Ein gigantisches Wasserstoffvorkommen im Nordosten Frankreichs?
Forscher haben unter den Kohlerevieren der nordostfranzösischen Region Lothringen ein potenzielles natürliches Wasserstoffvorkommen entdeckt - möglicherweise die weltweit größte Reserve dieses Gases!
Wird damit ein neues Kapitel in der Geschichte des lothringischen Bergbaubeckens aufgeschlagen? Bislang war diese Region an der deutsch-französischen Grenze vor allem für ihre Kohlebergwerke bekannt, von denen das letzte vor 20 Jahren stillgelegt wurde. Künftig könnte sie jedoch für eine andere wichtige Energiequelle weltberühmt werden, die in ihrem Boden verborgen liegt: Wasserstoff, genauer gesagt Dihydrogen (H2). Diese neue Entdeckung ist das Ergebnis von Analysen, die Philippe de Donato und Jacques Pironon, Forschungsprofessoren am Labor GeoRessources in der nahe gelegenen Stadt Nancy, durchgeführt haben. "Unsere Daten zeigen, dass der Boden unter dem lothringischen Bergbaubecken sehr reich an weißem Wasserstoff ist", berichtet de Donato. "Wenn sich diese Entdeckung bestätigt, könnte sie einen großen Schritt auf dem Weg zu sauberen, klimafreundlichen Energiequellen darstellen."
Generell gilt Wasserstoff als ein wesentlicher Faktor bei den Bemühungen, fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas zu ersetzen. Im Gegensatz zu letzterem entsteht bei seiner Verbrennung kein Kohlendioxid (CO2), das Treibhausgas, das als Hauptverursacher des Klimawandels gilt. Aus diesem Grund besteht die große Hoffnung, dass Wasserstoff zum Antrieb künftiger Fahrzeuge mit Brennstoffzellen (ein System, das Wasserstoff und Sauerstoff zur Stromerzeugung nutzt) verwendet werden kann. Er könnte auch eine saubere Alternative für alle Industriezweige darstellen, die derzeit auf Methan angewiesen sind, wie Zementwerke, Stahlproduktion, Metallurgie usw.
"Weißer" Wasserstoff ist die Bezeichnung für Diwasserstoff, der auf natürliche Weise im Untergrund entsteht. "Er wird 'weiß' genannt, weil bei seiner Herstellung keine Treibhausgase entstehen", erklärt Pironon. "Im Gegensatz zu 'schwarzem' und 'grauem' Wasserstoff, die durch die Verarbeitung von Kohle bzw. Erdgas hergestellt werden - also fossile Brennstoffe, bei denen große Mengen an Treibhausgasen entstehen - ist weißer Wasserstoff direkt verfügbar."
Weißer Wasserstoff ist grüner als grüner Wasserstoff...
Folglich "ist dieses Gas sogar ökologischer als 'grüner' Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energien - Sonne oder Wind - hergestellt wird", fügt der Forscher hinzu. "Diese beiden Energiequellen sind in der Tat nicht neutral, was die CO2-Emissionen betrifft, die während der gesamten Produktionskette und des Transports freigesetzt werden.
"Unsere Entdeckung kam eher zufällig", erzählt de Donato. Zunächst waren die Geologen auf der Suche nach einer anderen Ressource unter der lothringischen Landschaft: Methan (CH4), das aus der thermischen Entwicklung der Kohle im Laufe der geologischen Zeit stammt. "Im Rahmen des Projekts REGALOR2, das 2018 gemeinsam mit dem unabhängigen Energieversorger La Française de l'Energie gestartet wurde, sollte unsere Mission eine 2012 vom französischen Institut für Erdöl und neue Energien IFPEN durchgeführte Bewertung bestätigen. Nach der Analyse einer Bodenprobe unter dem lothringischen Bergbaubecken kam das Institut zu dem Schluss, dass sich dort 370 Milliarden Kubikmeter Methan befinden, was dem Gasverbrauch von acht Jahren in Frankreich entspricht."
Die Überprüfung dieser Schätzung erforderte die kontinuierliche Messung der Konzentration der im Wasser des Aquifers, der wasserdurchlässigen unterirdischen Gesteinsschicht, gelösten Gase in situ (direkt unter der Erde in einer Tiefe von mehr als 1 000 Metern). Um diese Herausforderung zu meistern, mussten die Forscher eine spezielle Sonde entwickeln. Dieses innovative System, das in Zusammenarbeit mit Solexperts entwickelt wurde, trägt den Namen SysMoG™ und wurde im April 2023 patentiert.
Ende 2022 ermöglichte es die Erstellung eines "Profils" der Gaskonzentrationen in verschiedenen Tiefen in einem Bergwerksschacht außerhalb der Stadt Folschviller. Die Analysen der Kohleflöze in 600 und 800 Metern Tiefe ergaben eine erste wichtige Erkenntnis: Das dort vorhandene Gasgemisch besteht zu mehr als 96 % aus Methan, d. h. es ist nahezu rein!
15% Wasserstoff in 1.000 Metern Tiefe
Diese Daten, die die ersten Schätzungen des IFPEN bestätigen, "sind äußerst ermutigend", so de Donato, "denn sie zeigen, dass das unterirdische Methan nicht durch ein unerwünschtes toxisches oder korrosives Gas verunreinigt ist, wie es bei der Lagerstätte Lacq der Fall war. Es sind also keine Reinigungsbehandlungen erforderlich, was den Kohlenstoff-Fußabdruck erheblich verringert".
Noch interessanter ist, dass die Forscher bei ihren Messungen auch ein anderes Gas nachweisen konnten: den bereits erwähnten weißen Wasserstoff. "In 200 Metern Tiefe war die Konzentration dieser Verbindung sehr gering - etwa 0,1 %, was in dieser Tiefe durchaus üblich ist", sagt de Donato. "Diese erste Messung war also keine Überraschung. Doch als die Sonde weiter in den Schacht hinabstieg, stiegen die Wasserstoffwerte an... "Wir begannen uns wirklich zu fragen, was los war, als sie zwischen 600 und 800 Metern von 1 % auf 6 % anstiegen. Es war das erste Mal auf der Welt, dass eine so hohe Wasserstoffkonzentration unter Tage gefunden wurde." Und das war erst der Anfang. In 1.100 m Tiefe lag der Wert bei über 15 %. "Da wurde uns klar, dass wir möglicherweise ein ungeahntes Vorkommen an weißem Wasserstoff gefunden hatten", freut sich de Donato.
Die Forscher gehen davon aus, dass das kostbare Gas kontinuierlich von einer regelrechten "Wasserstofffabrik" produziert wird, die unter unseren Füßen verborgen ist und deren Rohstoffe Wassermoleküle und Mineralien sind, die aus Eisenkarbonaten (FeCO3 und Ca(Fe,Mg,Mn)(CO3)2 ) bestehen. Pironon erklärt: "Die Erde um das Bergwerk Folschviller ist reich an diesen beiden Arten von Verbindungen. Wenn sie miteinander in Kontakt kommen, kommt es zu einer physikalisch-chemischen Reaktion, die Redox genannt wird und bei der die Mineralien Wassermoleküle (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) aufspalten."
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