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メタン改質器は、水蒸気改質、自己熱改質、または部分酸化に基づく装置であり、触媒を用いてメタンから純粋な水素ガスを生成できる化学合成の一種です。開発中の改質器には複数の種類がありますが、産業界で最も一般的に使用されているのは自己熱改質（ATR）と水蒸気メタン改質（SMR）です。ほとんどの方法は、メタンを高温高圧下で触媒（通常はニッケル）にさらすことによって機能します。
水蒸気改質（SR）、または水蒸気メタン改質（SMR）と呼ばれることもあるこの方法は、外部から高温ガスを供給してチューブを加熱し、その中で触媒反応によって水蒸気とメタン、バイオガス、製油所原料などの軽質炭化水素を水素と一酸化炭素（合成ガス）に変換する。合成ガスは反応器内でさらに反応し、水素と二酸化炭素を生成する。最終精製のために、分子ふるいを用いた圧力スイング吸着（PSA）によって一酸化炭素が除去される。PSAは、合成ガス流から不純物を吸着することで、純粋な水素ガスを得る。
オートサーマル改質（ATR）は、酸素と二酸化炭素または水蒸気をメタンと反応させて合成ガスを生成する。反応は単一のチャンバー内で行われ、メタンが部分的に酸化される。酸化反応のため、反応は発熱反応である。ATRで二酸化炭素を使用する場合、生成されるH₂ ： COの比率は1：1であり、ATRで水蒸気を使用する場合、生成されるH₂ ： COの比率は2.5：1である。
これらの反応は、 CO₂を用いて以下の式で表すことができる。
そして蒸気を使う場合：
合成ガスの出口温度は950～1100 ℃で、出口圧力は最大100バールになることがあります。[ 1 ]
SMRとATRの主な違いは、SMRは燃焼熱源として空気中の酸素のみを使用して蒸気を生成するのに対し、ATRは酸素を直接燃焼させる点です。ATRの利点は、H₂：COの比率を調整できることであり、これは特に、H₂：COの比率が1：1であるDMEなどの第二世代バイオ燃料の製造に役立ちます。
部分酸化（POX）は化学反応の一種です。これは、化学量論比よりも低い燃料と空気の混合気が改質器内で部分的に燃焼され、水素を豊富に含む合成ガスが生成される際に起こります。この合成ガスは、その後さらに利用することができます。
水蒸気改質プラントの設備投資コストは、技術のスケールダウンがうまくいかないため、中小規模の用途には不向きです。従来の水蒸気改質プラントは、200～600 psiの圧力で、出口温度が815～925 °Cの範囲で運転されます。しかし、分析によると、建設コストは高くなりますが、適切に設計されたSMRは、小規模用途ではATRよりも費用対効果の高い水素製造が可能であることが示されています。[ 2 ]