Bericht Expertenkommission Fracking 2021 - Expertenkommission Fracking 2021
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Bericht Expertenkommission Fracking 2021
Mitglieder der Expertenkommission Prof. Dr. Holger Weiß
Fracking (ExpKom) (stellvertretender Vorsitzender)
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Dr. Lilian Busse GmbH (UFZ)
Umweltbundesamt (UBA) AG-Leiter Department Umweltinformatik
Leiterin Fachbereich Gesundheitlicher Leipzig
Umweltschutz und Schutz der Ökosysteme
Dessau-Roßlau
Dr. Bodo-Carlo Ehling (seit 01.06.2021)* * Frau Seidemann ist zum Ende ihrer
Landesamt für Geologie und Bergwesen des Dienstzeit aus der Expertenkommission
Landes Sachsen-Anhalts (LAGB) ausgeschieden. Der Deutsche Bundesrat hat
Leiter Geologischer Dienst als ihren Nachfolger Herrn Dr. Ehling ernannt.
Halle
Prof. Dr. Thomas Himmelsbach
Bundesanstalt für Geowissenschaften und
Rohstoffe (BGR)
Abteilungsleiter Grundwasser und Boden Mitarbeitende der Geschäftsstelle der
Hannover
Expertenkommission Fracking
Prof. Dr. Charlotte Krawczyk Dr. Jan Globig
(Vorsitzende)
Henning Kraudzun
Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches
Dr. Ute Münch (Leitung)
GeoForschungsZentrum (GFZ)
Direktorin Department Geophysik
Potsdam
Sabine Rosenbaum
Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt
und ländliche Räume des Landes Schleswig-
Holstein (LLUR)
Leiterin Abteilung Geologie und Boden
Flintbek
Angelika Seidemann (bis 31.05.2021)*
Landesamt für Bergbau, Geologie und
Rohstoffe des Landes Brandenburg (LBGR)
Leiterin Abteilung Geologie
CottbusBericht
Expertenkommission Fracking
Inhaltsverzeichnis
Vorwort ................................................................................................................................................ 2
Zusammenfassung ............................................................................................................................... 3
Wesentliche Erkenntnisse der 2020/2021 durchgeführten Studien ................................................... 5
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Monitoringkonzepte
Grundwasser und Oberflächengewässer ................................................................................. 5
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Methanemissionen und
Szenarien .................................................................................................................................. 7
Mikroseismizität bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
Lagerstätten ........................................................................................................................... 11
In den Studien 2020/2021 identifizierter Forschungsbedarf ............................................................ 15
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Monitoringkonzepte
Grundwasser und Oberflächengewässer ............................................................................... 15
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Methanemissionen und
Szenarien ................................................................................................................................ 15
Mikroseismizität bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
Lagerstätten ........................................................................................................................... 16Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
In den Studien 2020/2021 abgeleitete Handlungsempfehlungen .................................................... 18
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Monitoringkonzepte
Grundwasser und Oberflächengewässer ............................................................................... 18
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Methanemissionen und
Szenarien ................................................................................................................................ 19
Mikroseismizität bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
Lagerstätten ........................................................................................................................... 20
Bewertung der Studienergebnisse..................................................................................................... 22
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Monitoringkonzepte
Grundwasser und Oberflächengewässer ............................................................................... 22
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Lagerstätten: Methanemissionen und
Szenarien ................................................................................................................................ 23
Mikroseismizität bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
Lagerstätten ........................................................................................................................... 24
Studienübergreifende Empfehlungen ................................................................................... 25
Fazit .................................................................................................................................................... 26
Internetauftritt ................................................................................................................................... 27
Beteiligung der Öffentlichkeit ............................................................................................................ 27
Reaktionen der Öffentlichkeit auf den Berichtsentwurf 2021 .......................................................... 27
Erprobungsmaßnahmen .................................................................................................................... 28
Referenzen zu den Studien ................................................................................................................ 29
Kontakt ............................................................................................................................................... 30
3Vorwort In den Studien werden insbesondere die
folgenden Aspekte betrachtet, die auch in
Im vergangenen Jahr haben wir drei Studien aktuellen Diskussionen thematisch im Vor-
durch das Bundesministerium für Bildung und dergrund stehen:
Forschung beauftragen lassen, um den aktu-
ellen Stand von Wissenschaft und Technik 1. Monitoringkonzepte für Grundwasser
hinsichtlich der Umweltauswirkungen von und Oberflächengewässer,
Fracking bei der Aufsuchung und Gewinnung
von Kohlenwasserstoffen aus unkonventio- 2. Methanemissionen,
nellen Lagerstätten zusammenfassen zu
3. mögliche Risiken durch induzierte
können. Als unkonventionelle Lagerstätten
Seismizität.
