Fracking - brauchen wir diese Technologie? Energieversorgung im Wandel Energie aus fossilen Energierohstoffen Versorgung durch Sonnenenergie Energiewende Erdgas Erdgasvorkommen Förderung unter Anwendung der Fracking-Methode Brauchen wir Erdgas aus unkonventionellen Quellen? Versorgungslage Erdgaspotential aus unkonventionellen Quellen Schlussfolgerungen 1
Aufsuchungsgebiet Ruhr Quelle: BR Arnsberg Vermutete Schiefergasvorkommen Liegt in einem Korridor vom Niederrhein zum Sauerland Der Mülheimer Süden ragt in das Aufsuchungsgebiet hinein Aufsuchungserlaubnis mit Laufzeit vom 5.08.2010 bis 4.08.2016 Wintershall Holding GmbH, Statoil Deutschland Hydrocarbons GmbH 2
Anteile der Energieformen am Energieverbrauch 2011 Kraftstoff (30%) Wärme (48%) Strom (22%) 100% = 2438 TWh Quelle: UBA: http://www.umweltbundesamt.de/daten/energiebereitstellungverbrauch/anteile-der-energieformen-strom-waerme-kraftstoffe 3
Energiemix 2014 Erneuerbare (11,5%) Mineralöl (33,4%) Kernenergie (7,6%) Braunkohle 11,7%) Steinkohle (12,8%) Erdgas (22,3%) Sonstige (0,6%) 100% 13.908 PJ oder 474,5 Mio. t SKE Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen 2014 4
Kohle, Erdöl und Erdgas? Über Millionen von Jahren wurde Sonnenenergie über die Photosynthese in Biomasse gespeichert. Das abgestorbene organische Material lagerte sich ab und wurde von weiterem sedimentierendem Material eingeschlossen und überlagert. Kohle, Erdöl und Erdgas entstehen in den tieferen Gesteinsschichten aus den dort eingelagerten organischen Stoffen durch > thermische Zersetzung ohne Sauerstoff unter hohem Druck (Inkohlung) > mikrobiologischen Abbau Durch Gewinnung der Energie aus den fossilen Energieträgern verbrauchen wir die über Millionen Jahre angesammelte Sonnenenergie 5
Die Reichweite von Rohstoffen ist begrenzt Durch Gewinnung der Energie aus den fossilen Energieträgern verbrauchen wir die über Millionen Jahre angesammelte Sonnenenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Erdöl Uran fossile Energieträger Kernenergiebrennstoff Reichweite (Jahre) 0 100 200 300 Die Reichweite ist eine statistische Kenngröße zur Beschreibung der Verfügbarkeit (Quotient aus Reserve bzw. Ressource und Verbrauch) BMWi, AG Energierohstoffe 2006: Verfügbarkeit und Versorgung mit Energierohstoffen (http://www.bmwi.de/bmwi/redaktion/pdf/e/energierohstoffbericht,property=pdf,bereich=bmwi,sprache=de,rwb=true.pdf ) 6
Energieverbrauch 2008 Primärenergie (TWh) Tendenz seit 1990 (%) Bevölkerung (Millionen) Verbrauch pro Kopf (KWh) Leistung pro Kopf (KW) USA 26 600 20 305 87 200 10,0 EU 27 20 400 7 499 40 800 4,6 Deutschland 3 600 ~ 0 82 43 900 5,0 China 24 800 146 1 333 18 600 2,1 Afrika 77 000 70 984 7 800 0,9 Welt 142 300 30 6 500 21 300 2,4 7
Flächenbedarf für Nutzung der Sonnenenergie Leistungsbedarf pro Kopf: Sonneneinstrahlung pro Fläche: Gemittelt für Tag und Nacht: Bei 10 % Effizienz: Flächenbedarf pro Kopf: 5 KW 1 KW/m 2 0,5 KW/m 2 0,05 KW/m 2 100 m 2 Einwohner (Millionen) Fläche (km 2 ) 8 Kantenlänge (km) Welt 6 500 650 000 806 x 806 EU 27 500 50 000 220 x 220 Deutschland 82 8 200 91 x 91
Flächenbedarf für die Versorgung mit Sonnenenergie Welt Deutschland Europa 9
