Wirtschaftliche Vorteile und Umweltrisiken des "Hydraulic Fracturing"


Facharbeit (Schule), 2016
19 Seiten, Note: 15

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Voraussetzungen
2.1 Vorbereitungen
2.2 Boden
2.3 Stabilität

3. Technische Verfahren
3.1 Bohrung
3.2 Fracturing
3.3 Stabilisierung
3.4 Förderung
3.5 Entsorgung / Aufräumarbeiten

4. Neue Möglichkeiten
4.1 Neue Förderquellen
4.2 Vorzüge
4.3 Wirtschaftliche Effekte

5. Risiken
5.1 Kontamination des Grundwassers
5.2 Sand und Wasserverbrauch
5.3 Methan im Grundwasser
5.4 Klimabilanz
5.5 Entsorgung der Frack – Fluide
5.6 Instabilität des Bodens

6. Fazit

Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Fracking – dieser Begriff hört sich nach einer modernen Technik an. Aber neu ist Fracking nicht, die ersten offiziellen Bohrungen wurden schon im Jahr 1947 durchgeführt. Es wurde in der Vergangenheit viel in der Politik über dieses Verfahren diskutiert. Es gibt viele Befürworter aber auch etliche Gegner, um meine eigene Meinung zu bilden, habe ich mich in dieser Arbeit über die Bohrung und Folgen bzw. Auswirkungen auf die Umwelt informiert.

Laut dem damaligen CDU Generalsekretär Hermann Gröhe komme das Fracking „bei den heutigen technischen Möglichkeiten nicht in Frage [1]. Diese Debatte ist offensichtlich noch nicht abgeschlossen, wenn es um das umstrittene Verfahren Hydraulic Fracturing (Fracking) geht. Während die Gasförderunternehmen behaupten, das Verfahren sei vollkommen sicher und ungefährlich, warnen andere vor Erdbeben und vergiftetem Trinkwasser.

Die heutige Weltwirtschaft ist angewiesen auf fossile Brennstoffe wie Gas und Öl, die auch im übertragenen Sinn als Schmierstoff der Konjunktur bezeichnet werden können. Gerade die Öl- und Energiekrisen der Vergangenheit haben uns verdeutlicht wie abhängig unser Wohlstand von Energie ist. Auch der für viele vorbildliche Ausbau der erneuerbaren Energien in der Bundesrepublik Deutschland zeigt uns, dass wir noch viele Jahre, wenn nicht sogar Jahrzehnte auf fossile Brennstoffe angewiesen sein werden. Die Öl- und Gasreserven sind allerdings endlich. Mit dem „Hydraulic Fracturing“ können Gasressourcen gehoben werden, die mit der heutigen konventionellen Technik wie Bohrung und Grabung nicht erschließbar sind.

Aber zu welchem Preis?

In dieser Facharbeit möchte ich die Voraussetzungen für das „Hydraulic Frackturing“ und das technische Verfahren ausführlich erläutern. Anschließend beschreibe ich die wirtschaftlichen Vorteile und die mit dem Verfahren verbundene Umweltrisiken. Aus diesen Erkenntnissen und gefundenen Informationen ziehe ich mein persönliches Fazit, ob die Anwendung in Deutschland vertretbar und empfehlenswert ist.

Da es zu dem Thema Fracking nicht allzu viele Bücher gibt, berufe ich mich auf viele unterschiedliche online Studien, Broschüren der Energieunternehmen und Statistiken.

