Hidrogen
Reaksi ini disukai pada tekanan rendah tetapi tetap dilakukan pada tekanan tinggi (20 megapascals (200atm; 5.900inHg) Error in convert: Ignored invalid option "abbr=yes" (help)). Hal ini karena H bertekanan tinggi adalah produk yang paling banyak di pasaran dan sistem pemurnian Pressure Swing Adsorption (PSA) bekerja lebih baik pada tekanan tinggi. Campuran produk dikenal sebagai "gas sintetis" karena sering
digunakan langsung untuk produksi metanol dan senyawa terkait. Hidrokarbon lain selain metana dapat digunakan untuk menghasilkan gas sintetis dengan rasio produk bervariasi. Salah satu komplikasi teknologi canggih ini adalah pembentukan kokas atau karbon:
Akibatnya, steam reforming biasanya menggunakan H berlebih. Hidrogen tambahan dapat diperoleh kembali dari uap air dengan menggunakan karbon monoksida melalui reaksi pergeseran gas air, terutama dengan katalis besi oksida. Reaksi ini juga merupakan sumber karbon dioksida industri yang umum:
Hidrogen kadang-kadang diproduksi dan dikonsumsi dalam proses industri yang sama, tanpa dipisahkan. Dalam proses Haber untuk produksi amonia, hidrogen dihasilkan dari gas alam. Elektrolisis air garam untuk mendapatkan klorin juga menghasilkan hidrogen sebagai produk sampingan.
Terdapat lebih dari 200 daur termokimia yang dapat digunakan untuk pemecahan air, sebagian daur ini seperti daur besi oksida, daur serium (IV) oksida-serium (III) oksida, daur seng-seng oksida, daur belerang-iodin, daur tembaga-klorin dan daur hibrida belerang masih dalam tahap penelitian dan fasa pengujian untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen dari
air dan panas tanpa menggunakan listrik. Sejumlah laboratorium (termasuk di Perancis, Jerman, Yunani, Jepang dan AS) sedang mengembangkan metode termokimia untuk menghasilkan hidrogen dari energi surya dan air.
Dalam kondisi anaerobik, besi dan baja paduan secara perlahan teroksidasi oleh proton dari air bersamaan dengan berkurangnya molekul hidrogen (H). Saat besi mengalami korosi anaerobik pertama kali akan terbentuk fero hidroksida (karat hijau) dan dapat dijelaskan sesuai reaksi berikut:
Pada gilirannya, di bawah kondisi anaerobik, fero hidroksida (Fe (OH)) dapat dioksidasi oleh proton dari air untuk membentuk magnetit dan molekul hidrogen. Proses ini dijelaskan melalui reaksi Schikorr:
Proses ini terjadi selama korosi anaerobik besi dan baja dalam air tanah bebas oksigen dan dalam tanah pereduksi di bawah permukaan air.
Dalam ketiadaan oksigen atmosfer (O), pada kondisi geologi dalam yang jauh dari atmosfer bumi, hidrogen (H) diproduksi selama proses serpentinisasi melalui oksidasi anaerobik oleh proton air (H+) dari fero (Fe2+) silikat yang ada dalam kisi kristal fayalit (Fe, olivin besi). Reaksi pembentukan magnetit (Fe), kuarsa (SiO) dan hidrogen (H) adalah sebagai berikut:
Reaksi ini mendekati reaksi Schikorr yang teramati pada oksidasi anaerobik fero hidroksida ketika terkena air.
Dari semua pembentukan gas akibat adanya kesalahan pada transformator daya, hidrogen adalah yang paling umum dan dihasilkan di bawah kondisi kesalahan apapun; dengan demikian, pembentukan hidrogen merupakan indikasi awal dari masalah serius dalam siklus hidup transformator.
Sejumlah besar H2 diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia. Penggunaan terbesar H2 adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam pembuatan ammonia. Konsumen utama dari H2 di kilang petrokimia meliputi hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi, dan penghidropecahan (English: hydrocracking). H2 memiliki beberapa kegunaan yang penting. H2 digunakan sebagai bahan hidrogenasi, terutama
dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak takjenuh dan minyak nabati (ditemukan di margarin), dan dalam produksi metanol. Ia juga merupakan sumber hidrogen pada pembuatan asam klorida. H2 juga digunakan sebagai reduktor pada bijih logam.
Selain digunakan sebagai pereaksi, H2 memiliki penerapan yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan sebagai gas penameng di metode pengelasan seperti pengelasan hidrogen atomik. H2 digunakan sebagai pendingin rotor di generator pembangkit listrik karena ia mempunyai konduktivitas termal yang paling tinggi di antara semua jenis gas. H2 cair digunakan di riset kriogenik yang meliputi kajian
superkonduktivitas. Oleh karena H2 lebih ringan dari udara, hidrogen pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat pada kapal udara balon.
Baru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan nitrogen (kadangkala disebut forming gas) sebagai gas perunut untuk pendeteksian kebocoran gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia, pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. Hidrogen adalah zat aditif (E949) yang diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran bungkusan makanan dan sebagai antioksidan.
Isotop hidrogen yang lebih langka juga memiliki aplikasi tersendiri. Deuterium (hidrogen-2) digunakan dalam reaktor CANDU sebagai moderator untuk memperlambat neutron. Senyawa deuterium juga memiliki aplikasi dalam bidang kimia dan biologi dalam kajian reaksi efek isotop. Tritium (hidrogen-3) yang diproduksi oleh reaktor nuklir digunakan dalam produksi bom hidrogen, sebagai penanda isotopik dalam biosains, dan sebagai sumber radiasi di cat berpendar.
Suhu pada titik tripel hidrogen digunakan sebagai titik acuan dalam skala temperatur ITS-90 (International Temperatur Scale of 1990) pada 13.8033kelvin.
Hidrogen bukanlah sumber energi, kecuali dalam konteks hipotesis pembangkit listrik fusi nuklir komersial yang menggunakan deuterium ataupun tritium, sebuah teknologi yang perkembangannya masih sedikit. Energi Matahari berasal dari fusi nuklir hidrogen, namun proses ini sulit dikontrol di bumi. Hidrogen dari cahaya Matahari, organisme biologi, ataupun dari sumber listrik menghabiskan lebih banyak energi dalam
pembuatannya daripada pembakarannya. Hidrogen dapat dihasilkan dari sumber fosil (seperti metana) yang memerlukan lebih sedikit energi daripada energi hasil pembakarannya, namun sumber ini tidak dapat diperbaharui, dan lagipula metana dapat langsung digunakan sebagai sumber energi.
Rapatan energi per volume pada hidrogen cair maupun hidrogen gas pada tekanan yang praktis secara signifikan lebih kecil daripada rapatan energi dari bahan bakar lainnya, walaupun rapatan energi per massa adalah lebih tinggi. Sekalipun demikian, hidrogen telah dibahas secara meluas dalam konteks energi sebagai pembawa energi. Sebagai contoh, sekuestrasi CO2 yang
diikuti dengan penangkapan dan penyimpanan karbon dapat dilakukan pada produksi H2 dari bahan bakar fosil. Hidrogen yang digunakan pada transportasi relatif lebih bersih dengan sedikit emisi NOx, tetapi tanpa emisi karbon. Namun, biaya infrastruktur yang diperlukan dalam membangun ekonomi hidrogen secara penuh sangatlah besar.
Hidrogen banyak digunakan pada pembangkit listrik sebagai pendingin generator karena sejumlah sifatnya yang berhubungan langsung dengan struktur molekul diatomiknya yang ringan. Ini meliputi densitas rendah, rendah viskositasnya, serta mempunyai bahang spesifik dan konduktivitas termal tertinggi di antara semua gas.
Hidrogen digunakan untuk menjenuhkan ikatan tak beraturan dalam silikon amorf dan karbon amorf yang membantu menstabilkan sifat materi. Ia juga donor elektron potential dalam berbagai materi oksida, termasuk ZnO, SnO, CdO, MgO, ZrO, HfO, La, Y, TiO, SrTiO, LaAlO, SiO, Al, Zirkon silikat (ZrSiO), HfSiO, dan SrZrO.
H2 adalah salah satu hasil produk dari beberapa jenis fermentasi anaerobik dan dihasilkan pula pada beberapa mikroorganisme, biasanya melalui reaksi yang dikatalisasi oleh enzim dehidrogenase yang mengandung besi atau nikel. Enzim-enzim ini mengkatalisasi reaksi redoks reversibel antara H2 dengan komponen dua proton dan dua elektronnya. Gas hidrogen dihasilkan pada transfer reduktor ekuivalen yang dihasilkan selama fermentasi piruvat menjadi air.