Hidrojen en basit kimyasal elementtir : çekirdeği tek bir protondan oluşur ve atomunun yalnızca bir elektronu vardır. Dihidrojen molekülü (H2) iki hidrojen atomundan oluşur.
Hidrojen, dihidrojene atıfta bulunmak için yaygın olarak kullanılır.

1 kg hidrojen yakmak, 1 kg benzinden neredeyse 4 kat daha fazla enerji açığa çıkarır ve sadece su üretir :

2H2 + O2 -> 2H2O

Hidrojen, Dünya yüzeyinde çok bol miktarda bulunur, ancak saf halde mevcut değildir. Su ve hidrokarbonlar gibi moleküllerde her zaman diğer kimyasal elementlere bağlıdır. Canlı organizmalar (hayvan veya bitki) de hidrojenden oluşur.
Biyokütle bu nedenle başka bir potansiyel hidrojen kaynağıdır.

Hidrokarbonlar, biyokütle ve su gibi bu birincil kaynaklardan hidrojenin çıkarılması bir enerji girdisi gerektirir.
Hidrojen, rekabetçi bir maliyetle ve düşük karbonlu enerjiden (nükleer

Bir nükleer santralin işletilmesi

Bir nükleer santralin bileşenleri. Bir nükleer santralin ana bileşenleri : Nükleer reaktör : Nükleer reaktör, nükleer fisyon reaksiyonlarının gerçekleştiği tesisin kalbidir. Zenginleştirilmiş uranyum veya plütonyum gibi nükleer yakıtın yanı sıra nükleer reaksiyonları düzenlemek için moderatörler ve reaktör kontrolleri içerir.
Buhar jeneratörü :

ve yenilenebilir enerjiler) yeterli miktarlarda üretilebilmesi koşuluyla neredeyse tükenmez olabilir.
Hidrojen teknolojileri, hidrojeni üretmek, depolamak ve enerji amaçlı dönüştürmek için çalışılan teknolojiler bütünüdür.

Hidrojen üretmenin, her biri maliyet, enerji verimliliği ve çevresel etki açısından kendi avantaj ve dezavantajlarına sahip birkaç mevcut yolu vardır :

Su elektrolizi :
Su elektrolizi, suyu (H2O) hidrojen (H2) ve oksijene (O2) parçalamak için elektrik kullanan bir işlemdir. İki ana elektroliz türü vardır : alkali elektroliz ve proton değişim membranı (PEM) elektrolizi. Su elektrolizi, güneş veya rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrikle çalıştırılabilir ve bu da onu çevre dostu bir hidrojen üretim yöntemi haline getirir.

Metan buharı reformasyonu :
Buhar metan reformu, hidrojen ve karbondioksit (CO2) üretmek için genellikle doğal gaz formunda metan (CH4) kullanan kimyasal bir işlemdir. Bu işlem, kimya endüstrisinde hidrojen üretmek için büyük ölçekte yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, aynı zamanda CO2 yayar, bu da onu su elektrolizine kıyasla daha az çevre dostu bir hidrojen üretim yöntemi haline getirir.

Biyokütle gazlaştırma :
Biyokütle gazlaştırma, organik maddeyi sentez gazına dönüştüren ve daha sonra hidrojene dönüştürülebilen bir işlemdir. Bu yöntem, tarım, ormancılık veya kentsel atıkları hammadde olarak kullanır ve böylece yenilenebilir ve sürdürülebilir kaynaklardan hidrojen üretme imkanı sunar.

Su pirolizi :
Su pirolizi, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için ısı kullanan termokimyasal bir işlemdir. Bu yöntem enerji verimliliği açısından verimli olsa da, yüksek sıcaklıklar ve özel koşullar gerektirir ve bu da uygulamayı daha karmaşık hale getirebilir.

Güneş fotoelektrolizi :
Güneş fotoelektrolizi, güneş ışığını elektriğe dönüştürmek için güneş pillerini kullanan ve daha sonra su elektroliz işlemine güç sağlamak için kullanılan bir hidrojen üretme yöntemidir. Bu yöntem, yenilenebilir bir elektrik kaynağı olarak güneş enerjisini kullanır, ancak güneş pillerinin verimliliği ve ilgili maliyetlerle sınırlandırılabilir.

Hidrojen depolama, temiz ve çok yönlü bir enerji taşıyıcısı olma potansiyeli nedeniyle aktif bir araştırma ve geliştirme alanıdır. Hidrojeni depolamanın mevcut yollarından bazıları şunlardır :

Gaz sıkıştırma :
Hidrojen, güçlendirilmiş silindirik tanklarda yüksek basınçta sıkıştırılmış gaz halinde depolanabilir. Yüksek basınçlı depolama tankları, yüksek basınçlara dayanacak şekilde çelik veya kompozit malzemelerden yapılabilir. Bununla birlikte, hidrojeni yüksek basınçlarda sıkıştırmak özel bir altyapı gerektirir ve enerji kayıplarına yol açabilir.