gelten solche, in denen Erdöl bzw. Erdgas in
den Muttergesteinen Schiefer-, Mergel-, Ton- Die Studien sind auf unserer Webseite
und Kohleflözgestein in kleinen Poren veröffentlicht. Unsere Zusammenfassung und
eingeschlossen ist. Bewertung der Studienergebnisse sind in
diesem Bericht dargelegt. Mit der Übergabe
Für alle drei Studien wurden internationale
des dritten Berichtes an den Deutschen
Publikationen zu Fracking-Maßnahmen in un-
Bundestag Ende Juni 2021 sehen wir unsere
konventionellen Lagerstätten ausgewertet.
Aufgabe im Hinblick auf die Beratung der
Insbesondere Erfahrungen anderer Länder
Politik zum Stand von Wissenschaft und
wie den USA, Kanada und Australien in denen
Technik als abgeschlossen an.
Kohlenwasserstoffe durch die Fracking-
Methode aus unkonventionellen Lagerstätten Der Deutsche Bundestag überprüft nun auf
gewonnen werden, sind in den Studien doku- der Grundlage des vorliegenden Standes von
mentiert. Aber auch Beispiele aus China und Wissenschaft und Technik die
Europa werden herangezogen. Dabei werden Angemessenheit des Verbots für Fracking in
nicht nur Unterschiede bzw. Ähnlichkeiten unkonventionellen Lagerstätten.
der geologischen Gesteinsformationen und
Strukturen herausgearbeitet, sondern auch
technische Standards und rechtliche Rah-
menbedingungen, sofern möglich, betrach-
tet. Da die USA fast 80 % ihres Erdgases aus Prof. Dr. Charlotte Krawczyk
unkonventionellen Lagerstätten durch die
Fracking-Methode gewinnen, dominiert hier (Vorsitzende der
die Fachliteratur. Expertenkommission Fracking)
Aufbauend auf den Ergebnissen der Literatur-
recherchen werden jeweils Handlungs-
optionen und Empfehlungen sowie der
Forschungsbedarf für den Einsatz der Technik
in Deutschland abgeleitet.Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Zusammenfassung Vorhaben wird international in sehr unter-
schiedlichem Umfang durchgeführt. Die
Die Aufgabe der Kommission besteht nach ExpKom hält ein ausführliches Baseline
§ 13a Absatz 6 Satz 1 bis 3
Monitoring jedoch für zwingend erforderlich,
Wasserhaushaltsgesetz (WHG) aus:
um den Ausgangszustand eines Gebietes im
1. der wissenschaftlichen Begleitung und
Hinblick auf die zuvor genannten Aspekte
Stellungnahme zu den erzielten
systematisch zu erfassen und auf dieser
Ergebnissen von maximal vier
Erprobungsmaßnahmen, die nach Grundlage Ausschlussgebiete zu ermitteln
§ 13a Absatz 2 WHG zu dem Zweck erlaubt und den Umfang und das Design von
werden können, um Auswirkungen auf die Schutzmaßnahmen zu konzipieren.
