Potenziale und wasserwirtschaftliche Risiken der Fracking-Technologie

Einleitung

In der Öffentlichkeit wird die Erkundung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten und das dabei zum Einsatz kommende Verfahren des Fracking intensiv diskutiert. Allerdings ist Fracking keine neue Gewinnungstechnik, sondern wird vor allem in den USA, aber auch in Deutschland bereits seit Jahrzehnten eingesetzt. Im Mittelpunkt der Diskussion stehen die Auswirkungen der Vorhaben – insbesondere der zum Einsatz kommenden Techniken und Stoffe – auf die Umwelt und den Menschen. Dies war Anlass, in mehreren nationalen Gutachten und Studien die potenziellen Risiken und Umweltauswirkungen bei der Aufsuchung und Gewinnung zu untersuchen [1, 2, 3, 4]. In der ersten Regionalstudie Deutschlands wurden die mit der Aufsuchung und Gewinnung von Schiefergasvorkommen möglicherweise verbundenen wasserwirtschaftlichen Risiken unter den spezifischen Standortbedingungen im Ruhreinzugsgebiet untersucht und bewertet [5].

 

Risikobewertung

Bei der Risikobewertung wurden Wirkfaktoren, Wirkungspfade und Schutzgüter differenziert und vor allem die möglichen Auswirkungen auf den Naturhaushalt und das Grundwasser sowie die öffentliche Trinkwasserversorgung untersucht. Grundsätzlich wird im Hinblick auf die Gefährdung der aquatischen Umwelt zwischen technischen und geologischen Wirkungspfaden unterschieden, die in vier Pfadgruppen unterteilt werden (Abbildung 1):

Pfadgruppe 0: (Schad-)Stoffeinträge unmittelbar an der Erdoberfläche beim Umgang mit den Frack-Fluiden und bei der Entsorgung des Flowback

Pfadgruppe 1: Punktuelle Pfade entlang von Bohrungen

Pfadgruppe 2: Linienhafte Pfade, die auf Störungen beruhen

Pfadgruppe 2: Flächenhafte Aufstiege und Ausbreitung durch die geologischen Schichten ohne besondere Wegsamkeiten

Hinzu kommen die großräumigen Summationswirkungen und Langzeitwirkungen auf die hydraulischen und hydrochemischen Grundwasserverhältnisse, die sich nicht einer der Pfadgruppen zuordnen lassen.

Abbildung 1: Schematische Darstellung der potenziellen Wirkungspfade [2]

Die Gefährdungspotenziale, die von einer möglichen Freisetzung der Frack-Fluide, der Formationswässer und/oder des Flowback ausgehen können, wurden für den Menschen bei Aufnahme über den Trinkwasserpfad und für die in der aquatischen Umwelt lebenden Organismen bewertet. Die Bewertung ausgewählter, bereits eingesetzter Frack-Fluide kam zu dem Ergebnis, dass diese mittlere bis hohe human- und ökotoxikologische Gefährdungspotenziale aufweisen. Gegenwärtige Entwicklungsarbeiten der Industrie u. a. zur Reduktion der Anzahl der eingesetzten Additive, zur Substitution von sehr giftigen, kanzerogenen, mutagenen sowie reproduktionstoxischen Stoffen und zur Reduktion bzw. zum Ersatz von Biozid-Wirkstoffen weisen auf potenzielle Fortschritte in der Entwicklung umweltverträglicher Frack-Fluide hin, deren Realisierbarkeit bzw. Einsatzreife jedoch gegenwärtig noch nicht bewertet werden kann. Der Flowback kann aufgrund verschiedener hydrogeochemischer Prozesse im Lagerstättenhorizont neben Frack-Additiven und Bestandteilen des Formationswassers eine Reihe weiterer Stoffe enthalten, z. B. Lösungsprodukte (Salze), mobilisierte Kohlenwasserstoffe, Transformations- und Abbauprodukte der eingesetzten Additive, mobilisierte Feststoffpartikel, Bakterien sowie Gas. Die Bewertung vorliegender Beschaffenheitsdaten zum Flowback zeigte, dass relevante Beurteilungswerte für einige Haupt-, Neben- und Spurenkomponenten zum Teil um Größenordnungen überschritten werden und dass relevante Angaben zu Kohlenwasserstoffen, Schwermetallen und NORM (Natural Occuring Radioactive Material) für eine abschließende Bewertung aber fehlten. Es ist jedoch abzusehen, dass die Formationswässer und der Flowback standortspezifisch erhebliche Gefährdungspotenziale aufweisen können.


