Hidrogen adalah unsur kimia paling sederhana : nukleusnya terdiri dari proton tunggal dan atomnya hanya memiliki satu elektron. Molekul dihidrogen (H2) terdiri dari dua atom hidrogen.
Hidrogen umumnya digunakan untuk merujuk pada dihidrogen.

Membakar 1 kg hidrogen melepaskan energi hampir 4 kali lebih banyak daripada 1 kg bensin dan hanya menghasilkan air :

2H2 + O2 -> 2H2O

Hidrogen sangat melimpah di permukaan bumi tetapi tidak ada dalam keadaan murni. Itu selalu terikat dengan unsur-unsur kimia lainnya, dalam molekul seperti air dan hidrokarbon. Organisme hidup (hewan atau tumbuhan) juga terdiri dari hidrogen.
Oleh karena itu, biomassa merupakan sumber hidrogen potensial lainnya.

Mengekstraksi hidrogen dari sumber daya primer ini seperti hidrokarbon, biomassa dan air membutuhkan input energi.
Hidrogen bisa hampir tidak ada habisnya, asalkan dapat diproduksi dalam jumlah yang cukup dengan biaya yang kompetitif dan dari energi rendah karbon (nuklir dan terbarukan).
Teknologi hidrogen adalah seperangkat teknologi yang dipelajari untuk menghasilkan hidrogen, menyimpannya dan mengubahnya untuk keperluan energi.

Ada beberapa cara saat ini untuk menghasilkan hidrogen, masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri dalam hal biaya, efisiensi energi, dampak lingkungan :

Elektrolisis air :
Elektrolisis air adalah proses yang menggunakan listrik untuk memecah air (H2O) menjadi hidrogen (H2) dan oksigen (O2). Ada dua jenis utama elektrolisis : elektrolisis alkali dan elektrolisis proton exchange membrane (PEM). Elektrolisis air dapat didukung oleh listrik dari sumber terbarukan seperti tenaga surya atau angin, menjadikannya metode produksi hidrogen yang ramah lingkungan.

Reformasi uap metana :
Steam methane reforming adalah proses kimia yang menggunakan metana (CH4), biasanya dalam bentuk gas alam, untuk menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida (CO2). Proses ini umumnya digunakan dalam skala besar dalam industri kimia untuk menghasilkan hidrogen. Namun, ia juga memancarkan CO2, menjadikannya metode produksi hidrogen yang kurang ramah lingkungan dibandingkan dengan elektrolisis air.

Gasifikasi biomassa :
Gasifikasi biomassa adalah proses yang mengubah bahan organik menjadi syngas, yang kemudian dapat diubah menjadi hidrogen. Metode ini menggunakan limbah pertanian, kehutanan atau perkotaan sebagai bahan baku, sehingga menawarkan kemungkinan menghasilkan hidrogen dari sumber terbarukan dan berkelanjutan.

Pirolisis air :
Pirolisis air adalah proses termokimia yang menggunakan panas untuk memecah air menjadi hidrogen dan oksigen. Meskipun metode ini dapat efisien dalam hal efisiensi energi, metode ini membutuhkan suhu tinggi dan kondisi tertentu, yang dapat membuatnya lebih kompleks untuk diterapkan.

Fotoelektrolisis matahari :
Fotoelektrolisis surya adalah metode memproduksi hidrogen yang menggunakan sel surya untuk mengubah sinar matahari menjadi listrik, yang kemudian digunakan untuk menyalakan proses elektrolisis air. Metode ini menggunakan energi matahari sebagai sumber listrik terbarukan, tetapi dapat dibatasi oleh efisiensi sel surya dan biaya terkait.

Penyimpanan hidrogen adalah area aktif penelitian dan pengembangan karena potensinya sebagai pembawa energi bersih dan serbaguna. Berikut adalah beberapa cara saat ini untuk menyimpan hidrogen :

Kompresi gas :
Hidrogen dapat disimpan dalam bentuk gas yang dikompresi pada tekanan tinggi dalam tangki silinder yang diperkuat. Tangki penyimpanan bertekanan tinggi dapat dibuat dari baja atau material komposit untuk menahan tekanan tinggi. Namun, mengompresi hidrogen pada tekanan tinggi membutuhkan infrastruktur khusus dan dapat menyebabkan hilangnya energi.

