地下储氢具有规模大、周期长、可跨季节储能等突出优势，是未来氢能大规模存储的重要发展方向。澳大利亚莫纳什大学Ranjith教授（澳大利亚科技与工程院院士）团队对地下储氢（UHS）作为一种大规模储能的可行解决方案（容量超过10吉瓦时）进行了批判性研究。研究指出，要预测地下储氢的回收率和存储效率，就必须深入了解在注入、储存和回采阶段，卤水、残余油、气体和矿物造成的氢气损失。
研究开发了一个可能与氢发生矿物反应的数据库，可用于了解氢损失和量化系统中的孔隙度变化。除此之外，研究还发现：氢在卤水中的溶解度可以忽略不计，而在非水相中的溶解度则高出近一个数量级；氢气对硅酸盐矿物的影响很小，而对粘土和方解石的影响很大。(在有方解石的系统中，氢气损耗为9.5%，而在没有方解石的系统中，氢气损耗小于0.01%）；生物反应在氢与地下相的反应中非常突出，尤其在适宜的活性细菌、营养物质和良好的环境条件下；由于储层中的反应性硬石膏、方解石、SO42-和CO2在长时间储存周期内的消耗，甲烷生成和细菌硫酸盐的还原反应会削弱，但在较短的储存周期中可能会增加；孔隙度的变化通常在盖层岩、泥岩和页岩中更为显著，这些岩石具有更大的比表面积和较少的石英；甲烷是最合适的垫层气，而二氧化碳最不合适；对于多相流，主要的粘性指进和重力偏析会导致氢损失；氢气回收率随着循环次数的增加而增加，垫层气体的类型比其体积更重要。
尽管文中讨论了上述关键影响因素，但仍有几个因素可能会影响地下储氢，需要进一步研究。主要包括：①枯竭油气藏储层中存在卤水、烃类和不同的气体成分。注氢时，氢的溶解度取决于所有这些相，需要对其进行实验和数值研究；②由于微生物和地球化学活动造成的矿物学变化，孔隙网络和连通性也会发生变化。应研究盖岩和储层岩石的矿物学变化，以了解氢的潜在损失及其储存能力；③了解方解石在不同条件下与氢的反应，以量化氢的损失；④随着时间的推移，氢在多孔网络中的传输取决于孔隙网络的连通性和潜在的孔隙网络连通性。因此，应进一步研究氢在微尺度、中尺度和纳米尺度孔隙几何结构中的传输；⑤由于氢的分子尺寸较小，扩散率较高，根据储存时间的长短，氢有可能通过盖层损失。因此，从宏观到微观再到纳米尺度的分析中，需要确定氢气扩散系数、相关参数以及氢气在不同溶剂存在下扩散到不同盖层的损失因子；⑥应了解循环注入对储层中不同阶段的孔隙度、渗透率和氢回收率的影响；⑦虽然有多种模型可以发现垫层气的影响，但相关的实验研究尚未开展；⑧由于氢气的循环注入和储层中的不同成分，了解储层中的多相流动行为非常复杂。应进一步开展实验和建立模型，以量化不同相位和不同储层几何形状的氢气采收率。
研究不仅提出了氢损失的定量见解，而且还指出了需要进一步研究的领域，以深化对地下储氢动态的理解。通过识别这些研究空白，旨在指导未来的研究工作，以提高地下储氢设施的操作效率和安全性，从而支持向可持续能源系统的过渡。相关研究成果发表于《Geomechanics and Geophysics for
Geo-Energy and Geo-Resources》[1]。
[1] Unlocking the Potential of Underground Hydrogen Storage for Clean
Energy Solutions
