To Frack or not to Frack ...

Markt - Erdgas

Schiefergas. Um die Potenziale und Risiken besser einschätzen zu können, hat die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe ein mehrjähriges Studienprojekt durchgeführt. Gegenstand war auch die Umweltverträglichkeit der Fracking-Technologie. Untersucht hat sie diegeologischen Aspekte in großer Tiefe. Zu beachten ist aber auch der Faktor Mensch.

01. März 2016

Wo und wie viel Schiefergas und Schieferöl befinden sich unter deutschem Boden? Und welche Auswirkungen auf die Umwelt könnte die Erschließung haben? Mit diesen Fragen beschäftigte sich das Niko-Projekt der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Niko steht dabei für ›nicht konventionelle Kohlenwasserstoffvorkommen‹.

Im Projekt haben die Experten die inländischen potenziellen Ressourcen von Erdgas und Erdöl aus Tongesteinen (Schiefergas und Schieferöl) untersucht. Gestartet 2011, lieferte das BGR einen ersten Zwischenbericht 2012. Anfang 2016 hat es nun den Abschlussbericht vorgelegt. Demnach liegen die in einer Tiefe von 1.000 bis 5.000m technisch förderbaren Schiefergasressourcen zwischen 320 und 2030Mrd.m³ Erdgas. Die technisch förderbaren Schieferölressourcen in 500 bis 5.000m Tiefe beziffert die Studie auf Mengen zwischen 18 und 221Mio.t.

Nur schrittweise zu erschließen

Deutschland steht erst am Anfang der Erkundung, so die Autoren der Studie, »was sich auch in der Spannbreite der vorgelegten Abschätzung ausdrückt«. Die vorgelegten Ressourcen geben die Größenordung der Potenziale an. Sie seien als nicht nachgewiesen einzustufen, nur ein Anteil dieser werde zu gewinnen sein (Reserven). »Abgesehen von der Frage, welcher Anteil der potenziellen Ressourcen in Reserven überführt werden könnte, wäre eine mögliche Förderung der Schiefergasvorkommen auch aus technischer Sicht kurzfristig nicht möglich.« Man könne die Vorkommen nur schrittweise erschließen, was sich über Jahrzehnte hinziehen dürfte.

Für die Mengenabschätzung haben die Geologen vorliegende Daten ausgewertet sowie geologische Untersuchungen, geochemische und petrologische Laboranalysen durchgeführt. Die Ressourcenmengen haben sie dann mit Hilfe statistischer Modellierungen berechnet und exemplarisch mit weiteren Abschätzungsmethoden überprüft. Insgesamt haben sich die Forscher in der genannten Tiefe elf Tongesteinsformationen angeschaut. Fünf davon weisen ein »bedeutsames« Schiefergaspotenzial und sieben ein »nennenswertes« Schieferölpotenzial auf.

Die Formation mit dem höchsten Potenzial für beide untersuchten Kohlenwasserstoffe sind organisch-reiche Tongesteine des Unterjura der ›Posidonienschiefer‹ vor allem im niedersächsischen Becken. Das zweitgrößte Schiefergaspotenzial sind Formationen des Unterkarbon vor allem entlang der vorpommerschen Ostseeküste. Auch der Mittelrhätschiefer der Trias und der Wealden der Unterkreide im Niedersächsischen Becken haben ein »nennenswertes Potenzial«.

Die Autoren sehen Schiefergas als eine bedeutende Ressource. »Andererseits geben die Zahlen keinen Anlass für übertriebene Erwartungen«, heißt es weiter. Im internationalen Vergleich lägen die heimischen Schiefergasressourcen weit hinter Ländern in Asien und Amerika, die sehr reich an diesen Ressourcen sind. »Ein Schiefergasboom wie in Nordamerika ist nicht zu erwarten.« Potenzial einer Schiefergasnutzung liege vor allem darin, den Rückgang der heimischen Erdgasförderung abzufedern.

Geologische Pfade simuliert

Neben der Analyse der potenziellen Ressourcen hat die Studie sich auch mit den Umweltaspekten beim Fracking beschäftigt. Insbesondere gingen die Wissenschaftler der Frage nach, wie weit sich die Fracking-Fluide im tiefen Untergrund ausbreiten, ob sie in oberflächennahe Grundwasserschichten aufsteigen und ob an der Erdoberfläche spürbare Erdbeben durch Fracking induziert werden. Oberflächennahes Grundwasser und Oberflächengewässer werden genutzt, um daraus Trinkwasser zu gewinnen.

