Klimablog

Schiefergas: Gasmarkt-Revolution, Brückentechnologie oder Umweltgefahr?

21.Oktober 2010

Gasmarkt-Revolution Schiefergas (shale gas)

Fünfmal grössere Reserven an Erdgas als die bisher bekannten konventionellen Lagerstätten sind in den letzten Jahren für eine wirtschaftliche Förderung zugänglich geworden. Diese “Revolution” wurde durch neue Fördertechniken ermöglicht.

Zahlen dazu finden sich in Agenda 21:  Die Förderung unkonventionellen Erdgases in den USA stieg von 150 Gm³  im Jahr 2000 auf über 250 Gm³, entsprechend stieg der Anteil an der gesamten Gasproduktion von ca. 30 % auf etwas über 50 %, Tendenz weiter steigend. Mit neuen Fördertechniken werden immer mehr dieser unkonventionellen Erdgas-Vorkommen, z.B. Schiefergas (shale gas), förderwürdig. Die IEA schätzt das Potenzial in Europa auf 35000 Gm³ und weltweit auf 921000 Gm³, 5 mal so viel wie die konventionellen Reserven. Unklar ist allerdings, bis zu welchem Grad diese Vorkommen rentabel förderbar sein werden, was vor allem vom künftigen Gaspreis und der Entwicklung der Fördertechnik abhängt.

Wie funktioniert diese Förderung, dazu aus einem Zeit-Bericht über die Bohrung in den Marcellus-Schiefer, eine der grossen Förderstellen für Schiefergas in USA:

In Poren des Schiefergesteins sind grosse Mengen von Erdgas eingeschlossen. Zwei Technologien ermöglichen die Ausbeutung zu konkurrenzfähigen Kosten: die gerichtete Bohrung und das unterirdische Aufbrechen des Gesteins – das sogenannte “Hydraulic Fracturing“.  Der Bohrmeißel wird mehr als tausend Meter durch verschiedene Sedimentschichten unter die Erde getrieben. Dann biegt um 90 Grad ab, so dass er beim Eintreffen in die Schieferlagen des Marcellus bei rund 2000 Meter Tiefe bereits seine horizontale Stoßrichtung erreicht hat. Innerhalb eines Korridors von nur sechs Metern Durchmesser folgt der Bohrmeißel der Schieferlage bis zu 1600 Meter weit. Diese horizontale Bohrung ist notwendig, um die Kontaktfläche der Bohrung mit dem Reservoir zu maximieren. Denn oft sei so eine Schieferlage nur wenige Meter dick – “horizontal kommt man aber durchaus auf 1000 Meter Länge und mehr”. Wenn die Bohrung fertiggestellt ist, rücken eine ganze Flotte von Spezialfahrzeugen und Dutzende mit Wasser gefüllte Tankfahrzeuge an, um der Lagerstätte mit der Methode des Hydraulic Fracturing das Gas auszutreiben. Denn obwohl der Marcellus-Schiefer förmlich mit Erdgas durchtränkt ist, hält das Gestein die Kohlenwasserstoffe fest umschlossen. Deshalb pressen die Ingenieure Millionen Liter Wasser unter Hochdruck durch die Bohrschächte in die Schieferformation hinein, um Risse zu erzeugen. Das ist ein brachialer Prozess, Drücke von 300 bis 1000 Bar, je nach Tiefe der Lagerstätte, und einige Zehntausend Kubikmeter Wasser, werden mit einer Pumprate von 1000 bis 2000 Liter pro Minute eingepresst. Das Hochdruckwasser ist mit feinem Sand und chemischen Zusätzen gemischt, um die Risse zu vergrößern und deren Schliessen bei der nachfolgenden Druckreduktion zu verhindern.

Schematische Darstellung des Hydraulic Fracturing

Schiefergas als Brückentechnologie?

Von der US Regierung wird Schiefergas zur Reduktion der Treibhausgase propagiert. Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht 50% weniger CO2 als bei der Verbrennung von Kohle (Erdgas ist hauptsächlich Methan, auf ein Kohlenstoffatom kommen 4 Wasserstoffatome, deren Verbrennung nur Wasser erzeugt). Wenn man also Kohlekraftwerke durch Gaskraftwerke ersetzt, kann der CO2 Ausstoss massiv gesenkt werden.

Aus diesen Erwägungen hat die US Regierung eine “global shale gas initiative” lanciert, um diese “Brücken-Brennstoff Technologie” weltweit zu verbreiten, z.B. in China, Indien und Polen – drei wichtige Kohleförderer und Verbraucher wie auch die USA.  Speziell in China aber auch an vielen anderen Orten der Welt existieren grosse Lagerstätten für Schiefergas.

Beim Ersatz eines alten Kohlekraftwerks durch eine modernes Gas-Kombikraftwerk kann der CO2 Ausstoss sogar um 70 % gesenkt werden. In USA ist bereits ein verstärkter Einsatz von Gas anstelle von Kohle zu beobachten.

Peter Voser, der CEO von Shell fasst diese Strategie so zusammen:

Mit Erdgas  Kohle zu ersetzen, ist die schnellste und grösste Möglichkeit, um die CO2 Emissionen in den nächsten 10 entscheidenden Jahren zu reduzieren. (und er fügt an: “zukünftige Generationen werden uns in erster Linie und am stärksten danach beurteilen, wie schnell und zu welchen Kosten wir die CO2 Emissionen reduziert haben”). Voser geht noch einen Schritt weiter, er erwartet, dass die Entwicklung von CO2 Abscheidung  (CCS) bei Gaskraftwerken kommerziell erfolgreich sein wird und zu einer kostengünstigen und praktisch CO2 freien Energiequelle führen kann.

