氢能如此重要，那么自然界中有足够的单质（即由一种元素组成的纯净物）氢吗？遗憾的是地球上单质氢含量很少，并且主要分布于地球的外大气层中。地球上储量丰富的氢主要是以化合物（即由两种或两种以上元素组成的纯净物）的形式出现。因此，要想利用氢能，必须将氢从其化合物（化石燃料、水和生物质）中提取出来。
有什么办法能获得大最的氢气呢？经过多年研究，目前已经工业化的制氢方法有：水制氢、化石燃料制氢、生物质制氢等，另外太阳能制氢是目前最有发展前景的制氢技术。
一、电解水制氢技术
常见的水制氢方法有电解水制氢、高温热解水制氢、热化学制氢等。
电解水制造氢气是一种成熟的传统制氢技术，生产历史已有80余年。该技术具有产品纯度高和操作简便的优点。目前电解水制造氢气的产量约占氢气总产量的4％。电解水制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，燃烧过程是自发进行的剧烈放热反应，因而其逆过程需要外界提供大批能量，该能量一般由电能提供。有时为提高制氢效率，可在高压下进行水电解，采用的压力多为3．0～5．0兆帕。电解水制氢过程简单，无污染，效率一般在75％～85％。但消耗电量大，每立方米氢气电耗为4．5～5．5千瓦•时，电费占整个电解水制氢生产费用的80％左右。因此，该种生产工艺经济性差，主要用于工业生产中要求纯度高、用量不大的场合。
20世纪70年代末美国提出一种低电耗制氢方法，耗电量只有电解水制氢的一半。这种方法的主要原理是电解煤水浆制氢，实际上是电化学催化氧化法制氢，即在酸性电解槽中的阳极区加入煤粉或其他含碳物质作为去极化剂，反应产物为二氧化碳，而不是氧气，阴极则产生纯氢气。这样能使电解电压降低一半，因而电耗也相应降低。据报道，美国已在新墨西哥州采用此方法建立了一座年产300万立方米氢气的工厂，每标准立方米的电耗为2．4千瓦•时。而且该方法在添加煤粉的过程中能生成硫化物，还可以进行煤的脱硫。但该方法的低电耗却以排放二氧化碳为代价，在环保要求日益严格的今天还有待改进。
高温热解水制氢是把水直接加热到2500℃以上的高温，部分水或水蒸气即可裂解为氢和氧。高温热解水制氢存在一系列突出的技术问题：如何获得高温热源，高温场下反应装置材料的选择，以及氢气和氧气的分离等。水的裂解反应是一个很强的吸热反应，需要很大的能量输入，一般在3OOO℃以上的高温才会快速发生，用常规能源获取这样的高温是不现实的，所以热源本身就是一大难题。现在看来，有希望的热源只有太阳能和核反应热。采用高反射和高聚焦的太阳炉可实现3OOO℃左右的高温，但这类装置的造价很高，效率较低，因此不具备普遍实用意义。关于用核反应的热能分解水制氢已有各种设想方案，但至今均未能实现。在2000℃以上的高温场中，反应装置材料的选择也成为一个大难题。金属材料都不能胜任，只能寄希望于非金属材料，如陶瓷材料、碳材料等，但材料的寿命仍难以预测。另外，高温热解水生成的氢、氧、原子氢、原子氧等多种成分混合在一起，如何安全有效地将氢和氧分离也是关键难点。
水热化学制氢技术是在不同温度下历经一系列不同但又相互关联的化学反应，最终将水分解为氢气和氧气。这个过程中仅仅消耗水和热量，参与制氢气过程的添加元素或化合物均不消耗，整个反应过程构成封闭循环系统。与热解水直接制氢相比，热化学制氢技术每一步反应均在800～1000℃下进行，温度相对较低，能源匹配、设备装置耐温要求以及投资成本等问题都比较容易解决。水热化学制氢技术能耗相对较低，可直接利用核反应堆的热能，省去了发电步骤，效率较高，容易实现大规模生产。世界各国相继进行了相关研究，已开发出上百种热化学制氢技术，但总体应用进展甚微。
二、化石燃料制氢技术
目前全球氢气年产量约5000万吨，并且以年6％～7％的速度递增。世界上商业用氢大约有96％是从煤、石油和天然气等化石燃料中制取。我国制氢原料中化石燃料所占比重更高。化石燃料改质制氢技术具有良好的经济性，通常的方法是加入水蒸气或氧气，通过催化剂作用使得化石燃料分解，制造由氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等组成的混合气体。尽管化石燃料储量有限，制氢过程对环境还会造成污染，但已工业化且技术成熟的化石燃料制氢作为一种过渡工艺，仍将在未来几十年的制氢技术中发挥重要作用。
传统的煤制氢技术主要是煤气化制氢。该技术已经有200年历史，在我国也有100年的历史。以煤为原料制取含氢气体的方法主要有煤的焦化（或称高温干熘）和煤的气化两种。焦化是指煤在隔绝空气条件下，在900～1000℃高温时制取焦炭，副产品为焦炉煤气，焦炉煤气中含55％～60％（体积）的氢气。每吨煤可得煤气300～350立方米，可作为城市煤气，也可作为制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸气或氧气（空气）。气体产物中含有氢气组分，其含量随气化方法不同而异。我国是煤炭资源比较丰富的国家，煤炭在我国能源结构中的比例高达70％，因此利用煤炭制氢是一条具有中国特色的制氢路线。煤制氢的主要缺点是生产装置的投资大，制氢过程中会排放大量的温室气体。
