Die Wasserelektrolyse dient zur Zerlegung von Wasser in seine Bestandteile Wasser- und Sauerstoff. Dies erfolgt mittels elektrischer Spannung. Da die Reaktion endotherm ist, kann nach beliebig langer Speicherung des Wasserstoffes, unter Zugabe von Sauerstoff das chemische Potenzial wieder freigesetzt werden.

Je nach Verfahren werden unterschiedliche Prozessparameter, Katalysatoren und im Wasser gelöste Stoffe verwendet. Diese führen zu unterschiedlichen Kosten, Wirkungsgraden sowie Leistungsfähgikeiten der Systeme. PEM-Elektrolyseure (aus dem Englischen: Proton Exchange Membrane) verwenden etwa eine für Protonen durchlässige Membran und destilliertes Wasser. Typische Wirkungsgrade sind 70-80 %.

Wie der Name Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) aussagt, sind LOHC im Allgemeinen dazu in der Lage, Wasserstoff chemisch zu binden. Der zuvor gasförmig vorliegende Wasserstoff wird durch Verbauen in einem größeren Molekül sozusagen verflüssigt. Da Flüssigkeiten um ein Vielfaches dichter sind als Gase, können somit sehr viel mehr Wasserstoff-Atome auf dem gleichen Raum untergebracht werden.

Das aktuelle Entwicklungspotenzial liegt darin, die chemische Beständigkeit der LOHC zu erhöhen, sowie den thermischen Energieaufwand für die (De-)Hydrierung zu senken. Dadurch wird der Prozess nachhaltiger und effizienter.

Um aus gespeichertem Wasserstoff Energie zu gewinnen verwendet man Brennstoffzellen. Darin werden Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle jeweils aufgespalten und anschließend zu Wasser reagiert. Die Aufspaltung des Wasserstoffes erfolgt unter Abgabe von Elektronen. Zurück bleibt ein einzelner Atomrumpf, ein Proton. Dieses kann durch die Membran hin zum Sauerstoff diffundieren.

Über einen Leiter gelangen die vom Wasserstoff abgespaltenen Elektronen zum Sauerstoff und können diesen auf die Reaktion mit den Wasserstoff-Ionen vorbereiten. Somit kann am Elektronenleiter eine Spannung, bzw. ein Gleichstrom abgegriffen werden. Diese kann für andere Anwendungen als Energiequelle dienen.

Ein Hybridkraftwerk besteht aus mehreren verschiedenen Energieerzeugungs- und Speichersystemen. Diese stellen die angeforderte Energie in unterschiedlichen Formen bedarfsgerecht bereit. So können beispielsweise Windkraftanlagen, Blockheizkraftwerke und Wasserstoffsysteme so kombiniert werden, dass bei hohem Windangebot Wasserstoff erzeugt und gespeichert wird. Bei abflachender Energieerzeugung durch die Windkraftanlagen wird die in Form von Wasserstoff gespeicherte Energie über Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen zurückverstromt, um die benötigte Leistung bereitzustellen. Hybridkraftwerke sind sehr flexibel und lassen sich im Bedarfsfall um weitere Module erweitern, um beispielsweise Wasserstoff-Fahrzeuge mit gespeichertem Wasserstoff als Treibstoff zu versorgen oder um anfallende Wärme in ein Fernwärmenetz einzuspeisen.

Mikronetze sind lokale autarke Stromnetze, die sich vom öffentlichen Stromversorgungsnetz abkoppeln und in den „Inselmodus“ trennen können. In diesem Fall wird die lokal benötigte Energie entweder dauerhaft oder bedarfsweise lokal erzeugt oder durch einen entsprechend dimensionierten Stromspeicher gedeckt. Somit wird auch bei Netzproblemen das Mikronetz mit Strom versorgt. Neben Krankenhäusern mit Intensivstationen können auch Gebäudeansammlungen oder ganze Stadtteile als Mikronetz agieren. Einer der Vorteile von Mikronetz besteht darin, dass die Energieerzeugung exakt auf den Verbrauch ausgerichtet werden kann. Hierdurch wird die Notwendigkeit, das öffentliche Netz auszubauen, verringert oder entfällt sogar ganz.