Für die Nutzungsrouten, bei denen Wasserstoff als Intermediat auftritt, konzentrieren sich die Forschungs- und Entwicklungsbedarfe vor allem auf Prozesse und Systeme zur weiteren stofflichen Wandlung von Wasserstoff zu anderen Energieträgern oder Grundchemikalien. Hierzu gehören insbesondere die H₂-to-Methane- und die H₂-to-Liquids-Pozesse, die Gegenstand der Arbeiten in Fokusbereich 4 sind.

Die Umwandlung von Wasserstoff zu Methan, das heißt synthetischem Erdgas, stellt eine Alternative zur direkten Nutzung von Wasserstoff dar, da für Erdgas eine Infrastruktur für Transport und Speicherung vorhanden ist. Hierbei reagieren Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid (oder Kohlenstoffdioxid) zu Methan und Wasserdampf. Allerdings sind die Effizienzverluste bei diesem Umwandlungsschritt und die Frage der Bereitstellung einer nachhaltigen Kohlenstoffquelle zu berücksichtigen. Hier kommt in Niedersachsen insbesondere Biomasse bzw. Biogas in Betracht.

Die Weiterverarbeitung von Wasserstoff zu synthetischen flüssigen Kraftstoffen ist insbesondere bei Anwendungen sinnvoll, für die eine hohe Energiedichte unverzichtbar ist. Durch eine gestufte Abfolge katalytischer Prozesse kann aus Wasserstoff und CO₂ beispielsweise synthetisches Kerosin hergestellt werden.