Kommt jetzt das goldene Zeitalter des weißen Wasserstoffs?

Für die energieintensive Industrie gilt grüner Wasserstoff als fast ideale Lösung, um langfristig klimaneutral produzieren zu können. Das wäre sehr wichtig, lässt sich doch manches Industrieprodukt nicht nur mit Strom erzeugen, sondern braucht Wärme – besser gesagt: Hitze. Und Wasserstoff lässt sich verheizen. Dumm nur: Es gibt aus mehreren Gründen noch viel zu wenig grünen Wasserstoff, also Wasserstoff, der selbst klimaneutral (grün) hergestellt worden ist. Und das ändert sich auch erst langfristig. Für die Industrie, nicht nur in Deutschland, vielleicht also zu spät.

Was aber wäre, ließe sich Wasserstoff wie Öl und Gas fördern – aus geologischen Formationen? Dann ergäben sich neue Perspektiven. Und solchen Wasserstoff gibt es. Er heißt weißer Wasserstoff. Unser Nachbarland Frankreich setzt schon länger darauf, ihn zu finden. Inzwischen lässt sich eine richtige Goldgräberstimmung bei der Suche nach ihm ausmachen. Die könnte jetzt weiter befeuert werden, denn eine internationale Studie unter deutscher Beteiligung zeigt, wo sich natürlicher weißer Wasserstoff am ehesten finden ließe: in Gebirgsregionen mit ganz bestimmten Gesteinen. Und das wusste man bisher noch nicht.

Wie kann weißer Wasserstoff entstehen?

Natürlicher oder weißer Wasserstoff (H₂) kann auf verschiedene Weise entstehen:

• durch die bakterielle Umwandlung von organischem Material
• durch die Umwandlung von Wasser infolge des Zerfalls radioaktiver Elemente in der kontinentalen Erdkruste.
• durch Serpentinisierung. Er gilt als vielversprechendster Mechanismus für die natürliche Wasserstofferzeugung in großem Maßstab. Hierbei reagiert Mantelgestein – tief liegendes Gestein aus dem Erdmantel – mit Wasser. Die Minerale im Mantelgestein bilden mit Wasser neue Minerale der sogenannten Serpentingruppe – und gasförmigen Wasserstoff (H₂).

Gibt es heute schon weißen Wasserstoff und wo?

Funde weißen Wasserstoffs gibt es inzwischen weltweit. Schon heute laufen verschiedene Explorationsbemühungen an Orten wie den Pyrenäen, den europäischen Alpen und dem Balkan. Das ist auch der Grund, warum sich ein internationales Wissenschaftsteam aufmachte, dem weißen Wasserstoff auf die Spur zu kommen. Beteiligt waren das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung in Potsdam, die Tufts University in der Nähe von Boston und die New Mexico Tech (beide USA) sowie die Université de Strasbourg und das geowissenschaftliche Beratungs- und Forschungsunternehmen Lavoisier H2 Geoconsult (beide Frankreich).

„Die generelle Nutzbarkeit von natürlichem Wasserstoff als Energiequelle wurde bereits in Mali nachgewiesen, wo begrenzte Mengen von H₂ aus eisenhaltigen Sedimentschichten durch Bohrungen in den Untergrund gewonnen werden“, teilt das GFZ mit. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Wir wissen jetzt, wo weißer Wasserstoff am ehesten zu finden ist

Wo diese Vorkommen für weißen Wasserstoff aus der Serpentinbildung systemisch am ehesten zu erwarten sind, hat jetzt ein internationales Team um Frank Zwaan vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung ermittelt. Den genauen geologischen Formationen sind die Forscherinnen und Forscher jetzt mit plattentektonischen Simulationen auf die Spur gekommen. Demnach stellen Gebirgszüge, in denen sich ursprünglich tief gelegenes Mantelgestein nahe der Oberfläche befindet, potenzielle natürliche Wasserstoff-Hotspots dar.

Solche Gebirgszüge seien möglicherweise nicht nur ideale geologische Umgebungen für eine großflächige natürliche Wasserstoffentstehung, sondern auch für die Bildung großflächiger Ansammlungen von gasförmigem Wasserstoff, die für die Wasserstoffförderung erbohrt werden können, so das GFZ.