2. Voraussetzungen

2.1 Vorbereitungen

Bevor mit der eigentlichen Bohrung begonnen werden kann, müssen diverse Vorkehrungen getroffen werden. Zuerst steht das Auskundschaften einer möglichen Quelle an. Dazu werden mittels Seismik Karten des Untergrundes erstellt, indem auf verschiedene Arten gezielte Schwingungen auf den Boden übertragen werden. Durch die unterschiedlich reflektierte Schwingung werden Rückschlüsse auf Dichte, Struktur und Gesteinsart möglich. Die Gasvorkommen werden dadurch geografisch ermittelt. Diese Methode ist in der Lage von bis zu 6000m Tiefe genaue Werte zu erbringen.[2]

Die eigentliche Bohrvorbereitung beginnt mit der Einrichtung des Bohrplatzes:

Nach dem Aufbau der Infrastruktur wird der Bohrturm installiert. Obwohl das relativ zügig geht, benötigt man zusätzlich noch Daten – Monitoring, Frack – Pumpen und Vermischer.“[3]

Nach der Errichtung des Bohrturmes wird in der Umgebung des Bohrplatzes an einer geeigneten Stelle ein Lagerbecken geschaffen, in das zu Tage gefördertes Gebröckel und Gestein, sowie Schlamm und gebrauchtes Wasser geleitet wird. Um die Kontaminierung des Grundwassers zu verhindern, muss dieses Lagerbecken mit Planen und anderen Mitteln abgedichtet werden. Auf die Folgen, wenn der Bohrplatz nicht richtig abgedichtet wurde, werde ich im späterem Verlauf noch eingehen. Jetzt kann mit der eigentlichen Bohrung begonnen werden.

2.2 Boden

Der Boden spielt eine wichtige Rolle beim Hydraulic Fracturing, denn das Verfahren kann nicht in allen Böden eingesetzt werden. Daher ist es bereits bei der Standortwahl des Bohrplatzes sehr wichtig, auf den Untergrund zu achten. Durch die Seismik ist es möglich, die einzelnen Gesteinsschichten zwischen der Oberfläche und der Lagerstätte zu ermitteln. Außerdem können Hohlräume und Risse im Gestein berechnet werden. Mithilfe der Geologie können zwei wichtige Faktoren kalkuliert werden.[4]

Zum einem, die Art und Dichte der Gesteinsschicht, durch die gebohrt wird. Wenn diese Faktoren negativ ausfallen, kann es sein, dass es sich aus wirtschaftlichen Gründen nicht lohnt, diese Lagerstätte zu erschließen. So ist zum Beispiel eine dichte Granitschicht ungemein schwierig zu durchbohren. Man würde mehr Bohrköpfe und Zeit benötigen, was die Kosten schnell steigen lässt. Dies gilt auch für die Größe des Vorkommens. Der zweite Faktor ist die Bestimmung der Art der Lagerstätte. Seit einigen Jahren werden mithilfe der Frack – Technik neue Tight – Gas – Vorkommen erschlossen, da sie profitabel genutzt werden können. Schiefergasvorkommen gelten noch immer als unkonventionell und schwierig, denn es sind viele Bohrungen auf einer großen Fläche nötig, um wirtschaftlich Erdgas fördern zu können.[5]

2.3 Stabilität

Die Stabilität der Bodenbeschaffenheit spielt beim Fracking eine wichtige Rolle. Die plötzliche Auflösung von natürlichen Spannungen, die durch den zusätzlichen Druck und die Rissbildung möglich wird, kann zu Erschütterungen des Bodens führen. Diese Erschütterungen sind aber meist zu gering, als dass man sie wahrnehmen kann. Aber es gibt trotzdem viele Fälle, bei denen man die Erdbeben auf das Fracking zurückführen kann. Ein Beispiel dafür ist das am 4. September 2016 verursachte Erdbeben mit einer Stärke von 5,6 im US – Staat Oklahoma.[6] Allerdings treten Spannungen dieser Größe nur sehr selten in natürlichen Gesteinsformationen auf und beinahe ausschließlich in seismisch aktivem Gebiet. Diese Zonen sind in Deutschland gut erforscht, überwacht und auch sehr selten.

