Hidrogjeni është elementi kimik më i thjeshtë : bërthama e tij përbëhet nga një proton i vetëm dhe atomi i tij ka vetëm një elektron. Molekula e dihidrogjenit (H2) përbëhet nga dy atome hidrogjeni.
Hidrogjeni zakonisht përdoret për t'iu referuar dihidrogjenit.

Djegia e 1 kg hidrogjen çliron pothuajse 4 herë më shumë energji se 1 kg benzinë dhe prodhon vetëm ujë :

2H2 + O2 -> 2H2O

Hidrogjeni është shumë i bollshëm në sipërfaqen e Tokës, por nuk ekziston në gjendjen e tij të pastër. Ajo është gjithmonë e lidhur me elemente të tjera kimike, në molekula të tilla si uji dhe hidrokarburet. Organizmat e gjallë (kafshë ose bimë) janë gjithashtu të përbërë nga hidrogjeni.
Biomasa është pra një burim tjetër potencial i hidrogjenit.

Nxjerrja e hidrogjenit nga këto burime primare si hidrokarburet, biomasa dhe uji kërkon një hyrje energjie.
Hidrogjeni mund të jetë pothuajse i pashtershëm, me kusht që të prodhohet në sasi të mjaftueshme me një kosto konkurruese dhe nga energjia me karbon të ulët (bërthamore dhe e ripërtëritshme).
Teknologjitë e hidrogjenit janë grupi i teknologjive të studiuara për të prodhuar hidrogjen, për ta ruajtur dhe konvertuar atë për qëllime energjie.

Ka disa mënyra aktuale për të prodhuar hidrogjen, secila me avantazhet dhe disavantazhet e veta përsa i përket kostos, efikasitetit të energjisë, ndikimit në mjedis :

Elektroliza e ujit :
Elektroliza e ujit është një proces që përdor elektricitetin për të prishur ujin (H2O) në hidrogjen (H2) dhe oksigjen (O2). Ekzistojnë dy lloje kryesore të elektrolizës : elektroliza alkaline dhe elektroliza e membranës së shkëmbimit të protoneve (PEM). Elektroliza e ujit mund të fuqizohet nga energjia elektrike nga burime të ripërtëritshme si energjia diellore ose e erës, duke e bërë atë një metodë miqësore për mjedisin e prodhimit të hidrogjenit.

Reformimi i avullit të metanit :
Reformimi i metanit me avull është një proces kimik që përdor metan (CH4), zakonisht në formën e gazit natyror, për të prodhuar hidrogjen dhe dioksid karboni (CO2). Ky proces përdoret zakonisht në një shkallë të gjerë në industrinë kimike për të prodhuar hidrogjen. Megjithatë, ajo gjithashtu lëshon CO2, duke e bërë atë një metodë më pak miqësore ndaj mjedisit të prodhimit të hidrogjenit krahasuar me elektrolizën e ujit.

Gazifikimi i biomasës :
Gazifikimi i biomasës është një proces që e shndërron lëndën organike në singa, e cila më pas mund të shndërrohet në hidrogjen. Kjo metodë përdor mbetjet bujqësore, pyjore ose urbane si lëndë ushqyese, duke ofruar kështu mundësinë e prodhimit të hidrogjenit nga burime të ripërtëritshme dhe të qëndrueshme.

Pyroliza e ujit :
Pyroliza e ujit është një proces termokimik që përdor nxehtësinë për të shpërbërë ujin në hidrogjen dhe oksigjen. Ndërsa kjo metodë mund të jetë efikase përsa i përket efikasitetit të energjisë, ajo kërkon temperatura të larta dhe kushte specifike, gjë që mund ta bëjë më komplekse për t'u zbatuar.

Fotoelektroliza diellore :
Fotoelektroliza diellore është një metodë e prodhimit të hidrogjenit që përdor qelizat diellore për të kthyer dritën e diellit në elektricitet, e cila pastaj përdoret për të fuqizuar procesin e elektrolizës së ujit. Kjo metodë përdor energjinë diellore si një burim të rinovueshëm të energjisë elektrike, por ajo mund të kufizohet nga efikasiteti i qelizave diellore dhe kostot shoqëruese.

Magazinimi i hidrogjenit është një fushë aktive e kërkimit dhe zhvillimit për shkak të potencialit të tij si një transportues energjie i pastër dhe i larmishëm. Ja disa nga mënyrat aktuale për të ruajtur hidrogjenin :

Kompresimi i gazit :
Hidrogjeni mund të ruhet në formë të gaztë të kompresuar me presion të lartë në tanket cilindrike të përforcuara. Depozitat e magazinimit me presion të lartë mund të bëhen nga materiale çeliku ose të përbërë për t'i bërë ballë presioneve të larta. Megjithatë, kompresimi i hidrogjenit në presione të larta kërkon infrastrukturë specifike dhe mund të çojë në humbje të energjisë.

