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Diesen aiMOOC als Battle spielen: Chemie, Klasse 11-13, G-Niveau

Natürlicher Wasserstoff im Untergrund – Feenkreise als Hinweis

Einleitung

Billionen Tonnen Wasserstoff im Boden – diese Aussage klingt nach einem nahezu unerschöpflichen Energievorrat. Tatsächlich hat eine 2024 veröffentlichte Studie des USGS mit einem globalen Modell abgeschätzt, dass im Untergrund der Erde eine sehr große Menge an natürlichem Wasserstoff vorhanden sein könnte. Der wahrscheinlichste Modellwert liegt bei etwa 5,6 Billionen Tonnen H₂. Diese Zahl ist jedoch keine gemessene Lagerstätte und erst recht keine nachgewiesene Reserve, sondern eine statistisch modellierte In-place-Ressource mit sehr großer Unsicherheit.

Damit wird das Thema wissenschaftlich besonders spannend: Selbst wenn nur ein kleiner Anteil der theoretisch vorhandenen Menge technisch und wirtschaftlich gewinnbar wäre, könnte natürlicher Wasserstoff für Teile der Energiewende bedeutsam werden. Gleichzeitig ist noch offen, wo sich ausreichend große, dichte und förderbare Ansammlungen befinden.

Ein ungewöhnlicher Hinweis bei der Suche sind sogenannte „Feenkreise“. In der Forschung über geologischen Wasserstoff bezeichnet dieser Ausdruck häufig kreis- oder ellipsenförmige Senken an der Erdoberfläche, an denen teilweise erhöhte Wasserstoffkonzentrationen im Bodengas gemessen wurden. Doch ein Feenkreis ist kein Beweis für eine Wasserstofflagerstätte. Neuere Untersuchungen zeigen, dass erst das Zusammenspiel aus Geochemie, Geophysik, Fernerkundung, geologischem Modell und schließlich Bohrung belastbare Aussagen erlaubt.

Das Wasserstoffmolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen. Molekularer Wasserstoff H₂ ist farb- und geruchlos, sehr leicht und energiereich bezogen auf seine Masse.

Das Video von Breaking Lab bietet eine Einführung in natürlichen Wasserstoff, seine Entstehung, mögliche Lagerstätten und die Unsicherheiten bei seiner Nutzung.

Was ist natürlicher Wasserstoff?

Natürlicher Wasserstoff ist molekularer Wasserstoff H₂, der durch natürliche Prozesse im Untergrund entsteht und dort wandert oder sich in geologischen Strukturen ansammelt. Häufig werden dafür auch die Begriffe weißer Wasserstoff, geologischer Wasserstoff oder teilweise goldener Wasserstoff verwendet. Die Farbbezeichnungen sind technische beziehungsweise wirtschaftliche Etiketten – das Gas selbst ist immer farblos.

Eine wichtige begriffliche Besonderheit besteht darin, dass industriell hergestellter Wasserstoff meist als Energieträger bezeichnet wird: Man muss zunächst Energie einsetzen, etwa elektrischen Strom für die Elektrolyse. Natürlich vorkommender geologischer Wasserstoff kann dagegen als primäre Energiequelle beziehungsweise Primärenergieressource betrachtet werden, weil die chemische Energie bereits durch geologische Prozesse erzeugt und gespeichert wurde.

Wasserstoffpfad	Entstehung	Klimatische Einordnung
Natürlicher Wasserstoff	Entsteht durch geologische Prozesse im Untergrund	Potenziell kohlenstoffarm, tatsächliche Bilanz hängt von Förderung, Aufbereitung, Transport und Leckagen ab
Grüner Wasserstoff	Elektrolyse mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen	Bei entsprechendem Strommix sehr emissionsarm, benötigt jedoch elektrische Energie
Grauer Wasserstoff	Meist Dampfreformierung von Erdgas	Verursacht erhebliche CO₂-Emissionen
Blauer Wasserstoff	Fossile Herstellung mit Abscheidung eines Teils des CO₂	Emissionen hängen unter anderem von Abscheiderate und Methanemissionen ab

Bei der Elektrolyse wird Wasser mit Hilfe elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Natürlicher Wasserstoff muss dagegen nicht erst in einem Elektrolyseur erzeugt werden.

Das Energiediagramm macht deutlich, dass Herstellung und Nutzung von Wasserstoff mit Energieumwandlungen verbunden sind. Deshalb ist es wichtig, zwischen einer bereits geologisch vorhandenen Ressource und industriell erzeugtem Wasserstoff zu unterscheiden.

Wie entsteht Wasserstoff im Gestein?

