FRACTURING Aktuelle Entwicklungen

Transkript

1 Akademischer Energieverein Leipzig HYDRAULIC FRACTURING Aktuelle Entwicklungen Ein Vortrag von Michael Schenk

2 Mein Standard heute Abend: Tatsächlich gibt es zwei Dinge, die Wissenschaft und die Ansicht; das Erste zeugt von Wissen, dass Letztere von Ignoranz Kippokrates von Kos

3 Fracking I Frackprozess II Woher kommt der Schiefergasboom? III Frackfluid und Grundwasser IV Geschichtliches zum Fracking V Fördermengenproblematik VI Emissionen VII Zusammenfassung VIII Fracking Innovation? IX Herunterladen Michael Schenk, B-Eng Energietechniker / Wirtschaftsingenieur FH Nordhausen / Deutsches Biomasse Forschungszentrum Vortrag AEL, Leipzig Mittwoch, 7. Januar 2015

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5 Quelle: US Energy Information Administration

6 Fracking Michael Schenk Seite 6

7 I Frackprozess 1.) Vorbereitung einer Bohrstelle & Niederbringung der Bohrung 6 Bohrung/km² (viel mehr als bei konventionellen Bohrungen) 200 m 4000 m Tiefe Bohrung Bis zu sechs horizontale Ablenkungen Aufbau der Infrastruktur: Straßenbau, Flächenfreilegung, Abwasserteiche, Pipelines Fracking Michael Schenk Seite 7

9 1. Directional Drilling (Richtbohrtechnik) Die Bohrung wird in das Muttergestein abgeteuft. Wenn der Bohrkopf die Zielgesteinschicht erreicht hat, wird die Bohrung horizontal fortgesetzt.

10 Mehrere Lagen einzementierter Stahlrohe schützen die trinkwasserführenden Schichten

11 Eine Perforationskanone wird anschließend in das Bohrloch geleitet Der horizontale Abschnitt der Bohrung wird perforiert

12 2. High frac fluid volumes 3. Slickwater Das Fracfluid, dass aus Wasser, Sand und chemischen Zusatzstoffen besteht, wird unter hohem Druck in das Bohrloch gepumpt Durch den hohen Druck, entstehen feine Risse im Gestein, welche durch den Sand und die Chemikalien offengehalten werden

14 I Frackprozess 2.) Fracking Aufsprengen der horizontalen Bohrung (700bar) Einpressen des Fracfluids (Pumpleistung bis kW) Entstehen von künstlichen Klüften / Verwerfungen Flowback Auffangen in Teichen oder Kläranlagen Quelle: Umweltbehörde NY State Fracking Michael Schenk Seite 14

16 4. Multi Well Pads Das Erdgas kann nun durch die neu geschaffenen Fließwege zum Bohrloch strömen

17 Woher kommt der Fracking Boom? Fracking Michael Schenk Seite 17

18 400 ppm 18

19 Kohle: Erdgas 2: 1 Fracking Michael Schenk Seite 19

20 II Woher kommt der Schiefergasboom? Fracking Michael Schenk Seite 20

21 III Frackfluid und Grundwasser Trägerfluid: Wasser Stützmittel: Sand (Proppants) Additive: bis zu 200 Chemikalien Reibungsreduktion an der Bohrwand Viskositätserhöhung Stabilisation des Sand (Guarkernmehl) Biozide, welche das Geliermittel schützen Korrosionsschutzmittel 2-Thiocyanomethylthiobenzothiazole Isopropanol(bspw. in Deodorant) Mio Liter Frac Fluid Liter Additive Flowback (9-35%) -> (Barnett-Shale > 100%) Durch den Flowback werden auch Schichtbestandteile ausgespühlt normally occurring radioactive substances N.O.R.M. Radium 226 Fracking Michael Schenk Seite 21

23 III Frackfluid und Grundwasser Undichte Becken Das gespeicherte Abwasser kann das Grundwasser belasten Lecks in Bohrlöchern Trotz Beton/Stahl kann Methan in den Boden dringen und das Grundwasser verunreinigen Quelle: National Geographic Society, 2013 Rissbildung Neue Frackingrisse könnten Verbindungen zu natürlichen Spalten schaffen, Fracfluid kann migrieren Fracking Seite 23

24 III Frackfluid und Grundwasser die Tonschieferschichten liegen üblicherweise Hunderte Meter unter den Trinkwasservorkommen. Das Eindringen von Erdgas ist damit ebenso unwahrscheinlich wie die Verschmutzung durch Fracking Wasser, das zur Rissbildung ins Gestein gepresst wird. Quelle: / Exxon Mobile Fracking Michael Schenk Seite 24

25 III Frackfluid und Grundwasser die Tonschieferschichten liegen üblicherweise Hunderte Meter unter den Trinkwasservorkommen. Das Eindringen von Erdgas ist damit ebenso unwahrscheinlich wie die Verschmutzung durch Fracking Wasser, das zur Rissbildung ins Gestein gepresst wird. Quelle: / Exxon Mobile Wissenschaftler der Duke Universität haben 60 private Trinkwasserbrunnen im Nordosten von Pennsylvania untersucht und darin keine Hinweise auf Fracking Fluide gefunden. Sie stellten allerdings fest, dass in der Nähe von Fracking Bohrstellen der Methangehalt in Brunnen im Durchschnitt 17mal höher war als üblich. An chemischen Besonderheiten war zu erkennen, dass dieses Methan aus dem Schiefer kam. Quelle: / National Geographic Fracking Michael Schenk Seite 25

27 IV Geschichtliches zum Fracking Tausendfaches Fracking in letzten Jahrzehnten, auch Deutschland Selbst bei Geothermieprojekten Bei konventionellen Lagerstätten nur 350m³ -400m³ Quelle: Vortragsreader - Dr. Ingraffea - Fracking Quelle Grafik: Fracking Michael Schenk Seite 27

28 V Fördermengenproblematik Quelle: US Department of Energy Fracking Michael Schenk Seite 28

29 V Fördermengenproblematik 1.) weltweit schwaches Wirtschaftswachstum, 2.) Ölboom in den USA, 3.) Saudi Arabien erhöht Produktion anstatt das Angebot zu verknappen Dauer? Quelle: Fracking Michael Schenk Seite 29

30 V Fördermengenproblematik Das Ergebnis beunruhigte [ ] offensichtlich noch mehr: Die Fördermenge für Gas wird deutlich schneller abnehmen als bisher gedacht. Die Internationale Energieagentur schreibt [ ] Der Boom von Schiefergas und Ölsanden werde nicht über die 2020er Jahre hinaus anhalten. Dass die Fracking-Technologie also in bereits zehn Jahren wieder an Bedeutung verliert, ist fast unstrittig. Quelle: Fracking Michael Schenk Seite 30

31 V Fördermengenproblematik Shale-Gas Vorkommen sind Fayetteville, Barnett (TX), Antrim (MI) & Marcellus (ARK) Kumulierte Fördermenge Einheitenumrechnung: Bcf -Milliarden Kubikfuß 28*10 6 m³/a m³/d Quelle: US-EIA, Okt 2009 State of Arkansas, Oil and Gas Commission, Fracking Michael Schenk Seite 31

32 V Fördermengenproblematik Peak Gas reloaded Förderprofil von Gasfördersonden im Fayetteville Gas Shale Spezifische Förderprofile, Abfall der Fördermenge 70% p.a. Einheitenumrechnung: 1*10 6 Kubikfuß/Monat m³/monat m³/d Quelle: State of Arkansas, Oil and Gas Commission, May 2010 Fracking Michael Schenk Seite 32

33 V Fördermengen Problematik Erschließung sog. sweet spots Schneller Abfall der Fördermenge bis 70% /a Typische Decline-Raten um Größenordnung höher als bei konventioneller Förderung Nicht einige Prozent/Jahr sondern einige Prozent/Monat Laufzeit von 40 Jahren? Bohrlochspezifische Förderprofile Schnelle Erschließung neuer Gasfeldbereiche Über 2000 Bohrungen im Fayetteville Gas Shale seit 2004 Wiederholung des Fracprozesses Wiederholtes Stimulieren kann die Förderrate kurzfristig erhöhen, allerdings nicht auf vorheriges Niveau Spezifische Förderaufwand steigt an Quelle: Quelle: US Geological Survey, May 2010 Quelle: Fracking Michael Schenk Seite 33

