elenmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin, hidrojen (H) olarak depolandığı, varsayılan bir gelecek ekonomisidir.

Hidrojen üretimi oldukça geniş ve büyüyen bir endüstridir. Tüm dünyada, 2004 yılında üretilen toplam hidrojen 50 milyon tondur ve bu üretilen hidrojenin petrol cinsinden karşılığı 170 milyon ton yapar. Yıllık büyüme miktarı yaklaşık %10 civarındadır. Amerika Birleşik Devletlerinde, 2004 yılında yaklaşık 11 milyon ton üretim gerçekleştirilmiştir ve bu değerin enerji cinsinden karşılığı 48 gigawatt’tır (karşılaştırılacak olursa, 2003 yılındaki ortalama elektrik üretimi 442 gigawatt’tır). Hidrojenin depolanması ve nakledilmesi oldukça pahalı olduğu için, üretimin büyük çoğunluğu bölgesel olarak gerçekleşmiş ve genellikle üretici firma tarafından hemen tüketilmiştir. 2005 itibarıyla, tüm dünyada, bir yıl içerisinde üretilen hidrojenin ekonomik değeri 135 milyar ABD doları’dır.

Hidrojen, sentetik bir enerji taşıyıcısı. Üretim kaynakları son derece bol ve çeşitli. Bunların en başta gelenleri su, kömür ve doğalgaz. Hidrojen, bilinen tüm yakıtlar içerisinde birim ağırlık başına en yüksek enerji içeriğine sahip (120,000 kJ/kg). Sıvı haline dönüştürüldüğünde gaz halindeki hacminin sadece 1/700'ünü kaplıyor. Saf oksijenle yandığında sadece su ve ısı açığa çıkarıyor. Hava ile yandığında ise azot oksitler açığa çıksa da diğer yakıtlara göre kirliliği son derece az. Dünyada üretilen hidrojenin çok büyük bir bölümü, metanın su buharı ile katalitik olarak oksidasyonu yöntemi ile doğal gazdan elde edilmekte. Doğal gazın yanı sıra diğer hidrokarbon yakıtlardan da (metanol, LPG, Nafta, Benzin) su buharı ile katalitik olarak hidrojen üretilebilmekte. Hidrojen, alternatif olarak, saf oksijen veya hava ile kısmi oksidasyon, piroliz ve ototermal reforming (kısmi oksidasyon ve su buharı oksidasyonu bir arada) reaksiyonları ile de üretilebilmekte.

Bugün hidrojenin kullanımının iki temel nedeni vardır. Tüm tüketimin yaklaşık yarısı haber prosesi yardımı ile amonyum (NH) üretmek için yapılır. Dünya nüfusu arttıkça, onu desteklemek için artmak zorunda olan tarım, amonyuma duyulan talebi sürekli büyütmektedir. Hidrojen tüketiminin diğer yarısı ise, ağır petrol kaynaklarını, yakıt olarak kullanılabilecek daha hafif türevlere dönüştürmek için gerçekleştirilir. Artan petrol fiyatları petrol şirketlerini katran gibi fakir maddelerden yakıt elde etmek için daha da cesaretlendirerek, hidrojen tüketiminde ilk uygulamaya göre daha da yüksek bir büyümeye neden olmuştur.

Eğer hidrojen üretimi için ihtiyaç duyulan enerji, rüzgar, güneş ya da nükleer santrallerden kolay ve ekonomik bir şekilde elde edilebilseydi, hidrojenin hidrokarbon yakıt elde etmek üzere kullanılması, toplam hidrojen tüketimini örneğin ABD için 5 ila 10 kat kadar artırabilirdi. Bugün ABD’de bu amaçla hidrojen tüketimi yaklaşık yılda 4 milyon tondur. ABD için yıllık 37.7 milyon ton hidrojenin, petrolde dışa bağımlılığı kaldıracak miktarda, kömürden dönüştürülmüş sıvı yakıt elde etmek için yeterli olacağı sanılmaktadır. . Ancak kömürün sıvı yakıta dönüştürülmesi dışa bağımlılığı azaltmakla birlikte sera gazı etkisi sorununa çözüm üretmemektedir.

Günümüzde hidrojen üretiminin %48’i doğal gazdan, %30’u ham petrolden, %18’i kömürden ve %4’ü suyun elektroliz yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir.

