Fracking: Fakten, Messdaten

In den USA sind durch langjährigen Umgang mit Fracking Schäden entstanden, zu denen es mittlerweile ein Reihe von Untersuchungen gibt. Wir stellen hier die wichtigsten Ergebnisse zusammen, so dass Sie sich selbst ein Bild machen können.

Die Mobilisierung von gebundenem Methan-Gas durch Fracking

Es gibt zahlreiche Berichte von Anwohnern aus Fracking-Regionen, die mit Beginn der Gasbohrungen von der Verschlammung des Brunnenwassers und der Anreicherung des Wassers mit Methan-Gas berichten. Die Öl- und Gas-Gesellschaften bestreiten jeden Zusammenhang und verweisen auf zufällige natürliche Vorkommnisse.

In wissenschaftlichen Untersuchungen stellte sich heraus, dass der Methangehalt in der Umgebung der Fracking-Bohrung ansteigt und selbst noch in einigen Kilometern Entfernung vom Bohrloch deutlich erhöht ist [2011Stephen]. Die Daten unten wurden in der Grenzregion der Bundesstaaten Pennsylvania/New York ermittelt.

Abb.: Zunahme der Methan-Konzentration im Brunnenwasser in Richtung Bohrloch nach Stephen et. al. (2011) [2011Stephen], Abstand zum Bohrloch in Metern (m), Kreise: Aktives Bohrloch, Dreiecke: Inaktives Bohrloch, Grau: Grenzwerte des US Innenministeriums

In der Abbildung ist gut zu erkennen, dass der Methangehalt im Brunnenwasser erwartungsgemäß in Bohrlochnähe zunimmt, aber auch noch in einigen Kilometern Entfernung deutlich erhöht ist. Dies zeigt, wie weiträumig die Methan-Gas Mobilisierung durch Fracking reicht.

Eine andere Studie aus Garfield County, Colorado, bestätigt prinzipiell den selben Sachverhalt. Hier wurde der Zusammenhang ermittelt zwischen der Fracking-Aktivität in der Region und dem Methangasgehalt des Brunnenwassers. Die Messungen ergaben, dass mit der Anzahl der Bohrlöcher ein Ansteigen der Methan-Konzentration im Oberflächenwasser einhergeht.

Abb.: Anstieg der Methan-Konzentration im Brunnenwasser mit der Anzahl der Bohrlöcher in Garfield County, Colorado, USA, nach Thyne (2008), [2008Thyne]

Die Untersuchungen oben belegen damit, dass mit Fracking Methangas unkontrolliert freigesetzt wird und so seinen Weg in Grund- und Brunnenwasser findet. Fracking ist also eine erfolgreiche Methode zur Mobilisierung von Methangas.

Der Streit um die Herkunft des Methans in den "brennenden Wasserhähnen"

In den Videos der Öl-Industrie wird gerne behauptet, dass das Methan-Gas (CH₄) in den Wasserproben ausschließlich aus mikrobiologisch gebildetem, oberflächennahem, sogenanntem "biogenem" Methan besteht. Zum Beispiel handele es sich hier um Sumpf- oder Moor-Gas, das auch ohne Fracking im Brunnenwasser gefunden wird. Aber Methangas kann grundsätzlich aus unterschielichen Tiefen des Untergrundes entweichen (siehe folgende Abbildung).

Abb.: Zonen der Entstehung von Methan in der Erde nach R. C. Burruss (2009), [2009Burruss]

Wissenschaftler wie Stephen (2011), [2011Stephen] untersuchten daher die Herkunft des Methan-Gases in den Fracking-Regionen Pennsylvania und New York und verwendeten dazu die Methode der Altersbestimmung des Kohlenstoff-Isotops ¹⁴C (Halbwertszeit 5715 Jahre). Wenn das Methan, wie von der Öl- und Gasindustrie behauptet, biogenen Ursprungs ist, dann stammt das Methan aus jungen biologischen Zersetzungsprozessen und muss dann einen hohen Anteil an ¹⁴C enthalten. Wenn dagegen altes "thermogenes" Methan aus dem tiefen Speichergestein mobilisiert wird, ist im Methan ein höherer Anteil des Kohlenstoff-Isotops ¹⁴C in das Isotop ¹³C zerfallen.

In den Brunnenwasseranalysen zeigt sich, dass der Methananteil mit dem Kohlenstoff-Isotop ¹³C erhöht ist und somit Fracking in tiefen Schichten nachweislich "thermogenes" Methan freisetzt.

