El natürlicher Wasserstoff oder weißer Wasserstoff Innerhalb kürzester Zeit hat es sich von einer geologischen Kuriosität zu einem der vielversprechendsten Kandidaten für eine Revolution der Energiewende entwickelt. Während sich die Welt auf die Wasserstoffproduktion aus Erdgas oder erneuerbarem Strom konzentriert hat, könnte sich unter unseren Füßen noch etwas anderes verbergen. Billionen Tonnen geologischen Wasserstoffs erzeugt sich seit Millionen von Jahren kontinuierlich.
An verschiedenen Orten weltweit – von einer diskreten Wald in Bayern Von einem Dorf in Mali bis zum Untergrund von Huesca tauchen immer mehr stichhaltige Beweise dafür auf, dass diese Ressource nicht nur existiert, sondern dass Es kann kostengünstig und mit minimalem CO2-Fußabdruck gewonnen werden.Dies löst einen regelrechten „Goldrausch“ um weißen Wasserstoff aus, da Regierungen, Universitäten und Unternehmen versuchen, ihre rechtlichen Rahmenbedingungen, Technologien und Geschäftsmodelle an eine Ressource anzupassen, die bis vor Kurzem praktisch ignoriert wurde.
Was ist natürlicher Wasserstoff und warum ist er so wichtig?
Natürlicher Wasserstoff (weiß oder golden) Es handelt sich um Wasserstoff, der frei unterirdisch vorkommt und nicht industriell hergestellt werden muss. Im Gegensatz zu Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen oder Elektrizität gewonnen wird, entsteht dieser spontan durch geologische Reaktionen in der Erdkruste und im Erdmantelund können sich in unterirdischen Fallen ansammeln, ähnlich wie Erdgas.
Der große Unterschied zu anderen Formen von Wasserstoff besteht darin, dass in diesem Fall die Ressource bereits vorhanden ist. im gasförmigen Zustand erhältlichohne intensive Transformationsprozesse zu durchlaufen. Das bedeutet, rein theoretisch, wesentlich niedrigere Produktionskosten und eine sehr geringe Umweltbelastung, vorausgesetzt, die Gewinnung erfolgt sorgfältig und unter Einhaltung strenger regulatorischer Rahmenbedingungen.
Die Internationale Energieagentur schätzt, dass Die weltweite Nachfrage nach Wasserstoff könnte sich bis 2050 verdreifachen.Ein Großteil dieses Wasserstoffs wird in Sektoren eingesetzt, die sich nur sehr schwer dekarbonisieren lassen: Stahlherstellung, Seetransport, Luftfahrt, Schwerchemikalien oder sehr hohe industrielle Temperaturenwo eine direkte Elektrifizierung kompliziert oder unwirtschaftlich ist.
Bislang wurde der überwiegende Teil des Wasserstoffs aus Erdgas oder Kohle gewonnen, mit starken damit verbundene CO₂-EmissionenWeniger als 1 % davon ist „grün“ und wird durch Wasserelektrolyse mit erneuerbarer Energie gewonnen. Hier kommt natürlicher Wasserstoff als mögliche Alternative ins Spiel. technologische und wirtschaftliche AbkürzungWenn ausreichend viel verfügbar ist, könnte ein bedeutender Teil dieser Nachfrage gedeckt werden, ohne dass so viele Elektrolyseanlagen eingesetzt oder so viel erneuerbarer Strom verbraucht werden müsste.
Schätzungen des US Geological Survey legen nahe, dass die Erdkruste speichern könnte etwa 5,6 Milliarden Tonnen weißer WasserstoffObwohl der größte Teil davon in Tiefen liegen würde, die mit der aktuellen Technologie und den derzeitigen Kosten unerreichbar sind, berechnen Geologen, dass selbst wenn nur ein kleiner Prozentsatz – etwa 2 % – gewonnen werden könnte, genügend Wasserstoff vorhanden wäre, um um die Bedürfnisse der Menschheit für etwa 200 Jahre zu decken bei der erwarteten Verbrauchsrate.
