Vandenilis yra paprasčiausias cheminis elementas : jo branduolys susideda iš vieno protono, o jo atomas turi tik vieną elektroną. Dihidrogeno (H2) molekulę sudaro du vandenilio atomai.
Vandenilis paprastai vartojamas kalbant apie dihidrogeną.

Deginant 1 kg vandenilio išsiskiria beveik 4 kartus daugiau energijos nei 1 kg benzino ir gaminamas tik vanduo :

2H2 + O2 -> 2H2O

Vandenilio žemės paviršiuje labai gausu, tačiau grynoje būsenoje jo nėra. Jis visada yra susietas su kitais cheminiais elementais molekulėse, tokiose kaip vanduo ir angliavandeniliai. Gyvi organizmai (gyvūnai ar augalai) taip pat susideda iš vandenilio.
Todėl biomasė yra dar vienas galimas vandenilio šaltinis.

Norint išgauti vandenilį iš šių pirminių išteklių, pvz., angliavandenilių, biomasės ir vandens, reikia energijos sąnaudų.
Vandenilis galėtų būti beveik neišsenkantis, jei jį būtų galima pagaminti pakankamu kiekiu konkurencingomis kainomis ir iš mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančios energijos (branduolinės energijos ir atsinaujinančiųjų energijos išteklių).
Vandenilio technologijos yra technologijų rinkinys, skirtas vandeniliui gaminti, saugoti ir konvertuoti energijos tikslais.

Yra keletas dabartinių vandenilio gamybos būdų, kurių kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų, susijusių su sąnaudomis, energijos vartojimo efektyvumu, poveikiu aplinkai :

Vandens elektrolizė :
Vandens elektrolizė yra procesas, kurio metu elektros energija suskaidoma vandeniui (H2O) suskaidyti į vandenilį (H2) ir deguonį (O2). Yra du pagrindiniai elektrolizės tipai : šarminė elektrolizė ir protonų mainų membranos (PEM) elektrolizė. Vandens elektrolizė gali būti varoma elektros energija iš atsinaujinančių šaltinių, tokių kaip saulės ar vėjo energija, todėl tai yra ekologiškas vandenilio gamybos būdas.

Metano garų riformingas :
Garinis metano riformingas yra cheminis procesas, kurio metu vandeniliui ir anglies dioksidui (CO2) gaminti naudojamas metanas (CH4), paprastai gamtinių dujų pavidalu. Šis procesas paprastai naudojamas dideliu mastu chemijos pramonėje vandenilio gamybai. Tačiau jis taip pat išskiria CO2, todėl tai yra mažiau ekologiškas vandenilio gamybos būdas, palyginti su vandens elektrolize.

Biomasės dujinimas :
Biomasės dujinimas yra procesas, kurio metu organinės medžiagos paverčiamos sintezės dujomis, kurios vėliau gali būti paverstos vandeniliu. Pagal šį metodą kaip žaliava naudojamos žemės ūkio, miškininkystės ar miesto atliekos, taip suteikiant galimybę gaminti vandenilį iš atsinaujinančiųjų ir tvarių šaltinių.

Vandens pirolizė :
Vandens pirolizė yra termocheminis procesas, kurio metu šiluma naudojama vandeniui suskaidyti į vandenilį ir deguonį. Nors šis metodas gali būti efektyvus energijos vartojimo efektyvumo požiūriu, jam reikia aukštos temperatūros ir specifinių sąlygų, todėl jį įgyvendinti gali būti sudėtingiau.

Saulės fotoelektrolizė :
Saulės fotoelektrolizė yra vandenilio gamybos metodas, kuris naudoja saulės elementus, kad saulės šviesą paverstų elektros energija, kuri vėliau naudojama vandens elektrolizės procesui maitinti. Šis metodas naudoja saulės energiją kaip atsinaujinantį elektros energijos šaltinį, tačiau jį gali riboti saulės elementų efektyvumas ir susijusios išlaidos.

Vandenilio saugojimas yra aktyvi mokslinių tyrimų ir plėtros sritis, nes jis gali būti švarus ir universalus energijos nešiklis. Štai keletas dabartinių vandenilio laikymo būdų :

Dujų suspaudimas :
Vandenilis gali būti laikomas dujinėje formoje, suspaustoje aukštu slėgiu sustiprintose cilindrinėse talpyklose. Aukšto slėgio talpyklos gali būti pagamintos iš plieno arba kompozicinių medžiagų, kad atlaikytų aukštą slėgį. Tačiau norint suspausti vandenilį esant aukštam slėgiui, reikia specialios infrastruktūros ir tai gali lemti energijos nuostolius.

