Wasserstoff in gasförmigem Zustand ist in der Sonne reichlich vorhanden, doch ist in unserer Atmosphäre praktisch abwesend. Um also an Wasserstoff zu gelangen, muss man ihn von den Molekülen die ihn enthalten trennen. Wasserstoff wird durch viele verschiedene Primärenergien, wie beispielsweise durch Kohle, Erdgas, Biomasse und erneuerbare Energien hergestellt. Es existieren verschiedene technische Prozesse, die die Produktion von Wasserstoff ermöglichen.

I. Thermische Prozesse

    a)Wiederherstellung von Erdgas.

Bei der Dampfreformierung geht es darum, die leichten Lasten von Kohlenwasserstoffen in Synthesegas umzuwandeln (Mischung aus H2, CO, CO2, CH4, H2O und anderen Verunreinigungen) durch eine Reaktion mit Wasserdampf dank eines  Nickel-Katalysators. Diese Umwandlung geschieht bei hohen Temperaturen (840 bis 950 °C) und moderaten Druck (ca. 20 bis 30 bar). Sie kann durch verschiedene Maßnahmen gefolgt werden, die nicht nur zur Erzeugung von Wasserstoff, sondern auch zur Erzeugung synthetischer Kraftstoffe führen. In allen Fällen kann die Abgabe einer Einheit von der Dampfreformierung  Erdgas sein (Referenz-Last), das heißt hauptsächlich Methan.

Erdgas enthält vor allem Methan. Allerdings muss es in der Regel entschwefelt werden, bevor es an die Dampfreformierung Einheit angewiesen wird. Um die Wasserstoff-Erzeugung zu maximieren, sind die beiden wichtigsten chemischen Reaktionen bei der Umsetzung die Herstellung von Synthesegas und CO-Konvertierung.

Reaktion 1: Herstellung von Synthesegas

CH4 + H2O + Hitze=> CO + 3 H2     

  

Dies ist die Reaktion der Dampfreformierung. Sie bedarf an einer Feuerungswärmeleistung, um die Reaktion überhaupt erst zu ermöglichen: man sagt, dass diese Reaktion endotherm ist. Diesem Schritt folgt dann die Umwandlung von Kohlenmonoxid (CO) in Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) durch Wasserdampf (H2O) und einen Katalysator (empfindlich auf das Vorhandensein von Schwefel, den sie nur in sehr geringen Konzentrationen duldet) der die Maximierung der Erzeugung von Wasserstoff ermöglicht.

Reaktion 2: CO-Konvertierung

CO + H2O =>CO2 + H2 + Hitze

Diese Reaktion wird in der Regel in einem oder zwei Schritten auf verschiedenen Ebenen der Temperatur von 200 C bis 475 C durchgeführt. Diese Reaktion erzeugt, im Gegensatz zu der Reaktion der Dampfreformierung, Wärme. Man nennt diese Reaktion  exotherm.

Insgesamt sind alle 2 Reaktionen endotherm und dies erfordert daher eine Wärmequelle. Die Wärme, die für die Reaktion nützlich ist, wird in der Regel durch das Verbrennen von einigen Stadt-und Erdgas-Ausgängen der Reinigungsanlagen produziert.

Die aus der Reaktion 2 resultierenden Gase, enthalten ca. 70 bis 80% Wasserstoff und andere Gase wie Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf und Kohlenmonoxid.

Um reinen Wasserstoff zu erhalten, ist ein vierter und letzter Schritt notwendig. Das Gas wird durch einen Molekularsieb Typ PSA (Pressure Swing Absorber) geleitet, damit die Trennung von Wasserstoff von anderen Komponenten ermöglicht wird.

Die Dampfreformierung kann, um Wasserstoff aus anderen Brennstoffen wie Ethanol, Propan und Diesel zu produzieren auch verwendet werden.

    b) die partielle Oxidation
Die partielle Oxidation kann auf eine größere Zahl von Produkten aus Dampfreformierung von Erdgas an schweren Rückständen, und auch Kohle durchgeführt werden.
Die 2 wichtigsten Reaktionen dieses Prozesses, wie die Dampfreformierung, sind die Herstellung von Synthesegas:
Reaktion 3: partielle Oxidation

CH4 + ½ O2 => CO + 2 H2 + Hitze

Und die Umwandlung von Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid ist ähnlich wie im Falle der Dampfreformierung beschrieben.

Insgesamt sind die Ergebnisse beider Reaktionen exotherm.

    c) autotherme Reformierung.
Wie wir zuvor gesehen haben, ist die Dampfreformierung eine endotherme Reaktion, während die partielle Oxidation Reaktion exotherm ist. Die erste Reaktion braucht daher Wärme, während die zweite Wärme erzeugt. 
Die autothermen Reformer verwendet diese Komplementarität. Der große Vorteil liegt darin, in einem einzigen Reaktor die endotherme Dampfreformierung Reaktion in der exothermen Reaktion der partiellen Oxidation auszugleichen. 


