Mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff kann synthetisch weiter in Methan umgewandelt werden. Dieses Konzept fällt unter den Überbegriff „Power to Gas“ . Methan hat eine wesentlich höhere volumetrische Energiedichte als Wasserstoff. Dieses synthetisch erzeugte Methan kann in das Erdgasnetz eingespeist werden, was mit Wasserstoff nur bedingt möglich ist. Neben Wasserstoff wird eine Kohlendioxidquelle benötigt. Je nach Prozesstechnologie kann das CO₂ H₂ Gemisch direkt in der Methan-Synthese in Methan umgewandelt werden oder es bedarf einer vorherigen Reduktion des CO₂ zu Kohlenmonoxid (CO). Letzteres erfolgt bei sehr hohen Temperaturen > 500°C und benötigt einen zusätzlichen Energieaufwand. Die Methan-Synthese selbst ist exotherm (d.h. es wird wärme bei der Reaktion frei, was zu thermodynamisch unvermeidbaren Verlusten führt) und benötigt erhöhte Prozessdrücke. Eine Realisierung der Methan-Synthese mit nutzbaren Umsätzen erfordert zusätzlich den Einsatz von Katalysatoren, etwa auf der Basis von Nickel (Ni) als aktiver Komponente. Die Reaktion läuft dann in einem typischen Temperaturfenster von 250 bis 650 °C und Drücken zwischen 1 und 80 bar ab (vgl. Kaltschmitt u.a. 2024). Für Anwendungen im Mobilitätssektor könnte Methan direkt in gasbetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden.