Natural Hydrogen: techno-economic barriers for development and case studies

Natural hydrogen, often termed "white hydrogen," is emerging as a potentially revolutionary energy source with significant implications for the global energy transition. This thesis explores the scientific, technical, and economic aspects of natural hydrogen, focusing on its generation mechanisms, current exploration efforts, and potential as a sustainable energy resource. Unlike conventional hydrogen production methods, which are either carbon-intensive or costly, natural hydrogen is produced continuously through geological processes such as serpentinization, radiolysis, and degassing from the Earth's mantle. Despite its promise, the development of natural hydrogen faces substantial uncertainties regarding the volume of accessible and economically viable resources. Current estimates are highly speculative, with no definitive data on the global reserves of natural hydrogen. At present, the value chain for natural hydrogen is primarily focused on the exploration phase. Researchers, national research centers, and startups are spearheading efforts to locate and quantify natural hydrogen deposits. Countries like Mali, the United States, and Australia are at the forefront of these exploration activities. The role of governments is crucial in this early stage, providing necessary incentives, regulatory support, and funding to stimulate research and development. Private investments are also essential, driving technological advancements and mitigating financial risks. Natural hydrogen holds great potential to meet the increasing demand for clean hydrogen, offering a sustainable and possibly renewable energy source. However, realizing its potential will require overcoming significant technological and economic challenges, particularly in accurately estimating resource volumes and developing efficient extraction technologies. As the exploration phase progresses, transitioning to scalable, economically viable operations will be critical to harnessing natural hydrogen's full potential in the global energy mix.

L'idrogeno naturale, spesso denominato "idrogeno bianco", sta emergendo come una fonte di energia potenzialmente rivoluzionaria con implicazioni significative per la transizione energetica globale. Questa tesi esplora gli aspetti scientifici, tecnici ed economici dell'idrogeno naturale, concentrandosi sui suoi meccanismi di generazione, gli attuali sforzi di esplorazione e il potenziale come risorsa energetica sostenibile. A differenza dei metodi convenzionali di produzione dell'idrogeno, che sono intensivi in termini di carbonio o costosi, l'idrogeno naturale è prodotto continuamente attraverso processi geologici come la serpentinizzazione, la radiolisi e la degassazione dal mantello terrestre. Nonostante le sue promesse, lo sviluppo dell'idrogeno naturale affronta notevoli incertezze riguardo al volume delle risorse accessibili e economicamente sfruttabili. Le stime attuali sono altamente speculative, senza dati definitivi sulle riserve globali di idrogeno naturale. Attualmente, la catena del valore per l'idrogeno naturale è principalmente concentrata sulla fase di esplorazione. Ricercatori, centri di ricerca nazionali e startup stanno guidando gli sforzi per localizzare e quantificare i depositi di idrogeno naturale. Paesi come il Mali, gli Stati Uniti e l'Australia sono all'avanguardia in queste attività di esplorazione. Il ruolo dei governi è cruciale in questa fase iniziale, fornendo i necessari incentivi, supporto regolamentare e finanziamenti per stimolare la ricerca e lo sviluppo. Anche gli investimenti privati sono essenziali, promuovendo i progressi tecnologici e mitigando i rischi finanziari. L'idrogeno naturale ha un grande potenziale per soddisfare la crescente domanda di idrogeno pulito, offrendo una fonte di energia sostenibile e possibilmente rinnovabile. Tuttavia, per realizzare il suo potenziale sarà necessario superare significative sfide tecnologiche ed economiche, in particolare nella stima accurata dei volumi delle risorse e nello sviluppo di tecnologie di estrazione efficienti. Con il progredire della fase di esplorazione, sarà cruciale passare a operazioni scalabili ed economicamente vantaggiose per sfruttare appieno il potenziale dell'idrogeno naturale nel mix energetico globale.