Ziele der Energiewende 2020 2030 2050 Europa Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch erhöhen 27 Energieverbrauch senken 27 CO 2 Ausstoß verringern 40 Bundesrepublik Deutschland Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch erhöhen 18 30 60 Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch steigern 35 50 80 Energieverbrauch senken 20 50 Wärmebedarf für Wohnen reduzieren 100 CO 2 Ausstoß verringern 40 55 80-95 (Angaben in % bezogen auf 1990) 10
Zusammensetzung von Erdgas Erdgas ist ein Gasgemisch. Hauptbestandteil ist immer Methan (CH 4 ) Nebenbestandteile: - Kohlenwasserstoffe (Ethan, Propan, Butan, Ethen, ) - Schwefelwasserstoff - Inertgase (Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, ) Erdgas L Edgas H (Nordsee) Edgas H (GUS-Staaten) Methan 85 % 89 % 98 % Kohlenwasserstoffe 4 % 8 % 1 % Inertgase 11 % 3 % 1 % L = Low Energy, H = High Energy Quelle: Poel-Tec, http://www.poel-tec.com/kraftstoff/gas_lexikon_23.php 11
Lagerstätten von Erdgas Geländeoberfläche 0 m Konventionelles Erdgas Erdgas im Kohleflöz undurchlässiges Gestein, Deckgestein Erdöl Konventionelles Erdgas mit Erdöl Erdöl- und Erdgas in Tonstein Erdgas in Sandstein ( Tight Gas ) Quelle: Wikimedia Commons: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:gasdepositdiagram.svg - 5000 m 12
Konventionelle/unkonventionelle Erdgasquellen Konventionelle Erdgasquellen: Das Gas wandert durch poröse Schichten und sammelt sich unter undurchlässigen Gesteinsformationen. Das Gas kann nach Anbohren der Gasblase gefördert werden. Unkonventionelle Erdgasquellen: Das Gas wird in Poren der Gesteine des Ortes der Entstehung gebunden (Muttergestein, wie z.b. Ton, Tonstein, Sandstein oder Kohle). Durch Rissbildung im Gestein unter Druck kann das Gas frei gesetzt, gesammelt und gefördert werden (Frackingprozess). 13
Fracking-Methode Fracking = hydraulic fracturing (to fracture = aufbrechen, aufreißen) Methoder der geologischen Tiefbohrtechnik Reservoir Stimulation durch Verbesserung der Durchlässigkeit für Gase oder Flüssigkeiten in tieferen Gesteinsschichten Einpressen einer Flüssigkeit (Fracfluid) in entsprechend vorbereitete Bohrlöcher: Wenn der hydraulische Druck die geringste im Gestein anliegende Spannung überschreitet, drückt die Flüssigkeit das Gestein auseinander, sodass das Gestein durchlässig wird und ggf. im Gestein gebundene Gase oder Flüssigkeiten das Gestein durchdringen und entweichen können. Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/hydraulic_fracturing 14
Fracfluid (Frackingflüssigkeit) Die Frackingflüssigkeit ist eine Suspension von Quarzsand in Wasser, der je nach Situation weitere Chemikalien (Additive) beigemischt werden. Im Einzelnen sind dies: Additive zur Verbesserung von Viskosität und Fließeigenschaften Säuren zum Aufschließen von Mineralien Korrosionsschutzmittel Biozide zur Verhinderung des Wachstums von Mikroorganismen Ggf. weitere 15
