Geophysikalische Analyse liefert neue Erkenntnisse zum natürlichen Wasserstoffpotenzial
Natürlicher Wasserstoff gilt als potenzielle kohlenstoffarme Energiequelle. Die Menge und Geschwindigkeit seiner Entstehung im Erdinneren waren bislang jedoch unzureichend quantifiziert. Ein internationales Forscherteam unter Leitung des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik in Hannover veröffentlichte im Fachjournal „Nature Communications“ erstmals prozessbasierte Produktionsraten für die westlichen Pyrenäen und Nordkalifornien. Die ermittelten Werte liegen unter früheren theoretischen Schätzungen, was auf eine realistischere Einschätzung des natürlichen Wasserstoffpotenzials hinweist. Die angewandte Methodik lässt sich mit dem Open-Source-Tool PoNHy auf weitere Regionen übertragen, um geologische Systeme gezielter zu bewerten.
Entstehung von natürlichem Wasserstoff im Untergrund
Im Erdinneren entsteht Wasserstoff, wenn Wasser mit eisenreichen Gesteinen des Erdmantels reagiert. Dieser Prozess, bekannt als Serpentinisierung, führt zur kontinuierlichen Freisetzung von molekularem Wasserstoff (H₂). Im Gegensatz zu grünem Wasserstoff, der durch Elektrolyse erzeugt wird, oder grauem Wasserstoff, der auf fossilen Brennstoffen basiert, entsteht natürlicher Wasserstoff ohne externe Energiezufuhr. An zahlreichen Standorten weltweit wurde bereits Wasserstoffaustritt an der Erdoberfläche nachgewiesen. In einigen Regionen, beispielsweise in Mali und auf den Philippinen, wird er lokal als Energiequelle genutzt.
Fokusregionen: Westliche Pyrenäen und Nordkalifornien
Die zentrale Fragestellung der Studie war die Bestimmung der tatsächlichen Wasserstoffbildungsraten im Untergrund sowie die Analyse der Bedingungen für die Entstehung nutzbarer Lagerstätten. Das interdisziplinäre Team aus Geophysikern, Geologen, Geochemikern und Physikern vom LIAG, der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, den Universitäten Montpellier und Toulouse, dem United States Geological Survey sowie dem MARUM der Universität Bremen untersuchte zwei geologisch gut charakterisierte Regionen.
- Westliche Pyrenäen: Hier reagieren fertile Lherzolithe, die durch frühere Dehnungsprozesse in vergleichsweise geringe Tiefen verlagert wurden, mit Wasser.
- Nordkalifornien: In der Coast Range Ophiolite reagieren verarmte Harzburgite mit Wasser.
In beiden Gebieten konnte Wasserstoff an der Oberfläche nachgewiesen werden.
Geophysikalische Methoden zur Bestimmung der Produktionsraten
Da die Serpentinisierung tief im Erdinneren abläuft, ist eine direkte Beobachtung nicht möglich. Das Forscherteam nutzte daher geophysikalische Daten wie Schwerefeld-, Magnetfeld- und seismische Messungen, um die Verteilung, das Volumen, die Temperatur und den Umwandlungsgrad der Mantelgesteine dreidimensional zu rekonstruieren. Diese Modelle wurden anschließend mit thermodynamischen und kinetischen Berechnungen der Fluid-Gestein-Reaktionen kombiniert.
Im Gegensatz zu früheren Studien, die theoretische Maximalpotenziale ermittelten, ermöglicht dieser Ansatz die Modellierung realer Produktionsraten unter Berücksichtigung physikalischer und chemischer Limitierungen. Dies führt zu einer realistischeren und praxisorientierteren Einschätzung des natürlichen Wasserstoffpotenzials.
Ergebnisse: Produktionsraten und deren Bedeutung
- Westliche Pyrenäen: ca. 308 Tonnen Wasserstoff pro Jahr
- Nordkalifornien: ca. 515 Tonnen Wasserstoff pro Jahr
Diese Werte liegen deutlich unter früheren Schätzungen, die von Hunderttausenden bis Millionen Tonnen pro Jahr ausgingen, stimmen jedoch mit Messungen natürlicher Wasserstoffflüsse in ähnlichen geologischen Systemen überein. Die geringeren Raten resultieren vor allem daraus, dass das Modell neben dem Gesteinsvolumen auch Prozesse wie die Sättigung des Wasserstoffs in Porenflüssigkeiten und die Kontaktfläche zwischen Wasser und Gestein berücksichtigt, welche die Wasserstofffreisetzung begrenzen.
Dr. Rodolfo Christiansen, Erstautor der Studie, betont, dass diese realistischeren Werte eine wichtige Grundlage für die gezielte Exploration natürlicher Wasserstoffvorkommen darstellen und helfen, geeignete Standorte und Zeitrahmen zu identifizieren.
PoNHy: Ein Open-Source-Tool für die globale Anwendung
Im Rahmen der Studie wurde das Open-Source-Tool PoNHy („Potential for Natural Hydrogen“) entwickelt. Dieses Werkzeug integriert dreidimensionale geophysikalische Inversionen mit thermodynamischen und kinetischen Modellen der Fluid-Gestein-Reaktionen. PoNHy steht kostenfrei auf GitHub und Zenodo zur Verfügung und kann auf beliebige serpentinisierende geologische Systeme weltweit angewandt werden.
Das Tool bietet Forschenden und der Explorationsbranche eine gemeinsame Plattform, um geologische Situationen vergleichbar zu machen, regionale Potenziale realistischer einzuschätzen und besonders vielversprechende Untersuchungsgebiete gezielt auszuwählen.
Kontakt und weiterführende Informationen
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Rodolfo Christiansen (Erstautor)
E-Mail: r.christiansen@mantle8.com
Originalpublikation:
Christiansen, R., Sobh, M., Ostertag-Henning, C. et al. (2026): Controls on natural hydrogen generation during serpentinization of mantle rocks. Nature Communications 17, 5211.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-73920-5
Quellcode und Daten:
Zenodo: https://doi.org/10.5281/zenodo.18733249
GitHub: https://github.com/RodolfoChristiansen/PoNHy
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Die Studie klingt vielversprechend, doch sollten wir skeptisch bleiben. Unter den theoretischen Schätzungen bleibt das tatsächliche Wasserstoffpotenzial weit zurück. Ist das wirklich nachhaltig?
Die Studie bietet wertvolle Einblicke in das natürliche Wasserstoffpotenzial und realistische Produktionsraten. Das Open-Source-Tool PoNHy wird die Erforschung globaler Ressourcen erheblich fördern.