Nachhaltige Energie
Was "Feenkreise" über unterirdische Wasserstoffquellen verraten
Natürlicher Wasserstoff aus der Tiefe könnte ein wichtiger Baustein für ein nachhaltiges Energiesystem der Zukunft werden. Derzeit ist es jedoch schwierig vorherzusagen, wo und in welcher Tiefe größere Vorkommen zu finden sind. Neue Ergebnisse des Instituts für Geologie der Universität Wien könnten diese Prognosen künftig erleichtern – mithilfe sogenannter „Feenkreise“. Dabei handelt es sich um runde Stellen mit Vegetationsschäden, die durch das Aufsteigen von natürlichem Wasserstoff entstehen. Demnach gilt: Je tiefer die Wasserstoffquelle im Untergrund und je höher ihr Druck, desto größer der Feenkreis an der Erdoberfläche.
Kreisförmige Strukturen auf der Erde
In vielen Regionen der Welt – vom osteuropäischen Kraton in Russland über die USA, Brasilien, Namibia bis nach Australien – finden sich an der Erdoberfläche mysteriöse kreisförmige Einsenkungen mit spärlicher oder fehlender Vegetation. Diese sogenannten Feenkreise sind meist mehrere hundert Meter breit und wenige Meter tief. Seit etwa zehn Jahren ist bekannt, dass sie natürlichen Wasserstoff emittieren und damit auf unterirdische Wasserstoffquellen hinweisen. Warum sie absinken und ob ihre Größe Rückschlüsse auf die Tiefe oder Ergiebigkeit der Quellen erlaubt, blieb bislang jedoch ungeklärt.
Gerade für die Energiewirtschaft ist diese Information entscheidend: Natürlicher Wasserstoff gilt aufgrund seines fast vernachlässigbaren CO₂-Fußabdrucks als vielversprechende Energiequelle. „Doch bevor teure Bohrungen durchgeführt werden können, müssen wir verstehen, wie Feenkreise entstehen, wie groß das Vorkommen sein könnte und wie tief gebohrt werden muss“, erklärt Martin Schöpfer vom Institut für Geologie der Universität Wien und Mitarbeiter von NiMBUC Geoscience.
Computersimulationen zeigen den Mechanismus
Eine von der OMV subventionierte Studie unter Schöpfers Leitung nutzte geomechanische Computersimulationen, um den Prozess hinter den Feenkreisen zu erklären. Demnach ist das Zusammenspiel von Gas- und Wasserfluss im Sediment entscheidend.
Das Modell geht von lockeren Sedimenten wie Sand oder Ton aus, deren Porenräume mit Grundwasser gesättigt sind und die über festem Gestein liegen. Wenn Wasserstoff aus einer punktförmigen Quelle in diese Schicht eindringt, verdrängt er teilweise das Wasser, das dann an die Oberfläche tritt. Gleichzeitig entweicht auch Wasserstoff aus dem Erdreich, was die Vegetation schädigen kann. Zudem hebt sich die Erdoberfläche leicht an.
„Man könnte sagen, das Sediment geht auf wie ein Soufflé, allerdings laufen hier geomechanische Prozesse ab, beim Soufflé aber chemische“, so Schöpfer. Versiegt in einer zweiten Phase der Wasserstoffzufluss, nimmt der Druck des Gas-Wasser-Gemischs im Sediment ab. Es kommt zur Kompaktion. „Das Erdreich drückt sich also zusammen und sackt ein, ähnlich einem zusammenfallenden Soufflé“, beschreibt der Geologe.
Die Simulationen zeigen zudem, dass Durchmesser und Einsenkungstiefen der modellierten Feenkreise nahezu perfekt mit den natürlichen Strukturen übereinstimmen, die in Regionen wie Russland, Brasilien und Australien entdeckt wurden.
Natürliche Wegweiser für die Energiewende
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Größe und Tiefe der Feenkreise direkt mit dem Druck des eindringenden Gases und der Tiefe der Quelle verknüpft sind. „Diese Erkenntnisse sind ein echter Durchbruch“, betont Bernhard Grasemann, stellvertretender Leiter des Instituts für Geologie. „Feenkreise könnten so künftig als natürliche Wegweiser dienen, um unterirdische Wasserstoffquellen zu finden – eine potenziell unerschöpfliche und umweltfreundliche Energiequelle“.
Auch die Energiebranche verfolgt diese Forschung aufmerksam. „Das Interesse der Energiebranche an natürlichem Wasserstoff als potenzieller neuer Energiequelle mit vernachlässigbarem CO₂-Fußabdruck wächst, insbesondere im Vergleich zu allen anderen künstlich hergestellten Wasserstoffarten. Vor allem weißer – oder goldener, also natürlicher – und orangefarbener Wasserstoff stehen im Mittelpunkt intensiver internationaler Forschung, da sie das Potenzial haben, rentable und wahrscheinlich deutlich kostengünstigere Alternativen zu den derzeit verwendeten schwarzen, grauen, blauen, rosa und grünen Wasserstoffarten zu werden, die alle einen erheblichen CO₂-Fußabdruck haben. Daher unterstützt OMV Energy Grundlagenforschung wie diese, um das Zukunftspotenzial dieser grünen Energiequelle als Teil der Energiewende besser zu verstehen“, erläutert Gabor Tari, Chefgeologe bei der OMV und Koautor der Studie.
Bis zur Anwendung in der Praxis sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig. Dazu zählen Simulationen mit unterschiedlichen Untergrundmaterialien, Analysen bei pulsierenden Gasaustritten sowie Feldstudien, die zeigen könnten, ob zusätzlich chemische Reaktionen das Festmaterial lösen und zur Einsenkung beitragen.
Originalpublikation:
Schöpfer, M.P.J., Detournay, C., & Tari, G. (2025). The mechanical genesis of "fairy circle" depressions. Geology, 53(9), 712–716. DOI: 10.1130/G53384.1
Quelle: Universität Wien
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