Наприклад, для виробництва водню вигідно використовувати теплову і електричну енергію, що виробляють АЕС в, так званому, провальному режимі, тобто, у нічний час, коли падає рівень звичайного споживання енергії. Перспективним є електроліз води у поєднанні з нетрадиційними поновлюваними джерелами енергії (сонячна, вітрова).
Найчастіше в промисловості при зберіганні й перевезенні великої кількості водню використовуються криогенні системи. Крім виробництва самих криогенних систем зберігання, для розвитку водневої енергетики буде потрібно вирішити складні завдання заправки цих систем і їхньої експлуатації в конкретних умовах промислових енергоустановок.
У гідридних системах зберігання водень утримується у складі інтерметалічних сполук або у вигляді гідридів металів. Витяг його із цих сполук здійснюється шляхом або гідролізу, або термічної дисоціації. У першому випадку процес є одноразовим, у другому - можуть бути створені акумулятори багаторазової дії. Використання гідридних систем зберігання має таку важливу перевагу, як більш м'які вимоги до безпечної експлуатації. Крім того, у металогідриді щільність водню вища, ніж у його рідкому стані. Головний недолік систем цього типу - відносно невисокий вміст водню по масі.
Зробити остаточний вибір на користь тієї або іншої системи зберігання сьогодні неможливо, потрібні додаткові дослідження й експертизи.
Найбільш перспективний напрямок розвитку водневої енергетики - заміна вуглеводневих палив на водень у системах транспорту, насамперед, в автомобілебудуванні (двигуни внутрішнього згорання). Вже близько 20 років водневі енергосистеми використовуються в ракетній техніці в якості розгінних блоків космічних кораблів (американський «Шаттл», російський «Буран»). Для виробництва електроенергії в малопотужних автономних системах енергоспоживання паливні елементи можуть бути перспективними (для живлення мобільних телефонів та ін.).
Іншими областями застосування водню та змішаного газу, що містить водень, можуть бути: хімічна, нафтопереробна, металургійна, харчова промисловість, житлово-комунальний сектор й т. ін. Широке застосування у світі набувають паливні елементи для децентралізованої стаціонарної енергетики.
Потреби в паливних елементах для децентралізованої стаціонарної енергетики (потужністю 250 кВт – 10 МВт) у найближчі 10 років становлять 100 000 МВт. Вартість 1 кВт планується довести з сучасних 3000 – 6000 дол. до 1000 –1500дол. до 2015р. Потреба в паливних елементах для автотранспорту (потужність 25-50 кВт) становить 500 000 шт. на рік. Вартість 1 кВт планується довести із 300-1000 дол. до 100-50 дол. У недалекій перспективі в результаті жорсткості стандартів на викиди, підвищення вартості бензину й зниження вартості паливних елементів очікується зміна кон'юнктури на користь автомобілів і автономних енергоустановок потужністю до 100-300 кВт на базі твердополімерних паливних елементів (ТП ПЕ).
Концепція великомасштабного застосування водню як для одержання електроенергії, так і в інших галузях народного господарства отримала назву водневої економіки. За оцінками Міненерго США, до 2100 р. його виробництво складе 770 – 950 Мт (у 2000 році воно складало 50 Мт). Це призведе до формування великого нового сектору світової економіки на основі широкого застосування паливних елементів .
Водневий паливний елемент - універсальне джерело енергії, що може використовуватися в енергетиці, на транспорті (у т.ч. автомобільному), у побуті. Тому сьогодні найбільша увага дослідників, розроблювачів, промисловості й інвесторів спрямована на паливні елементи. Паливні елементи (електрохімічні генератори - ЕХГ) - тип технологій, які використовують реакцію окислювання водню в мембранному електрохімічному процесі, що виробляє електрику, теплову енергію й воду. Американські й російська космічні програми використовують ЕХГ протягом десятиліть. Паливні елементи (ПЕ) для приводів автомобілів і автобусів успішно розробляються для наступного покоління транспортних засобів, а також для автономних систем енергоспоживання. Твердополімерні ПЕ по технічному рівню перебувають на порозі комерціалізації. Однак їхня висока вартість сьогодні у значній мірі стримує цей процес.
Щодо екологічних переваг водню, то слід зазначити, що паливні елементи є кінцевою ланкою водневого циклу, а чистота попередніх ланок залежить від технології переробки сировини і технологій одержання водню та поводження з ним (перетворення, транспортування та ін.). Ці переваги очевидні, якщо для його одержання використовуються чисті технології, наприклад, енергія вітру, сонця, термальні води та інші відновлювані джерела. Крім того, акумулюючі властивості водню можуть забезпечити рівномірний графік виробництва електроенергії сонячною та вітровою енергетикою при несприятливих для них погодних умовах. Використання паливних елементів на автомобільному транспорті дозволить значно покращити екологію довкілля великих міст, які сьогодні потерпають від локальної концентрації продуктів згорання двигунів автотранспорту.