Risiken durch Fracking Im Zusammenhang mit Fracking werden immer wieder die folgenden Risiken genannt. Inanspruchnahme naturnaher Flächen (Flächenverbrauch, Beeinträchtigung der Landschaft) Auslösung seismischer Aktivitäten (Erdbeben) Verunreinigung von Grundwasser durch Inhaltsstoffe aus Frackfluid und rückströmenden Wässern, die sich aus Frackfluid und Formationswasser zusammensetzen. Freisetzung von Hg Freisetzung von Radioaktivität Freisetzung von Methan Quelle: GD NRW: Unkonventionelle Erdgasvorkommen in Nordrhein-Westfalen (http://www.gd.nrw.de/l_rcbmmu.htm ) 16
Bohrplatz für eine Bohrung in Deutschland Quelle: Präsentation von Dr. Werner Zittel, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Ottobrunn Forum Offene Wissenschaft, Bielefeld, 4. November 2013 17
Tight Gas-Feld in USA Quelle: Präsentation von Dr. Werner Zittel, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Ottobrunn Forum Offene Wissenschaft, Bielefeld, 4. November 2013 18
Auslösung von Erdbeben Natürliche Erdbeben sind durch den Aufbau der Erdkugel bedingt. Durch Fracking wird das Gefüge tief gelegener Gesteinsschichten derart verändert, dass zusätzlich lokaler Erdbeben ausgelöst werden können. In Nachbarschaft des Geothermiekraftwerks (GKW) in Landau haben die Erdbeben seit Inbetriebnahme des Kraftwerks erheblich zugenommen (Siehe Gutachten der Expertenkommission). Das Erdbeben vom 15.08.2009 hatte eine Stärke, bei der leichte Schäden an empfindlichen Gebäuden nicht mehr vollkommen ausgeschlossen werden können (ca. 2,5 auf der Richterskala). Die Auslösung von Erdbeben durch Fracking kann nur indirekt durch zeitliche Zuordnung zu Betriebsereignissen bewiesen werden. Laut BBerGG sind leichte Schäden hinnehmbar. Betroffenen sind zu entschädigen. Zur Kontrolle ist ein Monitoringprogamm zu entwickeln. In Niedersachsen wurde zum 1.01.2013 ein Erdbebendienst eingerichtet. 19
Stoffe, Wirkungspfade Quelle: Gutachten der Landesregierung von NRW 2012: Fracking in unkonventionellen Erdgas-Lagerstätten in NRW Stoffe Inhaltsstoffe von Frackfluid und Lagerstättenwasser Gelöste Stoffe aus dem Gestein (z.b. Schwermetalle, Hg) Radioaktives Radon Methan Wirkungspfade 0: Stoffeinträge an der Oberfläche durch unsachgemäßen Umgang, Leckagen 1: Aufstieg über künstliche Wegsamkeiten 2 Aufstieg über Störungen im Gestein 3 Aufstieg/Ausbreitung ohne besondere Wegsamkeiten Weitere Risiken durch Entsorgung der Abwässer in aufgelassene Bohrlöcher 20
Ausbeute bei der Gasgewinnung Die Erschließung des gebundenen Gases ist räumlich auf die nähere Umgebung des Bohrlochs beschränkt. Viele Bohrungen bzw. Mehrfachbohrungen Der Gasfluss erschöpft sich relativ schnell. Mehrfache Wiederholung des Frackvorgangs Die Ausbeute der Gasförderung ist nicht quantitativ. Im Gestein verbleibende Gasmengen können sich unkontrolliert ausbreiten, in andere Gesteinsschichten diffundieren und ggf. an die Erdoberfläche gelangen. 21
Gasverbrauch nach Verbrauchergruppen (2009) Industrie (37,4 % ) Heizen warmes Wasser Kochen Heizen Prozesswärme warmes Wasser Haushalt (33,0 % ) Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (13,7 % ) Strom (12,3 % ) Wärme (2,4 % ) Verkehr (0,3 % ) 100% sind ca. 95 Mrd m 3 Quelle: Statista: http://de.statista.com/statistik/daten/studie/37985/umfrage/verbrauch-von-erdgas-indeutschland-nach-abnehmergruppen-2009/ 22
