Hydraulic Fracturing

Hydraulic Fracturing (Auch kurz "Frac'ing", "fracking" oder "frac jobs" genannt) ist eine Methode der Tiefbohrtechnik bei welcher durch das Einpressen eines Fracfluides in eine Bohrung an dieser künstliche Risse erzeugt werden. Ziel ist es dabei, die Permeabilität in der Nähe dieser im Produktionsbereich zu erhöhen, wenn dies eine wirtschaftlichere Förderung der zu fördernden Ressource erlaubt oder gerade die Förderung erst ermöglicht.

Anwendungsgebiete

Die Anwendung von Fracturingtechniken bietet sich bei allen flüssigen und gasförmigen Ressourcen an, deren Förderung durch eine geringe Permeabilität des Reservoirgesteins eingeschränkt ist. Folglich ist die Methode in der Förderung von Erdöl und Erdgas sehr verbreitet, wo sie seit mehr als 60 Jahren Millionenfach angewandt wurde, aber auch in der Tiefen Geothermie anzutreffen. Eine besondere Bedeutung erhält sie im Bereich des unkonventionellen Erdgases (Tight Gas, Shale Gas und Kohleflözgas), da dessen Reservoire per Definition über eine geringe Permeabilität verfügen.

Technik

Beim Frac job wird das Frac Fluid in die Bohrung gepresst. Der hierbei im zu fracenden Bereich erreichte Druck muss dabei die geringste im Gestein anliegende Spannung überschreiten. Dabei drückt das Frac Fluid das Gestein gegen die geringste anliegende Spannung hin auseinander. Im Normallfall liegen die niedrigeren Spannungsrichtungen in der Vertikalen, da der senkrechte lithostatische Druck ohne weitere Einflüsse die Hauptspannung darstellt. Im Fall von tecktonischer Fernwirkung, können aber auch andere Spannungsrichtungen die Hauptspannung sein.

Gegen Ende des Frac Jobs wird das eingepresste Frac Fluid fast vollständig zurückgepumpt, wobei einige sandige Bestandteile in den Rissen verbleiben, um diese offen zu halten.

Frac Fluide

Die beim Fracen verwandten Fluide bestehen zum Großteil aus Wasser. Des Weiteren enthalten sie größere Anteile an Sand, welcher die Aufgabe hat, die erzeugten Risse offen zu halten. In sehr geringen Konzentrationen werden des Weiteren Chemikalien zugegeben. Über ihre Auswirkung sind seit einiger Zeit in der Öffentlichkeit Diskussionen entbrannt, da einige der verwandten Additive toxisch sind. Offizielle Quellen wie die amerikanische Umweltschutzbehörde sehen allerdings wenig Grund zur Sorge.

Wirtschaftlichkeit

Da die künstlich erzeugten Risse jeweils nur eine relativ eng um das Bohrloch begrenzte Wirkung haben, ist die Zahl der nötigen Bohrungen im Vergleich zur herkömmlichen Erdgasförderung sehr viel höher. Die Förderungsdauer ist also relativ zur Anzahl der Bohrungen. Die Gasmenge, die pro Bohrloch förderbar ist, ist zudem um ein Vielfaches kleiner als bei herkömmlicher Gasförderung von leicht erschließbaren Feldern. Die Förderung unkonventioneller Gasvorkommen ist daher wesentlich aufwendiger als die bisherige Gasförderung. Die Betrachtung des Ertrags kann rein energetisch geschehen, also die Bilanz der zur Bohrung und zur Förderung nötigen Gesamtenergie und der daraus zu gewinnenden Energiemenge in Form von Erdgas. Diese Bilanz ist beim Hydraulic Fracturing stets kleiner als bei konventioneller Förderung.

In Deutschland erteilte das Bergamt Niedersachsen im Jahr 2008 die erste Bohrgenehmigung für ExxonMobil, obwohl die Konsequenzen der Frac-Methode nicht ausreichend erforscht und die Auswirkungen auf das betroffene Borringhauser Moor sowie die nahgelegene Stadt Damme nicht seriös abzuschätzen sind. Bislang wurden von Exxon fünf Probebohrungen abgeteuft (Stand: August 2010), zwei weitere sind bis Ende 2011 geplant.

