O hidrogênio é o elemento químico mais simples : seu núcleo consiste em um único próton e seu átomo tem apenas um elétron. A molécula de dihidrogênio (H2) é composta por dois átomos de hidrogênio.
O hidrogênio é comumente usado para se referir ao dihidrogênio.

A queima de 1 kg de hidrogênio libera quase 4 vezes mais energia do que 1 kg de gasolina e produz apenas água :

2H2 + O2 -> 2H2O

O hidrogênio é muito abundante na superfície da Terra, mas não existe em seu estado puro. Está sempre ligado a outros elementos químicos, em moléculas como água e hidrocarbonetos. Os organismos vivos (animais ou vegetais) também são compostos de hidrogênio.
A biomassa é, portanto, outra fonte potencial de hidrogênio.

A extração de hidrogênio desses recursos primários, como hidrocarbonetos, biomassa e água, requer um aporte de energia.
O hidrogénio pode ser quase inesgotável, desde que possa ser produzido em quantidades suficientes a um custo competitivo e a partir de energia hipocarbónica (nuclear

Exploração de uma central nuclear

Os componentes de uma usina nuclear. Os principais componentes de uma usina nuclear : Reator nuclear : O reator nuclear é o coração da usina onde ocorrem as reações de fissão nuclear. Ele contém combustível nuclear, como urânio enriquecido ou plutônio, bem como moderadores e controles de reatores para regular reações nucleares.
Gerador de vapor :

e renováveis).
As tecnologias de hidrogênio são o conjunto de tecnologias estudadas para produzir hidrogênio, armazená-lo e convertê-lo para fins energéticos.

Existem várias maneiras atuais de produzir hidrogênio, cada uma com suas próprias vantagens e desvantagens em termos de custo, eficiência energética, impacto ambiental :

Eletrólise da água :
A eletrólise da água é um processo que usa eletricidade para quebrar a água (H2O) em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2). Existem dois tipos principais de eletrólise : eletrólise alcalina e eletrólise de membrana de troca de prótons (PEM). A eletrólise da água pode ser alimentada por eletricidade de fontes renováveis, como energia solar ou eólica, tornando-se um método ecológico de produção de hidrogênio.

Reforma a vapor de metano :
A reforma do metano a vapor é um processo químico que utiliza o metano (CH4), geralmente na forma de gás natural, para produzir hidrogênio e dióxido de carbono (CO2). Esse processo é comumente utilizado em larga escala na indústria química para produzir hidrogênio. No entanto, também emite CO2, tornando-se um método menos ecológico de produção de hidrogênio em comparação com a eletrólise da água.

Gaseificação de biomassa :
A gaseificação da biomassa é um processo que converte matéria orgânica em gás de síntese, que pode então ser convertido em hidrogênio. Este método utiliza resíduos agrícolas, florestais ou urbanos como matéria-prima, oferecendo assim a possibilidade de produzir hidrogénio a partir de fontes renováveis e sustentáveis.

Pirólise da água :
A pirólise da água é um processo termoquímico que usa calor para quebrar a água em hidrogênio e oxigênio. Embora este método possa ser eficiente em termos de eficiência energética, requer altas temperaturas e condições específicas, o que pode torná-lo mais complexo de implementar.

Fotoeletrólise solar :
A fotoeletrólise solar é um método de produção de hidrogênio que usa células solares para converter a luz solar em eletricidade, que é então usada para alimentar o processo de eletrólise da água. Este método utiliza a energia solar como fonte renovável de eletricidade, mas pode ser limitado pela eficiência das células solares e pelos custos associados.

O armazenamento de hidrogênio é uma área ativa de pesquisa e desenvolvimento devido ao seu potencial como um transportador de energia limpa e versátil. Aqui estão algumas das maneiras atuais de armazenar hidrogênio :

Compressão de gás :
O hidrogênio pode ser armazenado na forma gasosa comprimido a alta pressão em tanques cilíndricos reforçados. Os tanques de armazenamento de alta pressão podem ser feitos de aço ou materiais compostos para suportar altas pressões. No entanto, comprimir hidrogênio em altas pressões requer infraestrutura específica e pode levar a perdas de energia.

