Miten he tekevät sen? Hydraulinen murtaminen 101

Nyt New Yorkissa mielenosoittajat nousivat Rockawaysin rantakadulle vastustamaan Rockaway Lateral -hanketta, jonka tarkoituksena on asentaa putki New Yorkin Jacob Riisin ja Fort Tildenin rantojen alle yhdistämään kaksi olemassa olevaa maakaasun jakelujärjestelmää. Williams Partners L.P.:n hallinnoiman putkilinjan avulla Pennsylvaniassa sijaitsevasta Marcellus Shale -liuskeesta peräisin oleva murskattu maakaasu virtaa uuteen mittari- ja säätöasemaan Floyd Bennett Field -kentällä Brooklynissa ja sen jälkeen Flatbush Avenueta pitkin kulkeviin nykyisiin jakelulinjoihin. Todisteet sääntelemättömän murtamisen aiheuttamista ympäristövahingoista lisääntyvät samaan aikaan, kun Yhdysvallat pyrkii vähentämään riippuvuuttaan öljystä ja hiilestä. Onko murtaminen pienempi paha kahdesta pahasta? Vai voisiko se olla?

Vaikka prosessi on ollut käytössä noin 60 vuotta, hydraulisesta murtamisesta on viime aikoina tullut teollisuuden suosikki kahdesta syystä. Ensinnäkin murtamalla voidaan louhia öljyä ja maakaasua kivimuodostelmista, joihin ei tavallisesti päästäisi käsiksi. Toiseksi, kun se yhdistetään horisontaaliseen poraukseen, yhdellä porauskerroksella voidaan louhia enemmän öljyä ja kaasua kuin aiemmin oli mahdollista. Nykyään elämme eräänlaista ”murtoporauksen renessanssia”; pelkästään vuonna 2011 Yhdysvalloissa porattiin noin 27 000 uutta murtoporausta. Mutta mitä hydraulisessa murtamisessa oikeastaan tapahtuu?

Kivet

Öljy ja maakaasu sijaitsevat hiekka- ja liuskekivimuodostumissa syvällä maanpinnan alla. Miljardeja vuosia sitten, kun nämä kivet muodostuivat sedimentaation kautta, planktonin ja levien kaltaiset organismit jäivät loukkuun mineraalien mukana. Näiden mikro-organismien ruumiit muodostivat orgaanisen, hiilipohjaisen aineen taskuja. Kun kallio vanheni ja painui syvemmälle maan sisään, lämpö ja paine muuttivat hitaasti nämä organismit hiilivedyiksi, jolloin syntyi fossiilisia polttoaineita, kuten öljyä, hiiltä ja maakaasua (tai metaania). Kun metaani on vastavalmistunut, se kulkeutuu takaisin ylöspäin kohti pintaa lähdekivestä varastokiviin, tyypillisesti hiekkakiveen tai liuskekiveen, jossa se jää loukkuun.

Hiekkakivi, jota usein porataan tavanomaisen öljyn etsimiseksi, on melko huokoista, ja se pidättää öljyä samaan tapaan kuin pesusieni pitää vettä. Kun hiekkakivi porataan, se on riittävän huokoinen, jotta porausreiän ja kallion välinen paine-ero (jälleen kerran, öljy haluaisi siirtyä ylöspäin, mutta on jäänyt loukkuun) ja kallion rakeiden väliset suuret raot mahdollistavat öljyn virtaamisen ulos kalliosta ja ylös pintaan. Sitä vastoin liuske on tiiviimmin pakkautunutta, eikä sitä voida hyödyntää samalla tavalla. Sen sijaan se on murrettava.

Poraus

Kun liuskekivimuodostuma on valittu kohteeksi, energiayhtiö perustaa porauspaikan eli kotipesän porausta varten. Ensimmäinen vaihe on porata (poranterällä, jonka halkaisija on tyypillisesti 18-20 tuumaa) pystysuoraan alaspäin ohi nuorempien kivikerrosten, jotka saattavat ympäröidä pohjavesialuetta tai sisältää nuorempia kaasutyyppejä. Kun reikä on noin 1 000 jalan syvyydessä, reikään työnnetään teräsvaippa, joka on ohuempi kuin itse reikä. Seuraavaksi vaippaan pumpataan sementtiä, jota seuraa korkeapaineilma, joka työntää sementin porausreiän pohjaan ja ylös teräsvaipan ja ympäröivän kallion väliseen rakoon eli jänteisiin. Näin syntyy pystysuora porausreikä. Prosessi toistetaan, kunnes porareikä on tarpeeksi syvä saavuttaakseen liuskekiven, joka voi olla jopa 10 000 jalan syvyydessä pinnan alapuolella, mutta tyypillisesti se on noin 7 000-8 000 jalan syvyydessä.

