Im mobilen Bereich kann der Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor und in einer Brennstoffzelle zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren resultiert in einem höheren Wirkungsgrad im Vergleich zur Verbrennung konventioneller Kraftstoffe, besonders im höheren Lastbereich. Dabei ist es möglich, Verbrennungsmotoren auf Wasserstoff umzurüsten. Durch die Nutzung von Brennstoffzellen kann in der Regel ein noch höherer Wirkungsgrad erzielt werden. So ermöglichen Brennstoffzellen elektrische Wirkungsgrade von 40 bis 65 Prozent. [Neug22, S. 125 ff.]

Wasserstoff kann in verschiedenen Aggregatszuständen gespeichert werden. Derzeit werden in der Praxis zwei Systeme angewendet. Industrieller Standard ist die Speicherung von Wasserstoff in Druckbehältern bei 700 bar für Personenkraftwagen (Pkw). Problematisch hierbei sind der Platz- und Materialbedarf sowie damit zusammenhängende Kosten. Dahingegen ist die Verwendung von Flüssigwasserstoff mit geringeren Kosten für die Baumaterialien verbunden und ist besonders interessant für den Schwerlastbereich. Der Wasserstoff muss hierfür auf 253 Grad Celsius gekühlt werden. Die Speicherung von Flüssigwasserstoff kann jedoch zu Boil-off-Effekten (dem Verdampfen von Wasserstoff bei Wärmeeintritt) führen. Diesem Effekt kann durch ein möglichst geringes Verhältnis von Oberfläche und Volumen im Tank entgegengewirkt werden. Darüber hinaus sind weitere Speichermöglichkeiten denkbar. So wurde beispielsweise an Kryodruck-Wasserstoff geforscht, die Entwicklung jedoch unter anderem aufgrund der Problematik hinsichtlich der Isolation des Tankbehälters 2016 wieder eingestellt.
[Neug22, S. 128 ff.]

Die Produktion von Wasserstoff direkt an der Tankstelle ist aufgrund ökonomischer Überlegungen in der Regel keine Möglichkeit. Bisher erfolgt die Belieferung von Tankstellen mit Wasserstoff ausschließlich über Lastkraftwagen (Lkw) [DIHK20, S. 13f.]. Wasserstoff kann mittels Lkws sowohl komprimiert als auch verflüssigt transportiert werden. Der Transport ist flexibel, jedoch sind die Kosten für eine einzelne Fahrt hoch. [FFE21]

Weiterhin möglich ist der Transport von Wasserstoff über Pipelines. Derzeit existieren in Deutschland bereits zwei größere Pipelinesysteme, welche vorwiegend für die Chemieindustrie genutzt werden. Ein weiterer Ausbau der Transportinfrastruktur ist mit hohen Investitionskosten verbunden, wird jedoch von der Bundesregierung im Rahmen der nationalen Wasserstoffstrategie unterstützt. Es besteht die Möglichkeit, die Investitionskosten für neue Pipelines zu senken, in dem nicht mehr benötigte Erdgasleitungen umgerüstet werden. Im Netzentwicklungsplan Gas 2020-2030 wurde von den Erdgasnetzbetreibern eine mögliche Umrüstung von etwa 500 Kilometern bis 2025 spezifiziert. [FFE21]

Ein generelles Problem bei der Anwendung von Wasserstoff sind die auftretenden hohen Umwandlungsverluste entlang der Wertschöpfungskette. Ausgehend von der Wasserstoffproduktion mittels Elektrolyse stellen sich diese wie folgt dar:

Übertragung von erneuerbarem Strom: 95 Prozent
Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse: 70 Prozent
Kompression und Transport: 80 Prozent
Brennstoffzelle: 60 Prozent
Elektromotor: 85 Prozent
Mechanik: 95 Prozent
Gesamtwirkungsgrad: 26 Prozent
[AgFr18, S. 12]

Zum Vergleich: ein batteriebetriebenes Elektroauto kommt auf einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 69 Prozent [AgFr18, S. 12]. Somit kommen zu teilweise immer noch offenen technischen Fragen bezüglich des Transports und der Speicherung im Fahrzeug ebenso hohe Systemkosten aufgrund eines vergleichsweise niedrigen Gesamtwirkungsgrades bei der Wasserstoffnutzung.