Neue Studie belegt: Produktion von Offshore-Wasserstoff sorgt für Sauerstoffanreicherung der Meere

Das Team von Lhyfe hat ein Verfahren entwickelt, das absolut klimaneutral ist mit zweifachem Impact. Zum einen würde auf See (mit Meerwasser und Windenergie) Wasserstoff produziert werden, um Anwendungen mit hohem CO2-Ausstoß wie schwere Fahrzeuge (z.B. LKW, Busse, Müllfahrzeuge etc.) und die Industrie (z.B. Chemie, Metall, Glas, Stahl etc.) zu dekarbonisieren. Andererseits würde der bei der Elektrolyse von Wasser gewonnene Sauerstoff in die Gewässer zurückgeführt. Diese sind aufgrund der globalen Erwärmung und der Verschmutzung durch industrielle Aktivitäten zunehmend sauerstoffarm. 

Lhyfe hat als erstes Unternehmen die Offshore-Wasserstoffproduktion gestartet. Vor wenigen Wochen wurde Sealhyfe, eine Pilotanlage vor der französischen Atlantikküste in Betrieb genommen, die täglich bis zu 400 Kilogramm Wasserstoff kann. Außerdem hat Lhyfe das Projekt HOPE (Hydrogen Offshore Production for Europe) angekündigt, dass ab 2026 täglich bis zu vier Tonnen Offshore-Wasserstoff vor Ostende in Belgien produzieren soll. 
Parallel zu seinen Wasserstoffprojekten führt Lhyfe Forschungsarbeiten zur Sauerstoffanreicherung der Meere durch. Ziel ist es, diese dies eines Tages in Verbindung mit dem Einsatz künftiger Offshore-Produktionsplattformen realisieren zu können. 

Bereits im Juni 2020 hat Lhyfe die Zusammenarbeit mit einer Reihe von Forschungseinrichtungen aufgenommen. Dazu gehört auch das Institut de Recherche pour le Développement (IRD) in Brest. Lhyfe finanziert die gesamte Arbeit des Projekts und hat einige seiner Experten, darunter den Offshore-Projektleiter Stéphane Le Berre, damit beauftragt, die Forschung voranzutreiben. Die physikalische Ozeanografin Dr. Patricia Handmann ist seit Juni 2022 für diese Arbeiten zuständig. 

Patricia Handmann, Beraterin für Sauerstoffanreicherung bei Lhyfe: "Der Sauerstoffmangel in den Ozeanen ist ein großes Problem für unseren Planeten, das unsere volle Aufmerksamkeit verdient. Die Tatsache, dass ein junges Unternehmen wie Lhyfe seine Ressourcen dafür einsetzt, das Potenzial für die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen zu erforschen, ist ein sehr inspirierendes Beispiel für unsere Gesellschaft. Diese ersten Arbeiten sind ermutigend und werden in den kommenden Monaten gemeinsam mit unseren Partnern verantwortungsvoll fortgesetzt. Unser Ziel ist nun die Schaffung einer geeigneten wissenschaftlichen, rechtlichen und technologischen Grundlage, die den Weg für eine effektive Umsetzung der Sauerstoffanreicherung der Meere an unseren zukünftigen Offshore-Standorten für grünen Wasserstoff ebnen wird." 
In dem veröffentlichten Artikel, der hier in voller Länge zur Verfügung steht, werden folgende Themen behandelt: 

• Die Rolle von Sauerstoff in der aquatischen Umwelt; 
• Die Erzeugung von Sauerstoff als Nebenprodukt bei der Produktion von erneuerbarem grünem Wasserstoff; 
• Den Inhalt der physikalischen und biogeochemischen Ozeanmodellierungen der Modellierungsexperten des IRD Brest; 
• Die Forschungsergebnisse, die sehr unterschiedliche regionale Reaktionen des Sauerstoffinventars zeigten. Sie machten deutlich, in welchem Ausmaß die großindustrielle künstliche Wiederanreicherung der Ozeane Auswirkungen auf die Sauerstoffminimumzonen (OMZ) weltweit haben könnte und daher mit äußerster Vorsicht zu genießen ist. 

Nachstehend eine Zusammenfassung und ein Kommentar von Patricia Handmann: 

Wie groß ist das globale Potenzial für eine künstlich herbeigeführte Sauerstoffanreicherung der Ozeane in Verbindung mit einer Offshore-Wasserstoffproduktion?  
Eine Ozeanmodellstudie 