Es gibt aus hydrogeologischer Sicht verschiedene Freisetzungspfade, erläutert die Studie Hintergründe: Zum einen an der Erdoberfläche durch unsachgemäßen Transport, Lagerung, Handhabung oder Entsorgung. Zweitens können technische Ursachen der durchgeführten Maßnahmen unter der Erdoberfläche einen Aufstieg der Fluide bewirken. So kann die Bohrlochintegrität versagen oder durchlässige Störungen hydraulisch angeschlossen werden. Drittens können die Fluide auch über natürliche geologische Gegebenheiten in oberflächennahe Grundwasserleiter gelangen. Etwa wenn ausreichend mächtige Barriereschichten fehlen oder durchgängige durchlässige Störungen vorhanden sind.

Für die Studie führten die Wissenschaftler verschiedene Modellierungen durch. Als Basis wird ein potenzielles Schiefergasvorkommen im Posidonienschiefer in 1.700m Tiefe mit einer schematisch lithologischen Schichtenabfolge aus dem norddeutschen Becken genommen.

Dabei untersuchten sie den Aufstieg der Fracking-Fluide bei ungestörtem geologischen Untergrund und den Aufstieg im Fall von Störungszonen und offenen Klüften. In die Berechnung floss unter anderem die Annahme mit ein, dass das Fracking-Fluid Frischwasser-Eigenschaften hat. Sie erfolgte in einem 2D-Vertikalschnittmodell, temperaturunabhängig, und es wird keine zusätzliche Gasphase berücksichtigt. Die Forscher simulierten für alle Szenarien Fracking-Drücke zwischen 5 und 50MPa, die über drei Stunden konstant gehalten wurden.

Die größten vertikalen Aufstiegshöhen haben die Forscher für das Modell der Kluftsysteme festgestellt. »Der maximal berechnete vertikale Aufstieg während der Fracking-Simulation betrug rund 215m für ein vertikales offenes Kluftsystem mit 500µm Öffnungsweite«, stellen die Autoren fest. Der höchste vertikale Aufstieg nach 300 Jahren lag bei 485m für eine vertikale Störungszone bei 50MPa Fracking-Druck.

Das Fazit der Autoren: »Selbst bei einem konservativ angenommenen Stofftransport sowie vorhandenen natürlichen Ausbreitungspfaden ist kein Aufstieg zu den oberflächennahen Grundwasserleitern festzustellen, der eine nachteilige Veränderung der Wasserbeschaffenheit bewirkt« über die möglichen geologischen Ausbreitungspfade gemäß den in der Studie durchgeführten Modellierungen, heißt es weiter.

Auch die durch Fracking künstlich geschaffenen Risse wurden für den Posidonienschiefer in 1.700m Tiefe in zwei Simulationen näher untersucht. Die vertikale Rissausbreitung beträgt demnach im Mittel etwa 50m, die laterale Rissweite knapp 200m. Die Rissausbreitung bewahrt »einen großen vertikalen Sicherheitsabstand zu den nutzbaren Grundwasserleitern«, heißt es in der Studie. Im Gesamtergebnis sei eine Gefährdung des oberflächennahen Grundwassers durch den Aufstieg der Fluide über natürliche oder künstliche Risse bei den in Norddeutschland anzutreffenden geologischen Gegebenheiten »äußerst unwahrscheinlich«.

Faktor Mensch

Die Studie bestätige damit auch Ergebnisse anderer Studien, dass Aktivitäten an der Geländeroberfläche, gefolgt von mangelnder Bohrlochintegrität das wesentliche Risiko für die Kontamination des nutzbaren Grundwassers sei, so die Autoren. »Dem zuverlässigen Monitoring der Bohrlochintegrität und der sicheren Verwahrung der Altbohrung kommt die größte Bedeutung zu.« Monitoringmaßnahmen im oberflächennahen Grundwasser sollten sich zudem an den »zu erwartenden Szenarien« ausrichten, die auftreten, wenn die Bohrlochintegrität versagt. »Auch erscheinen ›Baseline‹-Studien von Hintergrundwerten im Grundwasser vor und nach größeren Fracking-Maßnahmen angeraten«, um Veränderungen bewerten zu können.

Grundsätzlich könne aus geowissenschaftlicher Sicht der Einsatz von Fracking erfolgen, so die Autoren »vorausgesetzt, es liegen detaillierte standortbezogene Untersuchungen über den geologischen Untergrund vor und die gesetzlichen Regelungen sowie die erforderlichen technischen Standards werden eingehalten.« (mwi)

Erschienen in Ausgabe: 02/2016