Die verschiedenen Formen des Hydraulic Fracturing

Von Istvan Adler
Über Hydraulic Fracturing zur Gewinnung von Erdgas wird seit fast 3 Jahren in Deutschland intensiv diskutiert. Hintergrund ist dabei, dass kurz nachdem mit der Exploration unkonventioneller Lagerstätten begonnen wurde, der inzwischen längst in nahezu sämtlichen Belangen als unwahr enttarnte Film “Gasland” herauskam (siehe dazu auch den gelungenen Artikel von Tritium “Fracking in den USA – ‘Gasland’ und die Fakten” hier).


Dieser war mit seinen Falschdarstellungen nicht nur bezüglich des Hydraulic “Fracking” Fracturings sondern auch wegen der angeblichen Folgen dieses seit sechs Jahrzehnten angewendeten Verfahrens ein gefundenes Fressen für Umweltbesorgte und unsere sensationsgierigen Medien. Darauf soll hier nicht weiter eingegangen werden, es finden sich auf dem Blog “Erdöl und Erdgas in Deutschland”einige Artikel zum Thema. Vielmehr möchte ich in diesem Beitrag die unterschiedlichen Formen des Frac-Verfahrens vorstellen und kurz erläutern.

Ursprüngliches Hydraulic Fracturing

Im Jahr 1947 wurde die erste hydraulische Fracmaßnahme durchgeführt, und zwar im Hugoton-Feld im Süden von Kansas. Dabei kamen ca. 4000 Liter angedicktes (geliertes) Benzin, auch aus Kriegseinsätzen bekannt als Napalm (naphthenic-acid-and-palm-oil) sowie im Anschluss ein Gelbrecher zum Einsatz. Dabei wurde eine ca. 800 Meter tief liegende Erdgaslagerstätte in einer Kalksteinformation gefract, allerdings zunächst ohne den erhofften Erfolg, die Produktionsrate der Bohrung bedeutend zu steigern. Nichtsdestotrotz wurden weiterhin Fracmaßnahmen in diesem Stil durchgeführt. Nur zwei Jahre später wurde das Verfahren dann patentiert und die Halliburton Oil Well Cementing Company erhielt eine exklusive Lizenz. Allein 1949 wurden 332 Bohrungen in den USA hydraulisch stimuliert. Als Stützmittel zur Rissoffenhaltung kam zunächst Sand (ungefähr 200 kg/Fracmaßnahme) aus Flüssen zum Einsatz. [1] Auch in Deutschland kamen bereits in den 1950er Jahren Fracmaßnahmen in dieser Form zum Einsatz. Beispielsweise im Erdölfeld Lingen.[2] 

Wasser als Basis des Fracfluids – Gelfracs

Wie erwähnt waren Ölprodukte (Napalm, angedicktes Erdöl sowie angedicktes Kerosin) zunächst Basis des Gels, dass den Transport von Sand in die erzeugten Risse ermöglichte. Doch bereits 1953 wurde Wasser als Basis für das Fracfluid verwendet und in dem Zusammenhang eine Reihe von Gelbildnern sowie Gelbrechern (ein Teil der “bösen” Chemikalien) entwickelt. Weiterhin kamen Tenside zum Einsatz, die Reaktionen mit Formationswasser verringerten sowie Tonstabilisatoren, die das Aufquellen von Tonmineralen verhindern. Dadurch wurde es möglich Wasser (statt Öl) als Basis für das Fracfluid in verschiedenen geologischen Formationen zu verwenden. Für tiefliegende und hochtemperierte Formationen wurden dann Mittel eingesetzt, die das Gel stabil halten. Zunächst handelte es sich um Methanol (in Reinform giftig), im Laufe der Zeit kamen aber andere Stabilisierer hinzu und der Anteil von Methanol ging deutlich zurück oder wurde gar auf 0 % reduziert. [1] Gelfracs sind die bis heute am häufigsten angewandte Form des Hydraulic Fracturings in Deutschland, was tiefliegende erdgasführende Sandsteinformationen betrifft. Siehe dazu die entsprechenden Quellenangaben der in Deutschland tätigen Firmen hier oder auch hier. Hinweis: Es wird jeweils eine Testmaßnahme für Schieferton angeführt, wo kein geliertes Fracfluid zum Einsatz kam (Testfracs Bohrung “Damme 3″) sondern sogenanntes “Slickwater”.