Warum findet sich weißer Wasserstoff am besten in bestimmten Gebirgsregionen

Um zu verstehen, warum demnächst weltweit wohl Gebirgsregionen auf mögliche Reservoirs von Wasserstoff exploriert werden, gilt es zu verstehen, warum sich dort der Studie zufolge weißer Wasserstoff am ehesten finden soll. Dreh- und Angelpunkt sind die Mantelgesteine. Sie befinden sich in großer Tiefe, unterhalb der Erdkruste. Eigentlich also finden wir sie erst einmal gar nicht an der Erdoberfläche. Aber der Erdmantel selbst ist keine starre Schicht, die Mantelgesteine bewegen sich in einer langsamen Umwälzung zwischen der Erdoberflächen und dem Erdinneren, dem Erdkern. Diese Mantelkonvektion treibt die Plattentektonik an – und so gelangen Mantelgesteine an die Erdoberfläche.

Bei der Plattentektonik verschieben sich die Kontinentalplatten gegeneinander, sie wachsen quasi aus sogenannten Riftzonen nach oben, weil dort Mantelgestein nach oben drängt. An anderen Zonen taucht eine Kontinentalplatte unter einer anderen wieder ins Erdinnere ab. Dort entstehen typische Gebirge, das höchste ist der Himalaja, aber auch die Alpen. An beiden Stellen, den Riftzonen und den Gebirgen, können Mantelgesteine näher an die Erdoberfläche kommen. Exhumieren nennt das in diesem Zusammenhang die Wissenschaft. Dann haben die Mantelgesteine dort eine höhere Chance, mit Wasser in Kontakt zu kommen und der für die Bildung von weißem Wasserstoff so wichtige Prozess der Serpentinisierung kann auftreten.

Was das Forschungsteam erstmals für die Suche nach weißem Wasserstoff gemacht hat

Um das Potenzial einer geologischen Formation für weißen Wasserstoff richtig einschätzen zu können, ist ein gründliches Verständnis der Entwicklung solcher tektonischer Umgebungen wichtig. „In diesen Simulationen bestimmten die Forscher zum ersten Mal, wo, wann und in welchem Umfang Mantelgestein während der Gebirgsbildung exhumiert wird und wann diese Gesteine bei günstigen Temperaturen mit Wasser in Kontakt kommen können, um eine effiziente Serpentinisierung und natürliche Wasserstofferzeugung zu ermöglichen“, so die GFZ.

Es habe sich gezeigt, dass die Gebirgszüge bessere potenzielle Fundorte seien als Riftzonen – bis zu 20-mal größer. Denn in Gebirgen ist es eher kälter. Daher „finden sich dort größere Mengen an exhumiertem Mantelgestein unter günstigen Serpentinisierungstemperaturen von 200 °C bis 350 °C, und gleichzeitig kann eine reichliche Wasserzirkulation entlang großer Verwerfungen innerhalb von Gebirgsketten die Ausschöpfung des Serpentinisierungspotenzials ermöglichen“, so die GFZ. Außerdem bieten Gebirge geeignete Speichergesteine wie Sandsteine, in denen sich der gebildete gasförmige weiße Wasserstoff auch ansammeln kann.

Geht jetzt der Run auf den weißen Wasserstoff in Gebirgen los?

„Die Ergebnisse dieser jetzt veröffentlichten Forschung geben einen starken Impuls, in Gebirgsregionen verstärkt nach natürlichem H₂ zu suchen“, schreibt das GFZ. Frank Zwaan, Hauptautor der Studie, betonte: „Erkenntnisse aus plattentektonischen Simulationen, wie sie in dieser Studie durchgeführt wurden, werden also von großem Wert sein.“

Dabei ist die wissenschaftliche Forschung zu weißem Wasserstoff nach Aussage von Sascha Brune, Leiter der Sektion „Geodynamische Modellierung“ am GFZ, noch gar nicht zu Ende: „Angesichts der wirtschaftlichen Möglichkeiten, die mit natürlichem H₂ verbunden sind, ist es jetzt wichtig, die Migrationswege von Wasserstoff und tiefe Wasserstoff verbrauchende mikrobielle Ökosysteme zu untersuchen, um besser zu verstehen, wo sich tatsächlich potenzielle H₂-Reservoirs bilden können.“

Zwaan fügt hinzu: „Insgesamt befinden wir uns möglicherweise an einem Wendepunkt für die Suche von natürlichem H₂. Wir könnten die Geburt einer Industrie des natürlichen Wasserstoffs miterleben.“ Möglicherweise bekommt der gute alte Erdöl-Slogan „Drill, Baby, drill“ bald eine ganz andere Konnotation.