Sıvılaşma :
Hidrojen, yüksek enerji yoğunluğuna sahip depolama için çok düşük sıcaklıklara (-253 santigrat derecenin altında) soğutulabilir ve sıvılaştırılabilir. Sıvı formda depolama, hidrojenin kapladığı hacmi azaltır, ancak sıvılaştırma işlemi sırasında pahalı soğutma ekipmanı ve önemli enerji kayıpları gerektirir.

Katı malzemeler üzerinde adsorpsiyon :
Hidrojen, aktif karbonlar, zeolitler, gözenekli organik metaller (MOF'ler) veya organik-inorganik hibrit malzemeler gibi gözenekli bir yapıya sahip katı malzemeler üzerine adsorbe edilebilir. Bu malzemeler geniş bir özgül yüzey alanına sahiptir ve hidrojeni orta basınçlarda ve ortam sıcaklıklarında adsorbe edebilir. Bununla birlikte, hidrojen adsorpsiyonu tersine çevrilebilir ancak desorpsiyon için yüksek basınçlar gerektirir.

Kimyasal depolama :
Hidrojen, parçalandıklarında onu serbest bırakan kimyasal bileşikler şeklinde depolanabilir. Örneğin hidrojen, metal hidritler veya organik hidritler gibi organik bileşikler şeklinde depolanabilir. Hidrojen salınımı ısıtma, kataliz veya diğer yöntemlerle tetiklenebilir. Bununla birlikte, kimyasal depolama sistemlerinin sıcaklık, basınç ve malzeme rejenerasyonu açısından özel gereksinimleri olabilir.

Yeraltı depolama :
Hidrojen, tuzlu akiferler, doğal boşluklar veya gözenekli rezervuarlar gibi uygun jeolojik oluşumlarda yeraltında depolanabilir. Yeraltı depolama, büyük bir depolama kapasitesi sunar ve güvenlik ve altyapı risklerini azaltabilir. Ancak bu, uygun jeolojik alanlar ve güvenli ve güvenilir depolama teknikleri gerektirir.

Hidrojen, çok yönlülüğü, yenilenebilir enerji kaynaklarından üretildiğinde temizliği ve sera gazı emisyonlarını azaltma potansiyeli dahil olmak üzere benzersiz özellikleri nedeniyle çeşitli sektörlerde çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir. Hidrojenin potansiyel uygulamalarından bazıları şunlardır :

Temiz hareketlilik :
Yakıt hücreli arabalar, otobüsler, kamyonlar ve trenler gibi hidrojen araçları, içten yanmalı motorlu araçlara temiz bir alternatif sunar. Hidrojeni havadaki oksijenle birleştirerek elektrik üretirler, yan ürün olarak sadece su ve ısı üretirler, hava kirleticilerinin ve sera gazlarının emisyonlarını azaltırlar.

Enerji depolama :
Hidrojen, güneş ve rüzgar enerjisi gibi kesintili yenilenebilir kaynaklar tarafından üretilen enerjiyi depolamak da dahil olmak üzere büyük ölçekli bir enerji depolama aracı olarak kullanılabilir. Fazla elektrik, suyun elektrolizi ile hidrojen üretmek için kullanılabilir ve daha sonra bir yakıt veya enerji kaynağı olarak kullanılmak üzere depolanabilir.

Endüstriyel üretim :
Hidrojen, kimya endüstrisinde amonyak üretimi için yaygın olarak kullanılmaktadır, gübre üretiminde ve ayrıca metanol, klorlu hidrojen ve hidrokarbon dahil olmak üzere çeşitli kimyasalların üretiminde kullanılmaktadır. Çelik ve diğer metallerin üretiminde indirgeyici ajan olarak da kullanılabilir.

Elektrik üretimi :
Hidrojen yakıt hücreleri, hem sabit hem de mobil uygulamalar için temiz ve verimli bir şekilde elektrik üretmek için kullanılabilir. Ticari ve konut binalarında yedek elektrik kaynağı veya birincil güç kaynağı olarak kullanılırlar. Yoğun talep dönemlerinde elektrik şebekelerine elektrik sağlamak için de kullanılabilirler.

CKonut ve ticari ısıtma :
Hidrojen, doğal gaz veya akaryakıt yerine konut ve ticari ısıtma için yakıt olarak kullanılabilir. Hidrojen kazanları geliştirilmektedir ve binaları ısıtmak için düşük karbonlu bir alternatif sunabilir.

Uzay uygulamaları :
Uzay endüstrisinde hidrojen, özellikle roketlerin üst aşamalarında, uzay fırlatma araçlarını itmek için yakıt olarak kullanılır. Sıvı hidrojen, yüksek enerji yoğunluğu ve temiz yanması nedeniyle genellikle itici gaz olarak kullanılır.