Vaakaporauksen keksiminen mahdollistaa sen, että porausreikä voi vaihtaa suuntaa, kun se on tavoitesyvyydessä. Energiayhtiöt pystyvät siis poraamaan yhdeltä porauspaikalta useita pystysuoria porausreikiä viiden jalan sisällä toisistaan, jotka pystyvät ulottumaan hyvin laajalle, joskus jopa kilometrien levyiselle säteelle porauspaikalta, jolloin ei tarvitse perustaa useita porauspaikkoja eri puolille maisemaa. Seuraavaksi lähetetään pieniä räjähteitä tai lävistyspistooli vaakasuoran porausreiän kohdepaikkaan, jotta teräsvaippaan ja sementtiin voidaan lävistää reikiä. Kun reiät on tehty, porausreikään pumpataan 3-5 miljoonaa gallonaa vettä, joka sisältää hiekan ja kemikaalien seosta, erittäin korkealla paineella. Tämä murtoneste räjähtää ulos rei’istä, murskaa liuskekiven ja luo muodostumaan useita murtumia tai halkeamia. (FracFocus, voittoa tavoittelematon verkkosivusto, pitää luetteloita kemikaaleista, joita käytetään murtorakentamisessa eri puolilla maata, mutta tietojen ilmoittamista ei vaadita laissa, ja luettelossa mainitut yritykset toimittavat murtorakentamisliuoksensa ”ainesosat” vapaaehtoisesti). Fracking-nesteen hiekka ja kemikaalit tunkeutuvat kallioon syntyneisiin halkeamiin ja pitävät ne auki, jolloin loukkuun jäänyt maakaasu pääsee virtaamaan takaisin vaakasuoraan porausreikään. Kalliota voi pitää auki vain muutama pieni hiekanjyvä.

Koska kaasu on kevyempää kuin murtoliuos, se nousee ylös ja johdetaan putkistoihin, jotka vievät sen joko kaasunkäsittelylaitokseen, erotinlaitokseen tai varastoon. Noin 10-30 prosenttia murtonesteestä (jota nyt kutsutaan takaisinvirtaukseksi) kulkeutuu takaisin ylöspäin kaivon kautta. Ihannetapauksessa se kierrätetään seuraavassa työssä, sillä liuoksen sisältämät kemikaalit ja hiekka tekevät siitä käyttökelvotonta muuhun. Jos sitä ei kierrätetä, se loppusijoitetaan syvällä maan alla olevaan varastokaivoon. Kaivoon jäävä vesi imeytyy murtuneeseen kallioon.

Riskit

Frackingilla on potentiaalia tarjota halvempi ja puhtaampi energiavaihtoehto kivihiilelle ja öljylle sekä tuottaa energiayhtiöille valtavia voittoja. Mutta riskit ovat suuret: Metaani on paljon tuhoisampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi, joten vuodot voivat heikentää pyrkimyksiä vähentää hiilidioksidipäästöjä. Fracking-nesteen aiheuttamaa vesivarojen saastumista tapahtuu jo nyt, ja sen vaikutukset ympäristöön ja kansanterveyteen ovat vielä suurelta osin tuntemattomia. Käynnissä olevissa tutkimuksissa selvitetään myös mahdollisia yhteyksiä murtamisen ja maanjäristysten välillä.

Tasapainon löytäminen tiedossa olevien öljyriippuvuutemme vähentämisen hyötyjen ja murtamisen suurelta osin tuntemattomien kustannusten ja riskien välillä on herkkä polku. Environmental Defense Fundin puheenjohtaja Fred Krupp vaati Foreign Affairs -lehden haastattelussa ”kunnianhimoista pragmatismia” frackingin suhteen: ”Elämme todellisessa maailmassa, ja frackingin ja Amerikan maakaasuvarojen hyödyntämisen kaltaisia asioita tulee tapahtumaan. Maksimoidaan siis se hyöty, jonka saamme hiilivoimalan muuntamisesta maakaasuksi, samalla kun painamme kaasupoljinta tuuli- ja aurinkovoiman käyttöönoton nopeuttamiseksi.”