કરી શકાય છે. ભૂગર્ભ સંગ્રહ મોટી સંગ્રહ ક્ષમતા પ્રદાન કરે છે અને સુરક્ષા અને માળખાગત જોખમોને ઘટાડી શકે છે. જો કે, આ માટે યોગ્ય ભૌગોલિક સ્થળો અને સલામત અને વિશ્વસનીય સંગ્રહ તકનીકોની જરૂર પડે છે.

હાઇડ્રોજન તેની વિશિષ્ટ લાક્ષણિકતાઓને કારણે વિવિધ ક્ષેત્રોમાં સંભવિત ઉપયોગોની વિશાળ શ્રેણી ધરાવે છે, જેમાં તેની વૈવિધ્યતા, પુનઃપ્રાપ્ય ઊર્જા સ્ત્રોતોમાંથી ઉત્પાદન થાય ત્યારે સ્વચ્છતા અને ગ્રીનહાઉસ ગેસના ઉત્સર્જનમાં ઘટાડો કરવાની તેની ક્ષમતાનો સમાવેશ થાય છે. હાઇડ્રોજનના કેટલાક સંભવિત ઉપયોગોમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ

સ્વચ્છ ગતિશીલતા :
હાઇડ્રોજન વાહનો, જેમ કે ફ્યુઅલ સેલ કાર, બસ, ટ્રક અને ટ્રેન, આંતરિક કમ્બશન એન્જિન વાહનો માટે સ્વચ્છ વિકલ્પ પૂરો પાડે છે. તેઓ હવામાંથી હાઇડ્રોજનને ઓક્સિજન સાથે જોડીને વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે, આડપેદાશ તરીકે માત્ર પાણી અને ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, હવાના પ્રદૂષકો અને ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના ઉત્સર્જનમાં ઘટાડો કરે છે.

ઊર્જા સંગ્રહ :
હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ મોટા પાયે ઊર્જા સંગ્રહના સાધન તરીકે થઈ શકે છે, જેમાં સૌર અને પવન ઊર્જા જેવા તૂટક તૂટક નવીનીકરણીય સ્ત્રોતો દ્વારા ઉત્પાદિત ઊર્જાનો સંગ્રહ કરવાનો પણ સમાવેશ થાય છે. વધારાની વીજળીનો ઉપયોગ પાણીના વિદ્યુત

જંગલમાં

વિચ્છેદન દ્વારા હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે થઈ શકે છે અને પછી બળતણ અથવા ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે પાછળથી ઉપયોગ માટે સંગ્રહિત કરી શકાય છે.

ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન :
રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં એમોનિયાના ઉત્પાદન માટે હાઇડ્રોજનનો બહોળા પ્રમાણમાં ઉપયોગ થાય છે, જેનો ઉપયોગ ખાતરના ઉત્પાદનમાં થાય છે, તેમજ મિથેનોલ, ક્લોરિનેટેડ હાઇડ્રોજન અને હાઇડ્રોકાર્બન સહિતના વિવિધ રસાયણોના ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે. સ્ટીલ અને અન્ય ધાતુઓના ઉત્પાદનમાં રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે પણ તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

વિદ્યુત

જંગલમાં

ઉત્પાદન :
સ્થિર અને મોબાઇલ એમ બંને પ્રકારના ઉપયોગો માટે સ્વચ્છ અને કાર્યક્ષમ રીતે વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે હાઇડ્રોજન ઇંધણ કોષોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. તેનો ઉપયોગ વ્યવસાયિક અને રહેણાંક ઇમારતોમાં વીજળીના બેકઅપ સ્રોત તરીકે અથવા શક્તિના પ્રાથમિક સ્રોત તરીકે થાય છે. તેમનો ઉપયોગ પીક ડિમાન્ડના સમયગાળા દરમિયાન પાવર ગ્રીડને વીજળી પહોંચાડવા માટે પણ થઈ શકે છે.

Cરેસિડેન્શિયલ અને કોમર્શિયલ હીટિંગઃ
કુદરતી ગેસ અથવા બળતણના તેલના સ્થાને હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ રહેણાંક અને વાણિજ્યિક હીટિંગના બળતણ તરીકે થઈ શકે છે. હાઇડ્રોજન બોઇલર વિકસાવવામાં આવી રહ્યા છે અને તે ઇમારતોને ગરમ કરવા માટે નીચા-કાર્બનનો વિકલ્પ આપી શકે છે.

જગ્યા કાર્યક્રમો :
અવકાશ ઉદ્યોગમાં, હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ અવકાશ પ્રક્ષેપણ યાનને આગળ ધપાવવા માટે બળતણ તરીકે થાય છે, ખાસ કરીને રોકેટના ઉપરના તબક્કામાં. પ્રવાહી હાઇડ્રોજન તેની ઊંચી ઊર્જા ઘનતા અને સ્વચ્છ દહનને કારણે ઘણીવાર પ્રોપેલેન્ટ તરીકે વપરાય છે.