Net als steenkool, aardolie, aardgas en elektriciteit is waterstof een energiedrager. Er zit namelijk energie in opgeslagen die kan vrijkomen, bijvoorbeeld bij verbranding. Waterstof heeft per kilogram een hoge energiedichtheid van ongeveer 33 kWh, bijna drie maal zo groot als de waarde voor benzine. In de praktijk valt deze hoge waarde echter tegen omdat de dichtheid van waterstof erg laag is. De energiedichtheid van een liter vloeibare waterstof bij extreem lage temperaturen van minder dan -250 °C is daardoor een factor drie lager dan voor een liter benzine. En een liter gasvormig samengedrukt waterstof bij een druk van enkele tientallen of honderden bars kan nog minder energie bevatten dan vloeibaar waterstof. En dit staat nog los van het gewicht van de opslag(tank) voor waterstof met een voldoende koude-isolerende of voldoende drukbestendige metalen mantel.

Aardgas, aardolie en steenkool kun je ‘gewoon’ uit de grond halen, waarbij de winning uiteraard enige energie kost. Waterstof in z’n elementaire vorm is in overvloed aanwezig op aarde, bijvoorbeeld als een van de bouwstenen die chemisch gebonden zijn in het watermolecuul. Moleculair gasvormig of vloeibaar waterstof komt daarentegen nauwelijks vrij in de natuur voor. De meest gebruikte manier om waterstof te maken is op een chemische manier door koolwaterstoffen als aardgas bij hoge temperaturen te laten reageren met stoom. De waterstof wordt zo uit aardgas vrijgemaakt, maar hierbij ontstaat ook het broeikasgas kooldioxide.

Waterstof heeft nu dus nog een fossiele oorsprong. Een ideale manier om ‘schone’ waterstof te genereren is door een elektrische stroom door water te ‘jagen’, en water zo te elektrolyseren tot de gassen waterstof en zuurstof. Bij voorkeur heeft deze elektrische stroom dan een niet-fossiele oorsprong, en wordt bijvoorbeeld gegenereerd door zonlicht op een zonnecel te laten vallen of door wind een windturbine te laten draaien. Deze gassen waterstof en zuurstof kun je afzonderlijk opslaan of toevoeren aan een brandstofcel waarbij wederom water ontstaat, en ook elektriciteit die nuttig gebruikt kan worden – bijvoorbeeld om een elektromotor aan te drijven.

Overigens: in een fossiel-vrije toekomst is de bestaande infrastructuur van aardgasleidingen te gebruiken om waterstof doorheen te transporteren. Wanneer landen die CV-installaties gebruiken om hun huizen te verwarmen van het aardgas af willen, dan is waterstof mogelijk een vervanger. Het hele buizenstelsel ligt immers al in de grond, tot aan huis toe. Leidingmaterialen als staal en polyethyleen zijn chemisch bestand tegen waterstof en zijn ‘waterstofdicht’, en gasleidingen hiervan kunnen net zo goed waterstof transporteren als aardgas. Waar 1 liter aardgas afhankelijk van de samenstelling bij verbranding 30 tot 40 kJ aan verbrandingswarmte oplevert, is dit voor waterstofgas iets meer dan 10 kJ per liter. Als je een gelijke hoeveelheid energie beschikbaar wilt hebben zullen er dus krachtiger pompen nodig zijn om een drie keer zo grote stroom aan waterstof door de leidingen te pompen. Ook de CV-ketel zal iets moeten worden aangepast voor een andere brandstof/lucht-verhouding. De transitie van aardgas naar waterstof kan geleidelijk gaan, door (steeds) meer waterstofgas toe te voegen aan de (steeds geringere hoeveelheden) aardgas in de leidingen.

Het grootste gebruik van waterstof is overigens niet voor energietoepassingen, maar ligt in de chemische industrie. Meer dan de helft van alle gesynthetiseerde waterstof vindt z’n toepassing in de industriële bereiding van kunstmest via de Haber-Bosch-synthese. Waterstofgas (H₂) en stikstofgas (N₂) reageren hierbij onder een hoge druk van zo’n 200 bar en een temperatuur van zo’n 450 °C aan het oppervlak van ijzerdeeltjes tot ammoniak (NH₃), een belangrijke grondstof voor stikstof-gebaseerde meststoffen als ammoniumnitraat en ureum. Een groot deel van de kunstmestproductie is dus gebaseerd op aardgas.
Hoewel stikstofgas (N₂) volop in de lucht aanwezig is en in direct contact staat met planten, kunnen die het niet gebruiken als stikstofvoeding. Het gas is namelijk zeer inert door de stevige drievoudige binding tussen de twee stikstofatomen. Om zelf noodzakelijke stikstofverbindingen te kunnen aanmaken – zoals eiwitten – hebben planten stikstof nodig in een reactieve vorm. Deze bruikbare vorm van stikstof halen ze uit nitraten (NO₃­^–) en ammonium (NH₄⁺) die in (kunstmatige) meststoffen zitten.