Ebenso wichtig sind exakte Daten über die Widerstandsfähigkeit des Gesteins der Lagerstätte. Da die mit dem Druck verursachten Risse unkontrollierbar sind, ist es enorm wichtig den richtigen Druck zu errechnen, mit dem das Fluid in das Bohrloch gepresst wird. Die benötigten genauen Daten über die Druckresistenz des Gesteins stellen jedoch ein Problem dar, denn die unterschiedlichen Drücke basieren nur auf Erfahrungswerte im Zusammenhang mit den Gesteinstypen. Zusätzlich zu den Untersuchungen im Vorfeld, wird die Lagerstätte während des Frack – Vorganges durchgängig seismisch untersucht. Trotz modernster Technik, Einberechnung von Hohlräumen, Spannungen und zahlreichen Untersuchungen, kann dennoch keine zuverlässige Voraussage getroffen werden, wieviel Druck benötigt werden wird, sodass sich kleinere, unbekannte Schwachstellen im Gestein, die zuvor nicht aufgefallen waren, sich schnell zu einem Problem entwickeln können.[7]

3. Technische Verfahren

3.1 Bohrung

Die Bohrung unterscheidet sich nicht wesentlich von einer Bohrung nach Erdgas aus konventionellen Lagerstätten. Mit einem 15 Zoll (37,5 cm) breiten Bohrkopf wird ein Schacht bis zur Lagerstätte gebohrt. Die meisten unkonventionellen Erdgasvorkommen liegen circa 4000m unter der Erdoberfläche. Wenn eine Trinkwasserquelle oder Trinkwasser führende Schicht die Bohrung behindert, wird zum Schutz des Trinkwassers das Bohrloch mit einzementierten Stahlrohren verkleidet. Dies dient als Barriere und als undurchlässige Barriere zwischen Bohrloch und Wasserschicht.[8] Diese Technik wird auch bei Bohrungen aus konventionellen Lagerstätten benutzt. Nach dem Erreichen der gewünschten Tiefe, wird der Bohrkopf von der Oberfläche umgelenkt, sodass er noch einige hundert Meter in die horizontale bohrt. Während bei einer konventionellen Gasförderung eine einfache Bohrung reicht, wird beim Fracking häufig ein Clusterbohrplatz eingerichtet. Bei einer Clusterbohrung werden auf einer kleinen Fläche viele Bohrungen gesetzt, da deren horizontale Verlängerungen in mehrere Richtungen verlaufen. Wie viele Förderungen auf einer Lagerstätte durchgeführt werden können, hängt stark von der Art der Lagerstätte ab. Ein Bohrplatz kann zwischen 10 und 20 Bohrungen enthalten. In Barnett Shale in der USA wurde auf einer Fläche von 13.000 15.000 Bohrungen durchgeführt. (siehe Abbildung 1, S. 22)

3.2 Fracturing

Beim Fracturing zeigt sich ein großer Unterschied zu einer Gasförderung aus herkömmlichen Quellen. Nachdem der Bohrschacht fertig ist, wird durch präzise Hochdruckbohrungen die Zementierung des horizontalen Schachts mit Durchstößen versehen. Durch die Stöße wird ein Druckaustausch zwischen Förderschacht und dem umgebenen Gestein gewährleistet. Der Bohrturm kann an der Oberfläche abgebaut werden und die wichtigste Anlage kann montiert und angeschlossen werden. Diese Anlage besteht aus einem Vermischer und einer Frackpumpe. Zuerst wird im Vermischer das Frack – Fluid in der gewünschten Konzentration hergestellt, dieses Fluid basiert auf Wasser mit einigen Chemikalien, auf die ich im späterem Verlauf noch eingehen werde. Das fertig gemischte Fluid wird der Frack – Pumpe zugeführt. Der Druck der Bohrung wird nur langsam erhöht, er soll nur geringfügig die Spannung im Gestein der Lagerstätte übersteigen. Um den Energieaufwand zu verringern, helfen Chemikalien im Frack-Fluid, indem sie die Struktur der Minerale lösen. Durch den hohen Druck bilden sich kleine, verzweigte unkontrollierbare Risse, die zum Teil nur wenige Millimeter groß sind. Während das Gas in konventionellen Lagerstätten in Taschen im Gestein eingelagert ist, ist die Gesteinsschicht in den für Fracking in Frage kommenden Gebieten wesentlich dichter und die Zwischenräume, in denen sich das Gas befindet winzig und klein. Diese kleinen Vorkommen können nicht durch eine einzige Bohrung erreicht werden, sie werden daher unter Druck aufgebrochen, sodass sich die Risse und kleinen Kammern verbinden. Das enthaltene Gas kann austreten und gefördert werden.