Der Ozean hat eine enorme Pufferkapazität gegenüber der globalen Erwärmung und den anthropogenen CO2-Emissionen, da er etwa ein Viertel des anthropogenen CO2 aufnimmt. Diese Fähigkeit wird durch die Erwärmung nicht nur der Atmosphäre, sondern auch des Ozeans geschwächt. Der Ozean wird in Zukunft wärmer, saurer und sauerstoffärmer, was seine Physik, Chemie und Biologie verändert und seine Kohlenstoff- und Sauerstoffaufnahmekapazität verringert [1]. 
Etwa 50 % des Sauerstoffs auf der Erde stammt aus den Ozeanen [2]. Der Sauerstoff, der von den Cyanobakterien im Meer produziert wird, hat vor 2,5 Milliarden Jahren begonnen, sich in der Erdatmosphäre und in den flachen Ozeanen anzureichern [3]. Er spielt eine entscheidende Rolle in den Nährstoffkreisläufen des Ozeans und im marinen Lebensraum. Sauerstoff hat daher erhebliche Auswirkungen auf die Fischerei und die maritime Wirtschaft in Küstengebieten. Wissenschaftler beobachten seit den 1950er Jahren einen Rückgang des gelösten Sauerstoffs in den Weltmeeren. Sie prognostizieren einen weiteren Rückgang um bis zu 7 % des heutigen Niveaus bis zum Jahr 2100 als Folge der Erwärmung der Ozeane und der Nährstoffbelastung [4]. 

Zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5°C ist eine Reduzierung der Emissionen und eine Dekarbonisierung unseres Lebensstils und unserer Industrie sowie eine aktive Stabilisierung bzw. Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit der Ökosysteme dringend erforderlich. Die nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff ist ein Teil des Bedarfs für die Dekarbonisierung unserer Industrie und unseres Lebensstils. 

Bei der Herstellung von 1 kg nachhaltigem grünem Wasserstoff durch Wasserelektrolyse entstehen 8 kg Sauerstoff als Nebenprodukt. Unsere Vision bei Lhyfe ist es, diesen Sauerstoff dem Ozean zurückzugeben, um seine Widerstandsfähigkeit zu unterstützen bzw. die Funktionsfähigkeit der marinen Ökosysteme wiederherzustellen. Um dieses Thema voranzutreiben und ein tiefgreifendes Verständnis der Reoxygenierung und ihrer Auswirkungen auf die Funktionsweise des Ozeans zu erlangen, hat Lhyfe eine Zusammenarbeit mit Experten für physikalische und biogeochemische Ozeanmodellierung am Institut de recherche pour le développement (IRD) in Brest begonnen. Ein erstes Manuskript wurde gerade validiert und in Environmental Research Letters (IOP Science) veröffentlicht [5]. 

Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurde ein gekoppeltes physikalisch-biogeochemisches numerisches Ozeanmodell eingesetzt. Es stellt die Meeresströmungen, die Schichtung sowie die grundlegenden Ökosystemkreisläufe und -interaktionen einschließlich Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor dar. Der Sauerstoff, der bei der Offshore-Produktion von grünem Wasserstoff entsteht, wurde dann in industriellem Maßstab in bestimmte Gebiete eingeleitet, basierend auf Prognosen über das Bevölkerungswachstum in Küstenregionen und das Windenergiepotenzial. Die Auswirkungen dieses Sauerstoffs auf das regionale und globale Sauerstoffinventar wurden dann in einem grob aufgelösten Ozeanmodell analysiert. 

Die Ergebnisse zeigen, dass das globale Sauerstoffinventar geringfügig um 0,07 % angestiegen ist. Die regionalen Reaktionen sind jedoch sehr unterschiedlich. Im Golf von Bengalen im Indischen Ozean hat sich die Sauerstoffminimumzone (OMZ) im Gegensatz zur globalen Reaktion um bis zu 25% vergrößert (Tabelle 1 in [5]), was auf eine Zunahme der biologischen Produktivität zurückzuführen ist. Dieser Anstieg ist auf Veränderungen in der Biogeochemie der Region zurückzuführen, die sich auf die Produktion von Phytoplankton und anderen Lebewesen (organische Substanz) auswirkten. Am Ende ihres Lebenszyklus wird die organische Substanz in mittleren Tiefen (200-1000 m) von Bakterien unter Verwendung von Sauerstoff umgewandelt. Eine erhöhte Produktion von organischem Material führt daher zu einer erhöhten Sauerstoffverbrauch und zu einer Volumenzunahme der sauerstoffarmen Zone. Im Gegensatz dazu wurde im Atlantik und Nordpazifik eine Abnahme des Volumens der Sauerstoffminimumzone (OMZ) beobachtet, was mit dem physikalischen Transport von Sauerstoff in diese Zone zusammenhängt. Je nachdem, welche Sauerstoffkonzentrationsgrenzen für die Berechnung der OMZ verwendet wurden, verringerte sich das Volumen um bis zu 30 % während des 100-jährigen Versuchszeitraums (Tabelle 1 in [5]). 