Wie weißer Wasserstoff tief im Erdinneren entsteht
Einer der Schlüssel zum Potenzial von natürlichem Wasserstoff ist, dass er erzeugt wird durch geologische Prozesse, die heute noch aktiv sindAm häufigsten wird die sogenannte genannt SerpentinWenn eisenreiche Gesteine aus dem Erdmantel – wie beispielsweise Peridotite – mit Wasser bei Temperaturen zwischen 200 und 350 °C in Kontakt kommen, „entzieht“ das Eisen dem Wasser den Sauerstoff, und was übrig bleibt, ist molekularer Wasserstoff (H₂).
Dieser Prozess findet insbesondere in folgenden Bereichen statt: Ozeanische Kruste und alte Meeresböden die in Gebirgszügen oder in Regionen mit stark zerklüfteter Erdkruste eingeschlossen sind, wodurch Wasser tief in die Erde sickern kann. Das Ergebnis sind enorme Mengen an Wasserstoff, die aufsteigen und sich konzentrieren können. geologische Fallen, genau wie bei Erdgas.
Neben der Serpentinisierung gibt es weitere Mechanismen, die weißen Wasserstoff erzeugen: Zersetzung eisenreicher Sedimentgesteine, Radiolyse (eine Art „natürliche Elektrolyse“, die durch Strahlung von radioaktiven Elementen im Untergrund verursacht wird) oder die Entgasung des Erdmantels, wodurch Gase in Richtung der oberen Erdkruste freigesetzt werden.
Obwohl man jahrzehntelang annahm, dass freier Wasserstoff extrem selten sei und jede noch so kleine Ansammlung schnell verbraucht würde, Mikroorganismen des UnterbodensNeuere Modelle deuten darauf hin, dass diese Ansicht zu pessimistisch war. Neue Messungen und Bohrungen auf verschiedenen Kontinenten zeigen, dass gediegener Wasserstoff alles andere als selten ist. viel weiter verbreitet als bisher angenommen, sogar in relativ geringen Tiefen.
Eine wichtige Folge dieser Prozesse ist, dass sich natürlicher Wasserstoff fast wie ein ... verhalten könnte. nachwachsende RohstoffeIm Mali-Feld beispielsweise ist der Gasaustrittsdruck seit mehr als einem Jahrzehnt stabil geblieben, was darauf hindeutet, dass Das System regeneriert sich kontinuierlich.Solange die Förderrate die unterirdische Entstehungsrate nicht übersteigt, würde sich das Vorkommen als langlebige und stabile Quelle erweisen.
Farben des Wasserstoffs: von Schwarz bis Weiß
Um weißen Wasserstoff in den richtigen Kontext zu setzen, lohnt es sich, sich an den klassischen Fall zu erinnern. FarbklassifizierungDabei geht es nicht um das Aussehen des Gases (Wasserstoff ist farblos), sondern um seinen Ursprung und den damit verbundenen CO2-Fußabdruck.
El schwarzer oder brauner Wasserstoff Es wird durch Vergasung von Kohle (Steinkohle, Braunkohle) gewonnen. Dies ist die Option mit den größten Klimaauswirkungen, da dabei große Mengen an CO₂ und anderen Schadstoffen freigesetzt werden. Eine weniger umweltschädliche, aber aus ökologischer Sicht ebenfalls sehr problematische Alternative ist… grauer Wasserstoff, das durch Reformierung von Erdgas hergestellt wird: Methan wird mit Hochtemperaturdampf kombiniert, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen.
Eine Weiterentwicklung dieses Prozesses ist die blauer Wasserstoffdas ebenfalls mit Erdgas beginnt, aber Folgendes umfasst CO₂-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS). In diesem Fall wird das Treibhausgas nicht in die Atmosphäre freigesetzt, sondern in geologischen Formationen eingeschlossen oder in industriellen Prozessen verwendet, wodurch der Klimafußabdruck deutlich reduziert wird, allerdings mit zusätzlichen Kosten und erheblichen technischen Herausforderungen.
