Wie hydraulisches Fracking funktioniert

Vielleicht haben Sie gehört, dass wir eine kleine Energiekrise haben?

Angesichts turbulenter Gaspreise und einer hohen Abhängigkeit von nicht nachhaltigen fossilen Brennstoffen besteht ein dringender Bedarf, alternative Energiequellen zu finden . Und seien wir ehrlich, die meisten Energieproduzenten wären auch nicht verärgert, wenn sie einfach mehr Quellen für fossile Brennstoffe finden würden.

Hydraulisches Fracking – oder Hydrofracking oder einfach nur Fracking – ist eine Möglichkeit, wie wir an „versteckte“ Reserven von Erdgas, Erdöl – sogar Wasser – herankommen können. Es klingt extrem kompliziert (und ist tatsächlich eine ziemlich coole Leistung von Wissenschaft und Technik), aber Fracking ist ein ziemlich einfacher Prozess. Weit unter der Erde (wir reden hier etwa 7.000 Fuß/2.133 Meter unter der Oberfläche) können Gesteine ​​wie Schiefer Gase, Wasser oder Öl in ihren Poren halten. Hydraulisches Fracking bewegt diese Ressource aus den Poren des Gesteins zu Produktionsbohrungen [Quelle: ProPublica ].

Dazu werden horizontale "Adern" aus einem vertikalen Brunnen erzeugt und dieser horizontale Brunnen dann mit extrem hohem Druck mit Wasser (plus Sand und einigen chemischen Zusätzen) gefüllt. Dadurch entstehen Risse im Gestein, die abzweigen und Gas, Öl oder Wasser in die entstandenen Risse freisetzen. Die Gase und Öle werden in die horizontalen Brunnen gedrückt und fließen dann mit dem zurückkommenden Wasser in die Lagertanks.

Von dort aus ist es also ein reibungsloses Segeln! Die Welt kann sich einige schwer zugängliche Energieressourcen schnappen und jeder gewinnt, richtig? Außer natürlich, dass der Prozess extrem mit Umwelt- und Sicherheitsbedenken behaftet ist. Von Vorwürfen über Grundwasserverschmutzung bis hin zu Berichten über dezimiertes Land haben Kritiker eine wachsende Liste von Befürchtungen, wenn es um hydraulisches Fracking geht.

In diesem Artikel gehen wir tief in die Tiefe, um die Mechanik des hydraulischen Frackings im Detail zu beschreiben. Wir werden auch die positiven und negativen Auswirkungen untersuchen, die Fracking auf die Umwelt und die Gemeinden haben kann, und gleichzeitig einen Blick in die Zukunft des Frackings werfen.

1. Fracking im Detail
2. Gas geben
3. Kein Fracking-Weg
4. Zukunft des Frackings

Um zu verstehen, warum Fracking entwickelt wurde, stellen Sie sich einen traditionellen Bohrvorgang vor . Ein Brunnen funktioniert hervorragend, wenn wir einen großen unterirdischen Pool mit Gas oder Wasser anzapfen, der es uns ermöglicht, die Ressource aus dem Reservoir zu pumpen. Aber wenn die Ressource, die wir zu gewinnen versuchen, fest in den Poren des Schiefers eingeschlossen ist, wie können wir sie dann freisetzen und an die Oberfläche bringen?

Es fängt ganz ähnlich an: Ein Tiefbrunnen wird gebohrt. Chesapeake Energy schätzt, dass die durchschnittliche Tiefe seiner Bohrlöcher 7.700 Fuß/2.347 Meter beträgt (ungefähr sechs Empire State Buildings, die Ende an Ende gestapelt sind [Quelle: Chesapeake Energy ]). Die Colorado Oil and Gas Association gibt den Durchmesser des Lochs mit 12,25 Zoll (31 Zentimeter) an. Wenn das Bohrloch die richtige Tiefe erreicht, macht es eine Rechts- oder Linkskurve (als Startpunkt bezeichnet ) und wird horizontal. Dieser horizontale Abschnitt kann 1.000 bis 6.000 Fuß oder 305 bis 1.829 Meter umfassen [Quelle: EPA ].