Wasser-Gesteins-Reaktionen und Serpentinisierung

Ein besonders wichtiger natürlicher Bildungsweg sind Reaktionen zwischen Wasser und eisenhaltigem Gestein. In ultramafischen Gesteinen können Eisenverbindungen oxidiert werden. Dabei werden Elektronen übertragen, durch die Wasser beziehungsweise Wasserstoffionen zu H₂ reduziert werden können.

Ein bekanntes geologisches Umfeld ist die Serpentinisierung. Dabei reagieren wasserhaltige Fluide mit ultramafischem Mantelgestein wie Peridotit. Es entstehen unter anderem Minerale der Serpentingruppe und unter geeigneten chemischen Bedingungen Wasserstoff. Entscheidend ist nicht bloß das Vorhandensein eines bestimmten Gesteins, sondern das Zusammenspiel aus Mineralogie, Wasserangebot, Temperatur, Rissbildung, Reaktionskinetik und geologischer Zeit.

Die Abbildung zeigt Serpentinisierungsprozesse in einem tektonischen Umfeld. Sie veranschaulicht, wie Wasser in Mantelgestein gelangen und dort Mineralreaktionen auslösen kann.

Serpentinit ist ein Gestein, das durch die Umwandlung ultramafischen Ausgangsgesteins in Gegenwart von Wasser entsteht. Solche Gesteine sind für die Forschung zu natürlichem Wasserstoff besonders interessant.

Eine Studie aus dem Jahr 2026 zu serpentinisierenden Mantelgesteinen zeigt zugleich eine wichtige Grenze: An untersuchten Standorten waren die modellierten Bildungsraten relativ gering. Große Ansammlungen müssten daher wahrscheinlich über lange Zeiträume aufgebaut werden. Die Vorstellung, jede Lagerstätte fülle sich innerhalb weniger Jahre vollständig wieder auf, ist wissenschaftlich nicht belegt.

Radiolyse von Wasser

Ein zweiter wichtiger Prozess ist die Radiolyse. Natürliche radioaktive Elemente wie Uran, Thorium und Kalium geben Strahlung ab. Diese Strahlung kann Wassermoleküle spalten und dadurch unter anderem molekularen Wasserstoff bilden.

Radiolytische Prozesse können über sehr lange geologische Zeiträume wirken. Gerade in alten kontinentalen Gesteinen können deshalb große integrierte Mengen erzeugt worden sein. Die lokale Bildungsrate ist jedoch häufig gering. Ob daraus eine förderbare Lagerstätte entsteht, hängt zusätzlich davon ab, ob der Wasserstoff erhalten bleibt und sich anreichern kann.

Weitere mögliche Bildungsprozesse

In der Forschung werden außerdem mechanochemische Reaktionen bei Gesteinsbruch, Reaktionen in eisenreichen Sedimenten und weitere geochemische Prozesse untersucht. Bei manchen vorgeschlagenen Bildungswegen ist die Bedeutung für wirtschaftliche Lagerstätten noch unsicher. Moderne Forschung versucht deshalb nicht nur Wasserstoff zu messen, sondern seine Herkunft über Begleitgase, Isotope, Mineralogie und geologischen Kontext zu bestimmen.

Vom Wasserstoffmolekül zur Lagerstätte

Dass irgendwo Wasserstoff entsteht, bedeutet noch nicht, dass dort auch eine nutzbare Lagerstätte existiert. Ein geologisches Wasserstoffsystem benötigt mehrere zusammenwirkende Elemente:

Quellgestein: Ein Gestein oder Reaktionsraum, in dem H₂ erzeugt wird.
Migration: Wege wie Klüfte, Poren oder Störungen, durch die das Gas wandern kann.
Reservoirgestein: Ein ausreichend poröser oder geklüfteter Bereich, in dem sich Gas ansammeln kann.
Deckgestein: Eine hinreichend dichte Schicht, die den weiteren Aufstieg des Gases bremst.
Falle: Eine geologische Geometrie, in der das Gas konzentriert erhalten bleibt.
Erhaltung: Wasserstoff darf nicht schneller entweichen oder durch chemische und mikrobielle Prozesse verbraucht werden, als er sich ansammelt.

Ophiolithe sind an Land aufgeschlossene Teile ehemaliger ozeanischer Kruste und des oberen Mantels. Ihre ultramafischen Gesteine gehören zu den geologischen Umgebungen, in denen Wasser-Gesteins-Reaktionen zur Wasserstoffbildung untersucht werden.

Wasserstoff stellt besondere Anforderungen an eine Lagerstätte. Das H₂-Molekül ist klein, beweglich und chemisch reaktiv. Es kann durch feine Wegsamkeiten migrieren, von Mikroorganismen genutzt werden oder mit Mineralen reagieren. Deshalb lässt sich das Verhalten von Erdgas nicht einfach eins zu eins auf Wasserstoff übertragen.

