Methan (CH4) entweicht aus Erdgaspipelines, Rindermägen und Mülldeponien und wirkt als Treibhausgas um ein Vielfaches stärker als Kohlendioxid. Innerhalb von 20 Jahren nach seiner Freisetzung trägt es 80-mal mehr zur globalen Erwärmung bei als CO2. Doch anderes als dieses verbleibt es nicht über Jahrhunderte in der Atmosphäre, sondern wird üblicherweise innerhalb von etwa zehn bis zwölf Jahren abgebaut. Der wichtigste Mechanismus ist dabei die Reaktion mit freien Hydroxyl-Radikalen (OH) in der Atmosphäre, wobei aus CH4 und OH in mehreren Schritten Wasser und Kohlendioxid werden. Als Zwischen- und Nebenprodukt entsteht dabei auch Wasserstoff (H2). Doch dieser konkurriert mit dem Methan um die OH-Radikale. „Mehr Wasserstoff bedeutet weniger OH in der Atmosphäre, wodurch Methan länger bestehen bleibt und somit das Klima länger erwärmt“, erklärt Zutao Ouyang von der Stanford University in Kalifornien.
Klimahelfer mit Risiken
Gemeinsam mit seinem Team hat Ouyang nun für den Zeitraum von 1990 bis 2020 analysiert, aus welchen Quellen wie viel Wasserstoff freigesetzt wird und welche Wasserstoffsenken der Atmosphäre dieses Gas wieder entziehen. „Wir brauchen ein tieferes Verständnis des globalen Wasserstoffkreislaufs und seiner Zusammenhänge mit der globalen Erwärmung, um eine klimasichere und nachhaltige Wasserstoffwirtschaft zu unterstützen“, sagt Ouyangs Kollege Robert Jackson. Da Wasserstoff bei seiner Verbrennung kein CO2, sondern nur Wasser freisetzt, gilt er als klimaneutraler Energieträger. Im Rahmen der Energiewende soll er zunehmend fossile Brennstoffe ersetzen.
Doch auch Wasserstoff birgt Klimarisiken. „Wasserstoff ist das kleinste Molekül der Welt und entweicht leicht aus Pipelines, Produktionsanlagen und Lagerstätten“, erklärt Jackson. In der Atmosphäre speichert H2 selbst zwar keine Wärme, trägt aber durch seine Wechselwirkungen mit anderen Gasen innerhalb der ersten 20 Jahre nach seiner Freisetzung 37mal mehr zur Erwärmung bei als CO2. Innerhalb von 100 Jahren sorgt es für elfmal mehr Erwärmung. „Der beste Weg, die Erwärmung durch Wasserstoff zu reduzieren, ist die Vermeidung von Leckagen und die Verringerung der Methanemissionen, die in der Atmosphäre zu Wasserstoff zerfallen“, sagt Jackson.
Erhöhte Freisetzung und Aufnahme
Die Analyse der H2-Quellen und -Senken zeigt, dass menschliche Aktivitäten einen wichtigen Anteil an der Freisetzung von Wasserstoff haben: „Die H2-Quellen nahmen von 1990 bis 2020 zu, vor allem aufgrund der Oxidation von Methan und anderen anthropogenen flüchtigen organischen Verbindungen, der biogenen Stickstofffixierung und Leckagen bei der H2-Produktion“, berichtet das Forschungsteam. Auch Emissionen bei der Verbrennung fossiler Energieträger sowie bei Waldbränden spielen eine Rolle. Insgesamt sind aus diesen Quellen zwischen 2010 und 2020 pro Jahr durchschnittlich 69,9 Millionen Tonnen Wasserstoff in die Atmosphäre gelangt.
Mit steigender H2-Konzentration nahmen zugleich die H2-Senken mehr Wasserstoff auf. „Der weltweit wichtigste Weg, wie Wasserstoff aus der Atmosphäre entfernt wird, ist durch Mikroben im Boden, die H2 für ihre Energiegewinnung nutzen“, erklären die Forschenden. Allein auf diese Weise werden der Atmosphäre jährlich 50 Millionen Tonnen Wasserstoff entzogen. Hinzu kommt der Abbau mit Hilfe von OH-Radikalen in der Atmosphäre, der 18,4 Millionen Tonnen im Jahr ausmacht.
Anteil an der globalen Erwärmung
Die verbleibende Lücke zwischen Freisetzung und Abbau von 1,55 Millionen Tonnen Wasserstoff im Jahr sorgt dafür, dass der atmosphärische Gehalt des Gases ansteigt, den Abbau von Methan ausbremst und das Klima indirekt weiter erwärmt. Hinzu kommen Wechselwirkungen mit Ozon sowie ein Einfluss auf die Wolkenbildung. „Wir schätzen, dass der Anstieg des atmosphärischen H2 zwischen 2010 und 2020 zu einem Anstieg der globalen Oberflächenlufttemperatur um 0,02 Grad Celsius beigetragen hat“, so das Team.
Wie sich der Klimaeinfluss von Wasserstoff zukünftig entwickelt, hängt laut Ouyang und seinen Kollegen von zahlreichen Faktoren ab, darunter von den Herstellungsmethoden, der Transport- und Speicherinfrastruktur und den Einsatzgebieten. Damit H2 tatsächlich seinen vollen Nutzen fürs Klima entfalten kann und eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen bietet, ist es wichtig, sich der potenziellen Risiken bewusst zu sein und sie zu minimieren.
Quelle: Zutao Ouyang (Stanford University, Kalifornien, USA) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09806-1
