Wasserstoff ist kein Primärenergieträger und muss daher eigens erzeugt werden. Er wird deshalb entweder aus kohlenwasserstoffhaltigen, fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Erdgas durch Abspaltung durch die sogenannte Reformierung oder mittels Elektrolyse (elektrische Soaltung) von Wasser hergestellt.

Vor der Aufbereitung muss der kohlenwasserstoffhaltige Energieträger generell bei jedem Brennstoffzellentyp gereinigt und entschwefelt werden (Schwefelgehalt <1ppm). Bei Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFC) und Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) wird der Wasserstoff durch externe Reformer erzeugt. Wasser und zum Beispiel Methan werden hier unter Zuführung von Wärme in Kohlenmonoxid und Wasserstoff gespalten (Dampfreformierung). Während des nachgeschalteten Prozesses im Shift-Konverter wird zwar bei der Umwandlung von verbleibendem Kohlenmonoxid und Wasser in Kohlendioxid und Wasserstoff wiederum Wärme frei, aber nicht genug, um den endothermen Reforming-Prozeß aufrecht zu halten. Erdgas oder der von der Brennstoffzelle nicht verbrauchte Restwasserstoff werden zur Wärmeerzeugung genutzt. Der Reformer beeinträchtigt damit die energetischen Vorteile der Brennstoffzelle, indem rund 20 % der eingesetzten Energie für Prozessenergie verwendet werden (siehe auch Kapitel zum Brennstoffzellen-Gesamtsystem).

Die Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) kann anstelle von Wasserstoff auch die Kohlenstoff-Komponenten der Kohlenwasserstoffe in Energie umwandeln.

Die verschiedenen Schritte der Brenngasaufbereitung zeigt die nachfolgende Abbildung. Die Entfernung des Kohlenmonoxids vor allem bei den PEMFC von entscheidender Bedeutung, da es als Katalysatorgift wirkt und damit die Leistung der Zelle verringert.

(Quelle: Forschungszentrum Jülich)

Brennstoffzellen arbeiten sehr schadstoffarm. Beim Erdgas- und Methanolbetrieb entstehen Wasser und Kohlendioxid. In Abhängigkeit vom Systemwirkungsgrad bei Strom- und Wärmeversorgung werden die Kohlendioxid-Emissionen gegenüber Motor-BHKW weiterhin reduziert.  Bei Wasserstoffbetrieb entstehen keine Kohlendioxid-Emissionen und, da die Systemtemperaturen im Vergleich zur konventionellen Feuerung niedrig sind, kaum noch Stickoxide.

Weitere Details zur Verfahrenstechnik der Brenngaerzeugung finden sich auf den Brennstoffzellenseiten des Instituts für Energieforschung IEF 3 am Forschungszentrum Jülich.