Was bedeuten die 5,6 Billionen Tonnen?

Die viel zitierte Größenordnung geht auf eine 2024 in Science Advances veröffentlichte USGS-Studie von Geoffrey S. Ellis und Sarah E. Gelman zurück. Die Forschenden kombinierten Wissen über globale Wasserstoffproduktion, geologische Speicherung, Verluste und geologische Analogien in einem stochastischen Massenbilanzmodell.

Das Modell ergab für die mögliche globale In-place-Ressource eine enorme Spannweite von 10³ bis 10¹⁰ Millionen Tonnen. Der wahrscheinlichste Wert lag bei etwa 5,6 × 10⁶ Millionen Tonnen. Das entspricht 5,6 × 10¹² Tonnen oder im deutschen Zahlensystem 5,6 Billionen Tonnen.

Entscheidend ist der Unterschied zwischen Ressource und Reserve:

Begriff	Bedeutung
Ressource	Geschätzte Menge eines Rohstoffs, die geologisch vorhanden sein könnte, unabhängig davon, ob sie bereits entdeckt oder wirtschaftlich gewinnbar ist
In-place-Ressource	Gesamte geschätzte Menge im Untergrund vor Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Förderbarkeit
Reserve	Nachgewiesener Anteil einer bekannten Lagerstätte, der unter definierten technischen und wirtschaftlichen Bedingungen gewinnbar ist

Die Aussage „5,6 Billionen Tonnen Wasserstoff sind förderbar“ wäre daher falsch. Das USGS betont selbst, dass wahrscheinlich der größte Teil des modellierten Vorkommens zu tief, zu weit verteilt, offshore gelegen oder aus anderen Gründen praktisch nicht gewinnbar ist.

Gleichzeitig zeigt die Modellstudie, warum das Thema relevant ist: Schon eine hypothetisch gewinnbare Teilmenge von 100 Milliarden Tonnen würde nach den Annahmen der Studie den projizierten globalen Wasserstoffbedarf für ungefähr 200 Jahre decken. Ob eine solche förderbare Menge tatsächlich existiert, ist noch nicht nachgewiesen.

Fallbeispiel Bourakébougou in Mali

Ein zentrales Fallbeispiel ist Bourakébougou in Mali. Dort wurde 1987 bei einer Wasserbohrung ein wasserstoffreiches Gasvorkommen entdeckt. Spätere Untersuchungen zeigten in einem flachen Hauptreservoir eine Gaszusammensetzung von ungefähr 98 Prozent Wasserstoff, begleitet von kleinen Anteilen Stickstoff und Methan.

Seit 2012 wurde aus einem Bohrloch Wasserstoff genutzt, um lokal Strom für das Dorf zu erzeugen. Weitere Explorationsbohrungen – insgesamt wurden in einer 2023 veröffentlichten Studie 24 zusätzliche Bohrungen beschrieben – wiesen in der Umgebung weitere H₂-haltige Horizonte nach. Der oberste wichtige Speicher liegt dort bereits in ungefähr 100 Metern Tiefe.

Die Untersuchungen zeigen außerdem, dass der Wasserstoff in geklüfteten beziehungsweise verkarsteten Karbonatgesteinen und tiefer auch in porösen Sandsteinen vorkommt. Beobachtungen deuten darauf hin, dass das System während der bisherigen Förderung nachgespeist wird.

Daraus darf jedoch nicht geschlossen werden, dass alle natürlichen Wasserstofflagerstätten schnell erneuerbar wären. Übersichtsarbeiten von 2025 und neue Untersuchungen aus 2026 betonen, dass geologische Bildungsraten je nach Prozess von sehr unterschiedlichen Zeiträumen abhängen. Viele kontinentale Systeme sollten auf menschlichen Zeitskalen nicht pauschal als erneuerbare Energiequelle bezeichnet werden.

Feenkreise als Spur des Wasserstoffs

In der Exploration natürlichen Wasserstoffs werden kreis- oder ellipsenförmige Geländestrukturen häufig als subzirkuläre Depressionen bezeichnet. In einigen Regionen wurden an solchen Strukturen erhöhte H₂-Werte im Bodengas gemessen. Besonders auffällig können Vegetationsmuster oder ringförmige Bereiche am Rand sein.

Der populäre Name „Feenkreis“ ist allerdings mehrdeutig. Er stammt ursprünglich aus ökologischen Untersuchungen kreisförmiger Vegetationsmuster, beispielsweise in Namibia. In der Wasserstoffgeologie wird derselbe Ausdruck teilweise für viel größere geomorphologische Senken verwendet. Deshalb sollte man immer prüfen, welche Art von Feenkreis gemeint ist.