Weitere interessante Wege sind die Türkisfarbener Wasserstoffdas durch Methanpyrolyse gewonnen wird, wobei Wasserstoff und fester Kohlenstoff anstelle von CO₂ entstehen (was dessen Handhabung erleichtert), und das gelber Wasserstoff, das aus der Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von Strom aus dem herkömmlichen Stromnetz gewonnen wird, wobei der CO2-Fußabdruck vom Strommix des jeweiligen Landes abhängt.
Am unteren Ende des Emissionsspektrums befinden sich die rosa Wasserstoff -nuklearbetriebene Elektrolyse- und die vielgepriesene grüner Wasserstoff, das aus Wasser und Elektrizität gewonnen wird erneuerbare Ressourcen (Wind-, Solar- und Wasserkraft). Letztere ist die große Hoffnung der Europäischen Union und insbesondere Spaniens, aber heute bleibt sie bestehen um ein Vielfaches teurer als grauer Wasserstoff, wobei die Unterschiede in einigen Analysen etwa um den Faktor acht liegen.
Diesem Ventilator fehlte eine Farbe: die weißer oder goldener WasserstoffDiejenige, die in der Natur entsteht und direkt aus dem Untergrund gewonnen wird. Ihr großer Vorteil ist, dass Es erfordert keinen vorherigen industriellen UmwandlungsprozessAbgesehen vom Bohren und Aufbereiten des Bohrlochs und der in vielen Fällen notwendigen Trennung des Wasserstoffs von anderen Begleitgasen, ist es daher ein besonders attraktiver Kandidat für die Erreichung der Kohlenstoffarmer Wasserstoff zu sehr wettbewerbsfähigen Kosten.
Reale Fälle: von den „ewigen Feuern“ bis zum bayerischen Wald
Die Vorstellung, dass der Untergrund brennbare Gase abgeben kann, die nicht mit Öl oder Erdgas in Zusammenhang stehen, ist nicht neu. Solche Orte sind seit der Antike bekannt. „Ewige Feuer“ des Berges Chimera in Yanartaş (Türkiye)Dort schlagen unaufhörlich Flammen aus dem Felsen. Texte von Ktesias von Knidos und Plinius dem Älteren erwähnen diese merkwürdigen Ausstrahlungen bereits vor über 2.500 Jahren, obwohl ihre genaue Natur damals noch unbekannt war.
Mit der Entdeckung der hydrothermalen Quellen von Lost City, im NordatlantikAnfang der 2000er Jahre wurden Unterwasser-Calcitstrukturen entdeckt, die als weiße Raucherdie sehr heiße, alkalische, gasreiche Sole ausstoßen. Einige Studien haben diese Quellen vermessen. bis zu 70% natürlicher Wasserstoffmit Emissionen zwischen 5 und 10 Millionen Kubikmetern pro Jahr und Schornstein. Es wird vermutet, dass es Tausende ähnlicher Systeme sind über die Ozeane verstreut.was einen Eindruck von der globalen Dimension des Phänomens vermittelt.
An Land zählten die folgenden Entdeckungen zu den bemerkenswertesten: subzirkuläre Senken des Oblast WoroneschEtwa 600 km südlich von Moskau wurden diese Strukturen von den russischen Geologen Wladimir und Nikolai Larin entdeckt. „Feenkreise“Diese Strukturen zeichnen sich durch das völlige Fehlen von Vegetation und die ständige Freisetzung von Gemischen aus Wasserstoff, Stickstoff und Helium aus. Nach Jahren relativer Gleichgültigkeit bestätigten Teams des französischen IFPEN ihre Beobachtungen, und seither wurden ähnliche Strukturen in … identifiziert. Australien, Brasilien, Mali und die Vereinigten Staaten.
