1 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Nutzung unkonventioneller Erdgasvorkommen:
was sind die Risiken?
Prof. Dr. Dietrich Borchardt
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung-UFZ
Leiter des Neutralen Expertenkreises
Info-Dialog Fracking
2 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Aktuelle Situation
|Gas-Boom in den USA („Game-Changer“ im Energie-Sektor
mit weitreichenden ökonomischen Konsequenzen)
|Erhebliche Potentiale auch in D und EU, aber Rolle im
Energiemix vergleichsweise geringer
|Hoch-kontoverse Debatte (lokal, regional, Bund, EU)
|Risikowahrnehmung einseitig, v. a. auf die Fracking-Fluide,
brennende Wasserhähne und Trinkwasser ausgerichtet
|Bundesregierung hat am 26.02.2012 Gesetzentwurf vorgelegt
| Tabuzonen (Trinkwasser I-III, Heilquellen etc.)
| UVP-Pflicht
| …
|Industrie stellt „Clean-Frack“… in Aussicht
3 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risikodimensionen
| Blow-Out
| Leckagen
| Unfälle
| Aufstieg (Frack-)Flüssigkeit
|Transport im Tiefenwasser
| Aufstieg Methan
|…
4 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Um was geht es ?
| Es geht nicht nur und nicht in erster Linie um den
Tiefentransport von Schadstoffen.
| Wichtiger sind Unfälle an der Oberfläche sowie
Schadstellen an Pipelines und im Bohrloch
| Die Abwasserentsorgung spielt eine
entscheidende Rolle.
| Es geht um regionale
Eingriffe
| Auch konventionelles
Gas schafft Probleme
5 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Wichtigste aktuelle Studien
|
BGR 2012. Abschätzung des Erdgaspotenzials aus dichten Tongesteinen
(Schiefergas) in Deutschland; Mai 2012
|
Meiners et al. 2012: Gutachten zu Umweltauswirkungen von Fracking bei der
Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten,
Umweltbundesamt, August 2012
|
Meiners et al. 2012: Fracking in unkonventionellen Erdgas-Lagerstätten in NordrheinWestfalen; Meiners/Dennoborg/Mülle, September 2012
|
Borchardt et al. 2012. Risikostudie Fracking: Sicherheit und Umweltverträglichkeit der
Fracking-Technologie für die Erdgasgewinnung aus unkonventionellen Quellen; Mai
2012
|
EU 2012. Support to the identification of potential risks for the environment and
human health arising from hydrocarbons operations involving hydraulic fracturing in
Europe Report for European Commission DG Environment, AEA/R/ED57281, Issue
Number 11, Date 28/05/2012
6 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Synopse der Schwerpunkte
UBA/NRWStudie 2012
Expertenkreis
2012
EU-Studie
2012
XXX
XXX
X
XX
XXX
X
XXX
XXX
XX
XX
XX
XX
Landschaft
XXX
XX
X
Abwasser
XX
XXX
XX
XXX
XXX
XXX
Technische Sicherheit
Geologie/Hydrogeologie
Ökotoxikologie
Humantoxikologie
Recht
7 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Erkenntnisse aus den Studien
| Systemanalysen der Gefährdungspfade und die
grundsätzlichen Fragen liegen auf dem Tisch – sie
unterscheiden sich nicht wesentlich.
| Neben einer möglichen Gefährdung des Grundwassers
durch Freisetzung von Stoffen im tiefen Untergrund
sind oberflächennahe und mit der Infrastruktur
verbundene Risiken und Belastungen relevant.
| Ein grundsätzliches Verbot wird in keiner
wissenschaftlichen Studie gefordert.
| Ob man genügend weiß, um in die Anwendung
einsteigen zu können, ist deshalb letztlich auch
eine politische Frage.
8 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiken im Geologischen System
Können Frack-Fluide aus dem tiefen Untergrund nach oben migrieren?