Wie könnten wasserstoffbezogene Feenkreise entstehen?

Eine 2025 veröffentlichte Studie von Martin Schöpfer, Christine Detournay und Gabor Tari untersuchte mit numerischen Modellen, wie gasführende subzirkuläre Depressionen mechanisch entstehen könnten. Die Modelle kombinieren Zweiphasenströmung von Gas und Wasser mit der Verformung lockerer Sedimente.

Das vorgeschlagene Prinzip lautet: Steigt Gas aus einer lokalisierten Quelle auf, verändert es den Porenfluiddruck und kann Wasser teilweise aus dem Porenraum verdrängen. Endet oder schwächt sich der Gaszufluss, sinkt der Porendruck. Dadurch steigt die effektive Spannung im Sediment, es kann sich verdichten und die Oberfläche kann sich absenken. Die Modelle erzeugten flache Depressionen mit einem Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser von ungefähr 1 zu 100. Außerdem skalierten Durchmesser und Tiefe im Modell mit Gasdruck und Quelltiefe.

Das ist wissenschaftlich interessant, weil die Geometrie einer Senke möglicherweise Hinweise auf Prozesse im Untergrund liefern kann. Eine solche Modellbeziehung ersetzt aber keine Messung des Gases und keine Bohrung.

Warum ein Feenkreis keine Bohrgarantie ist

Eine 2025 veröffentlichte geophysikalische Untersuchung von Feenkreisen in Nebraska zeigt, wie vorsichtig solche Oberflächenmerkmale interpretiert werden müssen. Die Forschenden kombinierten Geländehöhen, Gammaspektrometrie und elektrische Widerstandsmessungen. Sie konnten keine eindeutige räumliche Korrelation zwischen den untersuchten Feenkreisen und radiometrischen Anomalien beziehungsweise angenommenen mafischen oder ultramafischen Quellgesteinen herstellen.

Gleichzeitig fanden sie eine ringförmige elektrische Struktur, die einen bevorzugten Austritt von Gas am Rand der Senke ermöglichen könnte. Das bedeutet: Eine Depression kann mit einem Migrationsweg zusammenhängen, ohne direkt über der eigentlichen Wasserstoffquelle oder einer wirtschaftlichen Lagerstätte zu liegen.

Eine umfassende wissenschaftliche Übersichtsarbeit des USGS aus dem Jahr 2026 formuliert die Konsequenz besonders deutlich: Die bloße Messung von H₂ im Boden – selbst innerhalb eines Feenkreises – darf nicht vorschnell als Beweis für tiefen geologischen Wasserstoff interpretiert werden. Auch oberflächennahe mikrobielle Prozesse, Korrosion oder sogar Mess- und Bohrartefakte können Wasserstoff erzeugen.

Begriffsfalle: die klassischen Feenkreise Namibias

Dieses Wikimedia-Commons-Foto zeigt die bekannten Feenkreise Namibias. Sie sind vor allem Gegenstand ökologischer Forschung zu Vegetationsmustern, Wasserverfügbarkeit und Termiten. Das Foto ist kein Nachweis für natürlichen Wasserstoff. Es eignet sich gerade deshalb als wichtiges Gegenbeispiel: Ähnliche Oberflächenformen können unterschiedliche Ursachen haben.

Wer in Satellitenbildern kreisförmige Strukturen erkennt, darf also nicht automatisch auf eine Wasserstofflagerstätte schließen. In der Geowissenschaft zählt eine Struktur erst dann als belastbarer Hinweis, wenn unabhängige Messverfahren zusammenpassen.

Wie sucht man wirklich nach natürlichem Wasserstoff?

Eine moderne Explorationsstrategie folgt dem Prinzip mehrere unabhängige Beweisketten statt eines einzelnen Indikators:

Fernerkundung und Geländemodell: Satellitenbilder, Radar und digitale Höhenmodelle helfen, Störungen, ringförmige Depressionen und geologische Strukturen zu kartieren.
Bodengasmessung: H₂ und Begleitgase werden an vielen Punkten, in verschiedenen Tiefen und möglichst wiederholt gemessen, weil Konzentrationen zeitlich schwanken können.
Gaschromatographie und Isotopenanalyse: Die Zusammensetzung des Gases und isotopische Signaturen helfen, geologische Quellen von oberflächennahen oder künstlichen Quellen zu unterscheiden.
Geophysik: Magnetik, Gravimetrie, elektrische Widerstandstomografie, Elektromagnetik und Seismik liefern unterschiedliche Informationen über Gesteine, Störungen und mögliche Speicher.
Geologisches Systemmodell: Forschende prüfen, ob Quellgestein, Bildungsprozess, Migration, Reservoir, Falle und Deckgestein räumlich und zeitlich zusammenpassen.
Explorationsbohrung: Erst Bohrkerne, Bohrlochmessungen und Gasproben zeigen direkt, welche Gesteine und Fluide im Untergrund vorhanden sind.
Fördertest: Druckverlauf, Gaszusammensetzung und Fließrate müssen über längere Zeit untersucht werden, bevor aus einem Fund eine belastbare wirtschaftliche Bewertung werden kann.