Slickwaterfracs

Recht ähnlich gegenüber dem Gelfrac-Verfahren stellt sich das Slickwaterverfahren dar. Während ersteres in tiefen Sandsteinformationen eingesetzt wird, wird das Slickwaterverfahren in vergleichsweise tiefen Schiefertonformationen eingesetzt (sogenannte “Shales”). Jedoch anders als beim Anwenden von gelierten Flüssigkeiten zum Fracen ist der Einsatz von Zusätzen (den stets angeprangerten Chemikalien) um 1 Größenordnung geringer. Bei Gelfracs beträgt der Anteil an Additiven ca. 1 bis 5 Prozent während er bei Slickwater unter 0,5 Prozent liegt. Vergleiche dazu die Zusammensetzung des Fracfluids der Bohrung “Buchhorst T12″ (letzte durchgeführte Fracmaßnahme in Deutschland 2011) mit dem einzigen bisher angewandten Slickwaterfrac in Deutschland, den 3 Testfracs in der Bohrung “Damme 3″ [3] Die Aufgaben der Additive (der “bitterbösen” Chemikalien) beim Slickwaterfraccen sind denen der bei Gelfracs dem Wasser beigemengten Zusätze ähnlich. Im Wesentlichen werden Reibungsminderer, Korrosionshemmer und Bakterien tötende Mittel (die stets angeprangerten Biozide) verwendet. Schließlich erlaubt die Nutzung von Slickwater höhere Verpumpraten des Fluids [4].

Stickstoff-Fracs (Nitrogen-Fracs)

Hierbei wird flüssiger Stickstoff als Fluid verwendet oder auch als Schaumbildner im Fluid. Dadurch wird der Einsatz von Wasser (deutlich) verringert oder gar komplett eliminiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Anwendung dieses speziell für die Gewinnung von Kohleflözgas (in flacheren Schiefergasformationen auch möglich) geeigneten Verfahrens eine Schädigung der Lagerstätte verhindert wird. Wasserbasierte Fluide könnten nämlich die geschaffenen Risse verstopfen und den Gasfluss behindern.[5][6] Nitrogenfracs könnten somit eine Alternative für wasserarme Gebiete darstellen.

Wasserfracs

Hierbei handelt es sich um Fracarbeiten, bei denen nur Wasser verpumpt wird um trinkwasserführende Schichten aufzubrechen und somit die Förderrate eines Brunnens in Festgestein zu erhöhen. Außerdem finden Wasserfracs Anwendung bei der Erschließung von Geothermiepotenzialen. So ist z.B. in Soultz (französische Seite des Oberrheingrabens) ein 3 km² großes Risssystem zur Thermalwassererzeugung geschaffen worden. [7]

Propanfracs

Recht neu ist es, flüssiges Propan als Fracfluid einzusetzen. Dieses Verfahren des Hydraulic Fracturings wird von der Firma “Gasfrac” angeboten. Die Firma wirbt mit (noch) geringeren potenziellen Umweltgefahren sowie einem Kreislaufsystem des eingesetzten Propans (das auch natürlich in Erdgasen vorkommen kann). Neben den gängigen, notwendigen und bekannten Eigenschaften von Fracfluiden an sich (z.B. Reibungsminderung) soll der Vorteil sein, dass durch Propan induzierte Fracs sich folgendermaßen auszeichnen: Es werden längere Risse erzeugt was wiederum die initiale Produktionsrate, aber auch eine Ausdehnung der Förderdauer ermöglichen soll. Außerdem soll diese Art des Hydraulic Fracturings es ermöglichen, dass das Fracfluid vollständig zurückgefördert wird [8].

