Comparative analysis and determining factors in large scale hydrogen technologies: a systematic review across diverse application contexts

The urgency of global decarbonization efforts, underscored by the escalating greenhouse gas emissions and the international commitment to achieve net-zero emissions by 2050, has spotlighted hydrogen as a pivotal energy carrier. However, storage challenges represent a significant bottleneck in fully realizing the potential of hydrogen technologies, particularly pronounced in large scale applications. Therefore, this thesis aims to offer a comprehensive review of large-scale hydrogen storage technologies by addressing the two gaps identified in the literature: the lack of a comparative analysis of how and why certain technologies are preferred over others and the lack of a holistic approach in understanding the intricate balance of the key factors crucial in selecting appropriate storage technologies for large-scale use. To achieve this the study is structured around four interlinked objectives: cataloguing large-scale hydrogen storage technologies, exploring their practical applications, identifying key determining factors for technology selection and matching technologies with application contexts. To address the first three objectives, the thesis implements a systematic literature review using the PRISMA methodology, which, along with a thematic analysis, facilitates the development of taxonomies on large-scale hydrogen storage technologies, application contexts, and key indicators. Finally, for the fourth objective, the thesis employs a refined Multi-Attribute Utility Theory (MAUT) scoring model to match hydrogen storage technologies with their respective application contexts.

L'urgenza degli sforzi di decarbonizzazione globale, evidenziata dall'aumento delle emissioni di gas serra e dall'impegno internazionale a raggiungere l'obiettivo di emissioni nette zero entro il 2050, ha messo in luce l'importanza dell'idrogeno come vettore energetico fondamentale. Tuttavia, le sfide legate allo stoccaggio rappresentano un significativo ostacolo nella realizzazione piena del potenziale delle tecnologie a base di idrogeno, particolarmente nelle applicazioni su larga scala. Questa tesi si propone di esaminare in modo approfondito le tecnologie di stoccaggio dell'idrogeno su larga scala, affrontando due principali lacune nella letteratura attuale: la mancanza di un'analisi comparativa su come e perché determinate tecnologie siano preferite rispetto ad altre e la necessità di un approccio olistico per comprendere l'equilibrio dei fattori chiave nella selezione delle tecnologie di stoccaggio più adatte per usi su larga scala. Per raggiungere questo obiettivo, lo studio è strutturato attorno a quattro obiettivi interconnessi: catalogare le tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno su larga scala, esplorare le loro applicazioni pratiche, identificare i fattori determinanti per la selezione della tecnologia e abbinare le tecnologie ai contesti applicativi. Per affrontare i primi tre obiettivi, la tesi implementa una revisione sistematica della letteratura utilizzando la metodologia PRISMA, che, insieme a un'analisi tematica, facilita lo sviluppo delle tassonomie sulle tecnologie di stoccaggio dell'idrogeno su larga scala, sui contesti applicativi e sugli indicatori chiave. Infine, per il quarto obiettivo, la tesi utilizza un avanzato modello di punteggio basato sulla Teoria dell'Utilità Multi-Attributo (MAUT) per abbinare le tecnologie di stoccaggio dell'idrogeno ai rispettivi contesti applicativi.