Die grundsätzliche Aufgabe einer Wasserstoff-Schienentankstelle ist die Aufnahme bzw. Erzeugung, Zwischenspeicherung, Verdichtung, Kühlung und geeichte Abgabe des Wasserstoffs an den Verbraucher.

Eine Wasserstofftankstelle ist im Vergleich zur klassischen Dieseltankstelle in ihrem Aufbau komplex: Sie besteht aus mehreren Komponenten und verfügt typischerweise über diese Module:

• Dispenser: Bezeichnet die Zapfvorrichtung (Tankkupplung) zum Anschluss an den jeweiligen Fahrzeugtank.
• Elektrolyseur: Elektrolyse ist der Begriff für einen chemischen Prozess, bei dem Wasser mit Hilfe elektrischen Stroms in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Die wichtigste Anwendung der Elektrolyse ist die Gewinnung von Wasserstoff.  Mit Hilfe sogenannter Elektrolyseure kann Wasserstoff vor Ort hergestellt werden.
• Verdichter: Getankt wird Druckwasserstoff bei Zügen in 350 Bar (bei PKW in 700 Bar). Aufgrund der Anwendung einer kaskadierten Betankung im Überströmprinzip muss der Wasserstoff in mehreren Stufen auf einen Druck von bis zu 500 Bar verdichtet werden. Diese Aufgabe übernehmen Verdichter („Kompressoren“). Diese Prozessschritte sind notwendig, um den Vorteil der hohen gravimetrischen Energiedichte von 33,3 kWh pro kg - das ist fast die dreifache Dichte des Diesel-Kraftstoffs- nutzen zu können.
• Speicher: Der verdichtete Wasserstoff wird an der Tankstelle in Druckgasbehältern gespeichert und auf der entsprechenden Druckstufe vorgehalten. Die Druckgasbehälter sind in sogenannten Gasflaschenbündel zusammengefasst, die die benötigte Menge vorhalten
• Kühlung (bei Schnellbetankung): Die performante Auslegung der Betankungsinfrastruktur erfordert eine Kühlung des Wasserstoffs auf bis zu -40°C. Die Kühl-Anlage wird i.d.R. in standardisierter ISO-Container Bauweise in Betankungsgleisnähe errichtet.
• Trailerplätze: Der Wasserstofftrailer dient dem Transport von gasförmigem oder flüssigem Wasserstoff. Er ist eine Alternative zur Wasserstoff-Pipeline oder der Elektrolyse vor Ort. Für den angelieferten Wasserstoff sind Trailer(wechsel-)plätze im Bereich der Tankstelle notwendig. Ein Trailer kann auch als mobiler Speicher verwendet werden, der den Wasserstoff bei Bedarf an die Speicher/ Verdichter abgibt und mit Abgabe der kompletten Füllmenge ausgetauscht werden kann
• Kommunikationsschnittstelle mit Fahrzeug: Ändern sich Druck und Temperatur des Wasserstoffs, muss sich die Tankgeschwindigkeit anpassen und die Anlage darauf reagieren. Sie muss also entweder die Geschwindigkeit senken oder die Kühlung erhöhen. Um diesen thermodynamischen Prozess für die Tankstelle beherrschbar zu machen, ist zwingend die zuverlässige Interaktion zwischen Tankstelle und Fahrzeug sicherzustellen. 

" Wasserstoff-Schienentankstellen werden immer individuell geplant. Der Wasserstoffbedarf an der Abgabestelle, eine Vorort-Erzeugung oder Belieferung, die Anforderungen an die Erzeugung des Wasserstoffs und örtliche Gegebenheiten sind bspw. wichtige Parameter. Besonderes Augenmerk gilt den kostenintensiveren Komponenten Speicher und Verdichter. Nur so ist eine bedarfsorientierte Wasserstoffabgabe in der Größenordnung von wenigen Kilogramm bis zu mehreren Tonnen pro Tag an Triebzüge und Loks möglich. Welches Versorgungskonzept am gewünschten Standort die beste Alternative ist, ermittelt die DB Energie im Rahmen von Machbarkeitsstudien." (Christian Pieper, Referent Alternative Antriebstechnologien und Projektleiter H2goesRail bei DB Energie).

Um den Beweis anzutreten, dass heutige Dieselverkehre durch praxiserprobte Wasserstoff-Bahngesamtsysteme ersetzt werden können, haben die Projektpartner Deutsche Bahn AG, DB Regio AG, DB Energie GmbH und Siemens Mobility GmbH das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderte Verbundprojekt H2GoesRail ins Leben gerufen.

„Unsere Aufgabe ist es, die beste Betankungsinfrastruktur für das neue Schienenfahrzeug zu entwickeln. Diese neue Tankstelle muss mehr als nur Wasserstoff vertanken können. Durch das Speichern, Verdichten und Vor-Ort Erzeugens von Wasserstoff, kommt unserer Aufgabe eine Schlüsselrolle im Verbundprojekt zu. Durch den mobilen Ansatz gelingt es uns zusätzlich den steigenden Nachfragen an Betankungstechnik gerecht zu werden. Mit diesem modular-mobilen Ansatz können wir die Anlage an beliebigen Orten mit vertretbarem Aufwand auf- und abbauen." (Christian Pieper, Referent Alternative Antriebstechnologien und Projektleiter H2goesRail bei DB Energie.)

Hauptziel des Projekts ist die Erprobung eines neuen Gesamtsystems aus neu entwickeltem Zug und einer neu konzipierten Tankstelle. Die DB Energie leistet mit der Entwicklung, Erprobung und Optimierung der notwendigen Wasserstoff-Infrastruktur als schnellbetankungsfähiges H2-Bahngesamtsystem einen entscheidenden Beitrag. Der wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen-Triebzug fährt im einjährigen Testbetrieb auf der Strecke Tübingen – Horb – Pforzheim. Der Probebetrieb soll ab 2024 starten. 

Die durch die Schnellbetankung reduzierte Betankungszeit auf 15 Minuten ist ein Schlüsselaspekt angesichts der eng getakteten Zugfolgen im Regionalverkehr der DB, damit die Wasserstofftechnologie im Betriebsalltag konkurrenzfähig zum bisher verwendeten Dieselkraftstoff bleibt. Allerdings erlaubt nur eine Kühlung des Wasserstoffs eine Schnellbetankung von Brennstoffzellenzügen, weshalb der Überwachung von Temperatur und Druck während des Betankungsvorgangs besondere Bedeutung zukommt. Hierzu werden von DB Energie neue Kommunikationsschnittstellen geschaffen, die dann auch als Standard für größere Flotten weiterentwickelt und eingesetzt werden können und eine wichtige Grundlagenarbeit für den Bahnbetrieb der Zukunft markieren.