Comparative Overview of Water Splitting and Biological Techniques of Hydrogen Production

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Comprehensive overview of hydrogen production technologies, useful for identifying research gaps and comparing efficiencies.

🏢実務担当者:Helps evaluate which hydrogen production method to invest in based on maturity, cost, and scalability.

🏛政策担当者:Informs R&D funding priorities and regulatory support for electrolytic and biological pathways.

水素は、低炭素で持続可能なエネルギーシステムへの世界的な移行における要となるものと広く見なされている。しかし、水素の環境便益は、採用される製造経路に強く依存する。本レビューは、グリーン水素製造のための水分解技術と生物学的手法の比較分析を提示し、それらの動作原理、効率、コスト、技術成熟度、および将来性を強調する。水分解アプローチには、アルカリ水電解（AWE）、プロトン交換膜（PEM）、アニオン交換膜（AEM）、固体酸化物電解（SOEC）などの電解法、ならびに光触媒および光電気化学（PEC）システムが含まれる。これらのうち、AWEとPEMは技術的に成熟し商業的に導入されており、高い水素純度とシステム信頼性を提供する一方、SOECは高温での優れた熱力学的効率を示す。光触媒およびPEC技術は、太陽光から水素への直接変換を提供するが、低効率、電荷再結合、材料の不安定性によって制限されたままである。生物学的な水素製造経路（生物光分解、発酵、ガス化、熱分解など）は、バイオマスと有機廃棄物を原料として利用し、循環経済の原則を支持する。ガス化と熱分解は比較的高い水素収率と産業的可能性を示すが、高温と広範なガス精製を必要とする。対照的に、生物光分解と発酵は穏やかな条件下で作動し環境に優しいが、低い生産速度、酸素感受性、およびプロセスの不安定性によって制約される。批判的比較は、電解による水分解が、再生可能電力で駆動される場合、現在のところ大規模で高純度の水素製造に最も実行可能な経路を提供することを示しており、一方、生物学的手法は、場合によっては技術成熟度が低いものの、魅力的な廃棄物発電ソリューションを提示する。今後の開発は、資本コストの削減、貴金属触媒の代替、膜耐久性の向上、光触媒安定性の強化、およびバイオリアクター性能の最適化に焦点を当てるべきである。これらの進歩を再生可能エネルギーシステムと統合することは、拡張可能で費用対効果が高く、真に持続可能な水素製造を達成するために不可欠となる。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Hydrogen is widely regarded as a cornerstone of the global transition toward low-carbon and sustainable energy systems. However, the environmental benefits of hydrogen depend strongly on the production pathway employed. This review presents a comparative analysis of water-splitting technologies and biological methods for green hydrogen production, highlighting their operating principles, efficiencies, costs, technological readiness, and prospects. Water splitting approaches include electrolytic methods alkaline water electrolysis (AWE), proton exchange membrane (PEM), anion exchange membrane (AEM), and solid oxide electrolysis (SOEC) as well as photocatalytic and photoelectrochemical (PEC) systems. Among these, AWE and PEM are technologically mature and commercially deployed, offering high hydrogen purity and system reliability, while SOEC demonstrates superior thermodynamic efficiency at elevated temperatures. Photocatalytic and PEC techniques provide direct solar-to-hydrogen conversion but remain limited by low efficiencies, charge recombination, and material instability. Biological hydrogen production routes like biophotolysis, fermentation, gasification, and pyrolysis utilize biomass and organic waste as feedstocks, supporting circular economy principles. Gasification and pyrolysis exhibit relatively high hydrogen yields and industrial potential but require high temperatures and extensive gas cleaning. In contrast, biophotolysis and fermentation operate under mild conditions and are environmentally benign but are constrained by low production rates, oxygen sensitivity, and process instability. A critical comparison indicates that electrolytic water splitting currently offers the most viable pathway for large-scale, high-purity hydrogen production when powered by renewable electricity, whereas biological methods present attractive waste-to-energy solutions with lower technological readiness in some cases. Future development should focus on reducing capital costs, replacing precious metal catalysts, improving membrane durability, enhancing photocatalyst stability, and optimizing bioreactor performance. Integrating these advances with renewable energy systems will be essential for achieving scalable, cost-effective, and truly sustainable hydrogen production.

• semanticscholar https://doi.org/10.11648/j.ijsge.20261501.15first seen 2026-05-15 20:45:57 · last seen 2026-06-10 05:26:29