Schiefergas Unkonventionell ist nur die Technik

Was haben Stuttgart 21 und die Suche und das Fördern von „unkonventionellem Erdgas“ gemeinsam? In beiden Fällen geht es unter die Erde, und die unmittelbar betroffene Bevölkerung ist von der Buddelei wenig begeistert. Widerstand formiert sich, Bürgerinitiativen schießen aus dem Boden, selbst dann, wenn nicht jeder Anwohner weiß, was genau die anrückenden Bau- und Bohrunternehmen vorhaben.

Gewiss, beim unkonventionellen Erdgas geht es nicht um Zugfrequenzen, nicht um das Bestehen von Stresstests und auch nicht um versiegende Mineralquellen. Die Verwirrung rund um das unkonventionelle Erdgas ist sogar noch deutlich größer als das Stuttgarter Gerangel - und beginnt bereits beim Namen. Denn nicht das Erdgas ist unkonventionell (sondern bestes Methan). Unkonventionell sind vielmehr die Methoden, um es aus dem Boden zu holen. Und die unterscheiden sich deutlich von der Technik zum Fördern von „normalem“, konventionellem Erdgas: Das ist im Boden in relativ begrenzten Bereichen zu finden. Meist ist es in den Poren von verfestigtem Sandstein oder von Karbonaten enthalten, die ausreichend groß und miteinander verbunden sind, so dass man die Lagerstätte nur an einer Stelle anbohren muss, um an das Gas heranzukommen.

Weitere Artikel

• Erneuerbare Energien: Strom aus der Kraft der Wellen 
• Energieversorgung: Die Kohle wird die Hauptlast tragen 
• Öl- und Gasindustrie: Teure Suche nach flüssigem Gold 
• Energiewende: Speichertechniken im Wettbewerb 

Das ist beim unkonventionellen Gas völlig anders. Das steckt in sehr festem, dichtem Gestein, verglichen mit dem der Betonbelag einer Autobahn ein Sieb ist: Die Durchlässigkeit (Permeabilität) dieser gashöffigen Schichten ist mehr als tausend Mal geringer, so dass schnell klar wird, dass man es nur mit sehr aufwendiger, unkonventioneller Technik dem Gebirge entlocken kann.

Auf dem Weg zum Selbstversorger

Um die Verwirrung noch zu steigern, unterscheidet man beim unkonventionellen Erdgas drei Arten: Das sind Kohleflözgas, bekannt wegen der gefürchteten Schlagwetterexplosionen, und Schiefergas. Beide sind weiträumig, wie der Name verrät, entweder in Kohleschichten oder (Ton-)Schiefergestein eingeschlossen. Der Fachmann spricht in beiden Fällen von Muttergestein, während die dritte Art, das Tight-Gas, dieses verlassen hat und in etwas weniger dichte Sandsteinlinsen aufgestiegen ist, die jedoch immer noch dichter sind als deutsche Schnellstraßen.

Vor allem das Schiefergas macht seit einiger Zeit von sich reden. So ahnte man in Nordamerika bereits vor gut zehn Jahren, welche Schätze hier schlummern. Doch galt ihre Ausbeutung lange als unwirtschaftlich. Die großen Konzerne überließen das Feld innovativen Mittelständlern, die sich, wie man heute weiß, sehr erfolgreich über die etwa im Norden von Texas in vergleichsweise geringen Tiefen liegenden Vorräte hermachten. Der Anteil des unkonventionellen Gases an der Gesamtförderung stieg und stieg. So sind die Vereinigten Saaten heute beim Gas auf dem Weg zum Selbstversorger. Das hat ganze Strategien über den Haufen geworfen. Denn jetzt wird das für den amerikanischen Markt bestimmte Flüssiggas aus Nahost und Asien auf andere Märkte weitergereicht, was die Preise tendenziell sinken lässt.

Doch auch in Europa und unter deutscher Scholle gibt es Schiefer- und Kohlegas, und zwar in stattlichen Mengen. Man weiß zwar nicht, wie viel es ist, aber nach den Einschätzungen von Kurt M. Reinicke, dem Leiter des Instituts für Erdöl- und Erdgastechnik an der Technischen Universität Clausthal, könnte es die innerhalb der deutschen Grenzen erkundeten Reserven an konventionellem Erdgas um das Dreifache übersteigen.

