Hoe doen ze het? Hydraulic Fracturing 101

Recentelijk hebben demonstranten in New York City de promenade in de Rockaways betreden om zich uit te spreken tegen het Rockaway Lateral Project, dat tot doel heeft een pijpleiding aan te leggen onder de stranden Jacob Riis en Fort Tilden van New York City om twee bestaande aardgasdistributiesystemen met elkaar te verbinden. De pijpleiding, die in handen is van Williams Partners L.P., zal fracked aardgas uit de Marcellus-schalie, in Pennsylvania, naar een nieuw meter- en regelstation in Floyd Bennett Field, in Brooklyn, laten stromen en vervolgens in de huidige distributielijnen die langs Flatbush Avenue lopen. Het bewijs voor milieuschade als gevolg van ongereguleerde fracking-procedures neemt toe op hetzelfde moment dat de VS ernaar streeft haar afhankelijkheid van olie en kolen te verminderen. Is fracking het minste van twee kwaden? Of toch niet?

Hoewel het proces al zo’n 60 jaar bestaat, is hydraulic fracturing recentelijk om twee belangrijke redenen een lieveling van de industrie geworden. Ten eerste kan fracking olie en aardgas winnen uit rotsformaties die normaal onbereikbaar zouden zijn. Ten tweede kan fracking, in combinatie met horizontaal boren, meer olie en gas uit een enkel boorplatform halen dan voorheen mogelijk was. Tegenwoordig leven we in een soort “fracking renaissance”; alleen al in 2011 werden in de VS ongeveer 27.000 nieuwe fracking-bronnen geboord. Maar wat gebeurt er eigenlijk bij hydraulisch breken?

De gesteenten

Olie en aardgas bevinden zich in zandsteen- en schaliesteenformaties diep onder het aardoppervlak. Miljarden jaren geleden, toen deze gesteenten door sedimentatie werden gevormd, raakten organismen zoals plankton en algen samen met de mineralen ingesloten. De lichamen van deze micro-organismen vormden zakken met organisch, op koolstof gebaseerd materiaal. Naarmate het gesteente ouder werd en dieper in de aarde drong, veranderden deze organismen door hitte en druk langzaam in koolwaterstoffen, waardoor fossiele brandstoffen als olie, steenkool en aardgas (of methaan) ontstonden. Wanneer nieuw gemaakt, migreert het methaan terug naar de oppervlakte van zijn brongesteente naar reservoirgesteente, typisch zandsteen of schalie, waar het wordt opgesloten.

Zandsteen, waar vaak naar conventionele olie wordt geboord, is vrij poreus en houdt olie vast zoals een spons water vasthoudt. Bij het boren is het zandsteen poreus genoeg dat het drukverschil tussen de boorput en het gesteente (ook hier wil de olie omhoog, maar zit vast) en de grote openingen tussen de korrels in het gesteente ervoor zorgen dat de olie uit het gesteente naar de oppervlakte kan stromen. Schalie, daarentegen, zit dichter opeengepakt en kan niet op dezelfde manier worden aangeboord. In plaats daarvan moet het worden gefrackt.

Het boren

Als een schalieformatie eenmaal het doelwit is, zal een energiebedrijf een boorplatform, of thuisbasis, opzetten om te boren. De eerste stap is om te boren (met een boor meestal 18-20 centimeter in diameter) verticaal naar beneden langs jongere lagen van gesteente dat een watertafel kan omringen of jongere soorten gas bevatten. Zodra het gat ongeveer 1.000 voet diep is, wordt een stalen mantelbuis ingebracht die dunner is dan het gat zelf. Vervolgens wordt cement in de casing gepompt, gevolgd door lucht onder hoge druk, die het cement naar de bodem van het boorgat duwt en omhoog in de spleet, of snaren, tussen de stalen casing en het omringende gesteente. Dit wordt de verticale putboring. Het proces wordt herhaald tot het boorgat diep genoeg is om de schalie te bereiken, die zo diep als 10.000 voet onder de oppervlakte zou kunnen zijn, maar gewoonlijk rond 7.000-8.000 voet.