天然气制氢的主要方法有天然气和水蒸气重整制氢、天然气部分氧化重整制氢、天然气和水蒸气重整与部分氧化联合制氢、天然气（催化）裂解制氢气等。20世纪20年代后期世界上已开始甲烷和水蒸气转化法制氢的研究，30年代美国就建立了以天然气为原料的蒸汽转化炉。天然气催化重整制氢的方法是对天然气采用钴、钼催化剂加氢和采用氧化锌催化剂除去硫化物等杂质后，在蒸汽转化炉内以一定的催化剂、温度和压力条件下进行甲烷和水蒸气重整制氢反应。该反应是个强吸热反应，能耗较高，燃料成本占到生产成本的52％～68％。另外，水蒸气重整制氢是慢速反应，需要多级串联昂贵的耐高温不锈钢管式反应器，生成装置规模大、投资高。天然气部分氧化反应时，随着混合气中氧含量不同、反应条件不同，反应生成物的组成也不同。当氧含量为37％以下、温度为1300℃、压力为5～30兆帕时，反应产物主要是一氧化碳和氢气。天然气部分氧化重整制氢反应为温和的放热反应，该技术与传统的水蒸气重整方法相比，能耗显著降低，装置规模和投资较小，但该技术反应条件苛刻、不易控制，需要大量的纯氧，需增加空分装置。20世纪中叶开发的天然气高裂解制氢技术是在常压和1300℃高温下将天然气直接裂解为氢气和炭黑。该技术较简单，但是制氢的成本依然较高。
三、生物质制氢技术
利用生物质制氢的方法主要有微生物转化和热化学转化两类。前者主要是利用发酵生产液体燃料，如甲醇、乙醇及氢；后者是在高温下通过化学方法将生物质转化为可燃的含氢气体或液体。目前被广泛研究的是生物质的裂解（液化）和生物质气化。早在100多年前，科学家就发现在微生物的作用下，通过蚁酸钙的发酵可从水中制取氢气。1931年斯蒂芬森首次报道了一些细菌中含有氢酶，可以催化氢的可逆氧化还原反应产生氢气。目前已发现能产氢的生物有几百种，遍布于原核生物到真核生物之中，主要有光解产氢气生物和发酵产氢气生物两种。光解产氢气生物有可能产业化的是绿藻、蓝细菌、紫色非硫细菌；发酵产氢气生物以梭菌属和古细菌属为代表，它们可以厌氧发酵甲酸、葡萄糖、乙酸、丁醇等产生氢气。生物质热化学转化生成氢气的过程类似煤的气化，常用的气化剂是空气。生物质在流化床或固定床反应器内与空气接，触发生不完全燃烧反应，产生氢气、一氧化碳、二氧化碳等物质。该技术是典型的化工过程，容易实现大规模的生产，而且其不受外界干扰，与生物过程相比，热化学过程容易控制。
生物质制氢技术具有清洁、节能和不消耗矿物资源等出突优点。作为一种可再生资源，生物体又能进行自身复制、繁殖，还可以通过光合作用进行物质和能械转换，这一种转换可以在常温、常压下通过酶的催化作用得到氢气。从长远和战略的角度来看以水为原料利用光能通过生物体制取氢气是最有前途的方法。
四、太阳能制氢技术
目前从水中分离氢常用的方法是热分解或电分解。如果用煤、石油或天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电来分解水制氢，显然从经济上是不划算的。现在看来，高效率制氢的基本途径是利用太阳能，其原理是通过太阳能电池将太阳能转换为电能，再利用电能电解水制取氢和氧。另有一种途径是太阳能直接电解制氢，其原理基于光电化学电池和半导体光催化法。光电化学电池有一对光电阳极和阴极，光阳极的材料是光电半导体，其能吸收太阳能并将光能转化为电能，进而电解水产生氢气。实现太阳能光催化分解水制氢的实用化需要解决两大关键问题：一是研制高效的可见光催化剂；二是构建稳定的光催化反应体系。值得一提的是废水中许多污染物本身就是良好的电子供给体，如果将其用于制氢过程作为牺牲极，不但能降低成本，而且一举两得，实现制氢和治污的双重目的。
如果能用太阳能来制氢，那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源。目前，利用太阳能分解水制氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等。利用太阳能制氢有重大的现实意义，但却是一个十分困难的研究课题，有大量的理论和工程技术问题要解决，世界各国都十分重视，并已取得了多方面的进展。因此，以太阳能制得的氢能将成为人类未来普遍使用的一种优质、干净的燃料。
目前，全球氢的年总产品为3．6×107～5．0×107吨，其中的77％从石油和天然气中制取，18％来自煤，4％来自电解水，1％来自其他原料。可见，目前的制氢原料主要是化石燃料。化石燃料制氢过程中将产生污染物和温室气体，且化石燃料日趋枯竭，今后应加大以水制氢、太阳能制氢、生物质制氢等的研究升发力度，并逐步取代化石燃料制氢。