Ein weiterer Meilenstein ergab sich 1987 durch Zufall, als ein flacher Brunnen zur Wassergewinnung gebohrt wurde. Bourakébougou, MaliWährend der Arbeiten kam es aufgrund des Rauchens eines Arbeiters zu einer Explosion. Der Brunnen wurde daraufhin in der irrtümlichen Annahme verschlossen, er enthalte eine kleine Erdgasblase. Erst 2011 analysierte das ortsansässige Unternehmen Hydroma das Gas und stellte fest, dass es [nicht näher spezifizierte Substanz] enthielt. etwa 98% WasserstoffSeitdem wurden mehr als 25 Bohrungen durchgeführt, die alle Konzentrationen zwischen 90 und 99 % an natürlichem Wasserstoff aufweisen.
Der Fall Bourakébougou ist heute der einziges kommerziell genutztes natürliches WasserstoffvorkommenDas Gas wird vor Ort verbrannt, um Strom für die lokale Bevölkerung zu erzeugen, und am bemerkenswertesten ist, dass sich der Druck in den Bohrlöchern in 14 Jahren kaum verändert hat, was die Annahme bestärkt, dass es sich um ein nachhaltiges System handelt. sich selbst erhalten durch kontinuierliche geologische Prozesse.
In Europa ist die Arbeit des Geologen ein sehr anschauliches Beispiel. Jürgen Grötsch In einem Wald im nördlichen Bayern. Nach Jahrzehnten beim Ölkonzern Shell durchstreift er nun mit Studenten der Universität Erlangen-Nürnberg das Gelände, übt Kleinbohrungen in einem Meter Tiefe und setzt diese ein. Gassensoren um den Untergrund zu „erschnüffeln“. Bei einer dieser Messungen wurde etwas mehr als 500 ppm WasserstoffDas heißt, etwa 0,05 % des analysierten Gases, genug, um das Vorhandensein einer interessanten Ader in der Tiefe zu bestätigen.
Spanien und Europa: Aragon als Speerspitze
Im europäischen Kontext hat sich Spanien dank ... auf die Landkarte des natürlichen Wasserstoffs gespielt Wiederentdeckung des Brunnens Monzón-1 in der Provinz HuescaIn den 60er Jahren führte die Nationale Erdölgesellschaft von Aragon SA Bohrungen in dem Gebiet auf der Suche nach Kohlenwasserstoffen durch und stieß dabei auf reiner WasserstoffDa es zu jener Zeit weder einen Markt für dieses Gas noch eine geeignete Technologie zu seiner Nutzung gab, wurde die Entdeckung zunächst nicht weiter verfolgt.
Heute hat sich die Situation radikal verändert. Das Startup Helios AragónDank seiner Verbindungen zu wichtigen Energieunternehmen hat er diese historischen Daten wiedererlangt und schlägt ein ehrgeiziges Projekt zur Umwandlung von Monzón-1 in ein Europas erste natürliche WasserstoffquelleDas Unternehmen schätzt, dass die Lagerstätte zwischen 55.000 und 70.000 Tonnen pro Jahr etwa 25 oder 30 Jahre lang, was ungefähr bedeuten würde 1,1 Millionen Tonnen Wasserstoff während der gesamten Nutzungsdauer.
Die geplanten Investitionen sind beträchtlich: Es ist die Rede von ungefähr 14 Millionen Euro anfänglich im Jahr 2025 und eine Gesamtsumme, die erreichen könnte 900 millones de EURDie Idee besteht darin, Techniken anzuwenden, die denen sehr ähnlich sind, die in der Erdgasquellenaber an die Eigenschaften von Wasserstoff angepasst und das Gas direkt vermarktet durch Wasserleitungen in Richtung nahegelegener Industrien, ohne dass großflächige Lagerkapazitäten erforderlich sind.