Zusammenfassung

Anhand nachvollziehbarer belastbarer Quellen werden die unterschiedlichen Methoden und die Entwicklungen des Hydraulic Fracturings (HF) dargestellt. Es bleibt festzustellen, dass es keinen Sprung von HF alt zu HF neu gibt, der z.B. die Gewinnung von Shalegas/Schiefergas ermöglicht, sondern dass es sich um eine kontinuierliche, teils parallel verlaufende Fortentwicklung des Verfahrens handelt. Hydraulic Fracturing heutzutage ist bestimmt nicht mehr das, was es vor 66 Jahren war. Aber es ist auch nicht das neue unbekannte Teufelszeug, wofür es in diesem Land, wo HF schon seit über 60 Jahren angewendet wird, gehalten wird.

Istvan Adler

[1] Hydraulic Fracturing – History of an Enduring Technology

[2] Boigk, Heinz: Erdöl und Erdölgas in der Bundesrepublik Deutschland, Enke Verlag, Stuttgart 1981.
[3] Von ExxonMobil in Deutschland eingesetzte Fracfluide
[4] Slick Water Solutions
[5] HYDRAULIC FRACTURING IN COAL BEDS
[6] Nitrogen gas fracking
[7] Dry Rock Projekt Soultz: Erste Phase der Erstellung einer wissenschaftlichen Pilotanlage
[8] gasfrac.com

Der Beitrag erschien zuerst bei ScienceSceptical

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15 Kommentare

  1. #12 Kurt Laburda,

    Hallo Herr Laburda, gut, dass Sie das Thema „Der BUND als gewissenloser Lobbyist der Windkraftindustrie und Verräter an den eigenen Basismitgliedern sowie dem Naturschutz“ einmal ausgebreitet haben.

    Es wird Zeit für eine (gesetzliche) Initiative, die den BUND samt seines Verbandsklagerechtes auf die ursprünglichen Ziele zurückstutzt. Wenn er sich nicht daran hält, sollte auch ein teilweiser oder gänzlicher Entzug dieses privilegierten Klagerechts, mit dem der Verband in manchen Fällen „Kohle“ macht, möglich sein. Ebenso könnte auch die Möglichkeit zur Annahme von Bußgeldern aus juristischen Verfahren eingestellt werden.

    Überhaupt hat sich im NGO-Bereich eine Denkweise entwickelt, die ich als sehr kritsch sehe. Natur- und Umweltschutz wird dem Bürger ebenso vorgegaukelt, wie die „Vertretung der Völker“. Letzteres war nach dem vorzeitigen Auszug der meisten in Warschau auf der Klimakonferenz anwesenden NGO’s heute in der Tagesschau zu hören.

    Diese Arroganz ist widerwärtig – erst recht von einer obskuren Organisation wie Greenpeace, die nach den öffentlich zugänglichen Informationen noch nicht einmal intern basisdemokratisch verfasst ist, geschweige denn eine demokratische LEGITIMATION von Völkern aufweist.

    mit freundlichen Grüssen an Sie, Herr Laburda und auch an Herrn Reichart, der in #13 konsequent mit dem „Bauernkrieger“ aus dem 15./16. Jahrhundert ins Gericht gegangen ist.

  2. # 13:

    „Diese Zeitgenossen hasse ich, es gibt leider in jedem Blog, und jeder Firma solche, auch hier.“

    So isset, Herr Reichart.
    Diese Typen sind so beliebt wie der Bundspecht auf
    der frisch gezimmerten und bereit stehenden Arche Noah. Motto: Ein Axxxxloch ist immer dabei

  3. @ Bundschuh

    Nomen est omen ?

    Bei dem Namen hat`s bei mir sofort geklingelt. Geschichte war zwar nie mein Ding aber, dass die, die den Bundschuh im Wappen trugen für einigen Wirbel im Mittelalter in D. sorgten, ist mir sogar fünfzig Jahre nach meiner Schulzeit noch bekannt. Selbst M. Luther hat sich darin verstrickt, hat man ihm bis heute nicht ganz verziehen. Die Forderungen der Bundschuh`ler sind auch heute, wenn auch nur noch teilweise aktuell. Über die Umsetzung kann man reden, dann aber vernünftig.

