Wie geht das Fracking vor sich? Hydraulic Fracturing 101

In New York City demonstrierten kürzlich Demonstranten an der Strandpromenade in den Rockaways gegen das Rockaway Lateral Project, mit dem eine Pipeline unter den Stränden Jacob Riis und Fort Tilden in New York City verlegt werden soll, um zwei bestehende Erdgasverteilungssysteme zu verbinden. Die von Williams Partners L.P. kontrollierte Pipeline wird es ermöglichen, dass Fracking-Erdgas aus dem Marcellus Shale in Pennsylvania zu einer neuen Mess- und Regelstation am Floyd Bennett Field in Brooklyn und dann in die bestehenden Verteilungsleitungen in der Flatbush Avenue fließt. Die Beweise für Umweltschäden, die durch unregulierte Fracking-Verfahren verursacht werden, häufen sich – und das zu einer Zeit, in der sich die USA bemühen, ihre Abhängigkeit von Öl und Kohle zu verringern. Ist Fracking das geringere Übel? Oder könnte es das sein?

Obwohl es das Verfahren schon seit etwa 60 Jahren gibt, ist Hydraulic Fracturing in letzter Zeit vor allem aus zwei Gründen zu einem Liebling der Industrie geworden. Erstens können durch Fracking Erdöl und Erdgas aus Gesteinsformationen gewonnen werden, die normalerweise unzugänglich wären. Zweitens kann es in Kombination mit horizontalen Bohrungen mehr Öl und Gas aus einem einzigen Bohrloch fördern als bisher. Heutzutage erleben wir eine Art „Fracking-Renaissance“; allein im Jahr 2011 wurden in den USA rund 27.000 neue Fracking-Bohrungen niedergebracht. Doch was passiert eigentlich beim Hydraulic Fracturing?

Das Gestein

Erdöl und Erdgas lagern in Sandstein- und Schiefergesteinsformationen tief unter der Erdoberfläche. Vor Milliarden von Jahren, als sich diese Gesteine durch Sedimentation bildeten, blieben Organismen wie Plankton und Algen zusammen mit den Mineralien hängen. Die Körper dieser Mikroorganismen bildeten Taschen mit organischer, kohlenstoffhaltiger Materie. Als das Gestein alterte und tiefer in die Erde vordrang, wandelten Hitze und Druck diese Organismen langsam in Kohlenwasserstoffe um, wodurch fossile Brennstoffe wie Öl, Kohle und Erdgas (oder Methan) entstanden. Wenn es neu gebildet wird, wandert das Methan von seinem Ursprungsgestein zurück an die Oberfläche in das Speichergestein, in der Regel Sandstein oder Schiefer, wo es eingeschlossen wird.

Sandstein, der häufig zur Gewinnung von konventionellem Erdöl gebohrt wird, ist recht porös und hält das Öl wie ein Schwamm das Wasser. Bei der Bohrung ist der Sandstein so porös, dass der Druckunterschied zwischen dem Bohrloch und dem Gestein (auch hier möchte das Öl nach oben fließen, wird aber eingeschlossen) und die großen Lücken zwischen den Körnern im Gestein das Öl aus dem Gestein an die Oberfläche fließen lassen. Schiefergestein hingegen ist dichter gepackt und kann nicht auf die gleiche Weise angezapft werden. Stattdessen muss es mit Hilfe von Fracking erschlossen werden.

Die Bohrung

Wenn eine Schieferformation ins Visier genommen wurde, richtet ein Energieunternehmen einen Bohrplatz oder eine Basis für die Bohrung ein. Der erste Schritt besteht darin, mit einem Bohrer (in der Regel mit einem Durchmesser von 18-20 Zoll) senkrecht nach unten zu bohren, vorbei an jüngeren Gesteinsschichten, die möglicherweise einen Grundwasserspiegel umgeben oder jüngere Gasarten enthalten. Sobald das Loch etwa 1.000 Fuß tief ist, wird ein Stahlrohr eingeführt, das dünner ist als das Loch selbst. Anschließend wird Zement in die Verrohrung gepumpt, gefolgt von Hochdruckluft, die den Zement auf den Boden des Bohrlochs und nach oben in den Spalt zwischen der Stahlverrohrung und dem umgebenden Gestein drückt. So entsteht das vertikale Bohrloch. Der Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Bohrloch tief genug ist, um das Schiefergestein zu erreichen, das bis zu 10.000 Fuß unter der Oberfläche liegen kann, aber in der Regel bei etwa 7.000-8.000 Fuß endet.