34 V Fördermengen Problematik Gasförderung im Fayetteville Gas Shale in Summe kumulierte Förderabfall bereits größer als die Anschlussrate neuer Bohrungen Einheitenumrechnung: 1*10 6 Kubikfuß/Monat m³/monat m³/d Quelle: State of Arkansas, Oil and Gas Commission, May 2010 Fracking Michael Schenk Seite 34

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36 VI Emissionen Erdgas = Methan Methan ist ein 25fach so potentes Treibhausgas wie Kohlenstoffdioxid (Betrachtungszeitraum 100 Jahre) 72fach auf 20 Jahre (IPCC) Fracking Michael Schenk Seite 36

37 VI Emissionen Flowback (Gas-/Liquid-/Frackingfluid-Gemisch) Enorme Methanemissionen in den ersten Wochen Bis zu 9% Leckageraten auf Frackfeldern (Quelle: NOAA) Durch Vielzahl an Bohrungen multiplizieren sich diese Faktoren Über gesamten Lebenszyklus ist Schiefergas 20mal schädlicher als Kohle In einigen Fällen entweicht bis zu 9000mal mehr Methan als angenommen Quelle: Cornell University, Journal Climatic Change Quelle: EPA Fracking Michael Schenk Seite 37

38 VI Emissionen Methan blubbert eben nicht nur aus den tauenden arktischen Gewässern und tief darunter liegenden Gesteinsschichten, wo es ein Deckel aus Permafrost bislang festgehalten hat. [ ] das meiste Methan [wird] heute weiter südlich freigesetzt, der größte Teil davon als Folge menschlichen Handelns. Immer mehr von diesem Treibhausgas strömt an Bohrstellen und aus Rohrleitungen in unsere Luft. Quelle: National Geographic, Gutes Gas Schlechtes Gas, 2013 Fracking Michael Schenk Seite 38

39 VI Emissionen Erdgas ist ein fossiler Energieträger, es kann aber eine Übergangslösung, hin in das postfossile Zeitalter sein Es liegt aber an uns, die Vorteile und Nachteile von Methan auszubalancieren Fracking Michael Schenk Seite 39

40 VII Zusammenfassung Fracking bietet: Arbeitsplätze Reduktion der Abhängigkeit von Energieimporten (geopolitische Vorteile) Kann eine Brückentechnologie darstellen Fracking Michael Schenk Seite 40

41 VII Zusammenfassung Wenn Fracking von Schiefergas einen nennenswerten Beitrag zur Erdgasversorgung leisten soll, müssen folgende Punkte berücksichtigt werden: Hohe spezifische Bohrdichte Veränderung der Landschaft Viele industrielle Anlagen, die dauerhaft über weite Landstriche verteilt sind Hohe Frackingfluidmengen Behandlung von kontaminierten Frackingwasser Unkontrollierte Freisetzung großer Methanmengen Fracfluide können in Aquifere migrieren Fracking Michael Schenk Seite 41

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43 Der Mensch erfand die Atombombe, doch keine Maus der Welt würde eine Mausefalle konstruieren Albert Einstein

44 IX Herunterladen Verschiedene Gutachten, Vorteile und Nachteile, Videos und Präsentationen Zum temporären Download: Reader/fracking.html Der Vortrag dauerhaft zum Download: Fracking Michael Schenk Seite 44

45 noch Fragen?

46 VIII Fracking Innovation? Die Innovation liegt vor allem in der breiten Anwendung des Prozesses, nachdem sich umweltpolitische Rahmenbedingungen änderten. 12.Dezember 1974 Verabschiedung des Save Drink Water Act (SDWA) Absolute Priorität für Grundwasserschutz Gesetzliche Grundlage für Eingreifen der Umweltbehörde 2003 Memorandum kein Diesel im frac Quelle: Fracking Michael Schenk Seite 46

47 2005 Clean EnergyAct Aufhebung des Gewässerschutzes, Öl- und Gasexplorations und förderaktivitäten in größerer Tiefe sind vom SDWA ausgenommen

48 VIII Fracking Innovation? 2005 Quelle: - via Fracking Michael Schenk Seite 48