Wasserstoff kann durch Elektrolyse aus Wasser hergestellt werden. Hierbei wird Wasser durch elektrischen Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff kann dann wiederum durch Verbrennung mit Sauerstoff zur Energieerzeugung verwendet werden. Wenn zur Herstellung erneuerbarer Strom verwendet wird, dann ist dieser Wasserstoffkreislauf klimaneutral.

Dies alles hört sich sehr einfach und plausibel an, allerdings steht die Physik einer wirtschaftlichen Anwendung entgegen. 

Bei jedem Vorgang, bei dem Energie in eine andere Energieform umgewandelt wird, entstehen Verluste. 

Die wesentliche Umwandlung von Energie ist die Umwandlung von Wärme in Arbeit. Die grundlegenden Arbeiten hierzu wurden 1824, also vor fast 200 Jahren, von Sidi Carnot veröffentlicht.

Ein entscheidender Parameter bei der Umwandlung von Wärme in Arbeit ist der Wirkungsgrad. Dies ist das Verhältnis der gewonnenen Arbeit zur eingesetzten Energie.

η = w / q

Die Wirkungsgrade verschiedener Maschinen zur Umwandlung von Wärme in Arbeit sind beispielsweise:

Der Wirkungsgrad ergibt sich durch die Temperaturunterschiede, die bei einem Prozess auftreten. Der Dieselmotor hat einen sehr hohen Wirkungsgrad aufgrund der sehr hohen Verbrennungstemperatur. Die erste Dampfmaschine hatte dagegen nur einen Wirkungsgrad von 1 %.

Bei der Wasserstoffwirtschaft fallen folgende Prozesse mit entspechenden Wirkungsgraden an:

Hiermit ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von 0,6 x 0,8 x 0,5 =  0,24