Büyüyen pazar ve hızla artan fiyatlar hidrojenin daha ekonomik yöntemlerle üretilmesi konusunda ilgi yaratmıştır. Büyüyen hidrojen pazarının analizine dair bakınız 

Önümüzdeki 30-40 yıllık dönemde Çin, Hindistan gibi yükselen ekonomilerin hızla artan talebiyle birlikte petrolün fiyatının bugünkü fiyatını düzeyini bekleniyor. Petrolün bugünkü ve gelecekte öngörülen durumu, ithalat bağımlılığı, fosil yakıtların yarattığı karbondioksit emisyonları ve Kyoto Sözleşmesinin emisyonlara getirdiği sınırlamalar hidrojenin hazır ve sınırsız bir alternatif olarak nitelendirilmesine neden oluyor. Şu anki problem fiyat ve altyapı maliyetleri. Bu nedenle de petrole bağlı enerji sektörünün dönüşümünün sağlanmasında özel sektör kadar destekleyici hükümet politikaları da kilit rol oynayacak.

Hidrojen ekonomisinde, hidrojen gazı üretmek için, temel enerji kaynakları ile biyokütleler kullanılır. Petrol, kömür, doğal gaz gibi fosil yakıtların dışında kalan enerji kaynakları, fosil yakıtlara göre çok daha düşük sera gazı emisyonlarına sahiptirler. Yüksek verimlilikli hidrojen jeneratörlerinin ürettiği gazın, doğal gaz dağıtım şebekesine benzer bir sistemle dağıtılması beklenir. Ancak doğal gaza göre aşılması gereken zorluklar vardır. Örneğin hidrojenin contalardan daha kolay sızabilmesi ya da dağıtım borularında çatlaklara neden olur. Hali hazırda geniş doğal gaz dağıtım şebekesi üzerinde kurulu kojenerasyon tesisleri sağladıkları elektrik dönüşümü ile yukarıda bahsedilen sisteme benzerlik gösterirler.

Tam bir hidrojen ekonomisinde, rüzgar ya da hidroelektrik tesislerinin ürettiği enerjinin tamamı elektrik şebekesine verilmeyerek, bir kısmı ile hidrojen üretilir. Nükleer enerji tesislerinin bir çıktısı olan ısı enerjisi, elektroliz sıcaklığını arttırmak şeklinde verimliliğe katkısı bulunacaktır.

Dünyadaki hidrojenin büyük bir kısmı denizlerde hapsolmuş durumdadır.

Hidrojen, doğal gazın buhar ile yeniden yapılandırılması ya da kısmi oksidasyonu gibi yöntemlerle fosil yakıtlardan da üretilebilirler. Wang’ın 2002’de ve Kreith’in 2004’te yaptığı çalışmalar, üretim ve dağıtım sırasında açığa çıkan emisyonlar göz önüne alınsa dahi, hidrojenin neden olduğu CO çıktısının, içten yanmalı motorların neden olduğu CO’ten çok daha az olacağını göstermiştir.

Yakıt hidrojenin temelde, sudan yenilenebilir enerjilerle üretilmesi ana ilkedir. Hidrojen üretim yöntemlerinin başında suyun direkt elektrolizi gelir. Elektroliz için elektrik gereksinimi fosil yakıtlardan, hidroelektrik kaynaktan, nükleer güçten, jeotermal enerjiden, güneş, rüzgar ve deniz dalga enerjilerinden elde olunabilir. Gelecek için üzerinde en çok durulan yöntem fotovoltaik güneş üreteçlerinin kullanılmasıdır. Hidrojen suyun ısıl parçalanması (termal krakingi) ile de üretilebilmektedir. Bir diğer hidrojen üretim yöntemi doğal gazın ve gaz hidrokarbonların buhar reformasyonudur.

Hidrojen üretimi için ayrıca kömür gazifikasyon yöntemi vardır. Gazifikasyon işlemi kolaylıkla kükürtün elimine edilmesine olanak tanıdığından çekici bulunmaktadır. Ortalama olarak 6 kg kömürden 3.785 lt benzine eşdeğer 1 kg hidrojen elde olunur. Kömür dünyanın en zengin fosil yakıtıdır. Bilinen kömür yataklarına biçilen güvenilir ömür 200 yıl kadarsa da, bunun 400 yıla uzanabileceği söylenmektedir. Katı atıklar ve kanalizasyon materyalleri de hidrojen üretimi için hammadde olup, gazifikasyon işlemine bağlı olarak, sentez gazının hava veya oksijenle reformasyonu hidrojen vermektedir. Termokimyasal çevrimlerle sudan, fotokimyasal işlemle organometalik bileşikler veya enzim su karışımından hidrojen üretilebilir