Umwelt, insbesondere den Untergrund
und den Wasserhaushalt zu erforschen, Die Kommission betont, dass darüber hinaus
2. dem Bericht zum Stand von Wissenschaft zur Risikoabschätzung und -minderung auch
und Technik beim Aufbrechen von spezifische Gefährdungspfade und die
Schiefer-, Ton-, Mergelgestein oder Vulnerabilität der lokalen Schutzgüter zu
Kohleflözgestein zur Aufsuchung oder betrachten sind. Da Deutschland dichter
Gewinnung von Erdgas oder Erdöl. besiedelt ist als z. B. die USA, muss die
Vulnerabilität grundsätzlich höher
Erprobungsmaßnahmen wie unter 1.
eingeschätzt werden.
dargelegt, wurden nicht beantragt.
Mit Hilfe von numerischen Simulationen
Der aktuelle Stand der Wissenschaft und
können standortspezifische Parameter ver-
Technik ist in diesem Bericht
wendet, Szenarien abgeleitet und Schwellen-
zusammengefasst und beruht ausschließlich
werte definiert werden. Sobald festgelegte
auf internationalen Erfahrungen und
Grenzwerte überschritten werden, sind
hypothetischen Szenarien für Deutschland.
umgehend geeignete Maßnahmen zu
Drei potentielle Risikobereiche werden
ergreifen, um das Gefährdungspotential zu
beleuchtet: Methanemissionen, Grundwasser
minimieren. Dies kann auch eine Unterbre-
und Oberflächengewässer sowie induzierte
chung oder den vollständigen Abbruch einer
Seismizität.
Fracking-Maßnahme bedeuten.
Aus den drei dazu beauftragten Studien leitet
die Expertenkommission Fracking (ExpKom) Das in tiefen geologischen Formationen
folgende Kernaussagen und Bewertungen ab: vorhandene Grundwasser unterscheidet sich
Die Studien zeigen, dass sich die Umweltrisi- in seiner chemischen Zusammensetzung und
ken aufgrund von Fracking unkonventioneller den physiko-chemischen Eigenschaften
Lagerstätten durch eine angepasste wesentlichen von den als Trinkwasser-
Steuerung und Überwachung der Maßnah- Ressource genutzten oberflächennahen
men minimieren lassen. Eine Erkundung des Grundwässern. Tiefengrundwässer sind
lokalen Geosystems im Zuge der Standortaus- hochmineralisiert und weisen für die
wahl sowie ein sogenanntes „Baseline oberflächennahen Umweltbedingungen
Monitoring“ im Vorfeld potentieller Fracking- störende Inhaltsstoffe auf. Deshalb müssen
3Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
sowohl für den Flowback aus den Frac- Fracking in unkonventionellen Lagerstätten in
Prozessen als auch für die Lager- Betracht gezogen wird, muss einem
stättenwässer im Vorfeld eines Fracking- umfassenden politischen Abwägungs- und
Vorhabens Konzepte zur Aufbereitung, Entscheidungsprozess unterzogen werden.
Lagerung und Entsorgung vorgelegt werden. Bei diesem müssen neben klimapolitischen
Dabei muss der Fokus auf der Aufbereitung Aspekten auch gesellschaftliche,
und Wiederverwendung liegen, um den wirtschaftliche und gesundheitliche Belange
Wasserverbrauch zu reduzieren. Für die betrachtet werden.
Nachbetriebsphase sind verbindliche
Regelungen mit dem bergrechtlich
verantwortlichen Unternehmen zu treffen.
Als selbstverständlich erachtet die ExpKom
die Verwendung modernster Technik und
Materialien. Insbesondere bezüglich
Methanemissionen sind so bei allen
Produktionsschritten erhebliche
Reduzierungen zu erreichen. In den Antrags-
unterlagen für Genehmigungsverfahren
müssen alle zum Einsatz kommenden Tech-
nologien und die Materialien, die verwendet
werden sollen, dargelegt werden.
Mit dieser fachlichen Grundlage zum Stand
von Wissenschaft und Technik bezüglich der
Auswirkungen von Fracking
unkonventioneller Lagerstätten auf die
Umwelt, insbesondere den Untergrund und
den Wasserhaushalt, ist nach Einschätzung
der Expertenkommission die Aufgabe
abgeschlossen. Die Prüfung des Deutschen
Bundestages zur Angemessenheit des
Verbots für Fracking in unkonventionellen
Lagerstätten (nach WHG § 13a Absatz 1) kann
nun vorgenommen werden.