    Was aber sind Sie? Ein Bauer, oder Renitent?

    Als Ersterer haben sie sicher schon ihre PV Anlage auf dem Scheunendach, können wegen der Zwangsvergütung die die anderen zahlen, abends gemütlich bei Kaminfeuer, und Kerzenlicht zusammensitzen. Sollte die Scheune mal abbrennen, die Feuerwehr wegen PV nicht löschen, macht auch nichts sie sind ja wegen der gesicherten EEU bestens gesichert, und können sich die Versicherung aus der Portokasse leisten.

    Als Zweiter haben sie als Renitent die falsche Seite gewählt. Das ist eines Bundschuhs nicht würdig, dass er sich auf die Seite der Mächtigen, und Lügner stellt. Denen ging es damals nur um die Abzocke an jeder Brücke, und jedem Stadttor.
    Das war allerdings zu Zeiten der Vielstaaterei.

    Als dritte Möglichkeit sehe ich noch, dass sie zu der berühmten Kategorie der Leute gehören, die man am besten so beschreibt. „Wir sind dafür, dass wir dagegen sind“. Gegen alles!, nur um uns wichtig zu machen, beweisen können wir zwar nichts, aber blödreden können wir alle dafür um so besser.
    Diese Zeitgenossen hasse ich, es gibt leider in jedem Blog, und jeder Firma solche, auch hier.

    Ganz gleich, sollte Bundschuh ihr Name, (ich glaube es nicht) oder nur ihr Nick sein, die Anführer / Rädelsführer, unter diesen Zeichen / Namen, hat man damals vor 500 Jahren entweder viergeteilt, verbrannt, oder enthauptet.

    Danach sehnen sie sich doch sicher nicht zurück!?

    Ich seh`s wie mein Captcha. – locker

  4. #5: Dirk Weißenborn sagt:
    …….Im Bereich Krötenschutz ist der BUND besser aufgehoben.
    ———
    und nicht nur da:
    NGOs BUND Hessen Beim Ausbau der Windenergie müssen Naturschutzbelange zurückstehen

    Schöne neue Energiewendewelt: Klimarettung oder Profit? Der BUND als hilfreicher Partner!
    Der Landes-Arbeitskreis Energie im BUND Hessen hat sich wortreich und mit vielen verbalen Pirouetten für den Ausbau der Windkraft und gegen den Vorrang des Naturschutz positioniert. Eigentlich ist der BUND ein „anerkannter“ Naturschutzverband und kein Energieverband, macht aber in seinen Zielen gemeinsame Sache mit dem Lobbyverband „Bundesverband Windenergie“ (BWE). Der BUND Hessen unterstützt die politischen Ziele des Landesentwicklungsprogrammes Hessen (LEP) und den Windkrafterlass des hessischen Umweltministeriums zum weiteren Ausbau der Windenergie im Lande, auch zu Lasten des Naturschutzes! Fachliche Stellungnahmen werden zu Meinungen degradiert. Die “Energiewende” wird zur Glaubenssache, in Jahrzehnten erkämpfte Naturschutzpositionen werden preisgegeben.
    Brief vom 15. Nov. 2012: „[…] dass der BUND Hessen und der Landesverband Hessen des BWE sich auf eine gemeinsame Stellungnahme zum LEP-Entwurf verständigt haben, in der sich die Positionen des Landesvorstandes im Wesentlichen wiederfinden […] Der BUND Hessen will sich weiterhin mit ganzer Kraft für die Energiewende und den Ausbau der Windenergie in Hessen einsetzen. […] Und wenn der notwendige Ausbau der Windkraft es erforderlich macht, müssen Naturschutzbelange zurückstehen […] Die Meinung, die so genannten „Helgoländer–Empfehlungen“ der Vogelschutzwarten würden durch den Erlass eine andere Rechtswirkung erhalten, teilen wir ausdrücklich nicht. […]“
    Das Schreiben des BUND vom 15. November 2012 können Sie hier vollständig im Wortlaut nachlesen: BUND-Hessen_AK-Energie_pdf
    Nicht nur der BUND in Hessen hat sich als ernstzunehmender Naturschutzverband disqualifiziert, die Energiefraktionen bestimmen seit langem den Kurs dieses Verbandes, nicht nur in Hessen. Wem der fachliche Naturschutz als BUND-Mitglied nach wie vor am Herzen liegt, sollte sich überlegen, ob sie oder er sich noch vom BUND ausreichend vertreten fühlt.

