Attualmente, oltre al problema della ricerca di metodi più efficienti ed economici di produrre idrogeno, ciò che ancora ostacola la diffusione di questo vettore energetico è la difficoltà di stoccaggio e di trasporto. Essendo l’elemento più leggero, alla temperatura di 0 °C ed alla pressione di 1 bar la sua densità è di soli 0.090 Kg*m^-3, mentre a -253 °C è un solido con densità di 70.6 Kg*m^-3. E’ chiaro dunque che non è semplice immagazzinare grandi masse d’idrogeno in forma gassosa. Per quanto riguarda le applicazioni mobili, per le quali si stanno concentrando maggiormente gli sforzi, gli obiettivi fissati dal DOE (il dipartimento per l’energia statunitense) negli scorsi anni si traducevano in due cifre: 6.5 wt% (che esprime il rapporto percentuale tra la massa idrogeno stoccata e la massa complessiva serbatoio e idrogeno) e 60 kgH2/m³ (che rappresenta il rapporto tra la massa d’idrogeno e il volume del serbatoio). Ora questi obiettivi sono rivisti e articolati nel tempo e precisamente, per quanto riguarda la massa percentuale sarebbe: 4.5 wt% al 2005, 6.0 wt% al 2010 e 9.0 wt% al 2015.
La poca familiarità con l’idrogeno come vettore energetico ha sollevato diverse perplessità per quanto riguarda la sicurezza. Certamente è da riconoscere che l’idrogeno, a causa della sua violenta reattività con l’ossigeno, va trattato con una certa cautela. Vero è anche però che quando l’idrogeno brucia si consuma molto rapidamente, sempre con fiamme dirette verso l’alto e caratterizzate da una radiazione termica a lunghezza d’onda molto bassa che è facilmente assorbibile dall’atmosfera. Per contro materiali come la benzina, il gasolio, il GPL od il gas naturale sono più pesanti dell’aria e, non disperdendosi, rimangono una fonte di pericolo per tempi molto più lunghi. È stato calcolato, facendo uso di dati sperimentali, che l’incendio di un veicolo a benzina si protrae per 20-30 minuti, mentre per un veicolo ad idrogeno non dura più di 1-2 minuti.

Stoccaggio dell'idrogeno allo stato gassoso in bombole ad alta pressione (fino a 700 atm) [Quantum]		Serbatoio criogenico per lo stoccaggio dell'idrogeno allo stato liquido [Linde]

Il più comune metodo di immagazzinamento è l’utilizzo di bombole cilindriche in acciaio che lavorano fino a pressioni di 200 atm. Tuttavia, in questi ultimi anni, sono stati sviluppate bombole leggere sperimentali a struttura composita che possono lavorare con pressioni superiori a 800 atm, con le quali si potranno raggiungere densità dell’idrogeno di 36 Kg*m^-3, ovvero circa metà della densità del liquido al suo punto di ebollizione (70.8 Kg*m^-3). Ulteriori aumenti della pressione renderebbero il sistema troppo pesante dato che bisogna aumentare lo spessore delle pareti della bombola per evitare pericolose fuoriuscite ed esplosioni. Proprio quello della sicurezza è un importante problema di questo metodo, soprattutto nel caso venga utilizzato per applicazioni veicolari. Per questo motivo si prevede che in futuro vengano utilizzate bombole costituite da tre strati: uno interno polimerico, uno intermedio in fibra di carbonio capace di sopportare elevate trazioni, uno più esterno in grado di proteggere il sistema da danni meccanici e corrosivi. Le nuove bombole sono di alluminio rinforzato all’esterno da compositi con fibre di carbonio; lavorano a 450 atm, avendo superato il collaudo a 600 atm. Si punta verso pressioni sempre più alte (700atm), ma i cicli ripetuti di carica e scarica possono indurre il distacco delle fibre dalla matrice polimerica riducendone così la resistenza meccanica. Con 450 atm si arriva a circa 100 litri e al 4 wt% di H₂. Attualmente, la bassa densità di idrogeno raggiungibile, le alte pressioni impiegate sono degli svantaggi importanti per questa tecnologia affinché venga utilizzata per applicazioni mobili [A. Züttel, 2004].