Die klimapolitischen Rahmenbedingungen
haben sich seit Verabschiedung des zuvor
genannten Paragraphen des WHG und der
Einsetzung der Expertenkommission Fracking
erheblich verändert. Ob die Option von
4Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Wesentliche Erkenntnisse der (2) Natürliche Wegsamkeiten, die auf
Störungen beruhen;
2020/2021 durchgeführten Studien
(3) Diffuse Ausbreitung von Fluiden
Umweltauswirkungen von Fracking bei der unabhängig von bevorzugten Wegsamkeiten.
Aufsuchung und Gewinnung von Die Auswertung internationaler Fachliteratur
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen hat ergeben, dass die größten negativen Aus-
Lagerstätten: Monitoringkonzepte wirkungen und Risiken für das Grundwasser
Grundwasser und Oberflächengewässer und die Oberflächengewässer vom Umgang
mit wassergefährdenden Stoffen an der
In der von der ahu GmbH Wasser · Boden · Erdoberfläche ausgehen.
Geomatik (Denneborg et al., 2021)
erarbeiteten Studie werden die Ergebnisse Die Studie erläutert methodische Ansätze
einer internationalen Literaturrecherche zum sowie gesetzliche Anforderungen an das
Grundwassermonitoring im Zusammenhang Monitoring von Fracking-Maßnahmen in un-
mit der Förderung von Kohlenwasserstoffen konventionellen Lagerstätten. Hierzu wer-
aus unkonventionellen Lagerstätten den bedeutende globale Geosysteme, in
(Definition siehe Vorwort) zusammengefasst denen solche Lagerstätten durch Fracking-
und dahingehend bewertet, inwieweit diese Maßnahmen erschlossen werden, darge-
internationalen Erfahrungswerte auf stellt und mit entsprechenden Geosystemen
deutsche Standorte übertragbar sind. In der in Deutschland verglichen.
Studie wurde insbesondere Literatur zu
Geosysteme mit Schiefergas-Vorkommen in
amerikanischen Lagerstätten ausgewertet, da
den USA, Australien und Kanada sind ähnlich
in den USA bis zum Jahr 2020 ungefähr zwei
denen in Deutschland aufgebaut. Es handelt
Millionen Fracs durchgeführt wurden.
sich überwiegend um große Sedimentbecken
Die Studie fasst Erkenntnisse zu den gewäs- mit unterschiedlichen Deckgebirgsaufbauten.
serbezogenen Risiken aus der internationalen Die Lagerstätten liegen in Tiefen von wenigen
Literatur zusammen und leitet daraus ab, Hundert bis mehreren Tausend Metern. Für
welche Gefährdungspfade vorrangig in einem Deutschland kann allerdings in bestimmten
Monitoring zu berücksichtigen sind. Bereichen eine höhere tektonische
Beanspruchung und das Auftreten von tief-
Hierbei sind vier Pfadgruppen zu greifenden Störungen angenommen werden,
unterscheiden: so z. B. für die potentiellen Schiefergas-Vor-
kommen im Rheinischen Schiefergebirge.
(0) Stoffeinträge unmittelbar an der
Erdoberfläche (Transport, Lagerung und In Hinblick auf die Planung und Voreingriffs-
Bohrplatz); untersuchung eines Vorhabens wurden für
die USA, Australien und Kanada keine Rege-
(1) Künstliche Wegsamkeiten entlang von lungen in der Fachliteratur gefunden, die mit
Bohrungen; dem Vorgehen der EU und damit auch für
5Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Deutschland im Rahmen einer Strategischen Allerdings wurden regionale Fließsysteme
Umweltprüfung (SUP) vergleichbar sind. und Austauschprozesse zwischen unter-
schiedlichen Grundwasserstockwerken nicht
Dies betrifft die Festlegung von Ausschlussge- näher betrachtet.
bieten bei der Standortwahl sowie Modelle
zur Standorterkundung und späteren Beglei- Für die Betriebsphase existieren
tung des operativen Monitorings. Ebenso gibt mittlerweile weltweit zahlreiche Erfahrun-
es in den USA keine gesetzlich geregelten gen und Regelwerke zum Bohrplatzdesign,
Mindestabstände zwischen den Bohrplätzen, zur betrieblichen Überwachung, zum Um-
Förderbohrungen und Schutzgütern. gang mit wassergefährdenden Stoffen sowie
zur Überwachung der Bohrlochintegrität.
