Một trong những giải pháp của nguồn năng lƣợng sạch cung cấp cho ô tô trong tƣơng lai là pile nhiên liệu. Pile nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng.
Pin nhiên liệu hoạt động giống nhƣ pin thông thƣờng: Khí H2 thổi vào pin, khi đó khí H kết hợp với khí O2 tạo ra H2O, quá trình này sinh ra dòng điện. Chất thải duy nhất là hơi nƣớc sạch.
Phản ứng hoá học xảy ra nhƣ sau: 2 H2 + O2= 2H2O
Năng lƣợng mà mỗi pin nhiên liệu này tạo ra phù thuộc vào luồng khí cung cấp bao gồm khí hydro và oxy. Mỗi tế bào tạo ra dòng điện 1 chiều từ 0,6→0,8V.
Do đó ngƣời ta kết hợp nhiều fuel cell lai với nhau tạo nguồn năng lƣợng cung cấp cho ô tô hoạt động. Khí H2 có thể sản suất từ các mỏ khí thiên nhiên hoặc cũng có thể điện ly nƣớc thành khí H2 và O2. Khí H2 đƣợc hóa lỏng và làm lạnh ở nhiệt độ thấp. Sau đó đƣợc vận chuyển đến các trạm bơm. Tại đây ô tô bus sẽ nạp khí vào các xylanh áp suất đặt ở mỗi ô tô.
Ƣu thế nổi bật của hydro là khi cháy trong động cơ chỉ phát thải NOx. Chỉ có một lƣợng rất nhỏ CO và HC trong khí xả là do sự cháy của dầu bôi trơn. Trong thành phần khí xả chỉ có hơi nƣớc là sản phẩm cháy chính, không có CO2, bồ hóng, SO2, chì, benzen, aldehyte và các chất gây hiệu ứng nhà kính khác. Nguồn sản xuất hydro lại dồi dào và có khả năng tái tạo đƣợc: đó là nƣớc. Khi tách hydro trong nƣớc, sản phẩm thứ 2 là oxy- một chất cần thiết cho công nghiệp, y học và đặc biệt là rất cần thiết đối với các sinh vật trên trái đất này.
Pile nhiên liệu trƣớc đây chỉ đƣợc nghiên cứu để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhƣng ngày nay pile nhiên liệu đã bƣớc vào giai đoạn thƣơng mại hóa để cung cấp năng lƣợng cho ô tô. Do không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pile nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nƣớc. Ô tô chạy bằng pile nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen.Vì vậy, có thể nói ô tô hoạt động bằng pile nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả.
Tuy nhiên, khi sử dụng nhiên liệu khí hydro cũng gặp 2 khó khăn lớn đó là sản xuất hydro và chứa hydro trong bình dự trữ trên ô tô. Việc tách hydro từ nƣớc đòi hỏi tốn nhiều năng lƣợng, bởi vì liên kết O-H trong phân tử nƣớc là liên kết cộng hoá trị rất bền vững. Vì vậy khó khăn liên quan đến lƣu trữ hydro dƣới áp suất cao. Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên ô tô để sử dụng cho pile nhiên liệu nhƣng hệ thống nhƣ vậy rất cồng kềnh và phức tạp.
Tuy nhiên ngày nay ngƣời ta đã thành công trong chế tạo các loại pile nhiên liệu có hiệu suất cao và giá thành phù hợp nhƣng việc áp dụng phƣơng án này trên ô tô vẫn còn xa so với hiện thực vì so với các phƣơng án làm giảm ô nhiễm khác, pile nhiên liệu chạy ô tô vẫn còn là loại nhiên liệu "xa xỉ" và "cao cấp". Ngày nay ngƣời ta thấy rằng nếu sử dụng pile nhiên liệu để chạy ô tô thì giá thành đắt hơn chạy bằng diesel khoảng 30%. Vì vậy với trình độ khoa học kỹ thuật của nƣớc ta hiện nay, khả năng ứng dụng nhiên liệu khí hydro trong giao thông là rất khó.