3.3 Stabilisierung

Sobald die Risse geöffnet sind, kommen zwei sehr wichtige weitere Bestandteile des Frackfluides zum Einsatz. Mithilfe von Bioziden werden die im Boden enthaltenen Mikroorganismen abgetötet. Dies ist wichtig, da manche Inhaltsstoffe des Fluides durch solche Organismen umgewandelt oder zerstört werden können. Dabei können giftige oder in anderer Art schädliche Stoffe entstehen und die Ursprüngliche Wirkung kann dabei verloren gehen. Der zweite wichtige Bestandteil des Frackfluides sind Stabilisatoren. Sie dienen als Stützmittel und werden mit dem Wasser in das Bohrloch gepresst. Das Ziel der Stützmittel ist es, die Risse während des Frack Vorgangs offen zu halten. Es handelt sich um unspektakuläre Dinge wie Keramikkügelchen oder Quarzsand.

Der Gebrauch von Sand hat seit dem Jahr 2011 um 25 Prozent zugenommen, Fachleute erwarten weitere 20 Prozent über die nächsten Jahre. [9]

Ohne diese Stoffe würden die Risse nur bestehen, solange der Druck aufrechterhalten bleibt. Da dies aber nicht möglich ist, ist man auf Stützmittel wie zum Beispiel Quarzsand angewiesen. Nur durch diese Mittel ist es möglich, das Strömen des Gases in Richtung der Bohrung zu koordinieren.

3.4 Förderung

Nachdem die Risse die gewünschte Ausdehnung erreicht haben, ist der Vorgang des Hydraulic Fracturing abgeschlossen und der Druck wird aus der Bohrung genommen. Der Verlauf und die Größe der Spalten und Risse kann mittels des Daten – Monitoring recht genau an der Oberfläche überwacht werden, aber eine wirkliche Steuerung des Vorgangs ist nicht möglich. Nach der Abnahme des Drucks wird das in den Boden gepresste Wasser wieder abgepumpt, sowie möglichst viele der mit eingebrachten Chemikalien. Die Stabilisatoren verbleiben aber im Erdreich, da sie die Risse weiterhin offen halten sollen um eine gute und wirtschaftliche Förderung zu ermöglichen. Der Vermischer und die Frack – Pumpen werden an der Oberfläche abgebaut. Es werden nach dem Abbau die eigentlichen Förderpumpen angeschlossen, die dann damit beginnen, das Erdgas aus dem Gestein zu fördern. Ist der Frack – Vorgang abgeschlossen, kommt es im Normalfall zu keinem weiterem Eingriff dieser Art. Die Bohrung und die Bohrstelle unterscheiden sich an der Oberfläche nicht länger von einer konventionellen Förderstelle.

3.5 Entsorgung / Aufräumarbeiten

Die Förderstelle selbst bleibt so lange erhalten, bis es nicht mehr wirtschaftlich ist diese zu fördern oder es nichts mehr zum Fördern gibt. Wie zuvor erwähnt, wird in der Umgebung des Bohrplatzes eine abgedichtete Grube ausgehoben, in die unter anderem das benutzte Wasser oder auch Bohrschlamm genannt mit den Chemikalien eingelagert wird. Früher wurde der Bohrschlamm als Industrieabfall bezeichnet und konnte relativ einfach deponiert werden. Heutzutage gilt diese Flüssigkeit als Sondermüll. Die Substanzen in diesem Wasser sind nicht umweltverträglich, da sich noch Biozide und andere schädliche Bestandteile darin befinden. Für die endgültige Entsorgung gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Ich werde im weiterem Verlauf der Facharbeit noch auf diese Möglichkeiten eingehen. Allerdings sind nur wenige wirklich rentabel oder sicher. Der Bohrplatz wird somit zurückgebaut bis auf das Equipment für Förderung und Überwachung und die Zufahrtswege.[10]