Bei der Standorterkundung stehen die Erfas-
sung der hydrogeologischen Wirkungszu- Um die aufgetretenen negativen Umweltaus-
sammenhänge mit den möglichen Gefähr- wirkungen zu minimieren, wurden viele die-
dungspfaden und die Beschreibung des Aus- ser Regelwerke inzwischen auch von der Öl-
gangszustands (Baseline Monitoring) auf der und Gasindustrie beim Fracking in unkonven-
Grundlage örtlicher Erkundungen und nume- tionellen Lagerstätten weiterentwickelt.
rischer Standortmodelle im Vordergrund. Folgende Punkte sind hierbei wichtig:
In den USA, Australien und Kanada existieren • Beteiligung aller Stakeholder auf allen
in der Regel keine oder nur unzureichende Planungsebenen;
gesetzliche Anforderungen an ein Baseline
Monitoring. Dieses beschränkt sich z. B. in • Baseline Erhebungen und Monitoring
den USA in der Regel auf wenige Untersu- aller relevanten Umweltindikatoren;
chungen im Nahbereich einer Bohrung in Be-
• Veröffentlichung aller Daten (u. a.
zug auf Hausbrunnen, Oberflächengewässer
Wasserverbrauch,
sowie ggf. auf Messungen in oberflächennah
Fluidzusammensetzungen, Fluidbilanzen,
auftretenden Grundwasserleitern. Somit ist
Methanemissionen);
nach mehreren Millionen Bohrungen und fast
zwei Millionen Fracs der Voreingriffszustand • Risikomanagement;
nicht mehr überall darstellbar. So wurden
hydrochemische Charakterisierungen von • Frac-Kontrolle;
Grundwasser und Oberflächengewässern in
• Einhaltung von Mindestabständen zu
Hausbrunnen und Quellen für die öffentliche
Grundwasserleitern;
Wasserversorgung erst nach Beginn der
Fracking-Aktivitäten vorgenommen. • Maßnahmen zur Verhinderung und
Begrenzung von Unfällen und
Das bislang umfangreichste Baseline Monito-
Verunreinigungen;
ring wurde innerhalb einer Umweltverträg-
lichkeitsstudie für einen Fracking-Standort in
Lancashire (Großbritannien) durchgeführt.
6Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
• Minimierung von Frac-Fluiden und beispielsweise in den USA nach Abschluss der
Wasser sowie der Luftbelastungen durch Förderung in die ausgeförderte Lagerstätte
Fahrzeuge und Aggregate; verpresst.
• Verringerung des Risikos von Erdbeben In Bezug auf die Verpflichtungen nach der
durch sorgfältige Standortauswahl und Stilllegung (Nachsorge) insbesondere von
Frac-Design; konventionellen Öl- und Gasbohrungen
fehlten in den USA in der Vergangenheit An-
• Geordnete Entsorgung des Flowbacks, forderungen an den Verschluss, die Überwa-
der Prozesswässer und Bohrschlämme. chung und Dokumentation stillgelegter Boh-
rungen. Daher existiert dort heute eine große
Die technologischen Verfahren zur
Anzahl unzureichend verschlossener und
Erschließung unkonventioneller Lagerstätten
nicht dokumentierter Altbohrungen.
haben sich international in den vergangenen
Jahren deutlich weiterentwickelt. An So kam es im Bereich von Altbohrungen
aktuellen Bohrplätzen werden mitunter 30 immer wieder zu Fluidausbrüchen und
horizontale Bohrungen in einer Länge von bis unkontrollierten Entweichungen großer
zu zehn Kilometern eingebracht. Der Mengen an Methan. Mittlerweile unterneh-
Fracking-Vorgang ist heute weitgehend men einige US-Bundesstaaten (u. a.
automatisiert und wird mit einer Vielzahl von Pennsylvania, Texas, North Dakota) große
Sensoren und Parametern überwacht, so Anstrengungen, die bislang nicht
dass die Entwicklung eines Fracs genau dokumentierten Altbohrungen aufzuspüren
vorhergesagt und gesteuert werden kann. und zu sanieren.
