Weißer Wasserstoff: Warum die Millionen-Tonnen-Hoffnung wohl geplatzt ist
Weißer Wasserstoff galt als Joker der Energiewende, da sich seine unterirdischen Speicher quasi kostenlos nachfüllen. Forscher des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik haben nun erstmals nachgerechnet, wie schnell diese Produktion tatsächlich abläuft. Das Ergebnis liegt drastisch unter bisherigen Schätzungen.
Wasserstoff steigt aus der Tiefe auf. Ob er sich zu einer Lagerstätte sammelt oder entweicht, entscheiden dichte Deckschichten darüber.
Foto: Anne-Marie Pogoda / LIAG
Im malischen Dorf Bourakébougou speist eine natürliche Wasserstoffquelle seit 2012 einen Generator. Sie sprudelt bis heute, als füllte sie sich immer wieder von selbst auf. Die Idee vom sich selbst quasi regenerierenden Rohstoff machte weißen Wasserstoff für viele zum Game-Changer der Energiewende: erzeugt von der Erde selbst, ohne Elektrolyse und ohne fossile Rohstoffe. Eine regelrechte Goldgräberstimmung hat eingesetzt.
Doch wie schnell produziert die Erde den begehrten Rohstoff eigentlich? Ein internationales Team unter Leitung des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik in Hannover hat das jetzt nach eigenen Angaben erstmals mit einem prozessbasierten Modell für zwei Regionen berechnet: die westlichen Pyrenäen und Nordkalifornien.
Das im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Ergebnis dürfte vielen Optimisten einen Dämpfer geben. Denn frühere Studien hatten allein für die westlichen Pyrenäen eine jährliche Produktion von bis zu mehreren Mio. t Wasserstoff errechnet; mehr, als Deutschland derzeit im Jahr verbraucht. Die tatsächlichen Raten liegen laut der neuen Studie um einige Größenordnungen darunter, nämlich bei wenigen Hundert Tonnen pro Jahr.
Inhaltsverzeichnis
Wie die Erde Wasserstoff produziert
Der wichtigste natürliche Entstehungsprozess heißt Serpentinisierung. Dabei reagiert Wasser in mehreren Kilometern Tiefe mit eisenreichen Gesteinen aus dem Erdmantel:
- Das zweiwertige Eisen der Minerale wird oxidiert.
- Im Gegenzug werden Wasserstoffatome aus dem Wasser zu molekularem Wasserstoff (H₂) reduziert. Am schnellsten läuft die Reaktion bei Temperaturen zwischen 200 °C und 300 °C ab.
- Zurück bleiben ein umgewandeltes Gestein, der Serpentinit – und Wasserstoffgas, das an manchen Orten bis an die Oberfläche wandert. In Ländern wie Mali oder auf den Philippinen wird es laut LIAG bereits lokal als Energiequelle genutzt.
Unsichtbarer Prozess mit Unbekannten
Die Reaktion läuft allerdings tief unter der Erde ab, sodass Forscherinnen und Forscher sie schlecht beobachten können. Wie viel Wasserstoff tatsächlich entsteht und wie schnell, ließ sich daher bislang nur grob abschätzen – meist über die Frage, wie viel reaktionsfähiges Gestein an einem bestimmten Ort vorhanden ist.
Für die westlichen Pyrenäen kamen solche Rechnungen zuletzt auf mehrere Hunderttausend (Zwaan et al., 2025) bis mehrere Mio. t Wasserstoff pro Jahr (Pajang et al., 2025).
Ein neuer Blickwinkel
Das Forscherteam rund um Erstautor Rodolfo Christiansen, an dem neben dem LIAG unter anderem die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, der US-Geologiedienst USGS und die Universitäten Montpellier, Toulouse und Bremen beteiligt waren, ging anders vor.
Aus Schwerefeld-, Magnetfeld- und seismischen Daten rekonstruierten die Forschenden zunächst dreidimensional, wo wie viel Mantelgestein liegt, wie warm es ist und wie weit die Umwandlung bereits fortgeschritten ist. Diese geophysikalischen Modelle koppelten sie anschließend mit thermodynamischen und kinetischen Berechnungen der Reaktion selbst. Dabei behandelten sie auch die Frage, wie viel Wasser überhaupt an das Gestein herankommt.
„Unsere Ergebnisse sind ein realistischer Ausgangspunkt, der uns zeigt, wo wir suchen müssen, welche Bedingungen die Anreicherung begünstigen und auf welche Zeitrahmen wir planen müssen. Genau das benötigt die verantwortungsvolle Exploration jeder neuen Energieressource“, erklärt Christiansen in der Mitteilung des LIAG.