Skepsis gegen das Fördern von unkonventionellem Erdgas

Doch so richtig glücklich scheint man darüber nicht zu sein, wird doch vor allem auf die Risiken beim Erkunden und späteren Fördern des Gases verwiesen. Und die sind, das haben Beispiele in Amerika gezeigt, nicht von der Hand zu weisen. So ist es dort gleich mehrfach zu Verunreinigungen des Grundwassers gekommen. Spektakulär war auch das Austreten von Gas aus einem privaten Wasserhahn - wenn denn die Bilder stimmen und das Ganze nicht getürkt war.

Die Skepsis gegen das Fördern von unkonventionellem Erdgas hat den Bundestag bereits erreicht. In Anträgen fordern die Grünen und Linken hohe Auflagen für die Suche nach ergiebigen Lagerstätten, oder sie wollen sie ganz verbieten. Umweltminister Norbert Röttgen hat sich ebenfalls zu diesem Thema zu Wort gemeldet: Er kündigte an, die Auswirkungen von „Fracking“ auf das Grundwasser in einem groß angelegten Forschungsvorhaben untersuchen zu wollen.

Herausforderungen beim „Knacken“

Dabei ist das, was sich unter Hydraulic Fracturing, so die Langfassung dieses Fachbegriffs, verbirgt, keineswegs neu. Bereits seit den sechziger Jahren werden in Deutschland Ölbohrungen und seit den Siebzigern auch konventionelle Gaslagerstätten „gefract“. Allein in Gasbohrungen (Tight-Gas) hat man in den vergangenen 30 Jahren rund 150 Mal die Frac-Technik eingesetzt, was nichts anderes ist, als dass man das Gestein durch das Einpressen von Wasser aufsprengt, um so dem eingeschlossenen Gas den Weg in Richtung Erdoberfläche zu bahnen. Erfahrungen mit dieser Technik liegen also vor. Was jedoch nicht allzu viel heißt, denn die Herausforderungen beim „Knacken“ von Schiefergasformationen sind ungleich größer. Das hat zwei Gründe: So sind die Schichten mit Schiefergas nur wenige Meter mächtig, erstrecken sich dafür aber über große Gebiete, so dass man die Formationen horizontal - über eine Strecke von bis zu 1000 Meter - anbohren muss. Und man wird das Gestein sehr viel stärker perforieren müssen als mit dem „hydraulischen Sprengen“, das man bisher im Bereich vertikal niedergebrachter Bohrlöcher praktiziert hat.

Beginnen wir mit dem Horizontalbohren: Schon länger kann man von einem Bohrplatz aus sternförmig in die Tiefe gehen. Und zwar mit einer Präzision, die ein Shell-Experte mit der Möglichkeit erklärt, vom eigenen Forschungszentrum in Rijswijk exakt bis unter die Rollbahn des 16 Kilometer entfernten Rotterdamer Flughafens zu gelangen. Eine 90-Grad-Kurve gehört dabei zu den eher einfachen Übungen. Dabei kommt der Spülflüssigkeit eine besondere Rolle zu, die bei Bohrtiefen von mehreren Kilometern in großen Mengen (2500 Liter je Minute) in die Tiefe gepumpt wird. Sie kühlt den Bohrmeißel, transportiert das Bohrklein nach oben und stabilisiert die Bohrwand. Zudem liefert sie die Antriebsenergie für das Lenken des Bohrers. Dazu treibt die Spülflüssigkeit einen am unteren Ende des Bohrgestänges sitzenden Richtbohrmotor an.

Tausende Kubikmeter Wasser

Und der funktioniert so: Soll der Bohrmeißel eine Kurve nehmen, dreht sich nur der leicht abgewinkelte Meißel, der von einem im Inneren des Bohrgestänges sitzenden Hydraulikmotor angetrieben wird. Muss die Vortriebsrichtung korrigiert und der Bohrmeißel ein Stück zurück in die Senkrechte geführt werden, dreht man zusätzlich das Bohrgestänge. Das Ganze wird ständig über mehrere Sensoren überwacht, so dass man die Position des Bohrkopfs stets genau kennt.