2) Kohle-Vergasung.
 Diese Technik war die Hauptquelle für H2 vor der Reform, wird aber zurzeit nicht verwendet, außer in Südafrika oder China. Sie ist nur wettbewerbsfähig, wenn Öl und Gas teuer sind. Allerdings gewinnt diese Technik zunehmend an Bedeutung: Sie produziert Strom und Nebenprodukte wie Wasserstoff. Das Prinzip ist: Kohle wird mit Wasser und Luft bei 1000 ° C gemischt, unter hohem Druck. Man erhält ein Gas, das vor allem CO und Wasserstoff enthält. Man kann dann H2 und CO von den anderen Verunreinigungen trennen. CO wird durch Wasser-Gas Shift eliminiert, CO2 wird vom Rest getrennt und kann gespeichert werden (Carbon Sequestration). Der elektrische Wirkungsgrad beträgt 45% und könnte zunächst 60% in der Zukunft werden.

3) Die Vergasung von Biomasse.
Biomasse könnte eine wichtige Quelle für Wasserstoff sein. Sie besteht aus allen Pflanzen, die auf der Erde wachsen. Es gehören auch Erzeugnisse der Landwirtschaft, Lebensmittel, Bäume, Holzabfälle ...dazu.  Diese Pflanzen erfassen Solarenergie, die es dann möglich macht, die Form von Brenn oder Kraftstoffen zu rekonstruieren. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, wird Biomasse in nutzbare Energie(durch Verbrennen, zum Beispiel), umgewandelt, bei der es keine Netto-CO2-Emissionen gibt. In der Tat wurde das CO2, das  in die Atmosphäre freigesetzt wurde zuvor in den Wachstumszyklus der Pflanzen berechnet.
Biomasse kann mithilfe eines Prozess, der der Kohlevergasung sehr ähnlich ist, vergast werden und Wasserstoff und Strom produzieren.

Biomasse - auch eine erneuerbare Energie – kann auch die Erzeugung von Wasserstoff ermöglichen, aber kein Prozess ist noch  technisch ausgereift. Man kann auch Biomasse zur Stromerzeugung benutzen, Elektrizität, die dann die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse, ermöglicht wird. Zurzeit gibt es verschiedene Methoden:

1) Reformierung von flüssigen Kraftstoffen aus Biomasse.

Biomasse kann in Ethanol oder andere flüssige Biobrennstoffe durch Prozesse wie Vergasung umgewandelt werden. Sie können, im Gegensatz zu dem Wasserstoff der komprimiert werden muss,  zu  relativ geringen Kosten  vor Ort transportiert und reformiert werden, um Wasserstoff zu produzieren.
 Die Reformierung von flüssigen Brennstoffen ist der Erdgas-Reformierung sehr ähnlich:
Herstellung von Synthesegas (CO und H2) durch den Betrieb von Dampf-Reformierung Reaktion (1)
Umwandlung des CO in H2 durch die Injektion von Dampf bei hoher Temperatur (Wasser-Gas-Shift, Reaktion 2)
Reinigung des Wasserstoffes

2) thermochemische Zerlegung des Wassers.

Die thermochemische Zerlegung des Wassers nutzt die Wärme aus einer Quelle hoher Temperatur (500 C bis 2000 C), die mit einer Reihe von chemischen Reaktionen zur Herstellung von Wasserstoff führt
Die chemischen Bestandteile, die in der chemischen Reaktion eingesetzt werden, werden in neuen Reaktion nochmals eingesetzt, und es entsteht eine geschlossene Schleife, die sich thermochemischer Zyklus nennt. In diesen Zyklen, werden nur Wasser und Wärme verbraucht.
Die hohe Temperatur, die für einen thermochemischen Zyklus sinnvoll ist und  die Zerlegung von Wasser ermöglicht, kann aus der nuklearen Stromerzeugung in Neubauten stammen, oder auch wiederum von der Nutzung  von Solarenergie mit Solarkonzentratoren.

1. a)thermochemische Zersetzung von Solarkonzentratoren
   Ein Solar-Konzentrator verwendet  Spiegel und Linsen um das Licht von etwa 2000 C zu konzentrieren. Die Hitze und die hohe Temperatur kann Wasserstoff aus einem thermochemischen Zyklus produzieren.
   
   

2. b)b) Zersetzung von thermochemischen Hochtemperatur-nuklearkraftwerken
   Hochtemperaturkernkraftwerke können in der gleichen Weise wie Solar-Konzentratoren, die Erzeugung von Wärme bei etwa 800 C bis 1000 C für die thermochemische Zersetzung des Wassers produzieren.