4. Neue Möglichkeiten

4.1 Neue Förderquellen

Das Hydraulic Fracturing wird hauptsächlich bei drei verschiedenen Typen von konventionellen Lagerstätten angewendet. Zum einen bei Tight – Gas – Vorkommen, die in den meisten Fällen aus Kalk- oder Sandstein bestehen. Beide dieser zwei Materialien sind in ihrer natürlichen Vorkommensweise nicht oder kaum gasdurchlässig. In winzigen Kammern befindet sich das eingeschlossene Gas, es gibt nur sehr wenige größere Hohlräume oder Verbindungen, durch die das Gas strömen kann. Lagerstätten wie diese befinden sich in Deutschland in einer Tiefe ab 3500m. Tight – Gas Vorkommen werden bereits seit Jahrzehnten in den USA mit großem Erfolg gefördert.[11]

Der zweite Typ von unkonventionellen Lagerstätten sind Schiefergas – Vorkommen (im englischen Shale Gas). Sie sind am meisten erforscht und wohl die bekannteste Lagerstätte im Moment. Ähnlich wie im Fall der Tight – Gas – Vorkommen ist die Permeabilität (Durchlässigkeit) aufgrund des Gesteins aus unter hohem Druck zusammengepressten Tonschichten nicht oder kaum gegeben.[12]

Als dritte wichtige neue Quelle gelten Kohleflöze. In Steinkohlelagerstätten sind im Gestein große Mengen Gas gespeichert, das beim Entstehungsprozess der Kohle entsteht. Die Tiefe solcher Lagerstätten ist in Deutschland sehr unterschiedlich. Es gibt allerdings noch keine detaillierten Forschungen über diese Art von Gasquellen. Daher ist noch nicht geklärt, ob in allen Fällen überhaupt Fracking benötigt wird, um eine ausreichende Durchlässigkeit im Gestein zu erzeugen.[13]

4.2 Vorzüge

Die USA kann durch das Fracking lediglich 10 bis 35 Prozent des Erdgases fördern. Große Teile der Vorkommen bleiben unangetastet. Der Hauptgrund dafür sind die unzureichenden zur Verfügung stehenden technischen Mittel. Ohne diese Methode könnte jedoch dieses Gas nicht gefördert werden. Konventionelle Bohrungen würden keinen nennenswerten Ertrag bringen. Dadurch, dass beim Fracking künstliche Risse im Gestein erzeugt werden, schließen sich diese zusammen und es kann eine größere Fläche erschlossen werden als bei konventionellen Bohrungen. Es kann weitaus mehr Gas gefördert werden.[14]

4.3 Wirtschaftliche Effekte

Eine wichtige Frage im Zusammenhang mit den ökonomischen Auswirkungen ist, wie viel Erdgas tatsächlich gefördert werden könnte. Wie ich bereits geschrieben habe, kann bei Weitem nicht das gesamte aufgefundene Erdgas gefördert werden, jedoch ist die Menge laut Förderunternehmen beachtlich.

„Danach verfügt Deutschland alleine im Schiefergestein über Erdgasmengen zwischen 6,7 Billionen und 22,7 Billionen . Nicht alle Erdgasmengen sind technisch förderbar. [...] Ausgehend von einem konservativen Ansatz, dass in Deutschland nur 10 % der Schiefergasmengen förderbar wären, kommt die BGR damit zu dem Ergebnis, dass die technisch gewinnbaren Erdgasmengen bei bis zu 2,3 Billionen liegen. Diese Menge entspricht nahezu dem 200-fachen der derzeitigen Jahresproduktion.[15]