• Abschätzung der Kontaminationsrisiken durch Fracking-Fluide im
Grundwasser
- Kurzfristig durch Fracking-Operationen (wenige Stunden; hohe
Potenzialgradienten)
Szenario 1
- Langfristig durch Grundwassergrundströmung (Jahre, Jahrzehnte;
geringe Potenzialgradienten)
Szenario 2
• Abschätzung des Risikos einer Methanmigration ins Deckgebirge nach
Abschluss der Produktionsphase
Szenario 3
Modellierungen
9 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiken im Geologischen System
• Beschreibung der Systemgeometrie
- Mächtigkeit und Ausbildung des Deckgebirges
- Identifizierung von geologischen Barrieren
- Hydrogeologische Einheiten
• Parametrisierung des Deckgebirges bezüglich hydraulischer Kennwerte
(Permeabilität, Porosität, Anisotropie)
• Identifizierung von relevanten Fließwegen (Störungszonen) und deren
Kenngrößen
• Ausdehnung der Fracs im Zielhorizont und im Deckgebirge
10 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Typisierte hydrogeologische Profile
Wirkliche Form des hydrogeologischen Schnitts (Kreideablagerungen)
11 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Szenario 1 (Frack-Operation): Konservative Annahmen
muGOK
12 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Szenario 1 (Frack Operation): Modellierungsergebnisse
13 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Szenario 1 (Grundwasserströmung): Konservative Annahmen
muGOK
14 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Empfehlung
• Mindestabstand zwischen
Perforation in der Verrohrung
und tiefen Kreide-Aquifer 600 m
für Demonstrationsprojekte
(sonst detaillierte Untersuchungen bzgl. Barrierewirkung des Deckgebirges)
• Standortangepasste
Voruntersuchungen erforderlich
• Vermeidung von Störungszonen, spezifische Standortuntersuchungen erforderlich
• Standortangepasstes
Monitoring erforderlich
15 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Monitoring = Beobachtung, Kontrolle und Bewertung der
Auswirkungen auf Schutzgüter im Einflussbereich
eines Vorhabens
• Bestandsaufnahme z. B. der wasserwirtschaftlichen und ökologischen
Gegebenheiten u.a. mit
- Abgrenzung des Untersuchungsbereiches
- Erfassung des Ist-Zustandes (Lage und Ausbau von Brunnen,
GW-Stände, GW-Strömungsrichtung, GW-Qualität,
Methangehalte, geodätische Festpunkte, Feuchtgebiete, Störungszonen, Oberflächengewässer, Wassergewinnung, ….)
• Festlegung von Zielwerten eines Bewertungssystems (Alarmwert,
Warnwert) sowie Zuständigkeiten und Meldestruktur
• Abstimmung und Durchführung eines angepassten Monitoringprogrammes
• Informationsaustausch mit den Beteiligten
16 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiko Frac Fluide / Human- und Ökotoxikologie
Was sind Frac Fluide?
•
Additive für den Transport der Stützmittel (Sand/ Keramik)
Gelbildner, Vernetzer, Reibungsminderer,
Ton Stabilisatoren, Biozide,
Temperaturstabilisatoren,
Lösungsmittel, Kettenbrecher
Schaumbildner
Zusammensetzung der Frac-Flüssigkeiten / Gemische
•
•
Ca. 97% - 99,8 % Wasser und ca. 0,2% - 3% Additive
Stützmittel: 5% - 30% (Wasser und Additive entsprechend verringert)
Fragestellung aus Gutachten
•
Sind die eingesetzten Frack-Flüssigkeiten
nach den gesetzlichen Vorgaben als
gefährliche Mischungen einzustufen?
17 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiko Frac Fluide / Human- und Ökotoxikologie
Fragestellung aus dem Gutachten
Wie sind die beim hydraulischen Fracking eingesetzten Chemikalien aus
humantoxikologischer Sicht zu bewerten (Gefährlichkeitsmerkmale)?
Vor 2010 eingesetzte Additive: Ca. 150 (Sicherheitsdatenblatt)
• 30 Stoffe hatten keine Identifizierungsnummer (CAS-Nr.)
• 66 Stoffe hatten keine Angabe der Wassergefährdungsklasse (WGK)
• 23 Stoffe hatten die WGK=2 oder WGK=3
• 13 Stoffe hatten das Gefährlichkeitsmerkmal: giftig / umweltgefährdend
Nach 2010 eingesetzte Additive: Ca. 50 (Sicherheitsdatenblatt)
• Alle Stoffe haben eine CAS-Nr., auch Gemische
• Alle Stoffe haben eine Angabe der WGK
• 2 Stoffe haben die WGK=2 oder WGK=3*
• 1 Stoff hat das Gefährlichkeitsmerkmal: giftig oder umweltgefährdend**
Erfordernis:
• Anzahl der Additive weiter reduzieren
• Kein Einsatz von Stoffen der WGK=2 oder WGK=3
• Kein Einsatz von giftigen oder umweltgefährdenden Stoffen
* Biozid (Isothiazol) / Temperaturstabilisator (Tetraethylenpentamin) / ** Vernetzer (Borate)
18 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiko Frac Fluide / Human- und Ökotoxikologie
Fragestellung aus Gutachten
• Wie sind die beim hydraulischen Fracking eingesetzten Chemikalien aus
Quelle: Fa. Hydrotox GmbH
ökotoxikologischer Sicht zu bewerten?