Trotzdem: auch bei der Verbrennung von Schiefergas wird CO2 emittiert (solange eine noch zu entwicklende CCS Lösung nicht exixtiert). Nur wenn jeweils gleichzeitig ein entsprechendes Kohlekraftwerk stillgelegt wird und zwar in einer weltweiten Bilanz, entsteht ein Klimanutzen. Das Argument mit der Brückentechnologie kann andernfalls dazu führen, das Leben der “alten” Technologien zu verlängern (ein Prozess, der bei jedem Technologiewechsel beobachtet werden kann, siehe auch früherer Beitrag)?

Die deutsche Regierung (wie auch die EU) hat sich zu sehr ehrgeizigen Zielen für die Einführung von Erneuerbaren verpflichtet (siehe unsere früheren Beiträge dazu: für Deutschland und Europa). Die deutsche Studie kommt – wie auch die europäische -  zum Schluss: “Der derzeitige Bestand an konventionellen Kraftwerken ist als „Brücke“ hin zu einer regenerativen Stromversorgung ausreichend. Bei einer durchschnittlichen betrieblichen Laufzeit von 35 Jahren kann der Übergang schrittweise gestaltet werden. Hierfür muss der jährliche Zubau an regenerativen Erzeugungskapazitäten bis etwa 2020 in moderatem Umfang weiter gesteigert werden.”

Andererseits wird in der deutschen Studie der Einsatz von Gaskraftwerken  für den Ausgleich der stark schwankenden Erträge aus Wind- und Solarparks geplant. Bei Bedarf können sie in wenigen Minuten auf maximale Leistung gebracht und ebenso schnell auch wieder heruntergefahren werden – anders als Atom- oder Kohlekraftwerke. Außerdem ist das Gasnetz mit seinen riesigen Kavernenspeichern als Langzeit-Puffer für überschüssigen Strom nutzbar. Für den Umbau der Elektrizitätswirtschaft ist die Erdgasnutzung also eine Brückentechnologie, die diesen Namen tatsächlich verdient – im Gegensatz zur Laufzeitverlängerung alter und unflexibler nuklearer Grundlastkraftwerke.

Kein Wunder, dass Erdgas in allen Szenarien eine wichtige Rolle spielt, die Wege zu einer hundertprozentig erneuerbaren Energieversorgung aufzeigen. Greenpeace zum Beispiel möchte auf dem Weg zu einer »sauberen Energiezukunft für Europa« die Kohleverbrennung bis 2030 halbieren, die Nutzung von Erdgas dagegen fast verdoppeln. Nach Plänen des Stuttgarter Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung und des Kasseler Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik soll ungenutzter Spitzen- Strom in Elektrolyse-Anlagen zur Erzeugung von Wasserstoff eingesetzt werden; dieser wird dann in künstliches Erdgas umgewandelt. Für die bedarfsgerechte Rückverwandlung in Strom sorgen Gaskraftwerke. Für diese ökologisch einwandfreie Nutzung von Gaskraftwerken wäre die Verbrennung von Erdgas ein Zwischenschritt – also eine echte Brücke.

Kritische Fragen zur Schiefergas-Euphorie

Schiefergas zu erschließen, ist neben der genannten CO2 Produktion aus anderen Gründen für die Umwelt riskant. Um das Gestein aufzuspalten, muss Wasser, das mit Quarzkügelchen und Chemikalien versetzt ist, unter hohem Druck in die Bohrlöcher gepumpt werden. Dabei könnten auch Schwermetalle ausgespült werden und ins Grundwasser gelangen. In Schweden und den USA, auch beim Marcellus Shale haben Umweltorganisationen heftig gegen die Schiefergasexploration protestiert. Ein kritischer Kommentar eines Experten findet sich hier.

Zu der Sorge um eine mögliche Überschätzung der Gasressourcen kommen politische Turbulenzen, denn eine Protestbewegung gegen mögliche Umweltschäden durch das Hydraulic Fracturing beginnt sich zu formieren – etwa gegen die Zusätze in der Lösung, die für das Hydraulic Fracturing verwendet wird. Dem Wasser werden sog. BTEX-Chemikalien beigemischt, also Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol – giftiges Zeug. Es soll Bakterien abtöten, deswegen ist es biozid. Zusätzlich ist es noch krebserregend. Die Bohrung wird zwar mit einem zementierten Ring umgeben, so dass Grundwasser führende Schichten laut Hersteller sicher durchquert werden können. Bei dem hohen Druck während des Frakturprozesses können sich in dieser Hülle aber Risse bilden.

Zu der möglichen Gefahr durch Chemikalien kommt ein weiteres Problem: Gas könnte durch die Risse im Schiefer auch in oberflächennahe Schichten gelangen und ausgasen oder in wasserführende Zonen eindringen und sich dann im Grundwasser lösen. Im Jahr 2007 soll es in Ohio und Pennsylvania bereits zu Explosionen gekommen sein. Ökologisch problematisch ist bei der neuen Fördertechnik auch  der hohe Wasserverbrauch.

Die euphorische Propagierung von Schiefergas muss sehr kritisch hinterfragt werden. Ein Klima-Wundermittel ist es wegen der vielen Nachteile nicht, zur schnellen Stilllegung von Kohlekraftwerken kann es vielleicht einen Beitrag leisten – das allerdings nur als Zwischenlösung bis zur Ablösung durch Erneuerbare Energien.

Autor: Klaus Ragaller

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