氫屬於能源載體，其來源囊括水、生質作物與化石燃料，再透過轉換設備，將氫能轉換為電能或熱能，水電解產氫技術因其零排放的特質，特別是能與再生能源整合應用，而成為深具發展潛力的關鍵技術。本文摘錄自日本經濟產業省（Ministry of Economy, Trade and Industry, Japan）的「氫氣・燃料電池戰略路線圖(roadmap)」，概述氫氣的製造、輸送、儲存、使用等創新技術的發展趨勢。


一、新的製氫技術研究
就實務層面，石化燃料製氫與水電解法為最成熟的製氫技術，但前者會產生大量的二氧化碳，而水電解法則較為耗電，製氫成本相對較高。
高效率水電解與人工光合成、高純度氫氣的滲透膜技術：其原理為在電解槽中通入直流電，水分子在電極上產生電化學反應，分解出氫氣和氧氣，技術創新將著重於研究與改善水電解之效率和耐久性。
優勢：製造技術中，水電解產氫技術因其零排放的特質，特別是能與再生能源整合應用，而成為深具發展潛力的關鍵技術。例如：使用再生能源產出的電力，再電解水以產製氫氣從而提高能源效率。
缺點：電解水製氫需利用稀有金屬作催化劑，就長期發展而言，貴金屬的取得難易度與價格，將導致成本居高不下。
技術趨勢：
（一）發展不使用或少量使用稀有金屬的催化劑制氫，且可在較低的溫度和壓力下進行水電解反應技術。
（二）高溫水蒸氣電解法比傳統製程能更有效能地產生氫氣並回收熱量，實現高效益的電力儲存系統。
（三）可用於水電解和燃料電池的可逆系統。
（四）石化燃料是碳氫化合物或其衍生物，將持續開發直接從石化資源中分離氫和碳的技術。

二、提高氫氣液化效率與開發長壽命的液化氫保存材料
目前氫氣主要以高壓壓縮氣體與低溫液體等方式進行儲存和運輸，但氫易氣化、著火、爆炸，所以氫氣的儲存及運輸方式，成為發展氫能技術的重要關鍵。
優勢：經高壓壓縮後氣態儲氫不僅儲氫量小，安全性也備受爭議；因此，氫的液化成為氫氣大規模收集、儲存、運輸與應用的重要技術。
缺點：氫氣液化過程中，需要將氫氣冷卻，液態儲存耗能龐大，對容器的隔熱表現要求也高。
技術趨勢：持續發展像是氫氣液化機之相關創新技術，並透過優化工序的方式進而使高效液化與大規模液化達到平衡，例如：優化冷循環以提高冷卻效果。

三、開發低成本且高效率的能源載體
氫原子以氣態存在於自然界，要以氫取代傳統的石化燃料做為新的能源載體，儲氫材料技術的創新、涉及氫氣的儲存與運輸，影響氫能在應用範疇的穩定度，勢必成為發展氫經濟的技術核心。
技術趨勢：
（一）開發新的合成技術，例如：利用有機氫化物(organic hydride)法進行氫氣的儲存和取用，不僅具有低能耗的優點，且儲輸方便，可適用於長距離運輸。
（二）開發兼備輕量與高容量之儲氫材料。
（三）發展在較低的溫度和壓力下合成氫載體，例如：利用氨(NH3)做為能源載體的技術開發，可降低直接燃燒時NOx排放，確保可燃有毒物質的安全性問題。

四、發展兼具高能量、高效益、高可靠度和低成本之燃料電池技術
氫氣作為燃料電池使用時，透過發生電化學反應產生電力。
優勢：擁有良好的能源轉換效率，燃料電池發電可大幅減少傳統發電的能源損耗，在電力產生的過程中，副產物只有水，而無其他具污染性質的產物，因此要將氫能使用普及，最佳的應用方式就是燃料電池技術。
缺點：不論是從水電解或是來自天然氣所產生的氫氣，氫的生產成本都相對昂貴，氫燃料的儲存和運輸也都不易。
技術趨勢：
（一）開發固態氧化物電解槽（solid oxide electrolysis cell, SOEC）該技術使用固態氧化物（陶瓷（ceramic））電解質將水電解成氫和氧，即使在較低溫下也可以高輸出功率運行。
（二）發展不使用或少量使用稀有金屬的高效耐用型聚合物電解質燃料電池。

五、開發氫氣和二氧化碳的創新化學合成方法
目前工業上使用的氫氣主要來源是透過甲烷的蒸氣重組反應方式取得，若能利用還原反應將CO2有效率的轉換成為甲醇、甲烷或高碳的碳氫化合物，將可達到碳循環使用的目的。
優勢：將CO2分離回收轉化成高值性化學品、燃料或礦物等。
缺點：在過程中仍伴隨著大量的CO2排放。
技術趨勢：其發展目標為，即使在較低溫度和壓力的反應條件下，也能實現高活性、高生產率和使用壽命長的燃料和化學合成技術。