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    oder: Wenn das Geld im Kasten klingt die NGO zu Kreuze kriecht…..

  5. Zu #6:

    Alles nur wie man’s ausdrueckt. Dazu passt die „tagline“ die ich mal in einer email gelesen habe:

    „Zwar wurde kein Baum durch das Senden dieser Nachricht ermordet, aber eine grosse Zahl von Elektronen wurden mit Gewalt ihren Mutteratomen entrissen.“

    Man kann aus allem ein Problem machen.

  6. @ Bernd Bundschuh #6:

    Der Autor, also ich, hat die Quellen nicht nur gelesen, sondern auch verstanden. Insbesondere hat er verstanden, dass 2 km unter der Erde keine Menschen leben, die den von Ihnen genannten Gefahren ausgesetzt sein könnten. Er hat auch verstanden (schon vor vielen Jahren im Chemieunterricht), dass bei der geringen Konzentration der Stoffe im Fracfluid keine Gefahr besteht.
    Der Autor dürfte Ihrem Verständnis von Chemie eine tickende Zeitbombe sein. In seinem Körper befindet sich u.a. Testosteron (giftig!) und ätzende Salzsäure. Fahren Sie eigentlich ein Kfz? Dann transportieren Sie je nach Füllstand Ihres Tanks bis zu einem halben Liter giftiges und krebserregendes Benzol durch die Gegend, Sie „Umweltfrevler“ 😉

  7. Ja, ja, einige Menschen sind im Jahr 2008 in der Nähe von Osnabrück im Bohrloch steckengeblieben.

    Wieviele Kinder im Mutterleib befanden sich im Bereich des Perforationshorizontes auf Damme 3, Herr Hobbyrevolutionär „Bundschuh“?

  8. #6: Bernd Bundschuh sagt:
    am Dienstag, 19.11.2013, 20:50
    EXXON-Mobile aht beispielsweise in Damme3 Stoffe mit folgenden R-Sätzen eingesetzt: R20, R21, R25, R61 etc. pp.
    Wem das jetzt zu kryptisch ist, die 4 genannten Sätze bedeuten: Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut, Giftig beim Verschlucken, Kann das Kind im Mutterleib schädigen.
    #######################################
    Sehr geehrter Herr Bundschuh,
    Ich möchte dem Fracken hier keine Absolution erteilen, aber lassen Sie mal die Kirche im Dorf:
    Die Menge (besser Konzentration) macht‘s:
    Bei uns im Haushalt wird des Öfteren Ethansäure zum Einsatz (R-Sätze 10 und 35 (verursacht schwere Verätzungen))
    Die tödliche Dosis wird mit
    LD 50 Wert 3310 mg•kg?1
    angegeben.
    Wann immer es bei uns Salat gibt (und den gibt es oft) wird mit dieser Ethansäure ein Anschlag auf unsere Geschmacksnerven verübt. Wir alle genießen den Essig in der Vinaigrette).
    Haben Sie schon einmal auf die Zutatenliste Ihrer Hautcreme geschaut oder verwenden Sie nur Weleda-Produkte?

  9. Zu #6 Bundschuh:

    „Macht euch aber keine Mühe mir zu antworten ich schaue hier wirklich nur sporadisch vorbei ;-).“

    Haben wir gelacht!