Natürlich hört sich das 200-fache der Jahresproduktion in Deutschland nach einer enormen Menge an, man muss aber beachten, dass lediglich 13 % des in Deutschland verbrauchten Gases auch in unserem Land gefördert werden. Diese alternativen Lagerstätten bieten allerdings eine gute Gelegenheit für größere Unabhängigkeit und längere Förderdauer. Da die Warnung von einer Endlichkeit der fossilen Brennstoffe immer mehr in den Mittelpunkt rückt, bieten neue Vorkommen eine willkommene Aussicht auf längere Zeit. Erdgas bietet im Vergleich zu Erdöl und anderen Brennstoffen eine verhältnismäßig gute Bilanz an Treibhausgasen, was es möglicherweise für die Phase des Übergangs zu erneuerbaren Energien zu einem idealen Energieträger macht.[16]

[...]


[1] Zitiert nach: Handelsblatt Artikel: „Merkel warnt vor Fracking-Chemikalien“ http://www.handelsblatt.com/politik/deutschland/umstrittene-gasfoerderung-merkel-warnt-vor-fracking-chemikalien/8269614.html vom 28.05.2013 (Stand: 02.05.2017)

[2] Vgl.: Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V.: Erdgas – Erdöl. Hannover. 2008. S.13.

[3] Habricht – Böcker, Christiane / Kirchner, Beate Charlotte / Weißenberg Peter Weißenberg: Fracking – Die neue Produktionsbiografie.2 Wiesbaden: Springer Gabler 2015, S. 12.

[4] Vgl.: Wirtschaftsverband Erdöl- und Erdgasgewinnung e. V. : Erdgas – Erdöl. Hannover. 2008. S.14

[5] Vgl.: Habricht – Böcker, Christiane / Kirchner, Beate Charlotte / Weißenberg Peter Weißenberg: Fracking – Die neue Produktionsbiografie.2 Wiesbaden: Springer Gabler 2015, S. 12.

[6] Vgl.: http://www.n-tv.de/panorama/Starkes-Erdbeben-erschuettert-Oklahoma-article18561741.html vom 04.05.2016 (Stand: 19.03.2017, 15:00 Uhr)

[7] Vgl,: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Umweltauswirkungen von Fracking bei Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten. 2012. S. 5

[8] Vgl.: Habricht – Böcker, Christiane / Kirchner, Beate Charlotte / Weißenberg Peter Weißenberg: Fracking – Die neue Produktionsbiografie.2 Wiesbaden: Springer Gabler 2015, S. 12.

[9] Zitat aus: http://www.faz.net/aktuell/finanzen/devisen-rohstoffe/fracking-amerika-im-sandrausch-12698846.html vom 06.02.2013 (Stand: 18.03.2017, 13.10 Uhr)

[10] Vgl.: Zittel, Werner: Fracking - Energiewunder oder Umweltsünde? München: oekom 2016, S.43.

[11] Vgl.: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Umweltauswirkungen von Fracking bei Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten. 2012. S. A18

[12] ebd. S. A28.

[13] Vgl.: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Umweltauswirkungen von Fracking bei Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten. 2012 S. A23

[14] Vgl.: Exxon Mobile: Heimische Erdgasförderung – Mythos und Wirklichkeit Teil 1. Hannover 2013. S. 5

[15] Exxon Mobile: Heimische Erdgasförderung – Mythos und Wirklichkeit Teil 1. Hannover: 2013. S. 5

[16] Vgl.: Exxon Mobile: Heimische Erdgasförderung – Mythos und Wirklichkeit Teil 1. Hannover 2013. S. 5

Ende der Leseprobe aus 19 Seiten

Details

Titel
Wirtschaftliche Vorteile und Umweltrisiken des "Hydraulic Fracturing"
Note
15
Autor
Jahr
2016
Seiten
19
Katalognummer
V384546
ISBN (eBook)
9783668595811
ISBN (Buch)
9783668595828
Dateigröße
519 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
wirtschaftliche, vorteile, umweltrisiken, hydraulic, fracturing
Arbeit zitieren
Timon Meinhardt (Autor), 2016, Wirtschaftliche Vorteile und Umweltrisiken des "Hydraulic Fracturing", München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/384546

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