Likujdimi :
Hidrogjeni mund të ftohet dhe të likujdohet në temperatura shumë të ulëta (nën -253 gradë Celsius) për ruajtjen e densitetit të energjisë së lartë. Magazinimi në formë të lëngshme zvogëlon volumin e zënë nga hidrogjeni, por kërkon pajisje të shtrenjta ftohjeje dhe humbje të ndjeshme të energjisë gjatë procesit të likujdimit.

Adsorption mbi materialet e ngurta :
Hidrogjeni mund të adsorbohet në materiale të ngurta me një strukturë poroze, të tilla si karbonet e aktivizuara, zeolitet, metalet organike poroze (MOFs), ose materiale hibride organike-inorganike. Këto materiale kanë një sipërfaqe të madhe specifike dhe mund të adsorb hidrogjen në shtypje të moderuar dhe temperatura të ambientit. Megjithatë, adsorption hidrogjen mund të jetë i kthyeshëm, por kërkon presion të lartë për desorption.

Magazinimi kimik :
Hidrogjeni mund të ruhet në formën e komponimeve kimike që e lëshojnë atë kur prishen. Për shembull, hidrogjeni mund të ruhet në formën e hydrideve metalike ose komponimeve organike si hydridet organike. Çlirimi i hidrogjenit mund të shkaktohet nga ngrohja, kataliza ose metoda të tjera. Megjithatë, sistemet e magazinimit kimik mund të kenë kërkesa specifike për sa i përket temperaturës, presionit dhe rigjenerimit të materialit.

Magazinimi nëntokësor :
Hidrogjeni mund të ruhet nën tokë në formacione gjeologjike të përshtatshme si akuiferët saline, kariesi natyror ose rezervuarët porozë. Magazinimi nëntokësor ofron një kapacitet të madh magazinimi dhe mund të zvogëlojë rreziqet e sigurisë dhe infrastrukturës. Megjithatë, kjo kërkon vende gjeologjike të përshtatshme dhe teknika të sigurta dhe të besueshme magazinimi.

Hidrogjeni ka një gamë të gjerë aplikimesh potenciale në sektorë të ndryshëm për shkak të karakteristikave të tij unike, duke përfshirë polyvalencën e tij, pastërtinë kur prodhohet nga burimet e ripërtëritshme të energjisë dhe potencialin e tij për të reduktuar emetimet e gazrave të efektit të efektit të serës. Disa nga aplikimet potenciale të hidrogjenit përfshijnë :

Lëvizshmëria e pastër :
Automjetet me hidrogjen, si makinat me qeli karburanti, autobusët, kamionët dhe trenat, ofrojnë një alternativë të pastër ndaj automjeteve me djegie të brendshme. Ato prodhojnë energji elektrike duke kombinuar hidrogjenin me oksigjenin nga ajri, duke gjeneruar vetëm ujë dhe nxehtësi si nënprodukte, duke reduktuar emetimet e ndotësve të ajrit dhe gazeve të efektit serrë.

Magazinimi i energjisë :
Hidrogjeni mund të përdoret si një mjet për ruajtjen e energjisë në shkallë të gjerë, duke përfshirë ruajtjen e energjisë së prodhuar nga burime të ripërtëritshme intermittente të tilla si energjia diellore dhe e erës. Energjia elektrike e tepërt mund të përdoret për të prodhuar hidrogjen nga elektroliza e ujit dhe pastaj ruhet për përdorim të mëvonshëm si burim karburanti ose energjie.

Prodhimi industrial :
Hidrogjeni përdoret gjerësisht në industrinë kimike për prodhimin e amoniakut, i përdorur në prodhimin e plehërave, si dhe në prodhimin e kimikateve të ndryshme, duke përfshirë methanol, hidrogjen të klorur dhe hidrokarbure. Mund të përdoret edhe si agjent reduktues në prodhimin e çelikut dhe metaleve të tjera.

Prodhimi i energjisë elektrike :
Qelizat e karburantit të hidrogjenit mund të përdoren për të prodhuar energji elektrike në mënyrë të pastër dhe efikase, si për aplikimet e palëvizshme ashtu edhe për ato mobile. Ato përdoren në ndërtesat tregtare dhe rezidenciale si një burim rezervë i energjisë elektrike ose si një burim kryesor i energjisë. Ato mund të përdoren gjithashtu për të furnizuar me energji elektrike rrjetet elektrike gjatë periudhave të pikut të kërkesës.

CNgrohje rezidenciale dhe komerciale :
Hidrogjeni mund të përdoret si karburant për ngrohjen rezidenciale dhe tregtare, duke zëvendësuar gazin natyror ose naftën e karburantit. Kazanët e hidrogjenit janë duke u zhvilluar dhe mund të ofrojnë një alternativë me karbon të ulët për ngrohjen e ndërtesave.

Aplikimet hapësinore :
Në industrinë e hapësirës, hidrogjeni përdoret si karburant për të nxitur automjetet e lëshimit të hapësirës, veçanërisht në fazat e sipërme të raketave. Hidrogjeni i lëngshëm përdoret shpesh si një helikë për shkak të densitetit të lartë të energjisë dhe djegies së pastër.