水の分解

水の分解は、水が酸素と水素に分解される吸エルゴン化学反応です。^{[ 1 ]}

効率的かつ経済的な水の分解は、水素経済を支える技術的ブレークスルーとなるだろう。光合成でも水の分解が起こるが、水素は放出されず、イオンとしてカルビン回路の駆動に利用される。水の分解の逆反応は、水素燃料電池の基礎となっている。太陽光を利用した水の分解は、まだ商業化されていない。

水の電気分解は、水（H ₂ O）を酸素（O ₂）と水素（H ₂）に分解することです。 ^{[ 2 ]}

水から水素を製造するには、多くのエネルギーが必要です。通常、消費される電力は生成される水素よりも価値が高いため、この方法は広く利用されていません。低温電解とは対照的に、水の高温電解（HTE）では、初期の熱エネルギーの多くを化学エネルギー（水素）に変換できるため、効率が約50%に倍増する可能性があります。HTEではエネルギーの一部が熱の形で供給されるため、エネルギーを2回変換する（熱から電気、そして化学エネルギーへと変換する）必要が少なくなり、結果としてプロセス効率が向上します。

高温電解（HTEまたは水蒸気電解とも呼ばれる）は、酸素を副産物として水から水素を製造する方法である。

光合成においても水の分解反応が起こるが、電子はプロトンではなく、光化学系IIの電子伝達系へと送られる。これらの電子は二酸化炭素の還元に用いられ、最終的に二酸化炭素は糖類に組み込まれる。

光化学系Iの光励起により、一連の電子受容体への電子移動が開始され、最終的にNADP ^{+がNADPHに還元されます。酸化された光化学系Iは、}プラストキノン、シトクロム、プラストシアニンを含む一連のステップを経て、光化学系IIから電子を受け取ります。酸化された光化学系IIは、酸素発生複合体（OEC）を酸化し、水をO2とプロトンに変換します_。 [ ^{3 ] [ 4 ] OEC}の活性部位にはマンガンが含まれているため、多くの研究が水酸化の触媒として合成Mn化合物を対象としています。^{[ 5 ]}

生物学的水素生産では、光化学系によって生成された電子は化学合成装置ではなく水素化酵素に送られ、 _H₂が生成されます。このバイオ水素はバイオリアクターで生産されます。^{[ 6 ]}

太陽光発電システムで生成された電気を使用することは、原子力、風力、地熱、水力発電以外で水素を生成する最もクリーンな方法となる可能性がある。ここでも、水は電気分解によって水素と酸素に分解されるが、電気エネルギーは光電気化学セル（PEC）プロセスによって得られる。このシステムは人工光合成とも呼ばれる。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

触媒作用とプロトンリレー膜は、開発においてしばしば焦点となる。^{[ 10 ]}

太陽エネルギーを水分解プロセスによって水素に変換する場合、光起電力システムや電解システムではなく、水中に懸濁した光触媒によって補助されると、反応が一段階で起こるため、より効率的になる可能性がある。^{[ 11 ] [ 12 ]}

高エネルギーの核放射線は、水分子の化学結合を切断することができる。南アフリカのムポネン金鉱山では、研究者らは、放射線が自然に高い地域で、主に放射線分解によって生成されたH2_を餌とするDesulfotomaculumの新しい系統型であるDesulforudis audaxviatorが優占する群集を発見した。^{[ 13 ]}

熱分解では、水分子は水素と酸素に分解します。たとえば、2,200 °C (2,470 K; 3,990 °F)では、H ₂ O の約 3 パーセントがさまざまな組み合わせの水素原子と酸素原子に解離し、主に H、H ₂、O、O ₂、および OH になります。H ₂ O ₂や HO _{2などの他の反応生成物は少量のままです。3,000} °C (3,270 K ; 5,430 °F)の非常に高い温度では、水分子の半分以上が分解されます。常温では、100 兆個の分子のうち 1 個だけが熱の影響で解離します。^{[ 14 ]}高温の要件と材料の制約により、熱分解アプローチの応用は制限されています。      

その他の研究には、欠陥のある炭素基板上での熱分解が含まれており、これにより、 1,000 °C (1,270 K; 1,830 °F)よりわずかに低い温度で水素製造が可能になる。^{[ 15 ]}   

電力と水素の両方を生産する原子炉の副次的利点の1つは、2つの生産を切り替えられることです。たとえば、原子力発電所は日中に電力を生産し、夜間に水素を生産することで、電力の発電プロファイルを日々の需要の変動に合わせることができます。水素を経済的に生産できれば、この計画は既存の電力網エネルギー貯蔵計画と有利に競争できます。2005年の時点で、米国では十分な水素需要があり、日々のピーク時の発電量すべてをこのような発電所で処理することができました。^{[ 16 ]}

ハイブリッド熱電銅塩素サイクルは、原子力発電所、特にCANDU超臨界水炉からの廃熱を利用するコジェネレーションシステムである。^{[ 17 ]}

• ニッケル水素陰極の電解分解、JEAC