HANNOVER / LONDON (IT BOLTWISE) – Weißer Wasserstoff, lange als quasi kostenloser Joker der Energiewende vermarktet, soll laut einer neuen modellbasierten Analyse weit weniger schnell entstehen als bisher angenommen. Das internationale Team unter Leitung des LIAG-Instituts für Angewandte Geophysik kombiniert Schwerefeld-, Magnetfeld- und seismische Daten mit thermodynamischen sowie kinetischen Berechnungen. Für die westlichen Pyrenäen kommt das Modell auf 308 ± 88 Tonnen pro Jahr, für Nordkalifornien auf 515 ± 168 Tonnen pro Jahr. Damit rückt die Diskussion von Millionen-Tonnen-Zielen hin zu einer Ressource, deren Bildung über sehr lange Zeiträume abläuft.
Weißer Wasserstoff: Studie senkt die erwartbaren Förderraten deutlich (Foto: IT BOLTWISE)
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Weißer Wasserstoff klang in der Energiewende-Debatte lange nach einem besonders verlockenden Konzept: Wasserstoff, der sich aus geologischen Prozessen von selbst bildet, ohne Elektrolyse und ohne zusätzlichen Strombedarf. Im Kern geht es um die Serpentinisierung: In mehreren Kilometern Tiefe reagiert Wasser mit eisenreichen Gesteinen aus dem Erdmantel. Dabei oxidiert zweiwertiges Eisen, während Wasserstoffatome aus dem Wasser zu molekularem Wasserstoff (H2) reduziert werden. Besonders schnell läuft die Reaktion im Temperaturfenster von 200 °C bis 300 °C ab, ehe das Gas aus dem Gestein zu Oberflächen-nahen Bereichen migrieren oder sich in geeigneten Strukturen ansammeln kann.
Genau an dieser Stelle setzt die neue Arbeit an und dreht die Perspektive weg von pauschalen Hochrechnungen. Denn unter der Erde lässt sich der Prozess nicht einfach beobachten; Forschende mussten die Bildungsraten bislang häufig indirekt abschätzen, etwa über die verfügbare Menge an reaktionsfähigem Gestein. Das internationalen Team um Erstautor Rodolfo Christiansen rekonstruiert dagegen zunächst mit geophysikalischen Daten dreidimensional, wo und in welcher Temperaturzone Mantelgestein bereits teilweise in Serpentinit umgewandelt wurde. Dazu nutzten die Forschenden Schwerefeld-, Magnetfeld- und seismische Datensätze. Erst darauf aufbauend koppeln sie thermodynamische und kinetische Modelle der Reaktion an die Frage, wie viel Wasser überhaupt an die Reaktionszonen heranreicht, bevor sie die resultierenden H2-Mengen für zwei Regionen quantifizieren.
Das Ergebnis fällt deutlich nüchterner aus als die früheren Bandbreiten, die in der Debatte immer wieder auf Größenordnungen von mehreren Millionen Tonnen pro Jahr hinausliefen. Für die westlichen Pyrenäen ermittelt das Modell zwar eine geologisch relevante Basis: Etwa 2700 km³ teilweise serpentinisierter Mantelgesteine liegen im Untergrund. Allerdings liegen laut Modell nur rund 630 km³ im Temperaturfenster, in dem die Wasserstoffbildung effizient ablaufen kann. Für dieses Szenario ergibt sich daraus eine Produktionsrate von 308 ± 88 Tonnen Wasserstoff pro Jahr; je nach Annahmen zum Wasserzufluss variiert die Spannweite, die Größenordnung bleibt aber weit entfernt von den Millionen-Tonnen-Erwartungen. In Nordkalifornien ist zwar mehr Serpentinit involviert – mit ungefähr 12.000 km³ – dennoch kommt das Modell auf 515 ± 168 Tonnen pro Jahr.
Warum die früheren Schätzungen so hoch lagen, erklären die Autoren mit zwei Mechanismen, die in vielen vereinfachenden Ansätzen fehlen: Sättigung und Kinetik. Beim Sättigungs-Effekt löst sich der entstehende Wasserstoff zunächst im Porenwasser des Gesteins; erreicht dieses Porenwasser seine Löslichkeitsgrenze, kommt die Reaktion weitgehend zum Erliegen, bis frisches Wasser nachströmt. Die Kinetik beschreibt dagegen, wie schnell sich die Reaktionsfront durch das Gestein „durchfrisst“: Je weiter die Umwandlung fortgeschritten ist, desto weniger frische Reaktionsfläche bleibt verfügbar. Die Studienautoren ordnen die Bedeutung beider Faktoren regional unterschiedlich zu: Die Kinetik sei besonders im serpentinisierten Gestein Kaliforniens entscheidend, während die Sättigung vor allem die Pyrenäen betrifft.
Für die praktische Einordnung ist außerdem wichtig, dass Bildungsrate nicht automatisch Förderrate bedeutet. Das Modell bezieht sich auf die laufende Bildung unter geologischen Bedingungen, während wirtschaftlich relevante Lagerstättengrößen sich über lange Zeiträume akkumulieren können. Die Studie skizziert genau diesen Gedanken: Große, wirtschaftlich interessante Ansammlungen bräuchten demnach Tausende bis Zehntausende Jahre, um sich zu bilden. Das schließt vorhandene Vorkommen nicht aus; gleichzeitig beantwortet es jedoch nicht die Frage, ob sie förderbar und wirtschaftlich sind. Dazu kommt ein weiterer Randbereich, der die Interpretation erweitert: Die Aussagen gelten zunächst nur für Serpentinisierungssysteme, während andere geologische Quellen oder Prozesse grundsätzlich auch auf anderen Zeitskalen höhere Raten ermöglichen könnten.
Damit verschiebt sich der Schwerpunkt der Diskussion: weg von der Idee, einzelne Regionen könnten Jahr für Jahr Mengen liefern, die mit ganzen Elektrolyseur-Flotten konkurrieren, hin zu einem planbaren Explorationsprozess für eine Ressource, die geologisch Zeit braucht. Gleichzeitig liefert das Team der Explorationsbranche ein Werkzeug, das genau dafür gedacht ist: PoNHy („Potential for Natural Hydrogen“) als Open-Source-Tool. Es ist frei auf GitHub und Zenodo verfügbar und lässt sich auf jedes serpentinisierende System weltweit anwenden. Mit diesem Ansatz kann die Wissenschaft mit der Praxis gezielter prüfen, wo günstige Bedingungen für Bildung und Speicher zusammenkommen – und welche Zeithorizonte realistisch sind. Damit bleibt zwar die „Millionen-Tonnen“-Erzählung als Sofortlösung auf der Strecke, aber das Thema wird zugleich präziser: Naturbedingte Wasserstoffquellen werden nicht weggewischt, sondern nur neu vermessen.
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