Pencairan :
Hidrogen dapat didinginkan dan dicairkan hingga suhu yang sangat rendah (di bawah -253 derajat Celcius) untuk penyimpanan kepadatan energi tinggi. Penyimpanan dalam bentuk cair mengurangi volume yang ditempati oleh hidrogen, tetapi membutuhkan peralatan pendingin yang mahal dan kehilangan energi yang signifikan selama proses pencairan.

Adsorpsi pada bahan padat :
Hidrogen dapat diserap ke bahan padat dengan struktur berpori, seperti karbon aktif, zeolit, logam organik berpori (MOFs), atau bahan hibrida organik-anorganik. Bahan-bahan ini memiliki luas permukaan spesifik yang besar dan dapat menyerap hidrogen pada tekanan sedang dan suhu sekitar. Namun, adsorpsi hidrogen dapat reversibel tetapi membutuhkan tekanan tinggi untuk desorpsi.

Penyimpanan kimia :
Hidrogen dapat disimpan dalam bentuk senyawa kimia yang melepaskannya ketika mereka dipecah. Misalnya, hidrogen dapat disimpan dalam bentuk hidrida logam atau senyawa organik seperti hidrida organik. Pelepasan hidrogen dapat dipicu oleh pemanasan, katalisis, atau metode lainnya. Namun, sistem penyimpanan bahan kimia mungkin memiliki persyaratan khusus dalam hal suhu, tekanan, dan regenerasi material.

Penyimpanan bawah tanah :
Hidrogen dapat disimpan di bawah tanah dalam formasi geologi yang sesuai seperti akuifer garam, rongga alami, atau reservoir berpori. Penyimpanan bawah tanah menawarkan kapasitas penyimpanan yang besar dan dapat mengurangi risiko keamanan dan infrastruktur. Namun, ini membutuhkan situs geologi yang sesuai dan teknik penyimpanan yang aman dan andal.

Hidrogen memiliki berbagai aplikasi potensial di berbagai sektor karena karakteristiknya yang unik, termasuk fleksibilitasnya, kebersihan saat diproduksi dari sumber energi terbarukan, dan potensinya untuk mengurangi emisi gas rumah kaca. Beberapa aplikasi potensial hidrogen meliputi :

Mobilitas bersih :
Kendaraan hidrogen, seperti mobil sel bahan bakar, bus, truk, dan kereta api, menawarkan alternatif yang bersih untuk kendaraan mesin pembakaran internal. Mereka menghasilkan listrik dengan menggabungkan hidrogen dengan oksigen dari udara, hanya menghasilkan air dan panas sebagai produk sampingan, mengurangi emisi polutan udara dan gas rumah kaca.

Penyimpanan energi :
Hidrogen dapat digunakan sebagai sarana penyimpanan energi skala besar, termasuk untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh sumber terbarukan intermiten seperti tenaga surya dan angin. Kelebihan listrik dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen dengan elektrolisis air dan kemudian disimpan untuk kemudian digunakan sebagai bahan bakar atau sumber energi.

Produksi industri :
Hidrogen banyak digunakan dalam industri kimia untuk produksi amonia, digunakan dalam pembuatan pupuk, serta dalam produksi berbagai bahan kimia, termasuk metanol, hidrogen terklorinasi, dan hidrokarbon. Ini juga dapat digunakan sebagai zat pereduksi dalam produksi baja dan logam lainnya.

Produksi listrik :
Sel bahan bakar hidrogen dapat digunakan untuk menghasilkan listrik dengan cara yang bersih dan efisien, baik untuk aplikasi stasioner maupun mobile. Mereka digunakan dalam bangunan komersial dan perumahan sebagai sumber listrik cadangan atau sebagai sumber daya utama. Mereka juga dapat digunakan untuk memasok listrik ke jaringan listrik selama periode permintaan puncak.

CPemanasan perumahan dan komersial :
Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk pemanasan perumahan dan komersial, menggantikan gas alam atau bahan bakar minyak. Boiler hidrogen sedang dikembangkan dan dapat menawarkan alternatif rendah karbon untuk memanaskan bangunan.

Aplikasi luar angkasa :
Dalam industri luar angkasa, hidrogen digunakan sebagai bahan bakar untuk mendorong kendaraan peluncuran ruang angkasa, terutama di tahap atas roket. Hidrogen cair sering digunakan sebagai propelan karena kepadatan energinya yang tinggi dan pembakaran yang bersih.