Das Stahlgehäuse passt in das Bohrloch , auch bekannt als das gebohrte Loch. Der Stahl soll das Grundwasser und die Umgebung vor möglichen Leckagen beim hydraulischen Fracking schützen. Unten am horizontalen Abschnitt des Brunnens wird der Stahl mit einem Werkzeug durchbohrt, das den Stahl und den Zement des Brunnens durchdringen kann, um kleine Löcher zu schaffen, durch die Wasser oder winzige Partikel entweichen können – ähnlich wie bei Ihrem Küchensieb. An diesem Punkt wird eine Wasserlösung (auf die wir später näher eingehen werden) mit extrem hohem Druck hineingepumpt.

Wenn die Lösung die perforierten Punkte erreicht, ist die Flüssigkeit zu viel für das Gestein zum Aufsaugen und das Gestein bricht. Es dauert drei bis 10 Tage, bis der Bruch vollständig ist [Quelle: Halliburton ]. Zusätze und Sand in der Wassermischung halten diese Risse offen, sodass das Gas (oder was auch immer) entweichen und im wieder hochgepumpten Wasser an die Oberfläche gebracht und abgeschieden werden kann. Diese Ressourcen können jahrelang oder möglicherweise jahrzehntelang aus den Rissen fließen [Quelle: Energy in Depth ]. Das Abwasser wird gespeichert und behandelt, in Schluckbrunnen gepumpt oder recycelt; Es wird auch in Freiluftgruben gelagert oder auf Straßen verwendet [Quelle: NRDC ].

Die Ausrüstung, die beim Fracking verwendet wird, ist (vorhersehbar) hochleistungsfähig. Denken Sie daran, dass schätzungsweise 200 Tanker benötigt werden, um 1 Million Gallonen (3,8 Millionen Liter) Wasser zu einem Brunnen zu bringen, und dass tiefere Schieferschichten 2 bis 10 Millionen Gallonen (7,6 bis 37,9 Millionen Liter) Wasser benötigen [Quellen: EarthWorks , ProPublica ]. Allein Dutzende von „Pumpwagen“ sind erforderlich, um die unter Druck stehende Lösung das Bohrloch hinunterzuschießen [Quelle: Energy in Depth ].

Bevor wir zu einigen der Probleme im Zusammenhang mit dem hydraulischen Fracking kommen, werfen wir einen Blick auf einige Gründe, warum die Leute so begeistert vom Fracking sind.

Gasland

Der 2010 für den Oscar nominierte Dokumentarfilm „Gasland“ erzählt die Geschichte von Anwohnern, die in ihren Gemeinden von Fracking betroffen sind. Viele erinnern sich an das (buchstäblich) aufrührerische Bild eines Mannes, der sein Leitungswasser in Brand steckt – angeblich durch Erdgas, das die Wasserversorgung verunreinigt. Beamte in Colorado stellten fest, dass das Leck eine natürlich vorkommende Methanreserve war, die in den Brunnen des Hausbesitzers gesickert war, und nicht auf Fracking zurückzuführen war. Es gab jedoch Fälle im Zusammenhang mit Fracking, in denen Methan in die Wasserversorgung gelangte – und Gasunternehmen, die ihre Haftung eingestehen und hohe Geldstrafen für ihre Fahrlässigkeit zahlen mussten [Quelle: McGraw ].

As you can imagine, there are some pretty serious critics of fracking. But before we get into the pitfalls of the operation, let's address some of the advantages that proponents describe.

For starters, many point out that fracking provides people with loads of accessible resources that are normally trapped in the pores of rock.

There are environmental arguments, too: Instead of drilling many wells, the process involves drilling one well that shoots off horizontally, which has advantages on the surface landscape. Estimates say that 90 percent of natural gas wells today must be accessed through fracking [source: Bateman]. In addition, it's also argued that natural gas is a more environmentally friendly fuel than oil or coal, and that's true: It does burn more cleanly, with drastically reduced carbon dioxide, nitrogen oxide and sulfur oxide emissions [source: EPA]. (We'll see in the next section some arguments against the "clean" nature of fracking.)

Companies like Chesapeake Energy and Halliburton are also quick to point out that any time the U.S. is reducing its dependence on foreign oil , it's advantageous to American companies and consumers. And there's no doubt that hydraulic fracking has been successful at getting domestic U.S. natural gas: From 1.1 million fracking operations over the past 60 years, Americans have received roughly 600 trillion cubic feet (nearly 17 trillion cubic meters) of natural gas [source: Halliburton].