Das Projekt umfasst Tiefbohrungen im Gebiet von Monzón, nahe der Autobahn A-22 und der Bahnstrecke Saragossa-Lleida, in den alluvialen Ablagerungen des Flusses Cinca. Die geologische Hypothese lautet, dass eisenreiche Meeresgesteine Die geologischen Formationen in den Pyrenäen, die vor etwa 65 Millionen Jahren durch die Kollision der Iberischen Platte mit der Europäischen Platte angehoben wurden, erzeugen tief unter der Erde Wasserstoff, der durch die Erde aufsteigt. Verwerfungen und Brüche bis sie sich in Schichten aus porösem Sandstein ansammeln, die von undurchlässigen Schiefergesteinen abgedichtet werden.
Sollte sich das Vorhandensein einer bedeutenden Gasblase bestätigen, rechnet Helios damit, Wasserstoff zu Kosten nahe … gewinnen zu können. 0,60 Euro pro KilogrammDies liegt deutlich unter den mehr als 2 €/kg, die grüner Wasserstoff heute kostet. Dieser wirtschaftliche Vorteil wäre ein entscheidender Faktor, um Spanien als führenden Anbieter von Wasserstofftechnologie zu positionieren. Europäischer Marktführer im Bereich goldener Wasserstoffals Ergänzung zu seinem bereits herausragenden Engagement für erneuerbaren Wasserstoff.
Das Projekt Monzón-1 ist jedoch auf Schwierigkeiten gestoßen. regulatorische HerausforderungenDas Unternehmen erhielt 2020 eine Genehmigung zur Kohlenwasserstoffexploration, doch das nachfolgende Klimaschutzgesetz von 2021 untersagte neue Aktivitäten im Öl- und Gassektor. Das Problem besteht darin, dass natürlicher Wasserstoff nicht eindeutig in die bestehenden Rechtskategorien passt, wodurch das Projekt bis zu weiteren Entwicklungen in der Schwebe bleibt. Die Bergbau- und Energieregulierung „holt auf“ und diese Art von Ressource explizit einbeziehen.
Rechtliche, technologische und ökologische Herausforderungen
Auch Spanien bildet hier keine Ausnahme. In den meisten Ländern ist die Weißer Wasserstoff ist noch nicht eindeutig als mineralischer Rohstoff anerkannt. in den Gesetzen, was den Zugang zu öffentlichen Fördermitteln, Bohrlizenzen oder spezifischen Steuerrahmen erschwert. In Deutschland beispielsweise wird erwartet, dass geologischer Wasserstoff in der Lage sein wird, formell reguliert bis 2026was die Tür für größere Projekte öffnen würde.
Diese Gesetzeslücke behindert auch die Ankunft von private InvestorenBis auf wenige Ausnahmen haben die großen Öl- und Gaskonzerne beschlossen, das Geschehen von der Seitenlinie aus zu beobachten und zuzulassen. spezialisierte Startups Sie gehen in der Pionierphase Risiken ein. Analysten wie Kate Adie von Wood Mackenzie weisen darauf hin, dass der Moment, in dem eines dieser jungen Unternehmen beweist, dass es produzieren kann, entscheidend ist. signifikante HandelsvoluminaEs wird wahrscheinlich ein Wettlauf um die besten Abbaugebiete entbrennen.
Auf technologischer Ebene ist die Gewinnung und Nutzung von weißem Wasserstoff nicht trivial. Es erscheint oft vermischt mit anderen Gasen wie beispielsweise Helium, Stickstoff, CO₂, Kohlenmonoxid oder Methan, was hocheffiziente Trenntechnologien erfordert. Unternehmen wie H2SITE hat Membranen aus Palladiumlegierung entwickelt ist in der Lage, Wasserstoff selbst dann abzutrennen, wenn seine Konzentration im Gemisch nur 2 % beträgt, und bis zu … zurückzugewinnen. 98 % des vorhandenen Wasserstoffs und bietet ein hochreines Gas an.
