Wasserstoff ist das leichteste und häufigste Element im Universum: ein bei Raumtemperatur farbloses, geruchloses Gas mit einer Dichte von etwa einem Vierzehntel der von Luft und einer der vielversprechendsten Energieträger für die laufende Energiewende. Seine größte industrielle Verwendung ist die Ammoniaksynthese: Im Haber-Bosch-Verfahren reagiert Wasserstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck an einem Katalysator mit Stickstoff zu Ammoniak, das weiter zu Harnstoff, Ammoniumnitrat und anderen Stickstoffdüngern verarbeitet wird, die die globale Nahrungsmittelproduktion tragen. Die Raffinerieindustrie verbraucht enorme Mengen Wasserstoff für Hydrocracken, Hydroentschwefelung und Hydroraffination, wobei Schweröl in Benzin und Diesel umgewandelt und Schwefel, Stickstoff und Metalle entfernt werden, um sauberere Kraftstoffe zu erzeugen.
Im Energiesektor verbinden Wasserstoff-Brennstoffzellen Wasserstoff und Sauerstoff elektrochemisch zu Strom, wobei als Abgas nur Wasser entsteht; sie treiben Brennstoffzellenfahrzeuge, Straßenbahnen, Notstromsysteme und dezentrale Stationen an. Grüner Wasserstoff gilt zudem als wichtiger alternativer Kraftstoff für schwer zu dekarbonisierende Branchen wie Stahl, Chemie und Schwerlastschifffahrt. Die Luft- und Raumfahrt nutzt flüssigen Wasserstoff mit flüssigem Sauerstoff als Hauptraketentreibstoff, der hohen Schub bei sauberem Abgas liefert. Wasserstoff hydriert außerdem flüssige Pflanzenöle zu Margarine und Backfett, schützt das Zinnbad bei der Floatglasherstellung vor Oxidation und dient als Reduktions- und Schutzgas beim Züchten von Silicium- und Germanium-Einkristallen. Wasserstoff wird gewählt, weil er die höchste massebezogene Verbrennungswärme besitzt, ein extrem starkes Reduktionsvermögen hat und saubere Reaktionsprodukte liefert.
Wasser (H2O) ist die bekannteste Verbindung des Wasserstoffs und deckt Trinkwasser, Bewässerung, industrielle Kühlung, Stromerzeugung und chemische Lösungsmittel in praktisch allen Branchen ab; es bildet das Medium des Lebens selbst. Ammoniak (NH3) ist nicht nur ein direkter Stickstoffdünger, sondern auch Rohstoff für Salpetersäure, Soda, Acrylnitril und viele Amine; flüssiges Ammoniak selbst ist ein verbreitetes Tieftemperatur-Kältemittel und ein Reduktionsmittel bei der Rauchgasentstickung. Wasserstoffperoxid (H2O2), umgangssprachlich auch Wasserstoffsuperoxid genannt, zerfällt nur in Wasser und Sauerstoff und wird daher breit als Bleichmittel für Zellstoff und Textilien, als Desinfektionsmittel für Trinkwasser, als Bleichmittel in der Lebensmittelverarbeitung und als umweltfreundliches Oxidationsmittel eingesetzt; auch in der Halbleiterreinigung wird es stark genutzt. Chlorwasserstoff (HCl) löst sich in Wasser zu Salzsäure, einer grundlegenden starken Säure, die beim Beizen von Stahl, bei der Erdöl-Säurebehandlung, der Metalloberflächenbehandlung sowie bei der Herstellung von Chlormethanen und PVC verwendet wird, ebenso zur pH-Regelung und zur Herstellung von Chloridsalzen.
