Kann Geogener Wasserstoff die Energieversorgung verändern?

Die Welt strebt den Übergang zu einer emissionsarmen Wirtschaft und dafür wird Wasserstoff als potenzieller Eckpfeiler künftiger Energiesysteme angepriesen. Allerdings sind nicht alle auf Wasserstoff basierenden Energielösungen gleichermaßen geeignet. und einige davon, insbesondere grüner und blauer Wasserstoff, sind mit erheblichen technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen verbunden. Im Gegensatz dazu hat sich der sogenannte geogene Wasserstoff aufgrund seines enormen Potenzials als Primärenergiequelle und seiner günstigen Energierendite als vielversprechenderer Kandidat für die Energiewende erwiesen.

Die Grenzen von grünem und blauem Wasserstoff

Grüner Wasserstoff, der durch die Elektrolyse von Wasser mit Hilfe erneuerbarer Energien hergestellt wird, wird oft als saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen gepriesen. Allerdings weist diese Methode erhebliche Ineffizienzen auf. Bei der Verwendung kohlenstoffarmer Elektrizität zur Herstellung von Wasserstoff geht ein erheblicher Teil der Exergie bzw. seiner Kapazität zur Verrichtung nützlicher Arbeit ungenützt verloren. Dies führt zu einem System, das von Natur aus verschwenderisch ist, insbesondere wenn derselbe Strom direkt zur Dekarbonisierung bestehender elektrischer Systeme oder anderer Sektoren effizienter genutzt werden könnte.

Zum Vergleich: Der sogenannte Erntefaktor (EROI, Energy Return on Energy Invested) von grünem Wasserstoff kann weniger als 1:1 betragen – in diesem Fall wird also mehr Energie für seine Herstellung benötigt, als bei der Nutzung zurückgewonnen wird. Dieser niedrige Wirkungsgrad schränkt die wirtschaftliche Lebensfähigkeit dieser Wasserstoffsorte stark ein. Zwar mag es in Regionen mit reichlich und unregelmäßig verfügbaren erneuerbaren Ressourcen wie Chile, Australien, Saudi-Arabien oder Marokko Nischenmöglichkeiten für grünen Wasserstoff geben, doch ist das eher die Ausnahme als die Regel. Selbst unter diesen günstigen Bedingungen erschwert die Dominanz Chinas bei der Herstellung von Elektrolyseuren, deren Kosten nur etwa ein Drittel der im Westen anfallenden Ausgaben betragen, die Wirtschaftlichkeit für Unternehmen, die weltweit grüne Wasserstoffprojekte realisieren möchten​.¹

Eine Alternative ist sogenannter blauer Wasserstoff, der aus Erdgas mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) gewonnen wird. Auch er kann jedoch lediglich als eine Teillösung auf dem Weg zur Dekarbonisierung gesehen werden: Der Prozess der Kohlenstoffabscheidung ist oft unvollständig, und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen schränkt die Nachhaltigkeit von blauem Wasserstoff langfristig ein. Darüber hinaus steckt die Infrastruktur für CCS noch in den Kinderschuhen, und um sie auf das für eine sinnvolle Wirkung erforderliche Niveau zu bringen, wären massive Investitionen und weitere technologische Fortschritte erforderlich. Aus diesen Gründen bleibt blauer Wasserstoff eher eine Übergangslösung als ein langfristig tragfähiges Mittel​.²

Geogener Wasserstoff: Ein Versprechen

Geogener Wasserstoff (auch „weißer Wasserstoff“ genannt) unterscheidet sich grundlegend von seinen grünen und blauen Varianten – nicht zuletzt, da er auf natürliche Weise in der Erdkruste durch einen als Serpentinisierung bekannten Prozess entsteht: Wenn Wasser mit eisenhaltigen Mineralien wie Olivin reagiert, wird Wasserstoffgas freigesetzt. Bis vor kurzem galt dieser Prozess als geologische Kuriosität, da man davon ausging, dass der so freigesetzte Wasserstoff in die Atmosphäre entweicht. Neue Entdeckungen haben jedoch gezeigt, dass sich erhebliche Mengen an Wasserstoff in unterirdischen Lagerstätten ansammeln können.³