Die Ergebnisse zeigen, dass eine groß angelegte industrielle künstliche Sauerstoffanreicherung der Ozeane Auswirkungen auf die globale OMZ haben könnte und mit großer Vorsicht angegangen werden sollte. Weitere Untersuchungen auf regionaler Ebene sind erforderlich. Außerdem kann die Technik der Sauerstoffanreicherung, z.B. in welcher Tiefe der Wassersäule und wo in Bezug auf die Strömungen, die Ergebnisse stark beeinflussen. 
Wir von Lhyfe haben die Vision, die Reoxygenierung der Meere in Zukunft verantwortungsbewusst als Maßnahme gegen die Deoxygenierung der Meere zu nutzen. Aus diesem Grund haben wir unsere nächsten Schritte festgelegt: 

• Wir werden verstärkt auf regionaler Ebene zusammenarbeiten und dabei insbesondere die europäischen Schelfmeere berücksichtigen. Diese sind als potenziell relevante Gebiete für die künstliche Reoxygenierung der Ozeane identifiziert worden. Dies ist vor allem auf die episodisch bis permanent niedrigen Sauerstoffverhältnisse und das Windenergiepotenzial zurückzuführen. 
• Wir bauen auf den bisher gewonnenen Erkenntnissen auf und arbeiten mit Experten in den betroffenen Regionen und auf dem Gebiet der Reoxygenierung zusammen, die sowohl aus der Forschung als auch aus der Industrie kommen. 
• Wir entwickeln und bewerten die technischen Optionen für den Sauerstoffeintrag ins Meer weiter. 

Mit Blick auf die UN-Dekade "Ozeanforschung" und die Nachhaltigkeitsziele (https://oceandecade.org/challenges/) wollen wir unsere Vision der Reoxygenierung der Ozeane als Umweltdienstleistung für die Offshore-Wasserstoffproduktion so früh wie möglich vorantreiben. Dazu wird eine ausreichende wissenschaftliche, rechtliche und technologische Basis geschaffen. Fortschritte auf dem Weg zu einer ausreichenden wissenschaftlichen, rechtlichen und technologischen Basis können dann den Weg für eine tatsächliche Umsetzung an industriellen Standorten für die grüne Wasserstoffproduktion ebnen. 

(In Bezug auf die Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen tragen die Aktivitäten von Lhyfe zu folgenden Zielen bei: 7 – Zugang zu bezahlbarer, verlässlicher, nachhaltiger und moderner Energie für alle, 13 – Dringende Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen, 14 – Erhaltung und nachhaltige Nutzung der Ozeane, Meere und Meeresressourcen für eine nachhaltige Entwicklung, 17 – Stärkung der Mittel zur Umsetzung und Wiederbelebung der Globalen Partnerschaft für nachhaltige Entwicklung (https://sdgs.un.org/goals)). 

Bibliography 
[1] Laffoley, D., Baxter, J. M. Ocean deoxygenation: Everyone’s problem-causes, impacts, consequences and solutions 2019 IUCN Gland, Switzerland 
[2] Grégoire, M., Oschlies, A., Canfield, D., Castro, C., Ciglenečki, I., Croot, P., Salin, K., Schneider, B., Serret, P., Slomp, C.P., Tesi, T., Yücel, M. (2023). Ocean Oxygen: the role of the Ocean in the oxygen we breathe and the threat of deoxygenation. Rodriguez Perez, A., Kellett, P., Alexander, B., Muñiz Piniella, Á., Van Elslander, J., Heymans, J. J., [Eds.] Future Science Brief No. 10 of the European Marine Board, Ostend, Belgium. ISSN: 2593-5232. ISBN: 9789464206180. DOI: 10.5281/ zenodo.7941157 
[3] Canfield, D. E. (2005). The early history of atmospheric oxygen: homage to Robert M. Garrels. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 33, 1-36. 
[4] IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2391 pp. doi:10.1017/9781009157896. 
[5] Beghoura, H., Gorgues, T., Fransner, F., Auger, P-A., Memery, L., Contrasting responses of the Ocean’s Oxygen Minimum Zones to artificial re-oxygenation 2023 Environmental Research Letters Url: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ace0cd 

Über Lhyfe  

Lhyfe ist ein europäisches Unternehmen, welches sich der Energiewende verschrieben hat. Es produziert und liefert grünen und erneuerbaren Wasserstoff. Seine Produktionsstätten und sein Projektportfolio zielen darauf ab, den Zugang zu grünem und erneuerbarem Wasserstoff in industriellen Mengen zu ermöglichen. Damit soll ein positives Energiemodell geschaffen werden, das in der Lage ist, ganze Industrie- und Transportsektoren zu dekarbonisieren.  

2021 weihte Lhyfe die weltweit erste großtechnische Anlage zur Erzeugung von grünem Wasserstoff in Verbindung mit einem Windpark ein. 2022 weiht Lhyfe die weltweit erste Offshore-Pilotplattform zur Erzeugung von grünem Wasserstoff ein. Lhyfe ist in 11 europäischen Ländern vertreten und hatte Ende 2022 149 Mitarbeiter.  

Das Unternehmen ist an der Euronext-Börse in Paris notiert. (ISIN: FR0014009YQ1 –LHYFE). Weitere Informationen finden Sie unter www.lhyfe.com