Von Millionen auf 308 Tonnen pro Jahr
Das ernüchternde Fazit: In den westlichen Pyrenäen stecken laut den Forschenden rund 2700 km³ teilweise serpentinisiertes Mantelgestein im Untergrund, doch nur etwa 630 km³ davon liegen im Temperaturfenster, in dem Wasserstoff entsteht. Dort werden nach dem Modell 308 ± 88 t Wasserstoff pro Jahr produziert. Die Werte gelten für ein Szenario mit mittlerem Wasserzufluss; je nach Annahme gibt es in dem Modell eine deutlich größere Spannweite. Die Größenordnung bewegt sich dabei aber stets weit unterhalb der Millionen.
In Nordkalifornien, wo mit rund 12.000 km³ ein deutlich größerer Serpentinitkörper liegt, sind es 515 ± 168 t pro Jahr. Zum Vergleich: Die meisten Elektrolyseure, die Deutschland derzeit plant, baut und zum Teil sogar schon betreibt, sollen jährlich ein Vielfaches davon liefern. BASF gibt beispielsweise an, dass sein 2025 gestarteter PEM-Elektrolyseur in Ludwigshafen mit 54 MW Leistung bis zu 8000 t pro Jahr erzeugen kann.
Warum die alten Schätzungen so hoch lagen
Laut Mitteilung des LIAG vom 20. Juli haben die bisherigen Studien zwei Faktoren außer Acht gelassen, die die Produktion des weißen Wasserstoffs erheblich verlangsamen.
- Erstens die Sättigung: Der entstehende Wasserstoff löst sich laut Studie zunächst im Porenwasser des Gesteins. Ist dessen Löslichkeitsgrenze erreicht, kommt die Reaktion weitgehend zum Erliegen, bis frisches Wasser nachströmt.
- Zweitens die Kinetik: Die Reaktionsfront frisst sich nur langsam durch das Gestein, und je weiter die Umwandlung fortgeschritten ist, desto weniger frische Reaktionsfläche bleibt übrig. Dieser Faktor ist den Studienautoren zufolge vor allem im serpentinisierten Gestein Kaliforniens maßgeblich, während die Sättigung vor allem die Pyrenäen betrifft.
Der Abgleich mit realen Messungen weißen Wasserstoffs legt nahe, dass die neuen Modellwerte plausibel sind. So strömen aus der albanischen Bulqizë-Mine mindestens 200 t Wasserstoff pro Jahr, aus einer kanadischen Mine bei Timmins hochgerechnet rund 140 t. Solche Größenordnungen passen eher zu den Hannoveraner Modellergebnissen als zu den Millionen-Schätzungen.
Doch noch Hoffnung für den weißen Wasserstoff?
Trotzdem müssen die Wasserstoff-Gräber noch nicht den Spaten ins Korn werfen. Denn:
- Die Bildungsrate ist nicht dasselbe wie der förderbare Bestand. Was in Lagerstätten schlummert, hat sich über sehr lange Zeiträume angesammelt. Die Studie beziffert das nun – große, wirtschaftlich relevante Ansammlungen bräuchten demnach Tausende bis Zehntausende Jahre, um sich zu bilden. Funde wie der des kanadischen Unternehmens Max Power, das im Januar bis zu 28,6 % Wasserstoff aus seiner ersten Testbohrung meldete, widersprechen den neuen Ergebnissen also nicht: Solche Vorkommen könnten sich über Jahrtausende gefüllt haben. Ob sie groß genug, förderbar und wirtschaftlich sind, kann die Studie allerdings nicht beantworten. Und: Einmal geleert, wären sie für Generationen erschöpft.
- Zudem betreffen die Ergebnisse zunächst nur Serpentinisierungssysteme. Andere geologische Quellen und Prozesse, die auf kürzeren Zeitskalen höhere Raten liefern, schließen die Autoren nicht aus. So liegt das mutmaßlich größte Vorkommen der Welt in Lothringen (unweit der deutschen Grenze) in einem ehemaligen Kohlebecken. Über diese Art von geologischem System trifft die neue Studie keine Aussage.
Schließlich liefert das Team der Explorationsbranche gleich das Werkzeug mit. Das im Rahmen der Studie entwickelte Open-Source-Tool PoNHy („Potential for Natural Hydrogen“) ist frei auf GitHub und Zenodo verfügbar und lässt sich auf jedes serpentinisierende System weltweit anwenden.
„Große Ansammlungen von Wasserstoff sind weiterhin möglich“
„Große Ansammlungen von Wasserstoff sind weiterhin möglich; sie benötigen jedoch Zeit und die richtige Geologie. Mit diesem Wissen und dem Open-Source-Tool PoNHy kann die Wissenschaft zusammen mit der Explorationsbranche gezielter untersuchen, wo günstige Bildungs- und Speicherbedingungen zusammenkommen“, betont Christiansen.
Die Millionen-Tonnen-Hoffnung – also die Vorstellung, einzelne Regionen könnten Jahr für Jahr Wasserstoffmengen nachliefern, die mit ganzen Elektrolyseur-Flotten mithalten – dürfte damit geplatzt sein. Was bleibt, ist ein nüchterneres Projekt: die geduldige Vermessung und Exploration einer Ressource, die Jahrtausende zum Entstehen braucht.
Ein Beitrag von:
