Steckt ein Teil der Lösung in der Erde?

Fabian Kauschke

In einem Wald in Nordbayern liegt der Wasserstoff-Jackpot oder „Belgien könnte weißes Gold unter den Füßen haben“: Nachrichten von Vorkommen weißen Wasserstoffs erscheinen derzeit regelmäßig in der Berichterstattung zur Energiewirtschaft. Häufig geht es dabei um große Mengen des Gases aus der Tiefe, die gleichzeitig einen hohen monetären Wert und einen hohen Einfluss auf die Energiewende haben sollen. Die Aussicht: Natürlicher Wasserstoff könnte mit geringeren Kosten im Vergleich zu grünem Wasserstoff gewonnen werden und daher als kohlenstoffarme Energieressource den Übergang zum Markthochlauf mitbeeinflussen. Ob diese Aussicht in Zukunft der Realität entsprechen könnte und wie der Wissensstand zu natürlichem Wasserstoff eigentlich ist, haben Forschende von Esys, einer Initiative von Acatech, Leopoldina und der Akademienunion, in einem Impulspapier zusammengetragen. Die Ergebnisse zeichnen ein durchwachsenes Bild.

Was passiert unter der Erde?

Natürlicher Wasserstoff entsteht zum einen bei Reaktionen bestimmter eisenhaltiger Gesteinsarten oder bei der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, bei der Radiolyse, durch Strahlung aus radioaktivem Zerfall. Obwohl das Prinzip dieser Prozesse verstanden sei, bestehe eine Ungewissheit darüber, wie viel Wasserstoff mit welcher Geschwindigkeit an welchem Ort gebildet wird. Zwar ist es möglich, dass sich H₂ aufgrund von kleinen und reaktiven Molekülen leicht vom Ausgangsgestein entfernt, dennoch können Ansammlungen in geeigneten Speichergesteinen vorkommen. Dabei wirken Elemente wie mikrobielle Aktivität, Salzgehalt, Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit auf das Potenzial von Wasserstoff ein und beeinflussen die örtliche Verfügbarkeit. Ein Verfahren, um die bestmöglichen Bedingungen zu erreichen, sogenannter stimulierter Wasserstoff, hätte den Vorteil, die Förderung einfacher skalieren zu können. Die Technologie befinde sich aber noch in den Kinderschuhen und gehe nicht über Laborexperimente hinaus.

Bislang wird nur an einem Ort weltweit natürlicher Wasserstoff gewonnen und genutzt.

Unklarheiten über Ansammlungen

Überhaupt wird bislang nur in einem Fall natürlicher Wasserstoff gewonnen und genutzt. In Bourakébougou fördert Mali seit 2011 rund 1.500 Kubikmeter pro Tag. Mit hochgerechnet 50 Tonnen pro Jahr ist diese Menge im Vergleich zu Gasbohrungen mit über zwei Millionen Kubikmetern pro Tag sehr gering. Aufgrund des geringen Erfahrungsschatzes für das Gewinnen von natürlichem Wasserstoff können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler noch nicht klar bestimmen, ob es förderwürdige Ansammlungen gibt. Viele der bisherigen Funde traten zufällig beim Bergbau auf. Außerdem können von den festgestellten Konzentrationen, die durchaus über 40 Prozent annehmen können, bislang nur wenige Informationen über die damit verbundenen Wasserstoffmengen im Untergrund geschlossen werden. Infolgedessen sei derzeit unklar, inwieweit sich der im Untergrund erzeugte Wasserstoff tatsächlich in Konzentrationen und Mengen anreichert, die technisch und wirtschaftlich abbaubar sind. Der wichtige Schritt, um diese Frage beantworten zu können, wäre der Fund einer großen Lagerstätte, die daraufhin auf ihre wirtschaftliche Nutzung getestet werden könnte.

Wirtschaftliche Nutzung ist umstritten

Weltweit gibt es, nach der Analyse von Esys, mehr als 110 Unternehmen, die sich mit natürlichem Wasserstoff beschäftigen. Start-Ups sei es gelungen, Finanzmittel von größeren Unternehmen zu akquirieren. Dabei handele es sich um eine typische Dynamik aus dem Bergbau, bei der kleine Explorationsfirmen Methoden untersuchen würden, sodass größere, private Öl- und Gasunternehmen später einsteigen könnten. Auch hierbei stellt sich jedoch die Frage, ob dabei wirtschaftlich lohnende Entdeckungen gemacht werden. Die für die Studie befragten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen keine einheitliche Position: „Ihre Erwartungen, inwieweit wirtschaftlich nutzbare natürliche Wasserstoffvorkommen vorhanden sein werden, variieren stark – von unbedeutend bis hin zu einem erheblichen potenziellen Beitrag zur künftigen Wasserstoffwirtschaft.“

110 Unternehmen beschäftigen sich nach einer Analyse von Esys weltweit mit natürlichem Wasserstoff.

Nahe Zukunft zeigt wenig Klarheit

Potenzielle Nutzungsarten für natürlichen Wasserstoff sind unter anderem die Koproduktion mit Helium, Geothermie oder die Eigenstromversorgung von Bergbaustandorten. Für all diese Fälle bräuchte es jedoch einen rechtlichen Rahmen für natürlichen Wasserstoff, der nach dem europäischen Verband Hydrogen Europe noch weitgehend fehlt. Dafür sind Anpassungen im Berg- und Energierecht notwendig, um die Erkundung und Gewinnung zu ermöglichen.

Darüber hinaus bräuchte es eine öffentliche Finanzierung der Forschung, die mit dem bisherigen Wissensstand als unwahrscheinlich eingestuft wird. Aus dieser Summe der Ungewissheiten zeigt sich: Natürlicher Wasserstoff wird in der näheren Zukunft keine große Rolle für die Transformation im Gasbereich spielen. Dafür zeigt der wissenschaftliche Stand noch zu wenige Klarheiten. Dennoch kann die geologische Variante als Teilelement nicht vollkommen ausgeschlossen werden, sollten wirtschaftlich nutzbare Vorkommen entdeckt werden.

Ist natürlicher Wasserstoff erneuerbar?

Natürlicher Wasserstoff gilt nicht als erneuerbare Ressource. Die Bildungsprozesse der Serpentinisierung und Radiolyse sind zu langsam, um die potenziellen Entnahmeraten für eine industrielle Nutzung auszugleichen. Außerdem beruhen diese Prozesse auf endlichen, reaktiven Mineralien. Das bedeutet jedoch nicht, dass natürlicher Wasserstoff keine potenzielle Rolle in der Energiewende spielen könnte. Dies ist auf den theoretisch geringen CO₂-Fußabdruck zurückzuführen. Aktuell wäre eine korrekte Bilanzierung der Treibhausgasemissionen notwendig, um festzustellen, ob die in den Dekarbonisierungsrahmenwerken der europäischen Erneuerbare-Energien-Richtlinie RED III festgelegten Schwellenwerte für die Emissionsreduzierung erfüllt werden. Erste fundierte Schätzungen deuten darauf hin, dass die Lebenszyklus-THG-Emissionen mit denen von grünem Wasserstoff vergleichbar sein könnten. Dies hängt jedoch stark von standortspezifischen Faktoren ab, beispielsweise davon, ob Wasserstoff im Gemisch mit Methan vorliegt.