  10. Wenn sich der Autor mal die Mühe gemacht hätte die zitierten Quellen auch zu lesen, hätte man da ganz einfach auch die „bösen“ Frac-hilfsmittel zu recherchieren.
    EXXON-Mobile aht beispielsweise in Damme3 Stoffe mit folgenden R-Sätzen eingesetzt: R20, R21, R25, R61 etc. pp.
    Wem das jetzt zu kryptisch ist, die 4 genannten Sätze bedeuten: Gesundheitsschädlich beim Einatmen, Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut, Giftig beim Verschlucken, Kann das Kind im Mutterleib schädigen.
    Aber alles nur Gutmenschen-Panikmache. Macht euch aber keine Mühe mir zu antworten ich schaue hier wirklich nur sporadisch vorbei ;-).

  11. #4 Istvan Adler,

    Hallo Herr Adler,

    ja, den Beitrag kenne ich.

    Mich animiert eine solche Sichtweise, wie sie vom BUND geäußert wird, zu folgender, grundsätzlicher
    Überlegung:

    Natürlich hat der BUND „recht“ wenn er Erdgas als „giftig“ ansieht. In einer hochreinen Methanatmosphäre würden wir ersticken. Wir sind keine „Methanatmer“.

    Selbiges gilt für Wasser, in dem wir auch ertrinken (bzw. ersticken) können.

    Dass in Erdgasspeichern schädliche und giftige Bestandteile bestimmter Erdgase aus manchen Vorkommen, denken wir an H2S aus dem Staßfurtkarbonat, nicht (mehr) drin sind, weil man sonst die Leitungssysteme zu den Verbrauchern zerstören würde, scheint der BUND ja auch auch nicht zu wissen. Ganz abgesehen davon, dass die häusliche Heizungsanlage das auch nicht verkraften würde – u.U. ebenso wenig wie die Verbraucher und ihre Umgebung (SO2_Emissionen).

    Im Bereich Krötenschutz ist der BUND besser aufgehoben.

    mfG

    Dirk Weißenborn

  12. @ H. Urbahn #2
    Lediglich für die Erschließung von Schiefergasvorkommen soll die Fractechnologie mit einem Moratorium belegt werden. Auf Betreiben der (niedersächsischen) SPD soll dieses Moratorium nicht für konventionelle Sandsteinlagerstätten gelten, wo auch in Deutschland das Verfahren bereits seit über 50 Jahren eingesetzt wird. Das Kuriose daran ist, dass prozentual aber auch absolut gesehen zum Fracken in tiefliegenden Sandsteinlagerstätten mehr Zusätze („Chemie“) eingesetzt werden müssen als zum Fracken in Schiefergesteinen.

    @ Dirk Weißenborn #3: Der BUND behauptet ja auch, das Erdgas „hochgiftig“ sei, wie diesem Artikel entnommen werden kann (Sie kennen ihn bereits):

    http://tinyurl.com/o3jevgp

  13. In kaum einem anderen Bereich wird die psychopathische Verfassung der deutschen Politik so deutlich wie beim Thema „Fracking“ und Erdöl/Erdgasgewinnung.

    Verkehrte Welt: Eine BUND-Vertreterin forderte kürzlich öffentlich, dass man „alles unten lassen
    müsse“, denn „es wäre noch nie gut gewesen, Bodenschätze zu gewinnen.“ So wie sie es ausdrückte, meinte sie sämtliche Bodenschätze. Also auch diejenigen, die zum Bau von Windkraftanlagen und PV gebraucht werden.

    Angesichts der Forderung des BUND, möglichst umgehend mit der völlig unsinnigen Räumung des schwach- und mittelaktiven Abfalls aus der Asse zu beginnen, kann man dieser Organisation nur noch entweder völlige geistige Umnachtung oder aber sogar systemtransformatorische Bestrebungen unterstellen.

  14. Ganz allgemein zum Fracking:
    Während sich in D die Parteien CDU/CSU und SPD wegen „Gefährlichkeit“ auf ein Verbot einigen, läßt die englische Regierung Fracking zu. Offensichtlich sind die Engländer blöde und wollen nicht am deutschen Wesen genesen.
    Armes Deutschland
    MfG

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