Wasserwirtschaftliche Risiken im Ruhreinzugsgebiet


Im Einzugsgebiet der Ruhr werden unkonventionelle Schiefergasvorkommen in den Formationen des Unterkarbons (Hangende Alaunschiefer) vermutet [5]. Es wurden bereits Erlaubnisfelder vergeben, die zusammen knapp 50 % der Fläche des Ruhreinzugsgebietes umfassen. Die Bewertung der mit einer flächenhaften Erschließung dieser Vorkommen verbundenen obertägigen Eingriffe kommt zu dem Ergebnis, dass diese eine Gefährdung insbesondere für die zur Trinkwassergewinnung genutzten Oberflächengewässer und das Grundwasser im Einzugsgebiet der Ruhr darstellen können. Geologisch-technische Risiken sind bei einer flächenhaften Erschließung des Hangenden Alaunschiefers nach dem gegenwärtigen Wissensstand zwar wahrscheinlich als weniger relevant einzustufen, aber insbesondere in Gebieten mit ungünstigen geologisch-hydrogeologischen Standortbedingungen nicht auszuschließen. Aufgrund der Bewertung wasserwirtschaftlicher Risiken und der bestehenden Wissenslücken wird für das Ruhreinzugsgebiet empfohlen, Ausschlussgebiete festzulegen, in denen keine Tiefbohrungen mit anschließendem Einsatz von Fracking abgeteuft und die untertägig auch nicht (z.B. durch Horizontalbohrungen) unterfahren werden dürfen. Als Ausschlussgebiete werden diejenigen Gebiete empfohlen, in denen entweder aufgrund ungünstiger geologisch-hydrogeologischer Standortbedingungen eine ausreichende Barrierewirkung der dem Frack-Horizont überlagernden Deckschichten aufgrund geringer Mächtigkeit oder dem Vorhandensein tiefgreifender Störungen oder anthropogener Wegsamkeiten eingeschränkt sein kann, oder in denen aufgrund besonderer wasserwirtschaftlicher Schutzbedürfnisse im Sinne eines vorsorgenden Gewässerschutzes von einem Einsatz der Fracking-Technologie abzusehen ist. Hierzu zählen:

1.  Ausschlussgebiete aufgrund ungünstiger geologisch-hydrogeologischer Standortbedingungen:
-Unkonventionelle Erdgaslagerstätten mit einer Deckschichtmächtigkeit von weniger als 1.000 m
-Kohlenbergbaugebiete inklusive Einflussbereich der Sümpfungsmaßnahmen
-Tiefreichende Altbergbaugebiete und Gebiete mit Altbohrungen
-Gebiete mit bekannten oder vermuteten tiefreichenden Störungszonen
-Gebiete mit artesischem oder hoch gespanntem Tiefenwasser

2. Ausschlussgebiete aufgrund besonderer wasserwirtschaftlicher Schutzbedürfnisse:
-Trinkwasserschutzgebiete (Zone I bis III)
-Heilquellenschutzgebiete (alle Schutzzonen)
-Einzugsgebiete von direkt oder mittelbar zur Trinkwasserversorgung genutzten Talsperren
-Wassergewinnungsgebiete der öffentlichen Trinkwasserversorgung (ohne ausgewiesene Wasserschutzgebiete)
-Gebiete für die Gewinnung von Trinkwasser und Mineralwasser, die nicht zur öffentlichen Trinkwassergewinnung genutzt werden
-Vorrang- und Vorbehaltsgebiete für den Trinkwasserschutz

Nach einer vorläufigen Abgrenzung der empfohlenen Ausschlussgebiete verbleibt für die Aufsuchung und Gewinnung von Schiefergas im Ruhreinzugsgebiet eine Potenzialfläche von weniger als 3 % der erteilten Erlaubnisfelder, auf der zusätzlich konkurrierende Flächennutzungen mit hohem oder sehr hohem Raumwiderstand zu berücksichtigen sind (Abbildung 2).