Gerade bei Wasserstoff ist die Probenahme anspruchsvoll. Metallkorrosion, Bohrwerkzeuge und bestimmte Reaktionen während der Probenahme können künstlich H₂ erzeugen. Gute Forschung benötigt deshalb Blindproben, Wiederholungsmessungen, unterschiedliche Messmethoden und eine genaue Dokumentation der Probenahme.

Was verrät ein Feenkreis – und was nicht?

Beobachtung	Mögliche Aussage	Was noch fehlt
Kreisförmige Senke	Hinweis auf besondere Boden- oder Untergrundprozesse	Nachweis einer H₂-Quelle
Erhöhtes H₂ im Bodengas	Möglicher Gasaustritt	Herkunft, Tiefe und Größe einer Ansammlung
H₂ vor allem am Rand	Möglicher bevorzugter Migrationsweg	Nachweis eines Reservoirs unter dem Kreis
Passendes ultramafisches Gestein	Potenziell geeigneter Bildungsraum für Wasser-Gesteins-Reaktionen	Nachweis, dass tatsächlich genügend H₂ erzeugt und gespeichert wird
Geophysikalische Anomalie	Hinweis auf Struktur- oder Gesteinsunterschiede	Direkte Bestätigung durch Bohrung und Gasanalytik

Die wichtigste wissenschaftliche Denkregel lautet deshalb: Korrelation ist nicht automatisch Kausalität. Ein Feenkreis kann die Suche eingrenzen, aber seine Ursache muss unabhängig getestet werden.

Chancen für das Energiesystem

Sollten wirtschaftlich gewinnbare Lagerstätten gefunden werden, hätte natürlicher Wasserstoff mehrere potenzielle Vorteile. Er müsste nicht zuerst mit großen Mengen elektrischer Energie erzeugt werden, könnte an geeigneten Standorten relativ kontinuierlich gefördert werden und könnte insbesondere dort interessant sein, wo H₂ als Rohstoff schwer ersetzbar ist.

Mögliche Einsatzfelder liegen vor allem in der Ammoniakproduktion, der Stahlindustrie, bestimmten Hochtemperaturprozessen, der chemischen Industrie, als saisonaler Energiespeicher und in ausgewählten Verkehrs- oder Energiesystemen. Für viele direkte Stromanwendungen ist die unmittelbare Nutzung von Elektrizität jedoch effizienter, weil jede Umwandlungsstufe Energieverluste verursacht.

Umwelt, Klima und Sicherheit

Wasserstoff enthält keinen Kohlenstoff. In einer Brennstoffzelle entsteht bei der elektrochemischen Nutzung hauptsächlich Wasser, ohne direkte CO₂-Emissionen am Einsatzort. Das bedeutet aber nicht, dass jede Wasserstoffkette automatisch klimaneutral ist.

Für eine vollständige Bewertung müssen Bohrungen, Aufbereitung, Kompression, Transport, mögliche Begleitgase und Leckagen betrachtet werden. Entweichender H₂ ist kein stark infrarotabsorbierendes Treibhausgas wie CO₂, beeinflusst die Atmosphäre aber indirekt, unter anderem über die Lebensdauer von Methan und die Bildung von Ozon und stratosphärischem Wasserdampf. Deshalb ist eine geringe Leckagerate wichtig.

Wird Wasserstoff in Luft verbrannt statt in einer Brennstoffzelle genutzt, können bei hohen Temperaturen außerdem Stickoxide entstehen. Die Aussage „Bei Wasserstoff entsteht nur Wasser“ trifft daher nur eingeschränkt und abhängig von der Nutzungstechnik zu.

Auch technisch bestehen Herausforderungen: H₂ ist leicht entzündlich, diffundiert durch manche Materialien und kann bei bestimmten Metallen zur Wasserstoffversprödung beitragen. Förderanlagen benötigen daher geeignete Werkstoffe, Sensorik, Lüftung, Druckkontrolle und Sicherheitskonzepte.

Ist natürlicher Wasserstoff erneuerbar?

Diese Frage lässt sich nicht mit einem einfachen Ja oder Nein beantworten. Manche Lagerstätten zeigen Hinweise auf laufende Nachspeisung. Bourakébougou ist hierfür ein wichtiges Beispiel. Gleichzeitig können die geologischen Bildungsprozesse sehr langsam sein.