Die horizontale und vertikale Frac-
Ausbreitung ist auf ca. 600 m begrenzt, so
dass die erforderlichen Mindestabstände zu
Schutzgütern und Wegsamkeiten wie
Altbohrungen und durchlässigen Störungen
festgelegt werden können. Zudem werden Umweltauswirkungen von Fracking bei der
bei den Fluiden seit einigen Jahren weniger Aufsuchung und Gewinnung von
toxische Zusätze und insgesamt geringere
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
Mengen verwendet. Die eingesetzten Stoffe
Lagerstätten: Methanemissionen und
werden erfasst und überwacht.
Szenarien
Für die Aufbereitung des Flowbacks und der
Lagerstättenwässer werden in der Literatur Methan hat bezogen auf einen Zeitraum von
eine Reihe technischer Möglichkeiten zur 100 Jahren eine um den Faktor 25
Wiederverwendung und Entsorgung genannt. (Umweltbundesamt) höhere Treibhausgas-
International ist mittlerweile das Recyceln wirkung als Kohlendioxid. Der Faktor der
von Frac-Fluiden aus Kostengründen Klimawirksamkeit hängt allerdings von den
Standard; verbleibende Fluide werden betrachteten Zeitskalen ab. Wird beispiels-
7Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
weise ein kürzerer Zeitraum (20 Jahre) ange- (Environmental Protection Agency, EPA)
setzt, erhöht sich der Faktor auf 86. Um dem kontinuierlich Emissionsdaten zu Methanaus-
Klimawandel zu begegnen, wird deshalb eine tritten bei der Erdgasförderung aus
deutliche Verringerung der anthropogen ver- unkonventionellen Lagerstätten.
ursachten Methanemissionen angestrebt.
Durch die Förderung von Kohlenwasserstof- Zu diffusen Methanemissionen über
fen aus unkonventionellen Lagerstätten natürliche Wegsamkeiten wie tektonische
(Definition siehe Vorwort) wird jedoch die Störungen und Klüfte vor einer Fördermaß-
Freisetzung klimaschädlicher nahme lassen sich in der Fachliteratur keine
Methanemissionen befürchtet. Angaben finden. Vermutlich sind sie jedoch
ohnehin zu vernachlässigen und nicht
Die wissenschaftlichen Ergebnisse zu messbar, da ansonsten die Lagerstätten über
Methanemissionen, die bei der Gewinnung geologische Zeiträume hinweg ausgegast
von Erdgas aus unkonventionellen wären. Außerdem befinden sich
Lagerstätten freigesetzt werden, sind in der unkonventionelle und konventionelle Lager-
Studie der G.E.O.S. Ingenieur-Gesellschaft stätten oftmals zwar in unterschiedlichen
GmbH zusammengefasst (Kahnt et al., 2021). Teufenlagen (Tiefe), aber in denselben
Ausgewertet wurden hierfür zahlreiche inter- Fördergebieten, so dass etwaige Emissionen
nationale Fachpublikationen und Behörden- von thermogenem Methan aus unkonventio-
daten. Darüber hinaus wurde geprüft, nellen Lagerstätten messtechnisch nicht von
inwieweit die gewonnenen Ergebnisse sich solchen aus konventionellen Lagerstätten zu
auf Deutschland übertragen lassen. unterscheiden sind.
