Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Bisher muss er aber eigens erzeugt werden – entweder aus fossilen Brennstoffen oder durch elektrochemische Wasserspaltung. Doch es geht auch anders: Es gibt auch unterirdische Vorkommen von geochemisch gebildetem Wasserstoff, wie Geologen in den letzten Jahren entdeckt haben. Dieser Wasserstoff entsteht, wenn Wasser mit eisenreichen Gesteinen aus dem Erdmantel reagiert. Geschieht dies unter dichtem Deckgestein, sammelt sich das bei dieser Serpentinisierung gebildete Gas und bildet Reservoire.
Doch wie ergiebig sind diese unterirdischen Wasserstoffvorkommen? Erste Schätzungen gingen von Millionen Megatonnen natürlichen Wasserstoffs weltweit aus. Das sehen viele Geologen jedoch inzwischen als zu hoch gegriffen. Der Grund: „Es gibt zunehmende Belege dafür, dass die Wasserstoffproduktion durch Serpentinisierung von Mantelgestein über lange Zeiträume hinweg und mit begrenzten Produktionsraten abläuft – selbst unter den günstigsten Bedingungen“, erklären Rodolfo Christiansen vom LIAG-Institut für Angewandte Geophysik in Hannover und seine Kollegen.
Nicht immer optimal: Was die H2-Bildung begrenzt
Denn wie viel Wasserstoff durch die geochemischen Reaktionen im Gestein gebildet wird, hängt von mehreren Faktoren ab. So sollte die Temperatur zwischen 200 und 300 Grad liegen, es muss genügend Wasser in die Gesteinsporen gelangen und die Flüssigkeit muss effektiv genug zirkulieren, um eine Wasserstoffsättigung zu vermeiden. Das Team um Christiansen hat nun ein Analysemodell entwickelt, das diese Faktoren berücksichtigt. Dadurch lassen sich die Wasserstoff-Produktionsraten in einem unterirdischen Vorkommen realistischer als bisher ermitteln.
Für ihre Studie haben die Geologen ihre Methode beispielhaft auf zwei Wasserstoffvorkommen angewendet: die westlichen Pyrenäen und Nordkalifornien. In diesen Gebieten findet die Serpentinisierung in zwei unterschiedlichen Mantelgesteinen statt, in den Pyrenäen in sogenannten fertilen Lherzolithen, in Kalifornien in verarmten Harzburgiten. Aus geophysikalischen Messdaten rekonstruierte das Team zunächst Volumen, Temperatur und Umwandlungsgrad dieser Mantelgesteine. Dann nutzten sie ihr Analysemodell, um die Wasserstoffentstehung zu ermitteln.
Unter geeigneten geologischen Bedingungen entsteht Wasserstoff auf natürliche Weise im Gestein. Aber es gibt begrenzende Faktoren. — © Anne-Marie Pogoda / LIAG
Wenige hundert Tonnen statt mehrere Millionen
Das Ergebnis ist eher enttäuschend: In den westlichen Pyrenäen reicht die Schicht des potenziell Wasserstoff erzeugenden Mantelgesteins zwar von acht bis 20 Kilometer Tiefe. Aber eine nennenswerte Serpentinisierung findet nur im oberen Teil dieser Schicht statt, wie das Team ermittelte. Hinzu kommt: Weil Wasser dort nur langsam in den Gesteinsporen zirkuliert, liegt der Wasserstoff in der Porenflüssigkeit nahe am Sättigungspunkt. Das hemmt die geochemische Gasbildung.
Als Folge bildet sich unter den Pyrenäen viel weniger Wassersoff als angenommen: „Frühere Studien schätzten das theoretische Wasserstoff-Produktionspotenzial auf mehrere hunderttausend bis mehrere Millionen Tonnen pro Jahr“, berichten Christiansen und sein Team. „Wir schätzen die natürliche Wasserstoffbildung dagegen auf eine Größenordnung von nur einigen hundert Tonnen H2 pro Jahr.“ Konkret entstehen in diesem Pyrenäengebiet rund eine halbe Tonne Wasserstoffgas pro Jahr und Kubikkilometer reaktivem Gestein.
Ähnlich ernüchternd sind die Ergebnisse für das Wasserstoffreservoir in Nordkalifornien. Dort werden entgegen früheren optimistischeren Schätzungen nur 0,1 Tonnen Wasserstoff pro Jahr und Kubikkilometer reaktivem Gestein gebildet, wie die Geologen ermittelten. Die Ursache dort ist das schon zu großen Teilen serpentinisierte Gestein. „Als Folge ist das Volumen des noch verbliebenen reaktiven Gesteins sehr begrenzt“, erklären die Forschenden.
Was heißt das für die Wasserstoff-Gewinnung aus dem Untergrund?
Diese beiden Fallbeispiele legen nahe, dass Wasserstoff in vielen unterirdischen Reservoiren wahrscheinlich langsamer gebildet wird als angenommen. Dadurch fällt die förderbare Gasausbeute geringer aus und die Vorkommen erschöpfen sich schneller. „Große, ökonomisch relevante Wasserstoffvorkommen benötigen wahrscheinlich tausende bis zehntausende Jahre, um sich zu entwickeln“, schreiben Christiansen und sein Team. Es sei daher unrealistisch, dass sie sich schnell wiederauffüllen.
Allerdings bedeutet dies nicht, dass sich eine Wasserstoff-Gewinnung aus dem Untergrund grundsätzlich nicht lohnt, wie die Geologen betonen. „Große Ansammlungen von Wasserstoff sind weiterhin möglich. Sie benötigen jedoch Zeit und die richtige Geologie“, sagt Christiansen. „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.“ Das erleichtere die künftige Exploration.
Quelle: Rodolfo Christiansen (LIAG-Institut für Angewandte Geophysik, Hannover) et al., Nature Communications, 2026; doi: 10.1038/s41467-026-73920-5