Vor 2010 eingesetzte Additive: Ca. 150 (Sicherheitsdatenblatt)
• 65 Stoffe hatten Angaben zur Fischtoxizität
• 52 Stoffe hatten Angaben zur Daphnientoxizität
• 42 Stoffe hatten Angaben zur Algentoxizität
• Daten zur Bioakkumulation und dem biologischen Abbau fehlen
Nach 2010: Eingesetzte Additive ca. 50 (Sicherheitsdatenblatt)
• Die fehlenden Fisch- Daphnien- und Algenteste werden durchgeführt
• Die fehlenden Teste zur Bioakkumulation und Abbaubarkeit werden ergänzt
• Bakterienteste werden zusätzlich durchgeführt
• Zur Zeit liegen ca. 70% der Daten vor
Algentest
Daphnientest
Quelle: Bayerisches LfU
Erfordernis:
• Für alle Additive (mit Gefahrenmerkmal) sind ökotoxikologische
Testergebnisse und Bewertungen zu erarbeiten
19 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiko Frac Fluide / Human- und Ökotoxikologie
Offene Fragestellungen
• Entstehen Umsetzungsprodukte durch die Frac-Additive
in der Lagerstätte?
• Wie sieht die mikrobielle Besiedlung in der Lagerstätte
aus?
• Wie sind potenziell im Grundwasser freigesetzte
Stoffkonzentrationen aus toxikologischer Sicht zu
bewerten?
20 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiken im technischen System
Worst Case Szenarien in technischen Einrichtungen:
•
•
•
•
•
Blow-Out
Leck Chemikalienbehälter auf Bohrplatz/LKW-Unfall
Leck Abwasserpipeline
Undichtes Bohrloch
…
21 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Risiken im technischen System
Sicherheitsanalysen:
• Detaillierte Sicherheitsanalysen von regeltypischen Anlagen und Verfahren
• Festlegung von realistischen Szenarien
• Stärkere Berücksichtigung von Umweltszenarien (z.B. Schutz des Grundwassers)
• Stärkere Berücksichtigung von menschlichem Versagen
•
Durchführung einer Sicherheitsanalyse am Beispiel einer Bohrung (Bohren, Fracken,
Fördern, Gasbehandlung und Transport, Backflow- /Lagerstättenwasser und Transport)
•
Ergänzung von standortspezifischen Besonderheiten
• Erfassung von Ausfalldaten
Beispiel:
Gefahrguttransport
Routenplanung
Ausrüstung/Qualität der Fahrzeuge
Qualifikation der Fahrer
Vertragliche Vorgaben
Regelmäßige Sicherheitsgespräche
Kontrolle /Bewertung der
Auftragnehmer
Schutz des
Grundwasser
22 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Alarm- und Gefahrenabwehrpläne
Notfallpläne:
• Verbesserung der Notfallpläne in Anlehnung an die Störfallverordnung
• Berücksichtigung von Umweltschäden unter Verwendung der
Ergebnisse der Sicherheitsanalysen
• Erweiterung der Vorgaben für Abschaltungen, Planung von
Abwehrmaßnahmen und Sanierungen
• Erweiterung der formellen Beschreibung der Zusammenarbeit zwischen
betrieblicher und öffentlicher Gefahrenabwehr
Kommunikation:
• Verbesserung der Risiko- und Krisenkommunikation
23 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Regulierung
Fracking ist rechtlich
gesehen Benutzung
von Grundwasser
(Risiko der Verunreinigung).
Das Einvernehmen der
Wasserbehörden ist
erforderlich.
Diese Erkenntnis setzt sich allmählich durch. Aber die
Praxis lässt vielfach noch zu wünschen übrig.
Die unteren Wasserbehörden müssen in den Stand
versetzt werden, diese Anforderung zu erfüllen
(Kompetenzen, Ressourcen).
24 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Gesellschaftlicher Dialog
| Die Interessen der Betroffenen vor Ort fließen ein –
vor allem um lokale Störungen zu vermindern.
| Regionale Foren begleiten die Vorhaben und
beobachten regionale Wirkungen. Sie sind an der
Ausgestaltung des Monitorings beteiligt und initiieren
Schlichtungsstellen.
| Es ist eine Bringschuld der aufsuchenden
Unternehmen und auch der beteiligten Behörden, in
allen Beteiligungsprozessen Transparenz über alle
wichtigen Informationen zu gewährleisten.
25 | Jahrestagung Deutsche Physikalische Gesellschaft – 6. März 2013
Die Schlussfolgerungen und Empfehlung
1. Neue Dimension von Risiken
2. Bestimmte Gebiete sind auszuschließen
3. Demonstrationsvorhaben - langsame Entwicklung mit
wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontrolle
4. Gesellschaftlicher Dialog – lokale Interessen und
regionale Steuerung
5. Weiterentwicklung des Standes der Technik
6. Konsequente Anwendung des geltenden Rechts und
Weiterentwicklung von rechtlichen Regelungen
7. Forschung und Entwicklung vorantreiben

Nutzung unkonventioneller Erdgasvorkommen: Was sind die Risiken?