Abb.: Methan-Konzentration im Trinkwasser in Pennsylvania nach Stephen (2011), [2011Stephen]. Grauer Bereich rechts: freigesetztes Methan "thermogenen" Ursprungs; grauer Bereich links: Methan mikrobiologisch-biogenen Ursprungs. Gefüllte Symbole: Messproben aus Wasserquellen mit aktiver Gasförderung.

Auch Messungen in anderen US-Bundesstaaten wie in Colorado bestätigen diesen Befund.

Abb.: Analyse der Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff (¹³C/¹²C) und Deuterium (²H/¹H) zur Bestimmung der Herkunft des Methan im Trinkwasser in Garfield County, Colorado (USA), nach Thyne (2008) [2008Thyne]. Rechts oben kann der aus dem Tiefengestein freigesetzte "thermogene" Methan-Anteil gut von anderen mikrobiologischen Methan-Quellen abgegrenzt werden (Isotopennachweis).

Diese Untersuchung belegt, dass Gruppen von  Brunnenwasserproben eine ähnliche Isotopen-Zusammensetzung des Methans aufweisen. Dabei läßt sich die Methananreicherung in Wasserproben aus der Nähe von Fracking-Bohrungen (blaue Rauten) deutliche "thermogenen" Methanvorkommen zuordnen.

Versalzung des Brunnenwassers (und der Böden)

In der oben genannten Studie zu Garfield County wurde des Weiteren festgestellt, dass mit Zunahme der Bohrlöcher auch der Salzgehalt der Brunnen zunimmt. Dabei ist der Mechanismus noch nicht geklärt, in welcher Weise der Chlorid-Anstieg mit der Fracking-Aktivität zusammenhängt, aber der Zusammenhang ist unbestreitbar.

Abb.: Anstieg des Salzgehalts in Brunnenwasserproben in Garfield County, Colorado, USA mit auffälligem Salz- oder Methan-Gehalt im Zeitraum 2001 bis 2006, nach Thyne (2008) [2008Thyne]; oben (blaue Rauten): Anstieg des Methangehalts; unten (braune Quadrate): Anstieg des Salzgehalts (Chlorid).

Ist die Versalzung von einzelnen Trinkwasserquellen vielleicht noch akzeptierbar, ist dies für Bewohner ländlicher Gebiete ohne eine zentrale Wasserversorgung ein ernsthaftes Problem. Denn mit der Versalzung des Brunnenwassers wird die Trinkwassergewinnung schwieriger und durch die Bewässerung der Felder werden die Böden mittelfristig versalzen. Wenn die Anzahl der Fracking-Bohrungen in die Zehntausende geht, ist dies ein großflächiges Problem mit Wirkung auf die regionale Trinkwasserversorgung.

Lösung radioaktiver Stoffe aus dem Gestein durch Fracking

Mittlerweile sind mehrere wissenschaftliche Studien veröffentlicht worden, in denen die chemische Zusammensetzung der zurückgepumpten Abwässer sowie die Zusammensetzung der darin gelösten radioaktiven Stoffe analysiert wurden. Ein gute Zusammenfassung findet man in der Arbeit von Fisher (1995), Rowan et al. (2011), [2011Rowan] oder in der Arbeit von Haluszczak et al. (2013), [2013Haluszczak] sowie in der Arbeit von Warner et al. (2012), [2012Warner], die auf hunderte von Messproben basieren. In diesen Arbeiten wurden Salz(Chlorid)-Gehalte gefunden, die von 1,47 bis 402 g/L reichen. Die Nordsee hat einen bescheidenen Salzgehalt von 3,5 g/L.

Viele dieser Analysen zeigen dabei einen wichtigen Zusammenhang. Und zwar steigt mit dem Salzgehalt der Abwasser auch die Menge des gelösten Radiums, was auf die Chemie im Untergrund zurückgeführt wird.

Abb.: Anstieg der Radium-Konzentration (Ra-226, in pCi) mit dem Gehalt an gelösten Stoffen (mg/L) im Fracking Rücklaufwasser in logarithmischer Darstellung nach Rowan et. al. (2011), [2011Rowan]. Rot: Geologischer Formation "Marcellus". Blau: Andere geologische Formationen. Offene Symbole: Proben aus der gleichen Formation mit Aktivitäten unterhalb der Nachweisgrenze.

Nach Rowan et. al. (2011) beschreibt folgender Zusammenhang den beobachteten Befund: Und zwar sinkt mit steigendem Salz/Chlorid-Gehalt die Fähgkeit des Muttergesteins, gelöstes Radium chemisch zu binden. Das Radium ist daher stärker im Wasser der Gesteinsporen gelöst und wird mit der Bohrwasserrücklauf gefördert.

