Natürlicher Wasserstoff gilt als mögliche kohlenstoffarme Energiequelle. Doch wie viel davon entsteht im Untergrund – und wie schnell? Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik in Hannover veröffentlichte erstmals prozessbasierte Zahlen für die westlichen Pyrenäen und Nordkalifornien. Dort liegen die berechneten Produktionsraten nun unter früheren theoretischen Schätzungen. Die Methode der Studie verspricht damit realistischere Bestimmungen. Sie lässt sich mit dem Open-Source-Tool PoNHy auf weitere Regionen übertragen, um das Potenzial geologischer Systeme gezielter zu identifizieren und zu bewerten.
Tief im Untergrund der Erde kann natürlicher Wasserstoff entstehen, wenn Wasser mit eisenreichen Gesteinen aus dem Erdmantel reagiert. Bei diesem natürlichen Prozess, der sogenannten Serpentinisierung, wird molekularer Wasserstoff kontinuierlich freigesetzt – anders als grüner Wasserstoff, dessen Herstellung Elektrizität erfordert, oder grauer Wasserstoff, der auf fossilen Brennstoffen beruht. Austritte natürlichen Wasserstoffs wurden bereits an zahlreichen Standorten weltweit an der Erdoberfläche gemessen. An einzelnen Orten, etwa in Mali und auf den Philippinen, wird er bereits lokal als Energiequelle genutzt.
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Eine zentrale Herausforderung für die Wissenschaft ist es, zu bestimmen, wie viel Wasserstoff tatsächlich im Untergrund entsteht, wie schnell er gebildet wird und unter welchen Bedingungen sich nutzbare Ansammlungen entwickeln können. Um diese Fragen zu beantworten, arbeiteten Forschende aus Geophysik, Geologie, Geochemie und Physik des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik, der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, der Universitäten Montpellier und Toulouse, des United States Geological Survey sowie des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen zusammen.
Das Team untersuchte zwei geologisch gut dokumentierte Regionen: die westlichen Pyrenäen und Nordkalifornien. In beiden Gebieten reagieren zwei unterschiedliche ultramafische Gesteine aus dem oberen Erdmantel mit Wasser in großen Tiefen. In den westlichen Pyrenäen handelt es sich um fertile Lherzolithe, die bei früheren Dehnungsprozessen in vergleichsweise geringe Tiefen verlagert wurden, in Nordkalifornien um verarmte Harzburgite der Coast Range Ophiolite. An beiden Standorten ist Wasserstoff an der Oberfläche nachweisbar.
Da die Serpenitisierung tief im Untergrund abläuft, lässt sie sich nicht unmittelbar beobachten. Hier setzt die Geophysik an: Aus Schwerefeld-, Magnetfeld- und seismischen Daten rekonstruierte das Team die Verbreitung, das Volumen, die Temperatur und den Umwandlungsgrad der Mantelgesteine in drei Dimensionen. Anschließend wurden die geophysikalischen Modelle mit thermodynamischen und kinetischen Berechnungen der Fluid-Gestein-Reaktionen gekoppelt. Anstatt theoretische Maximalpotenziale abzuschätzen, modelliert die Studie somit tatsächliche Raten, mit denen Wasserstoff unter realen geologischen Bedingungen erzeugt wird – unter Berücksichtigung physikalischer und chemischer Einschränkungen, die in früheren Studien weitgehend unbeachtet blieben. Das Ergebnis ist ein realistischeres, aber auch handlungsorientierteres Bild von natürlichem Wasserstoff als Ressource.
![Aufsteigender Wasserstoff durch verschiedene Bodenschichten [Quelle: LIAG, Anne-Marie Pogoda]](/media/story_section_text/62625/sml-01-newsimage425059-aufsteigenderwasserstoff-liag_hires.jpg)
Für die westlichen Pyrenäen gibt die Studie eine Produktion von rund 308 Tonnen Wasserstoff pro Jahr an, für Nordkalifornien rund 515 Tonnen. Diese Werte liegen deutlich unter früheren theoretischen Schätzungen, die von Hunderttausenden bis Millionen Tonnen pro Jahr ausgingen. Zugleich stimmen sie mit Messungen natürlicher Wasserstoffflüsse an vergleichbaren geologischen Systemen weltweit überein. Dies stärkt das Vertrauen darin, dass das Modell die wahre Größenordnung des Prozesses erfasst.
„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. Genau das benötigt die verantwortungsvolle Exploration jeder neuen Energieressource“, erklärt Rodolfo Christiansen, Erstautor der Studie, die im Rahmen seiner wissenschaftlichen Tätigkeit am LIAG-Institut für Angewandte Geophysik entstand.
Die geringeren Produktionsraten ergeben sich vor allem daraus, dass frühere Ansätze überwiegend die vorhandenen Gesteinsvolumina betrachteten. Die neue Modellierung berücksichtigt zusätzlich Prozesse, welche die natürliche Wasserstofffreisetzung begrenzen. Dazu gehören die Sättigung des gelösten Wasserstoffs in Porenfluiden, die die Bildung verlangsamt, sobald die Flüssigkeit ihre Löslichkeitsgrenze erreicht. Ebenso berücksichtigt sie die Rate, mit der Gesteinsoberflächen mit Wasser in Kontakt kommen. Sobald diese Faktoren in das Modell integriert werden, sinken die Produktionsraten erheblich.
Die Studie begreift gleichzeitig die realistischere Bestimmung der Produktionsraten als Chance: Sie ermöglicht es, Explorationsvorhaben gezielter auszurichten. [LIAG / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
R. Christiansen, M. Sobh, C. Ostertag-Henning, et al., Controls on natural hydrogen generation during serpentinization of mantle rocks, Nat. Commun. 17, 5211, 11. Juni 2026; DOI: 10.1038/s41467-026-73920-5
Quellcode und Daten
R. Christiansen, PoNHy – Potential for Natural Hydrogen: Reproducible code and results for natural H₂ generation modelling (v3.0), Zenodo, Februar 2026; DOI: 10.5281/zenodo.18733249 - Georeservoire – Energiequelle und Energiespeicher, LIAG-Institut für Angewandte Geophysik, Hannover