And we can't forget job creation and its friend, revenue. The New York State Department of Environmental Conservation estimated that if the state reopened its doors to fracking (it instituted a ban on fracking in 2008), 17,6000 jobs would be created and $125 million in tax revenue would be accumulated [source: Schaefer]. Fracking -- and the oil and mining industry in general -- is no mom-and-pop operation. There are big bucks in it, and that's motivation enough for some. That big payout doesn't happen though for operators who accidentally tap into water supplies or destroy properties with accidents. For this reason, it could be argued that the payout is actually going to compel the operators to follow safe and ethical practices [source: Groundwater Protection Council].

Shale Regions

Während in den USA große Erdgasvorkommen vorkommen, gibt es einige große Schwaden, die als Schieferregionen bekannt sind . Dazu gehören die Marcellus-Region (die Teile von Ohio, Pennsylvania, West Virginia, Maryland und New York umfasst), die Antrim-Schieferregion in Michigan und das Barnett-Schieferfeld in Texas.

Bisher haben wir nur die Logistik und die Vorteile von Hydraulic Fracturing besprochen. Aber Fracking ist nicht gerade ein Volltreffer, wenn es um Sicherheit geht. Tatsächlich gibt es für so ziemlich jedes Argument, das wir im letzten Abschnitt für Fracking vorgebracht haben, einen ziemlich virulenten Konter.

Zum einen ist Fracking immer noch ein harter Bergbaubetrieb. Das bedeutet, dass die Bohrungen – und die Lastwagen, Pumpen, Transporte und Lagercontainer – alle noch am Standort vorhanden sein werden, zusammen mit der erforderlichen zugehörigen Infrastruktur. Obwohl Gasunternehmen bestrebt sind, es so klingen zu lassen, als wäre das Auffinden von Erdgas auf Ackerland ein Glücksfall für finanzschwache Landwirte, gibt es auch Probleme mit Pipelines, die Ernten und Ausrüstung beschädigen und Straßen aufreißen [Quelle: Schaefer ].

Eine der größten Beschwerden über Fracking ist nicht die Handlung selbst, sondern die Flüssigkeit, die in den Brunnen gepumpt wird, um Brüche zu verursachen. Chemische Zusätze machen 0,5-2,0 Prozent der Sand-Wasser-Mischung aus [Quelle: EarthWorks ]. Zu den Zusatzstoffen gehören Säuren, die helfen, Mineralien aufzulösen, Chemikalien, die in Waschmitteln, Desinfektionsmitteln und Haushaltsreinigern enthalten sind [Quelle: McGraw ]. Denken Sie daran, dass Millionen von Gallonen des Zeugs verwendet werden; 4 Millionen Gallonen (15 Millionen Liter) Fracking-Flüssigkeit würden dann 300 Tonnen chemischer Zusatzstoffe entsprechen [Quelle: EarthWorks ]. Eine große Sorge ist, dass diese Flüssigkeiten im Boden verbleiben und in Boden und Grundwasser sickern. (Ganz zu schweigen von der Möglichkeit von Verschüttungen an der Oberfläche.)

Nachdem der Bruch auftritt, gibt es weitere Bedenken. Die winzigen Risse können weit reisen, was bedeutet, dass sie technisch gesehen in eine Wasserversorgung münden könnten . (Obwohl dies noch nicht dokumentiert wurde, werden potenzielle Fälle untersucht [Quelle: McGraw ]). Das bedeutet, dass das Öl oder Erdgas ins Trinkwasser gelangen könnte.

Hinzu kommt das Problem der enormen Abwassermengen. Milliarden Liter Abwasser müssen jährlich entsorgt werden. Oft bedeutet das, dass es in örtlichen Kläranlagen behandelt wird – mit anschließender Freisetzung in das Oberflächenwasser [Quelle: NRDC ]. Einige verdampfen auch die flüchtigeren Chemikalien in der Verbindung, was bedeutet, dass es bei allem Gerede über „sauberes brennendes Erdgas“ Bedenken hinsichtlich der Luftverschmutzung gibt, wenn es um den Abbau des Gases geht (ganz zu schweigen von den Tankern, Lastwagen und Ausrüstungen, die unterwegs sind, was der Verschmutzung nicht hilft ) [Quelle: EarthWorks ].

Und eines der Probleme, die wir im nächsten Kapitel untersuchen werden, ist, dass sich niemand ganz sicher ist, wie schädlich das alles ist.