Abbildung 2: Verbleibende Potenzialflächen im Einzugsgebiet der Ruhr

Zusammenfassung und Ausblick

Die in Deutschland unter Mitarbeit des IWW durchgeführten Studien kommen zu dem Ergebnis, dass mit der Fracking-Technologie Risiken verbunden sein können, die derzeit aufgrund von Daten- und Kenntnisdefiziten nicht abschließend zu beurteilen sind. Vor diesem Hintergrund wird ein vorsichtiges, schrittweises, kooperatives und ergebnisoffenes Vorgehen empfohlen, bei dem zunächst die Erkundung der unkonventionellen Erdgaslagerstätten und der Geosysteme im Vordergrund stehen sollte [2, 3, 6]. Auf dieser Grundlage könnten Bereiche mit gewinnbaren Erdgasvorkommen eingegrenzt werden. Gleichzeitig soll die Erkundung ein besseres Verständnis der hydrogeologischen Wirkungszusammenhänge liefern, das für eine fundierte Risikoanalyse im Hinblick auf die Umweltauswirkungen notwendig ist. Der zukünftige Einsatz der Fracking-Technologie in Deutschland wird nur in Verbindung mit strengen Vorschriften, klaren Beurteilungskriterien und einer intensiven behördlichen und wissenschaftlicher Überwachung gesehen. Hierzu wurden rechtlich-organisatorische sowie naturwissenschaftlich-technische Empfehlungen ausgesprochen und publiziert [3, 6].

Literatur

[1] Ewen, C., Borchardt, D., Richter, S., Hammerbacher, R.: Risikostudie Fracking – Sicherheit und Umweltverträglichkeit der Fracking-Technologie für die Erdgasgewinnung aus unkonventionellen Quellen (Übersichtsfassung) 2012.

[2] MKULNV NRW: Gutachten mit Risikostudie zur Exploration von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten in Nordrhein-Westfalen und deren Auswirkungen auf den Naturhaushalt, insbesondere die öffentliche Trinkwassergewinnung. Gutachten im Auftrag des Ministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes NRW 2012 (Kurzfassung, www.umwelt.nrw.de/umwelt/pdf/gutachten_fracking_nrw_2012.pdf).

[3] Umweltbundesamt (UBA): Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten – Risikobewertung, Handlungsempfehlungen und Evaluierung bestehender rechtlicher Regelungen und Verwaltungsstrukturen. Gutachten im Auftrag des Umweltbundesamtes 2012, Forschungskennzahl 3711 23 299 (Lang- und Kurzfassung: www.umweltbundesamt.de/uba-info-medien/4346.html).

[4] Umweltbundesamt (UBA): Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten. Gutachten im Auftrag des Umweltbundesamtes 2014, Forschungskennzahl 3712 23 220.

[5] IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft mbH: Wasserwirtschaftliche Risiken bei Aufsuchung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten im Einzugsgebiet der Ruhr. Gutachten des IWW im Auftrag der Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke an der Ruhr e.V. und des Ruhrverbandes 2013. www.awwr.de/fileadmin/download/download_2013/studie_fracking_einzugsgebiet_ruhr.pdf, www.ruhrverband.de/wissen/forschung-entwicklung/fracking/

[6] Bergmann, A., Meiners, G.: Risiken der Fracking-Technologie für das Grundwasser und die Trinkwasserversorgung. gwf Wasser Abwasser, 1/2014: 72-82.