Eine große Übersichtsarbeit in Nature Reviews Earth & Environment aus dem Jahr 2025 kommt zu dem Schluss, dass kontinentale natürliche Wasserstoffsysteme nicht pauschal als erneuerbar auf Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrhunderten betrachtet werden sollten. Eine 2026 veröffentlichte Studie zur Serpentinisierung zeigt ebenfalls, dass große wirtschaftliche Ansammlungen in untersuchten Systemen eher über Tausende bis Zehntausende Jahre aufgebaut werden könnten.

Für eine nachhaltige Nutzung wäre daher für jedes einzelne Feld zu prüfen, ob die langfristige Förderrate kleiner oder größer als die natürliche Nachbildungs- und Nachströmrate ist.

Stand der Forschung 2026

Die Forschung hat in wenigen Jahren große Fortschritte gemacht. Es gibt bekannte natürliche H₂-Vorkommen, Bohrungen mit hohen Wasserstoffanteilen, verbesserte geologische Modelle und erste globale Prospektivitätsanalysen. Gleichzeitig sind die wichtigsten wirtschaftlichen Fragen offen.

Gesellschaftlich bedeutende, nachgewiesene Reserven in einer Größenordnung, die bereits heute einen großen Teil des Weltenergiesystems versorgen könnte, sind bislang nicht belegt. Die globale Zahl von 5,6 Billionen Tonnen beschreibt ein Modell des gesamten möglichen Untergrundinventars, nicht einen Bestand wirtschaftlich förderbarer Felder.

Auch die Rolle der Feenkreise wird differenzierter beurteilt: Einige subzirkuläre Depressionen sind mit H₂-Austritten verbunden und können wertvolle Explorationshinweise liefern. Andere zeigen keinen eindeutigen Bezug zu tiefen Quellgesteinen. Der wissenschaftlich robuste Weg ist deshalb die integrierte Exploration.

Dieses zweite Breaking-Lab-Video behandelt neuere europäische Funde und zeigt, warum große Mengenangaben zu natürlichem Wasserstoff kritisch auf ihre geologische und wirtschaftliche Bedeutung geprüft werden müssen.

Quellen und weiterführende Forschung

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt der Wert von rund 5,6 Billionen Tonnen natürlichem Wasserstoff am treffendsten? (Eine stochastisch modellierte globale In-place-Ressource) (!Eine bereits nachgewiesene wirtschaftliche Reserve) (!Eine gemessene Lagerstätte in Mali) (!Eine garantierte Fördermenge bis zum Jahr 2100)

Welcher Prozess kann in eisenreichen ultramafischen Gesteinen natürlichen Wasserstoff erzeugen? (Serpentinisierung) (!Photosynthese) (!Kondensation) (!Kernfusion)

Was bedeutet Radiolyse im Zusammenhang mit natürlichem Wasserstoff? (Spaltung von Wasser durch natürliche ionisierende Strahlung) (!Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff) (!Abkühlung von Magma an der Oberfläche) (!Trennung von Erdgas durch Destillation)

In welchem Land liegt das bekannte natürliche Wasserstofffeld Bourakébougou? (Mali) (!Namibia) (!Norwegen) (!Japan)

Wie hoch ist der Wasserstoffanteil im Gas des flachen Hauptreservoirs von Bourakébougou ungefähr? (Etwa 98 Prozent) (!Etwa 10 Prozent) (!Etwa 35 Prozent) (!Etwa 60 Prozent)

Was beweist ein einzelner Feenkreis an der Erdoberfläche? (Allein noch keine wirtschaftliche Wasserstofflagerstätte) (!Eine Reserve von mindestens einer Million Tonnen) (!Eine ausschließlich durch Serpentinisierung entstandene Gasquelle) (!Einen unterirdischen Hohlraum direkt im Zentrum)

Welche Aussage beschreibt das Modell zur Entstehung mancher wasserstoffbezogener Feenkreise? (Änderungen des Porendrucks können Sedimentverdichtung und Absenkung verursachen) (!Magnetfelder heben das Sediment dauerhaft an) (!Wind fräst immer perfekte Kreise bis zum Grundgestein) (!Grundwasser gefriert ganzjährig unter jedem Kreis)

Welche Methode liefert den direktesten Nachweis über Gestein und Gas in größerer Tiefe? (Eine Explorationsbohrung) (!Ein Luftbild) (!Eine Vegetationskarte) (!Eine Wetterprognose)

Warum sind die klassischen Feenkreise Namibias kein automatischer Wasserstoffnachweis? (Der Begriff bezeichnet auch ökologisch untersuchte Vegetationsmuster mit anderen möglichen Ursachen) (!Jeder Feenkreis besteht aus reinem Wasserstoff) (!Namibia besitzt keine Gesteine) (!Wasserstoff kann nur unter Meeresboden vorkommen)