Suskystinimo :
Vandenilis gali būti aušinamas ir suskystintas iki labai žemos temperatūros (žemiau -253 laipsnių Celsijaus), kad būtų galima saugoti didelį energijos tankį. Sandėliavimas skystoje formoje sumažina vandenilio užimamą tūrį, tačiau skystinimo proceso metu reikalauja brangios aušinimo įrangos ir didelių energijos nuostolių.

Adsorbcija ant kietų medžiagų :
Vandenilis gali būti adsorbuojamas ant kietų medžiagų, turinčių porėtą struktūrą, pvz., Aktyvintų anglių, ceolitų, akytų organinių metalų (MOF) arba organinių-neorganinių hibridinių medžiagų. Šios medžiagos turi didelį specifinį paviršiaus plotą ir gali adsorbuoti vandenilį esant vidutiniam slėgiui ir aplinkos temperatūrai. Tačiau vandenilio adsorbcija gali būti grįžtama, tačiau desorbcijai reikalingas didelis slėgis.

Cheminis saugojimas :
Vandenilis gali būti laikomas cheminių junginių pavidalu, kurie jį išskiria, kai jie suskaidomi. Pavyzdžiui, vandenilis gali būti laikomas metalo hidridų arba organinių junginių, tokių kaip organiniai hidridai, pavidalu. Vandenilio išsiskyrimą gali sukelti kaitinimas, katalizė ar kiti metodai. Tačiau cheminių medžiagų saugojimo sistemoms gali būti taikomi specifiniai temperatūros, slėgio ir medžiagų regeneravimo reikalavimai.

Požeminė saugykla :
Vandenilis gali būti laikomas po žeme tinkamose geologinėse formacijose, tokiose kaip druskingi vandeningieji sluoksniai, natūralios ertmės ar akyti rezervuarai. Požeminės saugyklos turi didelius saugojimo pajėgumus ir gali sumažinti saugumo ir infrastruktūros riziką. Tačiau tam reikia tinkamų geologinių vietų ir saugių bei patikimų saugojimo metodų.

Dėl savo unikalių savybių, įskaitant universalumą, švarą, kai gaminamas iš atsinaujinančiųjų energijos išteklių, vandenilis gali būti plačiai pritaikomas įvairiuose sektoriuose ir dėl jo potencialo sumažinti išmetamą šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį. Kai kurie galimi vandenilio panaudojimo būdai yra šie :

Netaršus judumas :
Vandenilinės transporto priemonės, tokios kaip kuro elementais varomi automobiliai, autobusai, sunkvežimiai ir traukiniai, yra švari alternatyva transporto priemonėms su vidaus degimo varikliais. Jie gamina elektros energiją derindami vandenilį su deguonimi iš oro, gamindami tik vandenį ir šilumą kaip šalutinius produktus, mažindami oro teršalų ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.

Energijos kaupimas :
Vandenilis gali būti naudojamas kaip didelio masto energijos kaupimo priemonė, be kita ko, energijai, pagamintai naudojant nepastovius atsinaujinančiuosius energijos išteklius, pavyzdžiui, saulės ir vėjo energiją, kaupti. Perteklinė elektros energija gali būti naudojama vandeniliui gaminti elektrolizuojant vandenį ir po to saugoma vėlesniam naudojimui kaip kuras ar energijos šaltinis.

Pramoninė gamyba :
Vandenilis plačiai naudojamas chemijos pramonėje amoniako gamybai, naudojamas trąšų gamybai, taip pat įvairių cheminių medžiagų, įskaitant metanolį, chlorintą vandenilį ir angliavandenilius, gamybai. Jis taip pat gali būti naudojamas kaip reduktorius plieno ir kitų metalų gamyboje.

Elektros energijos gamyba :
Vandenilio kuro elementai gali būti naudojami elektros energijai gaminti švariu ir efektyviu būdu tiek stacionarioms, tiek mobiliosioms programoms. Jie naudojami komerciniuose ir gyvenamuosiuose pastatuose kaip atsarginis elektros energijos šaltinis arba kaip pirminis energijos šaltinis. Jie taip pat gali būti naudojami elektros energijai tiekti į elektros tinklus didžiausios paklausos laikotarpiais.

CGyvenamųjų namų ir komercinis šildymas :
Vandenilis gali būti naudojamas kaip kuras gyvenamųjų namų ir komerciniam šildymui, pakeičiant gamtines dujas ar mazutą. Šiuo metu kuriami vandenilio katilai, kurie galėtų būti mažai anglies dioksido į aplinką išskirianti alternatyva pastatams šildyti.

Kosminės erdvės taikymas :
Kosmoso pramonėje vandenilis naudojamas kaip kuras kosminėms paleidimo priemonėms varyti, ypač viršutiniuose raketų etapuose. Skystas vandenilis dažnai naudojamas kaip propelentas dėl didelio energijos tankio ir švaraus degimo.