Водоник је најједноставнији хемијски елемент : његов језгро се састоји од једног протона и његов атом има само један електрон. Молекул дихидрогена (H2) сачињен је од два атома водоника.
Водоник се обично користи за упућивање на дихидреген.

Сагоревање 1 кг водоника ослобађа скоро 4 пута више енергије од 1 кг бензина и производи само воду :

2H2 + O2 -> 2H2O

Водоник је веома обилан на Земљиној површини али не постоји у његовом чистом стању. Увек је везана за друге хемијске елементе, у молекулима као што су вода и угљоводоници. Живи организми (животиња или биљка) такође се састоје од водоника.
Биомаса је стога још један потенцијални извор водоника.

Вађење водоника из ових примарних ресурса као што су угљоводоници, биомаса и вода захтева унос енергије.
Водоник би могао да буде готово неисцрпан, под условом да се може производити у довољним количинама по конкурентној цени и од ниско-угљеничне енергије (нуклеарне и обновљиве).
Технологије водоника су скуп технологија проучаваних за производњу водоника, складиштење и његов конверзију у енергетске сврхе.

Постоји неколико актуелних начина за производњу водоника, сваки са сопственим предностима и манама у погледу трошкова, енергетске ефикасности, утицаја на животну средину :

Електролиза воде :
Електролиза воде је процес који користи струју за разбијање воде (H2O) у водоник (H2) и кисеоник (O2). Постоје две главне врсте електролизе : алкална електролиза и електролиза размене протона (ПЕМ). Електролиза воде може да се напаја електричном енергијом из обновљивих извора као што су соларна енергија или снага ветра, што је чини еколошки прихватљивом методом производње водоника.

Реформација паре метана :
Реформација парног метана је хемијски процес који користи метан (CH4), обично у облику природног гаса, за производњу водоника и угљен-диоксида (CO2). Овај процес се обично користи у великом обиму у хемијској индустрији за производњу водоника. Међутим , такође емитује CO2, што га чини мање еколошки прихватљивом методом производње водоника у поређењу са електролизом воде.

Гасификација биомасе :
Гасификација биомасе је процес који претвара органску материју у сингас, који се затим може претворити у водоник. Ова метода користи пољопривредни, шумарски или урбани отпад као хранилицу и тако нуди могућност производње водоника из обновљивих и одрживих извора.

Водена пиролиза :
Водена пиролиза је термохемијски процес који користи топлоту за разградња воде у водоник и кисеоник. Иако овај метод може да буде ефикасан у смислу енергетске ефикасности, захтева високе температуре и специфичне услове, што га може учинити сложенијим за примену.

Соларна фотоелектролиза :
Соларна фотоелектролиза је метод производње водоника који користи соларне ћелије за претварање сунчеве светлости у електричну енергију, која се затим користи за напајање процеса електролизе воде. Ова метода користи соларну енергију као обновљиви извор електричне енергије, али се може ограничити ефикасношћу соларних ћелија и повезаним трошковима.

Складиштење водоника је активна област истраживања и развоја због свог потенцијала као чистог и свестраног носача енергије. Ево неких од тренутних начина за складиштење водоника :

Гасна компресија :
Водоник се може складиштити у гасовитим облику сабијеним под високим притиском у ојачаним цилиндричним резервоарима. Резервоари за складиштење високог притиска могу бити направљени од челика или композитних материјала како би издржали висок притисак. Међутим , сабијање водоника под високим притиском захтева специфичну инфраструктуру и може довести до енергетских губитака.

Лиqуефацтион :
Водоник се може охладити и течно користити на веома ниске температуре (испод -253 степена Целзијуса) за складиштење високе енергетске густине. Складиштење у течном облику смањује запремину коју заузима водоник, али захтева скупу расхладну опрему и значајне енергетске губитке током процеса ликвидације.

Адсорпција на чврстим материјалима :
Водоник се може адсорбовати на чврсте материјале са порозном структуром, као што су активирани угљеник, зеолити, порозни органски метали (МОФ-ови) или органско-неоргански хибридни материјали. Ови материјали имају велику специфичну површину и могу да адсорбују водоник при умереним притисцима и амбијенталним температурама. Међутим , адсорпција водоника може бити реверзибилна, али захтева висок притисак за десорпцију.

Хемијско складиштење :
Водоник се може складиштити у облику хемијских једињења која га ослобађају када се разбију. На пример, водоник се може складиштити у облику металних хидрида или органских једињења као што су органски хидриди. Ослобађање водоника може бити изазвано грејањем, катализом или другим методама. Међутим , хемијски системи за складиштење могу имати специфичне захтеве у смислу температуре, притиска и регенерације материјала.

Подземно складиште :
Водоник се може складиштити под земљом у одговарајућим геолошким формацијама као што су ослоне аквифере, природне шупљине или порозни резервоари. Подземно складиште нуди велики складишни капацитет и може да смањи безбедносне и инфраструктурне ризике. Међутим , ово захтева одговарајућа геолошка места и безбедне и поуздане технике складиштења.

Водоник има широк спектар потенцијалних примена у разним секторима због својих јединствених карактеристика, укључујући његову свестраност, чистоћу када се производи из обновљивих извора енергије, као и потенцијал за смањење емисије гасова са ефектом стаклене баште. Неке од потенцијалних примена водоника укључују :

Чиста покретљивост :
Возила на водоник, као што су аутомобили са горивом, аутобуси, камиони и возови, нуде чисту алтернативу моторним возилима са унутрашњим сагоревањем. Они генеришу електричну енергију комбинујући водоник са кисеоником из ваздуха, стварајући само воду и топлоту као нус-производе, смањујући емисију загађивача ваздуха и гасова са ефектом стаклене баште.

Складиштење енергије :
Водоник се може користити као средство за складиштење енергије великих размера, укључујући складиштење енергије произведене повременим обновљивим изворима као што су соларна енергија и снага ветра. Вишак електричне енергије може да се користи за производњу водоника електролизом воде, а затим се складишти за каснију употребу као извор горива или енергије.

Индустријска производња :
Водоник се широко користи у хемијској индустрији за производњу амонијака, који се користи у производњи ђубрива, као и у производњи разних хемикалија, укључујући метанол, хлорисани водоник и угљоводоника. Може се користити и као агенс за смањење производње челика и других метала.

Производња електричне енергије :
Водониине горивне желије могу да се користе за производњу струје на иист и ефикасан наиин, како за стационарне тако и за мобилне апликације. Користе се у комерцијалним и стамбеним зградама као резервни извор електричне енергије или као примарни извор енергије. Такође се могу користити за снабдевање електричном енергијом електричних мрежа током периода највеће потражње.

ЦСтамбено -пословно грејање :
Водоник се може користити као гориво за стамбено и комерцијално грејање, замењујући природни гас или гориво. Развијају се котлови водоника и могли би да понуде ниско-угљеничну алтернативу за грејање зграда.

Свемирске апликације :
У свемирској индустрији водоник се користи као гориво за лансирање свемирских лансирних возила, посебно у горњим фазама ракета. Течни водоник се често користи као пропелер због своје високе енергетске густине и чистог сагоревања.