Weltweit: 3.240 Erdgasförderung 2010 USA: 611 GUS: 611 Kanada: 160 zusammen ca. 50% Iran: 139 Norwegen: 106 Deutschland: 14 (in Milliarden m³) Deutschland lag mit 14,2 Milliarden m³ an 35. Stelle der Rangreihe der Förderländer DERA 2011: Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von Energierohstoffen (http://www.bgr.bund.de/de/themen/energie/downloads/energiestudie-kurzf-2011.pdf? blob=publicationfile&v=3 ) 23
Entwicklung der Inlandgewinnung Eigenanteil von Erdgas 20 Eigenanteil in % 15 10 5 0 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Jahr Quellen: BfWIA: Entwicklung der Erdgaseinfuhr in die Bundesrepublik Deutschland http://www.bafa.de/bafa/de/energie/erdgas/ausgewaehlte_statistiken/egashist.pdf 24
Herkunft des Erdgases für Deutschland 2013 5% 8% 24% Niederlande Norwegen 36% 27% ehem. UdSSR/ Russland nicht ermittelte Länder Inlandgewinnung Quellen: Gesamtverbrauch: ca. 4.200.000 TJ BfWIA: Entwicklung der Erdgaseinfuhr in die Bundesrepublik Deutschland http://www.bafa.de/bafa/de/energie/erdgas/ausgewaehlte_statistiken/egashist.pdf 25
Erdgaspotential aus unkonventionellen Quellen Die BGR führt z.zt. eine Abschätzung der Vorkommen nicht konventionellen Erdgases in Deutschlands durch. Vorläufige Ergebnisse aus Zwischenbericht von 2012: Vorkommen: 6,6 < 13,0 < 22,6 Bill m 3 gewinnbar (10 %): 0,7 < 1,3 < 2,3 Bill m 3 Quelle: BGR 2012: Abschätzung des Erdgaspotenzials aus dichten Tongesteinen (Schiefergas) in Deutschland Projekt NIKO (Nicht Konventionelle Kohlenwasserstoffe), Projektende 2015. Die Vorkommen reichen, die Förderung 100 Jahre auf heutigem Niveau zu halten. Deutschland 10 Jahre importunabhängig zu versorgen. Deutschland könnte Experten zufolge aus heimischen Quellen so viel Erdgas fördern, wie zurzeit beispielsweise aus Russland importiert wird (BDI-Chef Ulrich Grillo). 26
Alternativen zum Erdgas Biogas Problem: Konkurrenz zur Ernährung, wenn nicht nur Abfälle verwertet werden Power to Gas Mit überschüssigem Strom wird mittels Elektrolyse in Wasserstoff erzeugt. Aus Wasserstoff und Kohlendioxid kann Methan hergestellt werden. Problem: Bei der Elektrolyse geht Energie in Wärme verloren. Die Methanisierung verläuft mit geringer Ausbeute. Wasserstoff aus Industrieprozessen Gas als Stromspeicher 27
Schlussfolgerungen Die Fracking-Methode birgt erhebliche Risiken für Mensch und Umwelt. In den nächsten 50 Jahren werden weltweit die fossilen Energieträger durch erneuerbare Energierohstoffe ersetzt. Der Energiebedarf wird durch Energiesparen erheblich reduziert. Der Gasverbrauch wird sich dadurch deutlich verringern. Der verbleibende Gasbedarf kann mittel- bis langfristig weitgehend durch Biogas, synthetisches Gas und Wasserstoff substituiert werden. Die Nutzung der unkonventionellen Ergasreserven wird die Importabhängigkeit nur unwesentlich und zeitlich begrenzt verringern. Die Randbedingungen in den USA und in Europa sind nicht vergleichbar (Einwohnerdichte, Menge der Reserven, Umwelt- / Sicherheitsauflagen, ). Der Einsatz der Fracking-Methode wird sich in Europa nur bedingt rechnen. Die Mittel für Entwicklung und Einsatz der Fracking-Methode sollten besser für die Energiewende gesteckt werden. 28