Технологічний ланцюг водню, який включає видобування (конверсія, електроліз), його перетворення (до стиснутого або зрідженого стану, або закачування у гідриди), транспортування до місця його використання і безпосередньо використання в паливних елементах на кожному етапі потребує енергетичних витрат, від яких залежить загальна енергоефективність. Більш привабливі перспективи в цьому плані має водневий цикл, який базується на використанні енергії нетрадиційних відновлюваних джерел енергії (НВДЕ), але ця енергія поки що є досить дорогою, як і самі водневі технології, включаючи паливні елементи. З часом, коли ці технології набудуть більш широкого розповсюдження і відповідно стануть більш дешевими, вони можуть стати конкурентоспроможними.
Головними проблемними питаннями на цьому шляху є:
- підвищення ККД та покращення екологічних характеристик всього технологічного циклу водневої енергетики (виробництво водню, виробництво комплектуючих частин паливних елементів, перетворення палива в електроенергію);
- зменшення вартості водневого циклу перетворення;
- збільшення ресурсу експлуатації паливних елементів;
- забезпечення безпеки на всіх етапах виробництва, перетворення, зберігання, транспортування та застосування водню.
Поки що на шлях вирішення зазначених проблем стали окремі країни (в першу чергу США) та міжнародні організації.
Дослідження з водневої енергетики розвиваються зі зростаючою активністю. У США, Німеччині, Японії, Канаді створені й експлуатуються дослідні водневі автозаправні станції. Уряди й приватний бізнес розвинених країн активно інвестують у розвиток цього напрямку енергетики. У Японії налагоджується випуск автомобілів, що працюють на водневих паливних елементах. Урядом Ісландії у 2002 р. було оголошено про перевід транспортних наземних систем і рибальського флоту на водневі системи. У цій країні на нових чистих видах енергії, у першу чергу — геотермальній, базується вся енергетика й теплопостачання. Споживання нафтопродуктів залишилося тільки в сфері автотранспорту й рибальства. На основі досвіду експлуатації перших десятків водневих автобусів у Європі в Ісландії на початку 2003 р. компанією Shell введена в експлуатацію перша станція заправки автобусів стислим електролізним воднем.
У 2003 р. президент США Буш висунув “Ініціативу в області водневого палива”, завдання якої складається у прискорені необхідних досліджень і розробок зі створення і демонстрації можливостей нових технологій. Фінансування програми визначено у 1,2 млрд дол. Президентська ініціатива покликана сприяти прийняттю приватним сектором рішень щодо комерціалізації й виводу на ринок технологій водневого палива до 2015 р., отримання відчутних результатів із заміщення нафти, зниження шкідливого впливу на навколишнє середовище. Відповідно до плану Міністерства енергетики, федеральний уряд буде відігравати ключову роль в освоєнні нових технологій у короткостроковій перспективі, поки вони перебувають у стадії розробки й демонстрації на відносно вузьких ринках. У середньостроковій перспективі федеральний уряд візьме на себе функції з ранньої адаптації нових технологій і розробки політики. Це буде сприяти розвитку можливостей промисловості щодо забезпечення поставок на ринок значних об'ємів водневого палива. Роль промисловості в освоєнні нових водневих технологій на більш пізніх етапах почне поступово ставати домінуючою. Основними ключовими орієнтирами, досягнення яких є необхідним для побудови водневої економіки, за оцінками Міністерства енергетики, є:
- створення систем зберігання водню для автомобілів, вага яких не перевищує 9% від загальної ваги, а запаси палива забезпечують пробіг не менш 300 миль без дозаправки;
- виробництво водню із природного газу або рідкого палива за ціною 1,5 дол. за галон у бензиновому еквіваленті;
- створення автомобільних паливних елементів на основі полімерних електролітних мембран, які виробляють енергію за питомою ціною 30-45 дол/кВт і гарантують 5000 годин роботи без додаткового обслуговування;
- створення підприємств з виробництва водню з вугілля без викидів вуглецю за собівартістю 0,80 дол. й ціні поставки 1,8 дол. за галон у бензиновому еквіваленті;
- розробка технології доставки водню за ціною 1 дол. за галон у бензиновому еквіваленті.
Особливе значення мають також досвід і плани Європейського Союзу щодо розвитку водневої енергетики. Перспективи водневої енергетики привернули увагу ЄС ще в 1988 році, коли на проведення досліджень у цій галузі із загального бюджету вперше було виділено 8 млн євро строком на чотири роки. Однак до початку 2004 р. у Європі був відсутній скоординований технологічний підхід у даній області, що вело до неефективного використання обмежених державних і приватних ресурсів. Європейські політики прийшли до висновку, що успішно вирішити поставлене завдання можна тільки шляхом об’єднання державних і приватних ресурсів країн регіону і досягнення чіткої координації їхнього використання. Тому на початку 2004 р. було створено європейську програму “Європейська технологічна платформа в області водневої енергетики і паливних елементів”. Основна мета цієї програми - розробити стратегію переходу ЄС від використання вуглеводневих паливних ресурсів до водневої економіки, що дозволить забезпечити Європі енергетичну безпеку, прийнятну якість навколишнього середовища й необхідні заходи щодо захисту на випадок прогнозованих кліматичних змін. Більш конкретна мета пов'язана з перетворенням ЄС у провідного гравця на світовому ринку водневих технологій.