Liquefação :
O hidrogênio pode ser resfriado e liquefeito a temperaturas muito baixas (abaixo de -253 graus Celsius) para armazenamento de alta densidade de energia. O armazenamento na forma líquida reduz o volume ocupado pelo hidrogênio, mas requer equipamentos de resfriamento caros e perdas significativas de energia durante o processo de liquefação.

Adsorção em materiais sólidos :
O hidrogênio pode ser adsorvido em materiais sólidos com estrutura porosa, como carvões ativados, zeólitas, metais orgânicos porosos (MOFs) ou materiais híbridos orgânico-inorgânicos. Estes materiais têm uma grande área superficial específica e podem adsorver hidrogênio a pressões moderadas e temperaturas ambientes. No entanto, a adsorção de hidrogênio pode ser reversível, mas requer altas pressões para dessorção.

Armazenamento de produtos químicos :
O hidrogênio pode ser armazenado na forma de compostos químicos que o liberam quando são quebrados. Por exemplo, o hidrogênio pode ser armazenado na forma de hidretos metálicos ou compostos orgânicos, como hidreto orgânico. A liberação de hidrogênio pode ser desencadeada por aquecimento, catálise ou outros métodos. No entanto, os sistemas de armazenamento de produtos químicos podem ter requisitos específicos em termos de temperatura, pressão e regeneração de materiais.

Armazenagem subterrânea :
O hidrogênio pode ser armazenado no subsolo em formações geológicas adequadas, como aquíferos salinos, cavidades naturais ou reservatórios porosos. O armazenamento subterrâneo oferece uma grande capacidade de armazenamento e pode reduzir os riscos de segurança e infraestrutura. No entanto, isso requer sítios geológicos adequados e técnicas de armazenamento seguras e confiáveis.

O hidrogênio tem uma ampla gama de aplicações potenciais em vários setores devido às suas características únicas, incluindo sua versatilidade, limpeza quando produzido a partir de fontes de energia renováveis e seu potencial para reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Algumas das aplicações potenciais do hidrogênio incluem :

Mobilidade limpa :
Veículos a hidrogênio, como carros com células de combustível, ônibus, caminhões e trens, oferecem uma alternativa limpa aos veículos com motor de combustão interna. Eles geram eletricidade combinando hidrogênio com oxigênio do ar, gerando apenas água e calor como subprodutos, reduzindo as emissões de poluentes atmosféricos e gases de efeito estufa.

Armazenamento de energia :
O hidrogênio pode ser usado como um meio de armazenamento de energia em larga escala, inclusive para armazenar energia produzida por fontes renováveis intermitentes, como energia solar e eólica. O excesso de eletricidade pode ser usado para produzir hidrogênio por eletrólise da água e, em seguida, armazenado para uso posterior como combustível ou fonte de energia.

Produção industrial :
O hidrogênio é amplamente utilizado na indústria química para a produção de amônia, usado na fabricação de fertilizantes, bem como na produção de vários produtos químicos, incluindo metanol, hidrogênio clorado e hidrocarbonetos. Também pode ser usado como agente redutor na produção de aço e outros metais.

Produção de energia elétrica :
As células de combustível de hidrogênio podem ser usadas para gerar eletricidade de forma limpa e eficiente, tanto para aplicações fixas quanto móveis. Eles são usados em edifícios comerciais e residenciais como fonte reserva de eletricidade ou como fonte primária de energia. Eles também podem ser usados para fornecer eletricidade às redes de energia durante os períodos de pico de demanda.

CAquecimento residencial e comercial :
O hidrogênio pode ser usado como combustível para aquecimento residencial e comercial, substituindo o gás natural ou o óleo combustível. Caldeiras a hidrogênio estão sendo desenvolvidas e podem oferecer uma alternativa de baixo carbono para o aquecimento de edifícios.

Aplicações espaciais :
Na indústria espacial, o hidrogênio é usado como combustível para impulsionar veículos de lançamento espacial, especialmente nos estágios superiores de foguetes. O hidrogênio líquido é frequentemente usado como propelente devido à sua alta densidade de energia e combustão limpa.