Auch die Frac-Technik wird weiterentwickelt. So schaffte man es vor fünf Jahren gerade mal, entlang einer 1000 Meter langen Horizontalbohrung in 40 Tagen sieben Fracs zu setzen. Heute ist ein Vielfaches davon möglich. Vor wenigen Monaten hat man eine amerikanische Schieferformation aus fünf lateral verlaufenden, waagrechten Bohrungen (jeweils einen Kilometer lang) 50 Mal gefract, zehn mal an einem Tag. Damit wird die Prozedur effektiver und wirtschaftlicher. Dennoch bleibt der Aufwand groß. Denn wenn die (horizontale) Bohrung fertig ist, müssen im nächsten Schritt in Abständen von einigen Dutzend Metern Öffnungen in das Gestänge gesprengt werden, durch die man dann Tausende Kubikmeter Wasser in das Gestein presst. Die dafür nötigen Drücke liegen hoch, zwischen 300 und 1000 bar. Und, ganz wichtig, dem eingespritzten Wasser wird Sand (etwa Bauxit) zugesetzt, dem die Aufgabe zukommt, die entstehenden Klüfte offen zu halten. Frac-Spezialisten sprechen daher von der Stützmittelflüssigkeit. Sie enthält Wasser und Sand - und zu rund 0,5 Prozent einen Chemikaliencocktail: Geliermittel, (verdünnte) Säuren, Bakterizide und Tenside. Alles Substanzen, die das „Lösen“ des Gases aus dem Gestein beschleunigen sollen.

Schicht aus Ton über den gashaltigen Schieferschichten

Nach den Angaben der Gassucher ist diese Mixtur ökologisch weitgehend unbedenklich, und das muss sie auch sein, denn ein Teil davon kommt mit dem Gas zurück an die Erdoberfläche. Mit dem Gas wird auch sogenanntes Lagerstättenwasser gefördert, das radioaktive Substanzen enthalten kann - was mitunter für Aufregung sorgt. Doch ohne zu verharmlosen, entscheidend für eine belastbarere Aussage über deren „Gefährlichkeit“ ist deren Konzentration. Und die soll, sagt Reinicke, bei den wenigen deutschen Erkundungsbohrungen jener gleichen, der man sich in Heilbädern aussetzt.

Für den Clausthaler Wissenschaftler ist klar, dass höchste Umwelt- und Sicherheitsstandards eingehalten werden müssen, wenn man dem Schiefergas eine Chance geben will. Dazu gehört das sorgfältige Abtrennen (und Entsorgen) des „Rückförderguts“. Doch an erster Stelle rangiert für ihn das Herstellen von gasdichten Bohrlöchern: Dabei gilt es, das nach der Erkundungsbohrung in das Bohrloch „gesteckte“ Stahlrohr (Casing) lückenlos mit einem Zementbrei gegen das Gestein zu versiegeln. Außerdem muss das über dem Frac-Bereich liegende Gebirge gasdicht sein. Beides hat man in Amerika nicht immer bedacht. Doch in Deutschland, versichert Reinicke, sei ihm kein Fall bekannt, bei dem es nach Frac-Maßnahmen (zum Fördern von konventionellem Erdgas) zu einem Aufbrechen der Zementauskleidung und damit zu einem „Kurzschluss“ zwischen Gas und Grundwasser führenden Schichten gekommen wäre. Nur wenn das passiert, kann Grundwasser kontaminiert werden. Gasaustritte durch das Deckgebirge seien in Deutschland aufgrund einer großen Überdeckung von bis zu 2000 Meter weitgehend auszuschließen.

Das Fördern von Schiefergas ist auch deshalb interessant, weil es wie konventionelles Erdgas im Vergleich zur Kohle „umweltfreundlicher“ ist, entsteht doch bei der Verbrennung 40 bis 50 Prozent weniger Kohlendioxid. Und man hofft, ausgebeutete Schiefergaslagerstätten als Endlager für das aus den Rauchgasen von Kohlekraftwerken abgetrennte Klimagas nutzen zu können. Denn meistens befindet sich über den gashaltigen Schieferschichten eine Schicht aus Ton oder einem anderen undurchlässigen Material.