Welche Aussage über natürlichen Wasserstoff ist nach heutigem Forschungsstand angemessen? (Er ist potenziell kohlenstoffarm, aber Förderbarkeit und Erneuerbarkeit müssen für Lagerstätten geprüft werden) (!Er ist in jeder Lagerstätte unbegrenzt erneuerbar) (!Seine Förderung verursacht unter allen Umständen keinerlei Umweltwirkung) (!Er ersetzt ohne Energieverluste jede andere Energieform)

Memory

Serpentinisierung	Wasser-Gesteins-Reaktion
Radiolyse	Natürliche Strahlung
Bourakébougou	Mali
Reservoirgestein	Gasspeicher
Deckgestein	Abdichtung
Subzirkuläre Depression	Oberflächenhinweis
Gaschromatographie	Gaszusammensetzung
Geophysik	Untergrunderkundung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Serpentinisierung	Eisenreiche Gesteine
Radiolyse	Natürliche Radioaktivität
Migration	Klüfte und Störungen
Reservoir	Porenraum
Deckgestein	Abdichtung
Feenkreis	Oberflächenindiz

Kreuzworträtsel

Wasserstoff	Welches Gas steht im Zentrum dieses aiMOOCs?
Radiolyse	Wie heißt die Spaltung von Wasser durch natürliche ionisierende Strahlung?
Serpentinit	Welches Gestein entsteht bei der Umwandlung ultramafischen Gesteins durch Wasser?
Reservoir	Wie heißt ein geologischer Speicherraum für Gas?
Geophysik	Welche Disziplin untersucht den Untergrund mit physikalischen Messverfahren?
Bourakebougou	Wie heißt der bekannte Ort mit natürlichem Wasserstoff in Mali?

LearningApps

Lückentext

Molekularer natürlicher Wasserstoff besitzt die chemische Formel

.

Eine wichtige Wasser-Gesteins-Reaktion zur Bildung von H₂ heißt

.

Die Spaltung von Wasser durch natürliche ionisierende Strahlung wird

genannt.

Der wahrscheinlichste Wert des globalen USGS-Modells liegt bei etwa

.

Diese globale Mengenangabe bezeichnet eine modellierte

.

Das bekannte natürliche Wasserstofffeld in Mali heißt

.

Kreisförmige Senken, die in der Wasserstoffexploration untersucht werden, heißen auch

.

Ein Feenkreis allein ist noch kein

für eine wirtschaftliche Lagerstätte.

Eine dichte geologische Schicht über einem Reservoir wird als

bezeichnet.

Direkte Informationen über Gestein und Gas in der Tiefe liefert schließlich eine

.

Offene Aufgaben

Leicht

Begriffsvergleich Ressource und Reserve: Gestalte eine Infografik, die mit eigenen Beispielen erklärt, warum 5,6 Billionen Tonnen modellierter Ressource nicht mit 5,6 Billionen Tonnen förderbarer Reserve gleichgesetzt werden dürfen.
Wasserstofffarben: Erstelle eine Übersicht zu natürlichem, grünem, grauem und blauem Wasserstoff und kennzeichne jeweils, wo die Energie beziehungsweise der Rohstoff herkommt.
Feenkreis-Bildanalyse: Suche ein frei lizenziertes Luftbild von Feenkreisen und markiere Beobachtungen, die Du tatsächlich im Bild erkennen kannst. Trenne diese von Vermutungen über ihre Ursache.
Glossar Natürlicher Wasserstoff: Erstelle ein Glossar mit mindestens zwölf Begriffen wie Serpentinisierung, Radiolyse, Reservoir, Deckgestein, Migration und Bodengas und erkläre jeden Begriff in einem Satz.

Standard

Explorationsplan: Entwirf einen Ablaufplan für die Suche nach natürlichem Wasserstoff vom Satellitenbild bis zum Fördertest und begründe die Reihenfolge der Methoden.
Modellversuch Porenraum: Entwickle mit Sand, Wasser und ungefährlicher Luft einen Modellversuch dazu, wie Gas durch einen wassergesättigten Porenraum wandern kann. Verwende ausdrücklich keinen Wasserstoff und dokumentiere die Grenzen des Modells.
Fallstudie Bourakébougou: Recherchiere anhand wissenschaftlicher Quellen, was in Bourakébougou tatsächlich gemessen wurde, und trenne Beobachtungen, Interpretationen und offene Fragen in drei Spalten.
Erneuerbarkeit prüfen: Formuliere eine Pro-und-Contra-Debatte zur Aussage „Natürlicher Wasserstoff ist erneuerbar“. Nutze Bildungsraten, Nachströmung und Förderrate als Kriterien.

