Wasserstoff gilt zwar als Schlüssel der Energiewende – ist aber schwierig zu speichern. Das Molekül ist flüchtig, der Wasserstoff hat eine geringe Energiedichte. Um ihn in oberirdischen Tanks lagern zu können, muss man ihn entweder auf minus 253 Grad herunterkühlen und verflüssigen oder auf einen Druck von 350 bis 700 bar komprimieren. Beides ist energie- und platzintensiv und damit teuer.Eine Alternative ist die unterirdische Speicherung. Das Prinzip ist nicht neu: Schon seit Jahrzehnten speichern Energieversorger Erdgas in porösen Gesteinsschichten oder in ausgehöhlten Salzkavernen, um Versorgungsengpässe im Winter auszugleichen. Taugt dieselbe Infrastruktur auch für Wasserstoff?Porenspeicher statt SalzkavernenSalzkavernen wären optimal, um Wasserstoff zu speichern. Es handelt sich um künstlich erzeugte Hohlräume in über 1000 Meter Tiefe im Salzgestein, das zu 90 Prozent aus Natriumchlorid, also Kochsalzkristallen, besteht. Die Kavernen haben ein Volumen bis zu einer Million Kubikmeter, was etwa 400 olympischen Schwimmbecken entspricht. Für Wasserstoff ist das Gestein undurchlässig. Solche Salzkavernen gibt es fast ausschließlich in Norddeutschland, die meisten Salzstöcke sind in Niedersachsen. Allerdings beziffert der nationale Wasserstoffrat ihr Speicherpotential auf lediglich 33 Terawattstunden. Das ist angesichts des voraussichtlichen Wasserstoffbedarfs von 954 Terawattstunden im Jahr 2045 zu wenig.Eine annähernd so hohe Speicherkapazität wie in Norddeutschland, nämlich bis zu 25 Terawattstunden, gäbe es in Bayern, wie Forscher vom Institut für geothermische Technologien der Technischen Universität München nun herausgefunden haben. Die Geowissenschaftler um Michael Drewseine haben im Projekt „Speichercheck“ untersucht, welche geologischen Formationen in Südbayern für die unterirdische Lagerung von Wasserstoff infrage kommen. Dabei betrachteten sie sowohl Erdgas- und Erdöllagerstätten, also natürliche Gas- und Erdölspeicher, als auch künstlich angelegte Gasspeicher.Erdgasspeicher Bierwang im Landkreis Muehldorf am Inn, ein Arbeiter schließt ein Ventil.Picture AllianceIm Unterschied zu Norddeutschland dominieren in der geologischen Senke des bayerischen Molassebeckens, das sich zwischen der Donau und dem Alpenrand erstreckt, poröse und zerklüftete Gesteinsschichten. Anders als bei den Salzstöcken wird in Kalk- und Sandstein das Gas in den zahlreichen kleineren Hohlräumen gespeichert wie Wasser in einem Schwamm.In den Lagerstätten, die die Wissenschaftler dort betrachtet haben, lässt sich schätzungsweise ein Sechstel bis ein Drittel des aktuellen Wasserstoffbedarfs der deutschen Industrie lagern. Besonders geeignet aufgrund ihrer Kapazität erscheinen die bestehenden Gasspeicher in Bierwang und Breitbrunn-Eggstätt sowie die Gasförderfelder Weitermühle-Steinkirchen, Albaching-Rechtmehring und Inzenham. Alle diese Standorte liegen im bayerischen Alpenvorland. Die Gasspeicherinfrastruktur ist hier bereits vorhanden, Kosten für Bohrungen und Leitungen fallen also nicht an.Verluste durch Bakterien und undichtes GesteinDoch auch wenn das poröse Gestein für Erdgas geeignet ist – Wasserstoff lässt sich dort nicht einfach so einlagern. „Es gibt bei Porenspeichern ein paar Sachen mehr, die man sich anschauen muss“, erklärt Johannes Miocic, Geologieprofessor an der Universität Gronigen in den Niederlanden. Damit meint er unter anderem die Mikroben, die in der sauerstoffarmen Umgebung leben. Diese nutzen Wasserstoff als Energiequelle und wandeln ihn in Methan oder Schwefelwasserstoff um. Wie Messungen des Energiespeicherunternehmens RAG aus Österreich bei einem ähnlichen Projekt ergeben haben, gehen dadurch bis zu drei Prozent des Wasserstoffs verloren. Die Art der Bakterien, sagt Miocic, hänge dabei von der Gesteinsart, dem Druck in der Tiefe und dem Salzgehalt des Gesteins ab. Bei besonders hohen und tiefen Temperaturen sowie bei hohem Salzgehalt sind weniger aktiv sowie nicht so zahlreich vorhanden. Die untersuchten Porenspeicher sind zwischen 670 und 2500 Meter tief.Auch nicht jeder Sandsteinuntergrund eignet sich dazu, Wasserstoff zu speichern, denn das Gestein ist dafür zu durchlässig. Damit das flüchtige Gas nicht entweicht, müssen über dem Speicher beispielsweise Schichten aus Tongestein liegen, die keinen Wasserstoff durchlassen. Entscheidend ist dabei die Form dieser Gesteinsschichten: Liegen sie parallel übereinander wie ein Papierstapel, kann das Gas seitlich nach oben dringen und an den Rändern entweichen. Wölben sich die Schichten dagegen nach oben wie bei einer umgedrehten Schüssel, sitzt die undurchlässige Deckschicht wie ein Deckel über dem porösen Speichergestein. „Dann gibt es in der Regel keine Leckagen“, sagt Johannes Miocic.Neben den gewöhnlichen Leckagen durch das Gestein bilden Altbohrungen ein Risiko für Lecks. Sie müssen daher saniert werden. Die wirtschaftliche Betrachtung ergab, dass sich dies nur in den Speichern mit der größten Kapazität lohnt.Derzeit ist aber ohnehin gar nicht genug grüner Wasserstoff vorhanden, um die Gasspeicher zu füllen. Daher werden die Porenspeicher weiterhin dazu dienen, Erdgas saisonal aufzubewahren. Die Forscher halten allerdings eine strategische Planung für wichtig, denn sobald Erdgas an Bedeutung verliert, könnten die Speicher umfunktioniert werden.Johannes Miocic unterstreicht zudem, dass die Stromnetze ausgebaut werden müssten. Denn sinnvoller, als Wasserstoff über Hunderte von Kilometern zu transportieren, sei es, ihn vor Ort bei Bedarf in Strom umzuwandeln, etwa über Brennstoffzellen, und den Strom wieder ins Netz einzuspeisen. Dafür müsse jedoch das Stromnetz in der Lage sein, höhere Strommengen zu befördern. Eine Ausnahme sei der Wasserstoff, der für Industrieprozesse in der Stahlherstellung oder in der chemischen Produktion gebraucht wird. Angesichts der derzeit geringen Mengen ist es laut Miocic sinnvoll, den grünen Wasserstoff zuerst dort zu verbrauchen, wo er den grauen Wasserstoff ersetzen kann. Denn der wird aus Kohlenwasserstoffen wie Methan gewonnen und weist daher einen hohen CO₂-Fußabdruck auf.