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Wasserstoff: Der grüne Schatz

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Klima & Energie

Wasserstoff: Der grüne Schatz

Geologen vermuten im Innern der Erde grosse Mengen an Wasserstoff, der uns Tausende von Jahren mit klimafreundlicher Energie versorgen würde. Pionier auf dem Gebiet ist ein Forscher der Universität Bern.

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Wasserstoff war der Anfang, und er soll die Zukunft sein: das erste Element nach dem Urknall und bald eine Stütze der Energiewende, weil es CO2-frei brennt und für Anwendungen geeignet ist, die sich nicht direkt elektrifizieren lassen.

Die Produktion von klimaneutralem, sogenanntem grünen Wasserstoff erfordert jedoch grosse Mengen erneuerbaren Stroms, der für die elektrolytische Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff benötigt wird. Laut Schätzungen wird im Jahr 2050 allein für diesen Prozess mehr Strom benötigt, als China und die USA heute mit ihrem gesamten Kraftwerkpark erzeugen. Das ist vor allem deshalb ein Problem, weil der Strom, der in die Elektrolyse fliesst, für Elektroautos und Wärmepumpen verloren ist.

«Gibt es einen viel einfacheren Weg, Wasserstoff zu gewinnen?»

Doch vielleicht gibt es einen viel einfacheren Weg, Wasserstoff zu gewinnen. Das jedenfalls hoffen Geologen, die unter dem Erdboden etwas vermuten, was es eigentlich gar nicht geben sollte: nahezu unendliche Lagerstätten von natürlichem Wasserstoff, die nur darauf warten, von den grossen Mineralölkonzernen der Welt ausgebeutet zu werden.

Hunderte Orte

Noch sind es nur wenige Forscher, die diese dem Mainstream widersprechende Theorie vertreten. Doch das Interesse wächst, und die Zahl wissenschaftlicher Publikationen explodiert geradezu. Kürzlich widmete auch die amerikanische Wissenschaftszeitschrift «Science», eines der renommiertesten Fachblätter, dem Thema einen mehrseitigen Bericht.

Weltweit sind Hunderte Orte teilweise seit der Antike bekannt, an denen Wasserstoff an die Erdoberfläche tritt. Berühmt ist etwa der ehemals griechische Kultort Chimaira rund 70 Kilometer südwestlich von Antalya, wo seit Jahrtausenden ein Wasserstoff-haltiges Gas aus dem Fels strömt und an der Luft verbrennt.

Während das Phänomen in der Türkei heute nur eine touristische Bedeutung hat, wird es in Mali bereits als Energiequelle genutzt. Im Dorf Bourakébougou wurde Wasserstoff 1987 beim Bohren eines Brunnens entdeckt. Auf Wasser stiess man im rund 110 Meter tiefen Loch nicht, dafür aber auf ein aus der Tiefe aufsteigendes Gas: fast reiner Wasserstoff.

Seit einigen Jahren wird das Vorkommen zur Erzeugung von Strom genutzt. Inzwischen wurden in der Region 24 weitere Probebohrungen vorgenommen, bei denen oberflächennahe Vorkommen in rund 100 bis 1500 Metern Tiefe ausfindig gemacht wurden.

Grosse Ölgesellschaften sind bisher allerdings noch nicht in das Geschäft eingestiegen. Vorerst überlassen sie das Feld risikofreudigeren Startup-Firmen. Nirgendwo ist das Interesse grösser als in Australien, wo 20 Probebohrungen geplant sind.

Auch in Spanien und in Frankreich soll die Suche demnächst an je einem Standort beginnen. «In Frankreich ist die Exploration von Wasserstoff erst seit einer Gesetzesänderung möglich», sagt der französische Geologe Eric Gaucher von der Universität Bern. Zuvor berücksichtigte der Gesetzestext nur fossile Energien und Metalle – Wasserstoff war weder in den Köpfen der Geologen noch in jenen der Parlamentarier angekommen.

Reine Spekulation

Mit fossilen Energievorkommen beschäftigte sich auch Eric Gaucher, als er früher als Geologe in der Forschungsabteilung des französischen Mineralölkonzerns Total (heute Total Energies) tätig war. Die beabsichtigte Dekarbonisierung führte aber dazu, dass das Unternehmen die wissenschaftliche Forschung im Bereich der geologischen Exploration einstellte und das Forschungsbudget vollständig auf erneuerbare Energien ausrichtete.