Auch andere Unternehmen planen derartige Projekte. In den USA wird die Methode seit 2005 angewandt, wodurch die Gasförderung in den USA binnen weniger Jahre stark anstieg. Dank der Erschließung umfangreicher "Schiefergasvorkommen" stieg die amerikanische Erdgasproduktion zwischen Anfang 2007 und Mitte 2008 um 14 Prozent. Zum einen bewirkt die Menge der Vorkommen eine Erhöhung des Angebots auf dem Energiemarkt, was den Preis des Erdgases fallen lässt und dieses als Energiequelle gegenüber Erdöl attraktiver macht. Besonders im Transportsektor wird eine zunehmende Umstellung von benzin- auf erdgasbetriebene Fahrzeuge erwartet. Zum anderen erhöhen die großen Vorkommen des fossilen Rohstoffs auf amerikanischen Territorium die Unabhängigkeit der USA vom Erdölimport.

Umweltprobleme

Die Bohrungen im Rahmen des Hydraulic Fracturing haben direkte Auswirkungen auf die Umwelt. Probleme können durch die eingesetzten Zuschlagstoffe und Flüssigkeiten entstehen, sobald diese aus den Rissen im Gestein ins Grundwasser übergehen. Dieser Übergang von den künstlich erzeugten Rissen ins Grundwasser wird allerdings zum Beispiel im Falle von Kohleflözgasen von der amerikanischen Umweltbehörde (EPA) als unwahrscheinlich angesehen. Hauptgründe sind zum Beispiel große Entfernungen zwischen den Reservoiren und den grundwasserführenden Aquiferen und eben die geringe Permeabilität der gefracten Schichten. Auch stufen die meisten Unternehmen, welche diese Methode einsetzen, dies Gefahr als nicht zu hoch an. Eine Garantie, dass sich jene Risse, nicht auch in wasserführende Schichten fortsetzen, kann nicht gegeben werden, was allerdings in den meisten geologischen Fragestellungen der Fall ist, da eine hundertprozentige Erkundung der Verhältnisse untertage schlicht nicht möglich ist. Ebenso kann das sehr unwahrscheinliche Eindringen des Gases in Grundwasserschichten oder gar ein Austreten an der Erdoberfläche nicht ausgeschlossen werden.

Als weiteres Problem wird angesehen, dass sich Teile der Fracfluide in den Rissen ablagern. Dies ist im Fall einiger Zusätze (Sande) sogar gewollt, da diese die Risse aufhalten. Der Großteil des restlichen Fracfluides wird allerdings bei der Druckabsenkung am Ende des Vorgangs wieder zur Bohrung zurückgeführt. Des Weiteren besteht bei der späteren Produktion ein Stoffstrom zur Bohrung hin und nicht weg von dieser. Daher wird auch diese Gefahr durch die EPA als eher untergeordnet eingestuft.

In den USA sind bereits Fälle belegt, in denen das Erdgas sich über solche Risse mit dem Grundwasser vermischt hat, sich darin löst, und über Wasserhähne in die Haushalte von Verbrauchern gelangt, die nahe der Förderungsfelder und Bohranlagen wohnen. Der im Jahr 2010 von Josh Fox gedrehte und vielfach ausgezeichnete Dokumentarfilm Gasland machte sich aufgrund dieser Phänomene die Fracking-Methode zum Gegenstand. Gezeigt wird unter anderem, dass die Konzentration des Gases in den betroffenen Wasserleitungen so hoch ist, dass sich das Wasser aus dem Wasserhahn mit einem Feuerzeug entzünden lässt. Die Löslichkeit von Gasen ist über den umgebenden Druck begrenzt. Die möglichen gesundheitlichen Folgen durch mit Erdgas kontaminiertes Trinkwasser sind bislang nicht umfassend untersucht.

Auch der mögliche Transport der Zuschlagsflüssigkeiten aus dem hydraulischen Erzeugen von Rissen ins Grundwasser ist bedenklich. Da einige der eingesetzten Chemikalien krebserregend oder anderweitig gesundheitsschädigend sind, ist die Gefahr einer Umweltbelastung nicht gering.

Die Firmen, die diese Methode einsetzen, verweisen zwar auf die geringen Anteile dieser Zusatzsstoffe, jedoch ist bei einigen der bedenklichen Stoffe nicht die Verdünnung entscheidend, sondern sie dürften nach der in Deutschland geltenden Wassergefährdungsklassifikation grundsätzlich überhaupt nicht mit Wasser vermischt werden.

Weblinks

• Artikel "Fragwürdige Fördertechnik: Benebelt vom Gas-Rausch" auf Spiegel Online,
• Energywatchgroup.org - Erdgas
• Kurzstudie zu Unkonventionellem Erdgas.pdf
• Offizielle Website des Films Gasland (engl.)
• Gefahr fürs Trinkwasser? Wie internationale Konzerne in Deutschland Erdgas fördern, "Monitor" (WDR), 18. Nov. 2010