Hidrojen üretimi sırasında tüketilen enerji miktarı hakkında bazı endişeler vardır. Hidrojen üretimi içerisinde hidrojen barındıran su ya da fosil yakıt gibi kaynaklara ihtiyaç duyar. Fosil yakıtların kullanılması doğal kaynakların tükenmesine ve buna karşın CO üretilmesine neden olurken, suyun elektroliz edilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin önemli bir kısmı, yine fosil yakıtların elektrik enerjisine dönüştürülmesi yöntemiyle sağlanmaktadır. Bu açıdan, hidrojen yakıtının, bugün için fosil yakıtlardan tamamen bağımsız ya da hiçbir emisyona neden olmayan bir yöntem olduğunu iddia etmek oldukça güçtür.

Eğer elektrik enerjisi üretimi, kimyasal yöntemlere dayanıyor ise, hidrojeni üretmek için de doğrudan kimyasal yöntemlere başvurulması daha uygundur. Fakat elektrik enerjisi üretimi, hidroelektrik ya da rüzgar jeneratörleri gibi mekanik yöntemlere dayanıyor ise, hidrojenin suyun elektroliz edilmesi yöntemi ile üretilmesi uygun olabilir. Çoğunlukla tüketilen elektriğin maliyeti, üretilen hidrojenin fiyatından daha yüksek olduğu için, elektroliz yöntemi hidrojen üretiminde çok küçük bir paya sahiptir.

Eğer elektrik enerjisi üretimi, ısı (nükleer ya da güneş) enerjisi yöntemine dayanıyor ise, hidrojen üretmek için en uygun yöntem yüksek sıcaklıklı elektrolizdir. Düşük sıcaklıklı elektrolizden farklı olarak suyun yüksek sıcaklıklı elektrolizi (YSE) başlangıçtaki ısı enerjisinin önemli bir kısmını kimyasal enerjiye (hidrojen) dönüştürme kabiliyetine sahiptir. Potansiyel olarak prosesin enerji verimi %50 daha fazladır. İhtiyaç duyulan enerjinin bir kısmı ısı ile sağlandığı için kimyasal dönüşüme konu elektrik enerjisi daha az tüketilir. YSE’nin laboratuvar uygulamaları yapılmış olmasına karşın henüz endüstriyel bir uygulaması yoktur.

Üretilen hidrojen depolanabilmekte, boru hatları ve/veya tankerlerle taşınabilmektedir. Doğal gaz boru hatlarının gelecekte hidrojen taşınması için kullanılabileceği belirtilmektedir. Hidrojenin depolama yöntemleri; tüplenmiş alçak basınçlı gaz (12 bar) ve yüksek basınçlı gaz (150 bar) dışında sıvılaştırılmış biçimde, kriyojenik (dondurulmuş) tanklarda (220 kPa) ve metalik hidrid biçiminde olabilmektedir. Hidrojen gaz biçiminde boru hatlarıyla taşınabildiği gibi, yüksek basınçlı gaz ve sıvılaştırılmış biçimde tankerlerle taşınabilmektedir. Gaz hidrojenin zeolit ortamlarda depolanması çalışmaları vardır. Ancak, enerji içeriğinin yüksekliği açısından gaz yerine sıvı hidrojen depolama teknikleri üzerinde durulmaktadır.

Hidrojenin hidridlerle depolanması ve taşınması da önemle ele alınmaktadır. Geliştirilen hidridler; titanyum alaşımları (özellikle demir-titanyum), palladyum alaşımları, zirkonyum alaşımları, titanyum-zirkonyum-vanadyum-nikel alaşımları, titanyum-zirkonyum-vanadyum-demir-krom-mangan alaşımları, mağnezyum-nikel alaşımları gibi materyallerle oluşturulmaktadır.
Düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık hidridleri vardır. Demir-titanyum alaşımı düşük sıcaklık hidridi iken, mağnezyum-nikel alaşımı yüksek sıcaklık hidrididir. Düşük ve yüksek sıcaklık hidridlerinin kombinasyonu da kullanılmaktadır. Metal hidridler paket olarak taşınmaya