Von der Suche nach natürlichem Wasserstoff konnte Gaucher die Geschäftsleitung nicht überzeugen. «Das hielt man für verfrüht. Der CEO wollte diese Aufgabe den Startups überlassen», sagt Gaucher. Falls sie Erfolg hätten, könne man sie einfach kaufen, wurde dem Geologen beschieden.

Wie gross die Wasserstoffvorkommen auf der Erde sind, weiss heute indes niemand. «Das ist reine Spekulation. Ich könnte fast jede beliebige Menge nennen, aber gut begründet wäre sie nicht», sagt Gaucher. Denn anders als in der Evaluierung von Erdgas- und Erdölvorkommen gibt es für Wasserstoff bis heute keine Methode, die zuverlässige Prognosen über die Grösse und den kommerziellen Wert der Ressourcen erlauben würde.

Immerhin aber wird daran gearbeitet. So hat die amerikanische Geologiebehörde USGS Ende vergangenen Jahres ein stark vereinfachtes Modell der global vorhandenen Wasserstoffressourcen vorgestellt. Demnach liege die Wahrscheinlichkeit, dass die natürliche Wasserstoffproduktion der Erde mehr als die Hälfte des im Jahr 2100 benötigten Wasserstoffs decken kann, bei mehr als 98 Prozent. Und dabei wären die Förderkosten laut anderen Schätzungen deutlich niedriger als bei der Produktion grünen Wasserstoffs aus erneuerbaren Energien oder mittels Kernenergie.

«Möglich wäre es sogar, Wasser in Gesteinsschichten zu injizieren, wodurch die Wasserstoffproduktion künstlich angestossen würde.»

Kritiker halten diese Zahlen jedoch für Wunschdenken. Wenn es grosse Vorkommen von Wasserstoff gäbe, hätte die Erdölindustrie sie längst gefunden. Gaucher und seine Mitstreiter dagegen glauben, dass «wir bisher an den falschen Orten gesucht haben».

Erdöl und Erdgas findet man in grossen Sedimentbecken der Erde, Wasserstoff dagegen werde eher in den ältesten Kerngebieten im Innern der Kontinente gebildet. Im Granit dieser sogenannten Kratone werde Wasserstoff produziert, wenn Wasser bei Temperaturen von rund 200 Grad Celsius mit dem Eisen im Stein reagiert. Dabei werde das Eisen oxidiert, indem es dem Wassermolekül den Sauerstoff entreisst und den Wasserstoff freisetzt.

Eine andere Hypothese besagt, dass Wasser durch die radioaktive Gammastrahlung des im Granit vorhandenen Urans oder Thoriums gespalten wird. In beiden Fällen und in anderen derzeit diskutierten Prozessen würde der Wasserstoff kontinuierlich durch nachströmendes Wasser immer wieder neu produziert. Anders als fossile Energien würde der CO2-freie Energieträger also nicht langsam im Verlauf von Millionen Jahren entstehen. Man könnte ihn daher sogar zu den erneuerbaren Energien zählen. Denn «die Menge des im Erdmantel vorhandenen Eisens ist nahezu unbegrenzt», sagt Gaucher.

Fördern könnte man den Wasserstoff aus geologischen Formationen, in denen sich das sonst flüchtige Gas anreichert. Dabei handelt es sich um dichte Salzschichten, unter denen sich das Gas sammelt. Tiefer müsste man bohren, wenn man direkt das Quellgestein des Wasserstoffs erschliessen wollte, also jene geologischen Strukturen, in denen der Wasserstoff aus dem Wasser entsteht. Möglich wäre es dann sogar, Wasser von oben in solche Gesteinsschichten zu injizieren, wodurch die Wasserstoffproduktion künstlich angestossen würde.

«Eric Gaucher ist überzeugt, dass es einen Weg zum klimafreundlichen natürlichen Wasserstoff geben wird.»

Eric Gaucher ist überzeugt, dass es einen Weg zum klimafreundlichen natürlichen Wasserstoff geben wird. In den Pyrenäen, wo sich der eisenreiche Erdmantel bis auf weniger als zehn Kilometer der Oberfläche nähert, hat er bereits ungewöhnlich hohe Wasserstoffkonzentrationen gemessen. Das ist überraschend, weil Wasserstoff eigentlich reaktiv ist und von Bodenbakterien schnell abgebaut wird. «Dass der Wasserstoff bis an die Oberfläche gelangt, beweist, dass in der Tiefe grosse Mengen des Gases entstehen müssen», sagt der Geologe.

Andreas Hirstein, «Neue Zürcher Zeitung» (04.03.2022)

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