Die Erfindung der Horizontalbohrer ermöglicht es dem Bohrloch, die Richtung zu ändern, sobald es eine bestimmte Tiefe erreicht hat. So können Energieunternehmen von einem einzigen Bohrplatz aus mehrere vertikale Bohrlöcher im Abstand von nur einem Meter bohren, die einen sehr weiten Radius, manchmal kilometerweit, vom Bohrplatz aus erreichen, so dass nicht mehr mehrere Bohrplätze in der Landschaft angelegt werden müssen. Im nächsten Schritt werden kleine Sprengladungen oder eine Perforationspistole in den gewünschten Abschnitt des horizontalen Bohrlochs geschickt, um Löcher durch die Stahlverkleidung und den Zement zu stanzen. Sobald die Löcher gebohrt sind, werden zwischen 3 Millionen und 5 Millionen Liter Wasser mit einer Mischung aus Sand und Chemikalien unter extrem hohem Druck in das Bohrloch gepumpt. Diese Fracking-Flüssigkeit explodiert aus den Bohrlöchern, pulverisiert das Schiefergestein und erzeugt zahlreiche Risse oder Spalten in der gesamten Formation. (FracFocus, eine gemeinnützige Website, führt Listen von Chemikalien, die beim Fracking im ganzen Land verwendet werden, aber die Offenlegung ist nicht gesetzlich vorgeschrieben, und die aufgelisteten Unternehmen übermitteln ihre „Inhaltsstoffe“ der Fracking-Lösung auf freiwilliger Basis). Der Sand und die Chemikalien der Fracking-Flüssigkeit dringen in die im Gestein entstandenen Risse ein und halten sie offen, so dass das eingeschlossene Erdgas zurück in das horizontale Bohrloch fließen kann. Das Gestein kann schon durch wenige winzige Sandkörner offen gehalten werden.

Da das Gas leichter ist als die Fracking-Lösung, steigt es nach oben und wird in Pipelines geleitet, die es entweder zu einer Gasaufbereitungsanlage, einer Abscheideanlage oder zur Lagerung bringen. Etwa 10 bis 30 Prozent der Fracking-Flüssigkeit (jetzt Flowback genannt) fließt durch das Bohrloch zurück nach oben. Im Idealfall wird sie beim nächsten Einsatz wiederverwendet, da die Chemikalien und der Sand in der Lösung sie für vieles andere unbrauchbar machen. Wenn es nicht recycelt wird, wird der Flowback in ein Lagerstättenbohrloch tief in der Erde geleitet. Das Wasser, das im Bohrloch verbleibt, wird vom zerklüfteten Gestein absorbiert.

Die Risiken

Fracking hat das Potenzial, eine billigere, sauberere Energiealternative zu Kohle und Öl zu bieten und den Energieunternehmen enorme Gewinne zu bescheren. Doch die Risiken sind groß: Methan ist ein viel verheerenderes Treibhausgas als Kohlendioxid, so dass Lecks die Bemühungen um eine Verringerung der Kohlendioxidemissionen untergraben könnten. Die Verunreinigung von Wasserressourcen durch Fracking-Flüssigkeit ist bereits aufgetreten, und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die öffentliche Gesundheit sind noch weitgehend unbekannt. Laufende Forschungsarbeiten untersuchen auch mögliche Zusammenhänge zwischen Fracking und Erdbeben.

Die bekannten Vorteile der Verringerung unserer Abhängigkeit vom Öl mit den weitgehend unbekannten Kosten und Risiken des Fracking abzuwägen, ist ein heikles Unterfangen. Fred Krupp, Präsident des Environmental Defense Fund, rief in einem Interview mit der Zeitschrift Foreign Affairs zu „ehrgeizigem Pragmatismus“ beim Fracking auf: „Wir leben in der realen Welt und Dinge wie Fracking und die Ausbeutung von Amerikas Erdgasressourcen werden passieren. Lassen Sie uns also den Nutzen maximieren, den wir aus der Umstellung eines Kohlekraftwerks auf Erdgas ziehen, während wir die Einführung von Wind- und Solarenergie beschleunigen.“