In einer aktuellen Untersuchung, veröffentlicht im renommierten Fachjournal „Nature Communications“, hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik in Hannover Erkenntnisse über die Produktion von natürlichem Wasserstoff in den westlichen Pyrenäen und Nordkalifornien gewonnen. Diese Studie bietet erstmals prozessbasierte Schätzungen für die Wasserstoffproduktion in diesen Regionen und zeigt, dass die tatsächlichen Produktionsraten weit unter früheren theoretischen Annahmen liegen.
Natürlicher Wasserstoff gilt als eine vielversprechende, kohlenstoffarme Energiequelle, die beim Kontakt von Wasser mit eisenhaltigen Gesteinen im Erdmantel entsteht. Dieser Prozess, bekannt als Serpentinisierung, führt zur kontinuierlichen Freisetzung von molekularem Wasserstoff (H₂). Im Gegensatz zum grünen Wasserstoff, der durch Elektrolyse gewonnen wird, oder dem grauen Wasserstoff, der aus fossilen Brennstoffen hergestellt wird, stellt natürlicher Wasserstoff eine Alternative dar, die potenziell umweltfreundlicher ist. An verschiedenen Orten weltweit, wie in Mali und auf den Philippinen, wird natürlicher Wasserstoff bereits als Energiequelle genutzt.
Die zentrale Herausforderung, der sich die Wissenschaftler gegenübersahen, bestand darin, die genauen Produktionsraten und Bedingungen zu bestimmen, unter denen sich nützliche Wasserstoffansammlungen bilden können. Um diese Fragen zu beantworten, arbeiteten Experten aus verschiedenen Disziplinen, darunter Geophysik, Geologie und Geochemie, zusammen. Sie konzentrierten sich auf zwei geologisch gut erforschte Gebiete: die westlichen Pyrenäen, wo sogenannte fertile Lherzolithe vorkommen, und Nordkalifornien, das von verarmten Harzburgiten geprägt ist. An beiden Standorten wurde Wasserstoff bereits an der Erdoberfläche nachgewiesen.
Da der Prozess der Serpentinisierung tief im Erdinneren abläuft, ist es schwierig, ihn direkt zu beobachten. Hier kommt die Geophysik ins Spiel: Das Forschungsteam verwendete Daten aus Schwerefeldmessungen, Magnetfeldmessungen und seismischen Studien, um die Verbreitung und Eigenschaften der Mantelgesteine dreidimensional zu rekonstruieren. Durch die Kombination dieser geophysikalischen Modelle mit thermodynamischen Berechnungen konnten die Wissenschaftler realistischere Produktionsraten ermitteln, anstatt sich auf theoretische Maximalwerte zu stützen. Diese Methodik berücksichtigt physikalische und chemische Einschränkungen, die in früheren Studien oft unberücksichtigt blieben.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass in den westlichen Pyrenäen jährlich etwa 308 Tonnen Wasserstoff produziert werden, während Nordkalifornien auf rund 515 Tonnen kommt. Diese Zahlen liegen deutlich unter den vorhergehenden Schätzungen, die von Hunderttausenden bis Millionen Tonnen pro Jahr ausgegangen waren. Dennoch stimmen sie mit den Messungen in ähnlichen geologischen Systemen weltweit überein, was das Vertrauen in die Validität der Modelle stärkt. Dr. Rodolfo Christiansen, der Erstautor der Studie, betont, dass diese realistischeren Produktionsraten eine wertvolle Grundlage für die zukünftige Exploration darstellen, da sie den Wissenschaftlern helfen, gezielte Suchstrategien zu entwickeln.
Ein entscheidender Faktor, der zu den geringeren Produktionsraten beiträgt, ist die bisherige Fokussierung auf die Volumina der Gesteine, ohne die Prozesse zu berücksichtigen, die die Wasserstofffreisetzung begrenzen. Dazu gehört beispielsweise die Sättigung des Wasserstoffs in den Poren der Gesteine, die die Freisetzung verlangsamt, sobald eine bestimmte Löslichkeitsgrenze erreicht ist. Diese Erkenntnisse könnten die Exploration neuer Wasserstoffquellen entscheidend voranbringen.
Im Rahmen der Studie wurde auch ein Open-Source-Tool namens PoNHy entwickelt, das die Modellierung der Wasserstoffproduktion standardisiert und auf andere geologisch geeignete Regionen weltweit anwendbar ist. Dieses Tool, das auf Plattformen wie GitHub verfügbar ist, ermöglicht es Forschern und Unternehmen, geologische Gegebenheiten zu vergleichen und das Potenzial für die Wasserstoffproduktion realistischer einzuschätzen.
Zusammenfassend bietet die Studie nicht nur neue wissenschaftliche Erkenntnisse über die Produktion von natürlichem Wasserstoff, sondern auch praktische Ansätze für die Exploration und Nutzung dieser vielversprechenden Energiequelle.