Bei der Auswertung der Daten wurde nach Rowan et. al. (2011) noch ein weiterer Zusammenhang sichtbar: Abwasser mit einer hohen Konzentration an gelöstem Salz weisen durchgängig eine erhöhte Radioaktiviät auf. Dieser Befund ist relativ unabhängig davon, aus welcher geologischen Formation/Region die Wasserproben stammen.

Abb.: Messungen der Radioaktivität (Radium-226-Isotop, offene Symbole) im Abwasser nach Rowan (2011). Waagerecht gestrichelt (- - - ) dargestellt ist die Einleitungsgrenze von radioaktiven Stoffen für industrielle Zwecke in den USA (60 pCi, ca. 3 Bequerel). Die einzelnen Zellen der Tabellengrafik zeigen Daten aus Studien in unterschiedlichen Gesteinsformationen, siehe Rowan et. al. (2011), [2011Rowan].

Die gefundenen Radium-Konzentrationen sind durchgängig so hoch, das sie den US-Grenzwert für industrielle radioaktive Abwässer in der Regel immer überschreiten und in vielen Fällen um den Faktor Hundert daüber liegen. Einzelne Proben besaßen noch höhere Werte, vgl. Rowan et. al. (2011).

Der hier beobachtende Befund ist grundsätzlich nicht auf die regionale Geologie beschränkt (Marcellus/Devon-Formation). Eine Anreicherung von radioaktiven Isotopen (Radium, Uran) wurde auch in den Bohrwässern anderer Gesteinsformationen beobachtet. So wurde auch in der Münsterland-Bohrung in den Schichten des Unterkarbons bei ca. 5440 m Tiefe eine deutlich erhöhte Radioaktivität (Uran) nachgewiesen, vgl. Andres (1963), S 521. In dieser Tiefe erfolgt bei Bremen das Fracking.

Begrenzte Quellenergiebigkeit

Allen unkonventionellen Gas-Vorkommen gemeinsam ist die Eigenschaft, dass das förderbare erschlossene Gas-Volumen eines Bohrlochs gering ist im Vergleich zu reichen konventionellen Gas-Vorkommen und dass zudem die Förderleistung geringer ist. Als Konsequenz führt dies dazu, dass die per Fracking erschlossenen Quellen schneller versiegen. Leider gibt es keine veröffentlichten Daten dazu, wie schnell solche Quellen versiegen. Von Geologen sind aber Modellrechnungen veröffentlicht worden, die zeigen, wie sich die Gas-Ausbeute für "konventionelle" Gas-Vorkommen mit der Zeit verringert (http://geology.com).

Abb.: Modellrechnung zur Verringerung der Gas-Ausbeute "konventioneller" Gas-Vorkommen mit der Zeit, Quelle: http://geology.com

Wenn für "konventionelle" Gas-Vorkommen nach schon 5 Jahren die Leistung auf ein Zehntel der Anfangsleistung abfällt, ist bei der Ausbeutung von unkonventionellem Gas ein noch rascheres Versiegen zu erwarten. Gelegentlich werden 1 bis 2 Jahre genannt. Deshalb muss man in rascher Folge dicht bei dicht neue Bohrlöcher setzen.

Zusammenfassung

1. Anders als die Öl- und Gas-Industrie behauptet, kann die "thermogene" Herkunft des Methans in Trinkwasserbrunnen eindeutig nachgewiesen werden. Die Isotopenanalysen zeigen, dass in den Wasserhähnen nicht nur "Sumpfgas" brennt, sondern durch Fracking mobilisiertes Erdgas.
2. Die "thermogene" Methan-Konzentration im Brunnenwasser ist in der Nähe von Fracking-Bohrstellen deutlich erhöht. Dieser Sachverhalt wurde nicht nur für vereinzelte Wasserquellen nachgewiesen, sondern dutzendfach.
3. In der Nähe von Fracking-Bohrstellen steigt der Salzgehalt des Brunnenwassers. Auch wenn die Ursachen nicht ganz klar sind, so ist die Tragweite des Frackings unübersehbar: Unbrauchbare Brunnen, versalzene Böden.
4. Amerikanische Untersuchungen haben gezeigt, dass beim Fracking große Mengen an radioaktiv belastetem Abwasser entstehen. Hierzu schweigt die Öl- und Gas-Industrie in den Hochglanzbroschüren.
5. Die Ausbeutung unkonventioneller Gas-Vorkommen ist verbunden mit einer hohen Dichte an Bohrstellen (1 Bohrstelle pro Quadratmile) und ist damit ein großflächiger Raubbau an der Natur. Nicht zuletzt dieser Sachverhalt macht das Fracking zu einem unverantwortbaren Akt.