氢气不单单看作一种物质，而把他看作是一种能量的载体。即利用其理化性质将其他能量存储于其中，进而供给后续单元利用能量。

  通过纯水制氢气，主要有三种途径：电解法、光还原法、水热解法。其比较如下标所示。

  光还原方法[1]是通过光催化剂，如氧化锌、二氧化钛等，利用太阳光或者其他光源分解水并且得到氢气的手段。

  显而易见，这种方法对环境的污染少之又少，还可以很好地把太阳能以氢气的形式储存起来，是一种可再生的途径。但是，其成本也非常高昂。因此，这种方法不易满足工业产业化用氢气需求，通常可用来制备一些高纯度的氢气。[2]

  方法很简单，要使用到一种叫做抛物面反射器（parobolic reflector）的技术。[4]

  通过捕获太阳能，将其热量进行集中后达到水热解温度制备氢气，那么水热解法将是很有效的捕获、存储太阳能的方法。下图[4]描述的就是这样的过程。

  类似的，水热解制氢气还可以和核能利用联用，核反应能释放大量的热，进而通过这一流程制备氢气。

  这样的热能可以从天上来（太阳能），也可以从物质自身来（核能），同时也能够从地下来（地热能）。国内汪集暘院士、多吉院士等人始终致力于这方面的奔走。不少地热能利用的研究来自于石油工程、采矿工程、地质工程等领域。

  水电解制氢气可能是大家最早接触的制氢气手段（初中课本上还有一个是用Zn和酸反应制氢气）。使用酸性或碱性电解质，在通电的情况下将水分解成氢气和氧气。

  正如题主所疑惑的那样，电解水需要消耗大量的电能，电能又是来自于煤炭等化石能源，按照能量利用的基本规律，每一次的能量转化都会有大量的损耗，整体折算下来，电解水的能耗效率似乎并不高。如下表所示，各种常规工业化制氢气的技术方案中，能量转化效率最高的目前还是蒸汽重整，能达到将近85%的转化效率。本文涉及到的三种水制氢气的手段中，电解水的效率相对最高，达到40-60%，高于水热解，远高于光分解反应。但仍旧没办法媲美化石燃料制氢气。

  除了效率较低的问题外，若使用电网内的电进行电解水，还会造成极大的环境保护问题。GWP是衡量二氧化碳排放的指标，也是用来描述温室气体影响的一个参考。下面的图表摘自Bhandari等[6]人在2014年做出的综述。

  显而易见，左起第二个，“独树一帜”的30.8即为电网电电解水制氢气对环境的污染。

  从Enapter给出的数字上看，目前水电解制氢气大概只占据了全球氢气产量的4%，不过水电解制氢气由于其灵活、高效、方便等特点，仍然有着其自身独特的市场。水电解制氢气的特征是，有电即可灵活地分布式地制氢气。举个真实的例子：曾经某实验的开展过程中，需要少量的氢气去清洗一个关键设备上附着的碳渣。如果单独购买钢瓶氢气，十分麻烦，工程师就立马用电解水的方法制氢气，接了一个喷嘴控制流量，探入到设备中进行清洗。

  除了这类小范围的应用场景，电解水制氢气还可以和分布式发电配合。风电、潮汐能、太阳能发电等可再生途径发电中存在分布式电能入网调配困难的问题。也就是说，人们在风车上采集到的电能，很难直接地输入到大规模的电网中利用；与此同时，这类能源还存在着周期性变化，例如风速会随着季节、天气等因素而改变。这类电能如果无法有效利用，那么将会造成极大的浪费。站在这个方面，使用废弃电能电解水制氢气，以氢气作为能源载体是极为环保、经济的技术手段。

  具体地，用数字说线]描绘的是不同制氢方法对于全球变暖的影响，衡量指标是GWP。可以发现，重整制氢（最后右侧那根柱子）对全球变暖的影响最大，因为其消耗的是化石燃料，并且在制备过程中涉及到各类高碳物质。而利用风能电解制氢气的全部环节中几乎不涉及到任何含碳物质，因此对于温室效应的贡献极其少（重整制氢是它的350多倍）。

  [9]。但是随着对于环保日益严苛的要求，以及碳排放标准的束缚，风电解水制氢气的优势也一天比一天突出。在之前的报道中，也曾计算这一成本在2017年会达到2$/kg的低廉价格。但是具体是否使用，还需要考虑到基础设施建设以及入网难度等多方面的因素。风能产业链也是可再次生产的能源的利用路线中，非常有前景的一类，如下图[10]。

  氢气的来源较为广泛，主要有化石能源制氢、含氢物质制氢、化工副产物氢气回收、太阳能制氢和风能制氢。化石能源制氢包含煤气化制氢技术、天然气重整制氢和甲醇裂解制氢，含氢物质制氢包含电解水制氢、氨分解制氢和硼氢化钠水解制氢，化工副产物氢气回收包含烧碱、焦炭和轻油裂解。通过对上述几种制氢方案的经济性分析，水电解制氢是最经济的方案，水电解方案电力的来源可是采用太阳能或者风能。水电解制氢原理最简单，在充满氢氧化钾或氢氧化钠的电解槽中通入经整流器变换后的直流电，水分子在电极上发生电化学反应。化学方程式为:阴极:2H2O+2eH2↑+2OH-阳极:2OH-2eH2O+1/2O2↑总反应式:2H2O=2H2↑+O2↑水在电解槽中电解为氢气和氧气，然后经过分离器进行气液分离，分离器中分离的氢气和氧气经过洗涤、冷凝、除水后，氢气送至纯化装置后然后输送到储存装置。据有关研究，氢气的物理、化学特性如表1所示。

  1、电解水制氢： 水电解制氢是目前应用较广且很成熟的方法之一。其工艺过程简单，但消耗电量大。主要使用在在小型电解制氢设备，主要是制氢作为原料而非作为能源。实验室氢气发生器就属于此类。 2、矿物燃料制氢： 以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。 煤制氢主要是煤焦化、气化制氢，城市用的“水煤气”就属于此类氢气；石油天然气制氢主要是催化裂解或者加水蒸汽反应，如合成氨、合成甲醇工厂中采用此工艺制氢气。 煤、石油及天然气制氢是目前工业用氢气的主要方法。在我国已经有了非常成熟的工艺，建有很多工厂。