Integrating hydrogen production and subsurface storage: toward a sustainable hydrogen economy: a critical review

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a state-of-the-art synthesis of geomechanical, geochemical, and microbiological processes in hydrogen storage, identifying research gaps.

🏢実務担当者:Offers a technical overview of storage options and operational challenges for hydrogen project developers and energy companies.

🏛政策担当者:Highlights strategic importance of geological storage for hydrogen economy, informing national energy storage policies and infrastructure planning.

エネルギー転換とエネルギー革新において、水素は再生可能エネルギー発電と産業規模の脱炭素化を結びつける極めて重要なクリーンエネルギーキャリアとして浮上している。既知の時空間変動を伴う再生可能エネルギーの導入率が上昇するにつれ、数日から季節単位でのエネルギー貯蔵能力は、エネルギーシステムのレジリエンスにとって決定的な制約となる。したがって、多源エネルギーを既存インフラに統合するには、サプライチェーン全体にわたって効率的で安全かつ費用対効果の高いエネルギー貯蔵ソリューションが求められる。利用可能な選択肢の中で、地下地質貯蔵は、季節的なエネルギー変動を調整できる大規模・長期間の技術として有力である。水素の低分子量、高拡散性、反応性は、安全な貯蔵にとって機会と課題の両方をもたらす一方、圧縮、液化、吸着などの地表ベースの方法は、コスト、容量、スケーラビリティによって制約を受け続けている。岩塩空洞、枯渇した炭化水素貯留層、石炭層、帯水層、廃坑などの地下地層は、膨大な潜在的貯蔵容量を提供するが、水素の注入、貯蔵、回収を支配する連成した地盤力学・地球化学・微生物学的プロセスの詳細な理解を必要とする。ガス–岩石–塩水相互作用、キャップロックの完全性、バッファーガス動態、微生物メタン生成は、水素の保持と運用効率に大きく影響する。本レビューは、地質媒体を通じた水素貯蔵に関する知識の現状を統合し、科学的・工学的・環境的視点を組み合わせるとともに、貯蔵技術を新興の水素製造経路—ブルー水素（炭素回収を伴う化石燃料改質）、グリーン水素（再生可能エネルギー駆動の電気分解）、オレンジ水素（蛇紋岩化などの地質刺激）—と結びつける。米国、欧州、アジアのケーススタディは、地下貯蔵の技術的実現可能性を確認する一方で、長期的モニタリング、漏出防止、経済的最適化における持続的な課題を浮き彫りにする。今後、人工知能（AI）、分散型音響ファイバーセンシング、反応性輸送モデリングの導入により、リアルタイム評価とシステム設計が強化されるだろう。総じて、これらの発展は、大規模な地質水素貯蔵が単なる技術的選択肢ではなく、安全で脱炭素化されたグローバルな水素経済を達成するための戦略的必要性であることを裏付けている。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

For energy transition and energy innovation, hydrogen has emerged as a pivotal clean energy carrier bridging renewable generation and industry-scale decarbonization. As renewable penetration increases with known spatio-temporal fluctuations, the ability to store energy over days to seasons becomes a critical limitation to energy system resilience. Integrating multi-sourced energy into existing infrastructure therefore demands efficient, safe, and cost-effective energy storage solutions across the supply chain. Among available options, underground geological storage represents a viable large-scale, long-duration technology capable of balancing seasonal energy fluctuations. Hydrogen’s low molecular weight, high diffusivity, and reactivity present both opportunities and challenges for secure storage, while surface-based methods such as compression, liquefaction, and adsorption remain constrained by cost, capacity, and scalability. Subsurface formations, including salt caverns, depleted hydrocarbon reservoirs, coal seams, aquifers, and abandoned mines, offer vast potential storage capacity but require detailed understandings of coupled geomechanical, geochemical, and microbiological processes that govern hydrogen injection, storage and recovery. Gas–rock–brine interactions, caprock integrity, cushion gas dynamics, and microbial methanogenesis significantly affect hydrogen retention and operational efficiency. This review synthesizes the state of knowledge on hydrogen storage through geological media, integrating scientific, engineering, and environmental perspectives while coupling storage technologies with emerging hydrogen production pathways—blue, green, and orange hydrogen—derived respectively from fossil reforming with carbon capture, renewable-driven electrolysis, and geological stimulation such as serpentinization. Case studies from the United States, Europe, and Asia confirm the technical feasibility of underground storage yet highlight persistent challenges in long-term monitoring, leakage prevention, and economic optimization. Looking forward, the incorporation of artificial intelligence (AI), distributed acoustic fiber-optic sensing, and reactive transport modeling will enhance real-time assessment and system design. Collectively, these developments affirm that large-scale geological hydrogen storage is not merely a technical option but a strategic necessity for achieving a secure and decarbonized global hydrogen economy.

• openalex https://doi.org/10.1007/s44421-026-00017-6first seen 2026-05-05 19:11:48 · last seen 2026-05-23 05:35:27