Prototipo di serbatoio ad idruri complessi metallici per lo stoccaggio dell'idrogeno in stato solido  [Sandia Laboratories]

L’idrogeno liquido appare molto attraente per la sua densità (70.8 kg/m³, a 1 atm), meno per la temperatura di ebollizione alla quale deve essere mantenuto (–252 °C). A causa della sua bassa temperatura critica (-239,9 °C), l’idrogeno liquido può essere immagazzinato solo in sistemi aperti, poiché al di sopra della temperatura critica non può esistere la fase liquida. La pressione in un sistema chiuso a temperatura ambiente potrebbe raggiungere le 104 atm.
Oltre a ciò, ad oggi le difficoltà maggiori di questa tecnologia sono rappresentate dalle elevate energie spese durante il processo di liquefazione e dall’isolamento termico dei contenitori in modo da limitare le perdite per ebollizione. La velocità di ebollizione da un contenitore di idrogeno liquido dipendono in particolare dalla forma, dalle dimensioni e dall’isolamento termico del contenitore stesso. Le perdite possono ridursi notevolmente per contenitori di grandi dimensioni (le perdite sono dello 0.4% al giorno per un contenitore di tipo Dewar di 50 m³ e dello 0.2% per uno do 100 m³). Tra i sostenitori di questa tecnologia vi è la BMW che, nell’aprile 2003, ha stretto un accordo con la General Motors e ha sviluppato un sistema automatico per il rifornimento e realizzato una piccola flotta di vetture con motore a combustione interna alimentato da H₂. Oggi le tecnologie criogeniche hanno raggiunto un notevole livello grazie allo sviluppo missilistico (Shuttle, Ariane), ma alcuni punti sono a sfavore di quest’opzione: i costi per la liquefazione e il trasporto, l’evaporazione indotta dall’ingresso di calore dall’esterno e la sicurezza. Pertanto l’uso diffuso d’idrogeno liquido suscita ancora perplessità.
Una delle tecnologie che meglio si presta all’immagazzinamento dell’idrogeno, soprattutto per applicazioni mobili, è l’immagazzinamento allo stato solido, mediante il quale si formano idruri. Si utilizzano a questo scopo metalli, composti intermetallici, leghe. Gli idruri si formano ed agiscono attraverso due fasi: la dissociazione dell’idrogeno molecolare in idrogeno atomico alla superficie e successivamente il suo assorbimento nei siti interstiziali della struttura del composto ospite tramite processi diffusivi. L'assorbimento dell'idrogeno nello spazio interatomico (idrogenazione) è un processo esotermico, mentre il rilascio dell’idrogeno (deidrogenazione) è un processo endotermico. Quando la pressione dell’idrogeno viene inizialmente aumentata, l’idrogeno si dissolve in quantità ridotta nel metallo finchè le interazioni idrogeno-metallo arrivano al punto da formare l’idruro. In questa fase la pressione d’equilibrio rimane costante, fino al raggiungimento di circa il 90% della capacità d’immagazzinamento. Al di sopra di questo limite è necessario operare con pressioni elevate per raggiungere il 100% della capacità. Il calore generato durante la formazione dell’idruro deve essere continuamente rimosso per evitare che le proprietà d’assorbimento dell’idruro ne risultino alterate. Con la deidrogenazione invece, si spezza il legame formatosi tra il metallo e l’idrogeno e la pressione operativa cresce all’aumentare della temperatura. Inizialmente la pressione è elevata e viene rilasciato idrogeno puro, poi in seguito alla rottura del legame con il metallo la pressione si stabilizza fino a ridursi drasticamente quando nell’idruro residua circa il 10% dell’idrogeno. Quest’ultima parte di gas è molto difficile da rimuovere essendo quella più saldamente legata al metallo e quindi spesso non può essere recuperata nel ciclo di assorbimento e desorbimento. La temperatura e la pressione di queste reazioni dipendono dalla composizione specifica dell'idruro. Il calore di reazione può variare da 9.300 fino a 23.250 kJ/kg di idrogeno e la pressione può anche superare l 100 atm. La temperatura di deidrogenazione a sua volta può superare i 500 °C. Considerato questo vasto campo di temperatura e pressione, la costruzione di unità d’immagazzinamento d’idrogeno presenta notevoli difficoltà. In particolare si cercano sistemi che possano lavorare nei range d’interesse per applicazioni mobili (1-10 atm e 20-100 °C). Il contenitore dell’idruro deve essere pressurizzato e presentare un’area sufficientemente grande per lo scambio del calore al fine di garantire la rapidità delle fasi di carico e scarico dell’idruro per le quali è richiesta, inoltre, stabilità termica e strutturale della lega impiegata. Anche se per la deidrogenazione è spesso necessario fornire calore, l'eventualità che si verifichino perdite di idrogeno non riveste particolare importanza ed è questo il motivo per cui questo metodo è considerato sicuro. Gli svantaggi sono, però, la bassa percentuale in peso dell’idrogeno immagazzinato ed il costo generalmente elevato dei materiali che non consentono ancora la realizzazione di sistemi di immagazzinamento ad idruri utilizzabili commercialmente su larga scala. I costi operativi per tali sistemi includono quelli relativi alle operazioni di raffreddamento per l'idrogenazione e riscaldamento per la deidrogenazione. L'ammontare di calore richiesto dipende dal tipo di metallo o lega e dalle sue applicazioni. Per il futuro, anche se si prevede un incremento del costo de materiali impiegati, si ritiene che almeno sistemi molto piccoli, da utilizzare per applicazioni mobili (alimentazione di computer portatili per esempio) possano essere più efficienti e competitivi.