De uitvinding van horizontale boorbeitels staat de boorput toe om van richting te veranderen zodra hij op een doeldiepte is. Van één enkel boorplatform, dan, kunnen de energiebedrijven veelvoudige verticale putboringen binnen vijf voet van elkaar boren die een zeer brede straal, soms kilometers breed, van het boorplatform kunnen bereiken, waarbij de behoefte wordt geëlimineerd om veelvoudige boorplatforms over een landschap op te zetten. De volgende stap is het sturen van kleine explosieven of een perforatiepistool naar het beoogde gedeelte van de horizontale putboring om gaten te slaan door de stalen mantelbuis en het cement. Zodra de gaten zijn gemaakt, wordt tussen de 3 en 5 miljoen gallon water met een mengsel van zand en chemicaliën onder extreem hoge druk in de boorput gepompt. Deze fracking-vloeistof explodeert uit de gaten, verpulvert het schaliegesteente en creëert meerdere breuken of scheuren in de hele formatie. (FracFocus, een website zonder winstoogmerk, houdt lijsten bij van chemische stoffen die bij fracking in het hele land worden gebruikt, maar openbaarmaking is niet wettelijk verplicht en bedrijven die op de lijst staan, dienen hun “ingrediënten” van fracking-oplossingen vrijwillig in). Het zand en de chemicaliën van de fracking-vloeistof sluipen in de scheuren die in het gesteente zijn ontstaan en houden die open, waardoor het ingesloten aardgas terug kan stromen in de horizontale boorput. Het gesteente kan worden opengehouden door slechts enkele minuscule zandkorrels.

Omdat het gas lichter is dan de fracking-vloeistof, stijgt het naar de top en wordt het in pijpleidingen geleid die het ofwel naar een gasbehandelingsinstallatie, een scheidingsinstallatie of opslag brengen. Ruwweg 10 tot 30 procent van de fracking-vloeistof (nu flowback genoemd) stroomt terug door de boorput. In het ideale geval wordt het bij de volgende klus gerecycled, aangezien de chemicaliën en het zand in de oplossing het voor veel andere dingen nutteloos maken. Als het niet wordt gerecycleerd, wordt het terugvloeiende water in een afvoerput diep in de aarde gedumpt. Het water dat in de put achterblijft, wordt geabsorbeerd in gebroken gesteente.

De risico’s

Fracking heeft het potentieel om een goedkoper, schoner energie-alternatief te bieden voor steenkool en olie, en om enorme winsten te genereren voor energiebedrijven. Maar de risico’s zijn groot: Methaan is een veel verwoestender broeikasgas dan kooldioxide, zodat lekken de inspanningen om de koolstofuitstoot terug te dringen, kunnen ondermijnen. De watervoorraden zijn al vervuild door fracking-vloeistoffen en de effecten daarvan op het milieu en de volksgezondheid zijn nog grotendeels onbekend. Lopend onderzoek is ook het onderzoeken van mogelijke verbanden tussen fracking en aardbevingen.

Balanceren de bekende voordelen van het verminderen van onze afhankelijkheid van olie met de grotendeels onbekende kosten en risico’s van fracking is een delicaat pad te bewandelen. Fred Krupp, voorzitter van het Environmental Defense Fund, riep op tot “ambitieus pragmatisme” over fracking in een interview met het tijdschrift Foreign Affairs: “We leven in de echte wereld en dingen als fracking en de exploitatie van Amerika’s natuurlijke gasvoorraden gaan gebeuren. Dus laten we het voordeel maximaliseren dat we krijgen van het omzetten van een kolengestookte elektriciteitscentrale naar aardgas, terwijl we het pedaal op het metaal zetten om de introductie van windenergie en zonne-energie te versnellen.”