氫能是一種潔淨的能源載體，是全球能源轉型過程中，實現碳中和的關鍵因素。氫為宇宙中最豐富的元素，具備高能量密度及可存儲且無碳產生的兩種重要特徵，能比電力更可實現跨時間及地域的靈活運用。因此德國及日本在緩解氣候溫室效應及能源供應多樣化和技術進展的考量下，皆將氫能技術視為未來工業發展的重要政策，其中德國發展方向主要在能源轉型，而日本則是著重在改善其能源安全方面。以下將探討德國及日本在氫能的製造、運輸與儲存、應用方面的技術發展及佈局。

一、製氫技術
氫氣來源主要有化石燃料製氫、水電解法、工業餘氫、水光電解法及生物法等，其中又以化石燃料製氫、水電解法為最成熟的產製技術。

(一)化石燃料製氫
目前絕大部分的氫氣皆來自化石燃料(通常是天然氣和褐煤)產生，因此在製造過程中會釋放出大量的二氧化碳，其總溫室氣體排放量比可再生能源電解製氫或生物質汽化產生的氫氣高出一個級數；不同化石燃料來源之間也有相當大的差異，天然氣重組製氫產生的溫室氣體約為煤炭汽化製氫的一半，故CO₂捕獲及儲存(CCS)或利用(CCU)的技術生產氫基燃料(例如合成甲烷)成為關鍵因素之一，預估可使天然氣重組製氫法的溫室氣體總排放量減少了60％-70％，煤炭汽化製氫法的總排放量減少了約四分之三。
(二)水電解法
另一種製氫技術是通過水電解產生氫，利用電能將水分子裂解為氫和氧。最常見的技術是鹼性電解法(AEL)或質子交換膜電解法(PEMEL)，固態氧化物電解法(SOEC)未來可能會提供更高的效率，但目前技術尚未成熟。電解製氫技術的發展通常取決於電價和電解質的成本支出，水電解過程非常耗能，一般效率通常低於70％，即使是利用可再生電力(綠氫)的電解也比未使用CCS / CCU的天然氣重組製氫或煤炭汽化製氫的成本更高。但以溫室氣體排放量而言，再生能源電解產氫技術也僅為已使用CCS/CCU技術的天然氣重組製氫法或煤炭汽化製氫法的三分之一，並且略低於源自生物質產氫法。
 

二、氫的運輸和儲存

氫具有較低的能量密度，因此它比化石燃料更難以儲存和運輸。但它可以轉化為氫基燃料和原料的方式存儲和運輸，例如可利用現有的合成甲烷、液態有機氫載體(LOHC)和氨運輸、儲存和配送的基礎設施，從而達到降低成本的目的。目前以氫氣的形式進行管道運輸必須將氫氣壓縮到系統壓力(2-4 MPa)，除了重新建造純氫氣管道外，也可以透過轉換現有的天然氣管道來創建純氫氣管道，或是可以在天然氣管道網中混合20%以內的氫氣，運輸結束後再對混合氣體進行氫氣提純的方式。此外，液態氫比在中等壓力下壓縮的氫氣具有更高的能量密度，更適合運輸和存儲，但氫氣液化需要低於-253°C的溫度且非常耗能。壓縮氫氣(最高700 bar)則通常透過公路卡車，火車或駁船運輸。氫也可以化學鍵合的方式，如金屬氫化物，液態有機氫載體(LOHC)，碳和其他納米結構以及可逆的碳氫化合物，目前這些技術被認為是可行的，但尚未商化階段。
 

三、氫的應用

氫氣可以直接以潔淨形式使用，或作為合成液態或氣態氫基燃料(例如合成甲烷或合成柴油)以及其他能源載體(例如氨)的基礎。到目前為止，大多數氫氣用於工業領域，主要用於煉油廠和氨生產，其次用於生產甲醇和其他化學品以及用於鋼鐵生產。從中長期來看，工業應用中氫氣使用量的成長有限，而其他行業的應用較具優勢，如在住宅領域氫應用於燃料電池(通常是質子交換膜燃料電池(PEMFC)或固態氧化物燃料電池(SOFC)的熱電共生系統(CHP)。此系統可直接以氫氣作為燃料，也可以用天然氣或沼氣作為燃料，並在裝置內部轉化為氫氣。如果產生的熱量具有足夠高的溫度，則該系統還可通過吸附提供冷卻。在無碳運輸方面，燃料電池車(FCEV)-公共汽車、卡車、長途客運車輛和火車則成為發展方向，氫燃料電池車比電動車的能量消耗要高2.6倍，而合成燃料的燃料電池車則比電動汽車的能量消耗要高5.3倍。但是，由於重型車輛和長距離需求(例如在貨運中)帶來的能源需求增加，FCEV的相對效率得以提高。在發電方面，氫可以使用燃燒過程發電(如往復式和旋轉式的內燃機(ICE))或燃料電池發電(如不間斷電源系統(UPS))，是目前較成熟的應用技術，適合在停電和偏遠地區(如醫院，通信基礎設施等)提供備用電源。此外，由再生能源產生氫或氫合成氫基燃料(PtG)被大量使用在能源系統的另一個優勢在於，它可以現有的天然氣基礎設施提供儲能服務，減少網絡布建的需求。因此氫能具可靠性、耐用性、低維護成本和應用範圍廣的特色，其能量存儲容量高且無季節性儲存的問題，未來將是實現能源轉型的重要技術。