Diese Membranen funktionieren unter Bedingungen, in denen Andere Trenntechnologien sind nicht praktikabel.Dies macht sie zu Schlüsselkomponenten für die Monetarisierung von Lagerstätten, in denen Wasserstoff nicht in nahezu reinem Zustand vorkommt. Darüber hinaus kann das nach der Abtrennung verbleibende Gas, das mit Helium oder anderen wertvollen Komponenten angereichert ist, wiederum umgewandelt werden in eine zusätzliche EinkommensquelleDies ist insofern sehr interessant, als Helium als strategisches Gas gilt, das in vielen industriellen und medizinischen Anwendungen schwer zu ersetzen ist.
Darüber hinaus muss jedes intensive geologische Wasserstoffgewinnungsprogramm die folgenden Aspekte berücksichtigen: Umwelt- und soziale AuswirkungenIn einigen Szenarien wurde die Möglichkeit erwogen, Techniken ähnlich dem Fracking einzusetzen, um Risse im Gestein zu öffnen, Wasser zirkulieren zu lassen und so mehr Wasserstoff zu erzeugen. Dies weckt verständliche Bedenken hinsichtlich seismische Risiken, Grundwasserverschmutzung oder Auswirkungen auf die LandschaftViele Experten plädieren daher für ein vorsichtiges Vorgehen mit detaillierten Studien und einer strengen Regulierung, bevor groß angelegte Projekte genehmigt werden.
Aus klimatischer Sicht gibt es jedoch einige sehr aufschlussreiche Konzepte. Einige Modelle schlagen Folgendes vor: Wasser in eisenreiche Gesteine einspritzen in einer Tiefe von ein bis zwei Kilometern, um die Wasserstoffproduktion anzukurbeln und gleichzeitig die Vorteile der geothermische Energie der heißen Flüssigkeit, die zur Oberfläche zurückkehrt. In diesem Schema löst sie sich auf CO₂ im injizierten WasserDies könnte mit Magnesium- und Kalziummineralien reagieren und in Form von ... eingeschlossen werden feste Karbonate (Kalkstein)Das heißt, ein System, das gleichzeitig Wasserstoff produzieren und Kohlendioxid abscheiden kann.
Abgesehen von diesen eher experimentellen Ansätzen konzentrieren sich die aktuell in Erwägung gezogenen Projekte – wie Bayern, Nebraska, Mali oder Aragon – vorerst auf Nutzen Sie vorhandene natürliche Vorkommen mit Bohrtechniken, die die Gasindustrie bereits beherrscht, kombiniert mit neue geologische Modellierungswerkzeuge die dabei helfen, die Bereiche mit dem größten Potenzial zu identifizieren.
Wenn diese Systemtypen bestätigt werden als Erneuerbare Energien im menschlichen Maßstab – Das heißt, wenn man beobachtet, dass die Vorkommen mit der Gasproduktion wieder aufgefüllt werden –, könnte natürlicher Wasserstoff nicht länger nur als aus anderen Quellen hergestellter Träger betrachtet werden, sondern, streng genommen, zu einem kohlenstoffarme primäre EnergiequelleDas ist genau die große konzeptionelle Revolution, die viele Forscher für unaufhaltsam halten.
Alles deutet darauf hin, dass die Rolle des natürlichen Wasserstoffs bei der Energiewende sowohl von Folgendem abhängen wird: wissenschaftlicher und technologischer Fortschritt (die Entstehungsmechanismen besser verstehen, zuverlässige Prospektionsmethoden entwickeln) sowie die Unterstützung öffentlicher Maßnahmen Und es hängt davon ab, ob die Branche bereit ist, sich langfristig für eine Ressource zu engagieren, die bis vor wenigen Jahrzehnten in Lehrbüchern der Energiewirtschaft noch nicht einmal erwähnt wurde. Wenn diese Faktoren zusammenpassen, könnten die „ewigen Feuer“, die schon die Alten faszinierten, zu einer der unauffälligen, aber entscheidenden Säulen des zukünftigen Energiesystems werden.