Obwohl es seit Mitte des 18. Jahrhunderts eine vereinfachte Nutzung von Fracking gibt, hat sich die Fracking-Technologie wirklich erst in den letzten zwei Jahrzehnten so entwickelt, dass ein wirtschaftlicher, kommerzieller Maßstab erreicht werden konnte. Denken wir daran, dass mehr als 90 Prozent des US-Erdgases aus heimischen Quellen stammt ; Obwohl die USA nicht über die gleichen Reserven verfügen wie die ölreichen Länder des Nahen Ostens, haben sie genug Energie, um jedes erdgasbetriebene Gerät für die nächsten 20 Jahre mit Strom zu versorgen [Quelle: McGraw ].

Da das Fracking für Schiefergas ein so neues Unternehmen ist, beklagen Kritiker den Mangel an Forschung und umfangreichen wissenschaftlichen Studien, die (allen Berichten zufolge) mit solch berauschenden Dingen einhergehen sollten. Es werden jedoch Untersuchungen durchgeführt, die beiden Seiten des Problems mehr Nuancen verleihen. Eine Behauptung, die kürzlich aufkam, ist, dass Fracking eine solche Volatilität im Untergrund verursacht, dass Erdbeben durch den enormen Druck des Wassers entstehen, das hineingepumpt wird. Der National Research Council konnte keine Beweise finden, die diese Behauptung stützen, aber kommen Sie nicht heraus noch bohren: Die Gruppe fand heraus, dass das Wasser, das aus den Brunnen in Lagertanks geschossen wurde, mit kleinen Erdbeben in Verbindung gebracht wurde [Quelle: Associated Press ]. Es gab also Erdbeben, aber ihre Ursache war anders als vorhergesagt.

Es ist schwer zu leugnen – im Guten wie im Schlechten – dass Fracking die Bergbauindustrie geradezu revolutioniert hat. Aufgrund von Fracking ist die Ölförderung in den USA in die Höhe geschossen. Bis 2013 sollen die USA 11,4 Millionen Barrel Öl pro Tag produzieren – was mit Saudi-Arabiens führenden 11,6 Millionen Barrel konkurriert [Quelle: Associated Press ]. Exxon Mobil Corp. und Chesapeake Energy erwarten, bis 2020 Zehntausende weitere Bohrlöcher zu bohren, und die nationalen Auswirkungen haben das US-Energieministerium dazu veranlasst, sich stärker an der Untersuchung von Praktiken und Sicherheit zu beteiligen [Quelle: Kirkland und ClimateWire].

Auch schwer zu widersprechen? Stellen Sie sicher, dass die beim Fracking verwendeten chemischen Verbindungen und Praktiken für diejenigen, die in den betroffenen Gebieten arbeiten und leben, sicher sind. Führungskräfte von Halliburton machten 2011 Schlagzeilen, als einer von ihnen Fracking-Flüssigkeit trank, um seine Sicherheit zu beweisen. Und obwohl es albern klingt, können Sie dem Unternehmen zugutehalten, dass es die Zusammensetzung der Fracking-Flüssigkeit tatsächlich geändert hat, sodass die darin enthaltenen Materialien aus der Lebensmittelindustrie stammen [Quelle: Tsai ]. Seine neue Fracking-Flüssigkeit CleanStim verspricht ein verringertes Risiko einer chemischen Exposition und bildet zusammen mit neuen Ressourcen zur Wasseraufbereitung und Bakterienminderung die neue CleanSuite-Technologie, von der Halliburton hofft, dass sie die Gesundheits- und Umweltbedenken hinsichtlich des Frackings zerstreut [Quelle: Halliburton ].

Klingt schön und gut, aber es ist unbestreitbar, dass es noch viel mehr Studien braucht, um alle davon zu überzeugen, dass Fracking sicher ist.

Anmerkung des Autors: Wie Fracking funktioniert

Es ist schwer, nicht zu jeder Seite der Fracking-Debatte „Ja, aber …“ zu sagen. Wird es bei der Abhängigkeit der USA von ausländischem Öl helfen? Ja, aber es hat noch keine ökologische Erfolgsbilanz. Haben die Tonnen chemischer Zusatzstoffe, die in den Boden gedrückt werden, ein Kontaminationspotenzial? Ja, aber die Energieunternehmen sind angeblich darauf bedacht, diese Zusatzstoffe sicher zu machen. Mir scheint, dass jeder, der sich seiner oder ihrer harten Haltung zum Fracking sicher ist, wahrscheinlich nicht zugibt, wie nuanciert das Thema ist. Das Beste, was Sie tun können, ist, sich auf dem Laufenden zu halten, indem Sie neue Entwicklungen lesen und recherchieren, während Fracking in unseren Gemeinden eingeführt wird.

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