Schwer

Forschungsdesign Feenkreise: Entwickle eine Studie, mit der sich testen ließe, ob Feenkreise in einer Region mit tiefem geologischen Wasserstoff zusammenhängen. Plane Kontrollflächen, wiederholte Bodengasmessungen, Geophysik und Isotopenanalysen ein.
Lebenszyklusvergleich: Entwirf die Struktur einer Lebenszyklusanalyse für natürlichen und grünen Wasserstoff. Berücksichtige Förderung beziehungsweise Elektrolyse, Aufbereitung, Kompression, Transport, Leckagen und Nutzung.
Modellrechnung Wasserstoffressource: Berechne zwei Prozent von 5,6 Billionen Tonnen und diskutiere anschließend, warum diese mathematische Teilmenge noch keine Aussage über wirtschaftliche Förderbarkeit erlaubt.
Medienkritik zur Schlagzeile: Analysiere die Aussage „Billionen Tonnen Wasserstoff im Boden – Feenkreise zeigen, wo“ wie eine Wissenschaftsjournalistin oder ein Wissenschaftsjournalist. Formuliere danach eine präzisere Überschrift, die Chancen und Unsicherheit zugleich abbildet.

Lernkontrolle

Evidenzkette: Ein Unternehmen meldet einen runden Geländeeinbruch, 120 ppm H₂ in einer einzelnen Bodenprobe und erklärt den Standort zur Lagerstätte. Bewerte diese Schlussfolgerung und entwickle mindestens vier weitere Untersuchungen, die vor einer solchen Aussage nötig wären.
Geologisches Systemdenken: In einer Region existiert geeignetes eisenreiches Quellgestein, aber kein dichtes Deckgestein. Erkläre, wie dies die Wahrscheinlichkeit einer wirtschaftlichen H₂-Anreicherung beeinflusst.
Unsicherheiten des Globalmodells: Erkläre, warum eine sehr große globale In-place-Ressource gleichzeitig mit wenigen wirtschaftlich nutzbaren Lagerstätten vereinbar sein kann.
Vergleich Mali und Nebraska: Arbeite heraus, warum ein wasserstoffreiches Bohrfeld wie Bourakébougou eine andere Evidenzstufe besitzt als eine subzirkuläre Depression mit Bodengasanomalie.
Nachhaltigkeitsbewertung: Entwickle Kriterien, mit denen entschieden werden könnte, ob die Förderung eines natürlichen Wasserstofffeldes auf menschlichen Zeitskalen nachhaltig ist.
Technologiewahl: Vergleiche die Nutzung von H₂ in einer Brennstoffzelle mit seiner Verbrennung in Luft. Beziehe direkte Emissionen, Stickoxide, Wirkungsgrad und geeignete Anwendungen ein.
Transfer auf Rohstoffmeldungen: Übertrage den Unterschied zwischen Ressource und Reserve auf einen anderen Rohstoff wie Lithium, Erdgas oder Kupfer und zeige, welche Fehlschlüsse in Medienmeldungen dadurch vermieden werden können.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du zeigen, dass Du nicht nur Einzelbegriffe kennst, sondern wissenschaftliche Aussagen beurteilen kannst.

Natürlicher Wasserstoff: Du kannst erklären, was geologischer Wasserstoff ist und wie er sich von industriell hergestelltem Wasserstoff unterscheidet.
Bildungsprozesse: Du kannst Serpentinisierung und Radiolyse als zentrale natürliche H₂-Bildungswege erläutern.
Wasserstoffsystem: Du kannst das Zusammenspiel von Quelle, Migration, Reservoir, Falle und Deckgestein erklären.
Ressource und Reserve: Du kannst die Zahl von 5,6 Billionen Tonnen korrekt als unsichere globale Modellschätzung einordnen.
Feenkreise: Du kannst erklären, weshalb subzirkuläre Depressionen ein Explorationshinweis, aber kein alleiniger Lagerstättennachweis sind.
Forschungsmethoden: Du kannst begründen, warum Geochemie, Isotopenanalytik, Geophysik, Fernerkundung und Bohrungen kombiniert werden müssen.
Fallbeispiel Mali: Du kannst die Bedeutung von Bourakébougou erklären, ohne das Einzelbeispiel auf alle natürlichen Wasserstoffsysteme zu übertragen.
Nachhaltigkeit: Du kannst Chancen, Klimawirkungen, Sicherheitsfragen, Leckagen und die ungeklärte Erneuerbarkeit differenziert bewerten.
Wissenschaftskommunikation: Du kannst zwischen Messwert, Modell, Hypothese und gesicherter Schlussfolgerung unterscheiden und zugespitzte Schlagzeilen kritisch prüfen.

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