Einer der spannendsten Aspekte des geogenen Wasserstoffs ist sein potenzielles Ausmaß. Ersten Schätzungen zufolge könnten allein innerhalb der Grenzen der USA Billionen von Tonnen an zugänglichem Wasserstoff lagern. Selbst die Gewinnung eines Bruchteils dieser Ressource könnte den weltweiten Energiebedarf für Jahrhunderte decken. Und noch dazu dürften die Kosten für die Gewinnung von geogenem Wasserstoff weitaus geringer sein als die für die Herstellung von Wasserstoff. So gehen einige Schätzungen von Gewinnungskosten von nur einem US-Dollar pro Kilogramm ausgehen – damit wäre die Gewinnung deutlich günstiger als die 7 US-Dollar pro Kilogramm, die für die Herstellung von grünem Wasserstoff erforderlich sind​.⁴

Ein neuer Goldrausch

Das Potenzial des geogenen Wasserstoffs hat einen modernen „Energie-Goldrausch“ ausgelöst. So unterstützen Investoren wie Bill Gates Start-ups wie Koloma, das wasserstoffreiche Formationen in Colorado erforscht. Die von Gates gegründete Organisation Breakthrough Energy Ventures hat mehr als 300 Millionen Dollar in diesen Bereich gesteckt, da er ihn als entscheidenden Bestandteil der globalen Umstellung auf saubere Energie ansieht​.⁵ Koloma und andere Unternehmen wenden Technologien aus der Öl- und Gasindustrie an, um diese unterirdischen Wasserstoffvorkommen zu erschließen, und positionieren die USA als führend in diesem aufstrebenden Energiesektor.

Aufgrund seiner einzigartigen geologischen Gegebenheiten hat sich der US-Bundesstaat Colorado zum neuen Zentrum dieses Booms entwickelt. Die U.S. Geological Survey (USGS) und das US-Energieministerium sind aktuell dabei, wasserstoffreiche Regionen zu kartieren, und akademische Einrichtungen wie die Colorado School of Mines entwickeln neue Instrumente zur Wasserstoffgewinnung​.⁶

Eine erneuerbare, kohlenstofffreie Ressource

Einer der überzeugendsten Aspekte von geogenem Wasserstoff ist, dass es sich um eine potenziell erneuerbare Ressource handelt. Im Gegensatz zu den fossilen Brennstoffen, die endlich sind, könnte geogener Wasserstoff durch natürliche Prozesse in der Erdkruste wieder aufgefüllt werden. Da er ohne Elektrolyse oder fossile Brennstoffe hergestellt wird, ist geogener Wasserstoff zudem von Natur aus kohlenstofffrei, was ihn zu einem idealen Kandidaten für die Dekarbonisierung von Sektoren wie der Schwerindustrie, dem Langstreckentransport und der Luftfahrt macht​.⁷

Überwindung von Herausforderungen

Obwohl das Potenzial von geogenem Wasserstoff enorm ist, bestehen noch Herausforderungen. Wasserstoff ist aufgrund seiner geringen Molekülgröße und seiner hohen Reaktivität ein bekanntermaßen schwierig zu speicherndes und zu transportierendes Gas. Er kann leicht durch Pipelines und andere Infrastrukturen entweichen. Darüber hinaus gibt es Bedenken, ob die großtechnische Gewinnung von Wasserstoff zu Umweltbelastungen führen könnte, wenngleich erste Forschungsergebnisse darauf hindeuten, dass der ökologische Fußabdruck im Vergleich zur Gewinnung fossiler Brennstoffe minimal sein könnte​.⁸

Nichtsdestotrotz bietet geogener Wasserstoff eine transformative Chance. Mit riesigen, unerschlossenen Reserven, einer wettbewerbsfähigen Kostenstruktur und einem kohlenstofffreien Profil könnte dieser natürlich vorkommende Wasserstoff die globalen Energiesysteme revolutionieren. In dem Maße, in dem Investitionen fließen und technologische Fortschritte gemacht werden, hat geogener Wasserstoff das Potenzial, ein Eckpfeiler der Energiewende zu werden und eine nachhaltige, skalierbare Lösung für den wachsenden Energiebedarf der Welt zu bieten.