Die Auswertung der internationalen Ebenfalls wurden bislang keine
Fachliteratur zeigt, dass keine repräsentativen und direkt zuzuordnenden
repräsentativen Daten für diffuse Methan- Messdaten zu Emissionen über künstliche
austritte über natürliche und künstlich ge- Wegsamkeiten während der Produktion
schaffene Wegsamkeiten in Bezug auf nachgewiesen. Potentielle Austritte von
unkonventionelle Erdgaslagerstätten Methan scheinen oft diffus und über größere
existieren. Auch bleibt offen, mit welchen Flächen verteilt zu sein und sind daher nur
Emissionsraten nach Beendigung der schwer einer konkreten aktiven Bohrung zu-
Förderung und vor allem nach Ende der ge- zuordnen.
setzlichen Nachsorge- und Überwachungs-
pflicht in den derzeitigen Hauptfördergebie- Der Gas- und Fluiddruck wird während der
ten gerechnet werden muss. Förderung gegenüber dem natürlichen Lager-
stättendruck signifikant abgesenkt. In dieser
Fast 80 % der derzeitigen Gesamtförder- Phase kann das Gas nicht in das geologische
menge an Erdgas in den USA werden aus Umfeld migrieren. Dies ändert sich, wenn
unkonventionellen Lagerstätten durch sich der Lagerstättendruck nach Beendigung
Fracking gewonnen. Seit 1990 erfasst die
amerikanische Umweltschutzbehörde
8Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
der Förderung aufgrund der Spannungs- aufgeführten unterschiedlichen Angaben zu
umlagerung im ausgeförderten Speicher- Methanemissionen und Emissionsraten nur
gestein wieder erhöht. eingeschränkt vergleichbar. Dies wird zusätz-
lich durch die Tatsache erschwert, dass es
Aufgrund der hohen Erschließungskosten kaum einheitliche und standardisierte
werden Förderbohrungen in Messverfahren gibt.
unkonventionellen Lagerstätten zumeist 20
bis 30 Jahre betrieben. Daher gibt es bisher Die Daten zu Methanemissionen, die bei der
nur wenige Bohrungen in unkonventionellen Förderung, Verarbeitung und dem Transport
Lagerstätten, die bereits außer Betrieb des Gases auftreten, basieren auf
genommen worden sind. Eine langjährigen Datenreihen, die in der Erdgas-
Unterscheidung von diffusen industrie erhoben wurden. Diese werden
Methanemissionen aus stillgelegten sowie überwiegend mit Hilfe von standortbezoge-
aus den noch im Betrieb befindlichen nen Messungen (Bottom-Up-Ansatz) und
Bohrungen ist somit nicht möglich. nur untergeordnet durch Fernerkundung
(Satelliten, Flugzeuge, Drohnen, hohe
Massive und kurzfristige Methanfrei- Türme; sog. Top-Down-Ansatz) und
setzungen, die temporär die Isotopenbestimmungen ermittelt.
Gesamtemissionen in einer Region
dominieren können, werden als Superemitter Messungen nach dem Top-Down-Ansatz
bezeichnet. Diese Ereignisse sind in erster erfassen die Methan-Konzentration in der
Linie auf stillgelegte und auf schlecht abge- Atmosphäre und damit die Gesamt-
dichtete alte Bohrlöcher, Leckagen in Kom- emissionen aller Emissionspfade. Das globale
pressoren oder Rohrleitungen sowie defekte Budget kann so gut abgeschätzt werden. Eine
Anlagenteile zurückzuführen. Auch Probleme Zuordnung zu einzelnen Pfaden ist auf diese
bei Wartungsarbeiten können Methan- Weise jedoch nicht möglich.
emissionen verursachen. Technologisch
bedingte Superemitter wurden in der Messungen nach dem Bottom-Up-Ansatz
Vergangenheit bereits vereinzelt identifiziert. erfassen die örtlichen Methanemissionen
Aufgrund kontinuierlich weiterentwickelter auch in geringen Konzentrationen, sofern
gesetzlicher und regulatorischer Vorgaben Sensoren dicht genug an der Emissionsquelle
wurden entsprechende Lösungen zur Redu- installiert sind. Um einen Gesamtwert zu
zierung der Methanemissionen entwickelt. erhalten, müssen bei dieser Methode viele
Diese Maßnahmen werden vorrangig bei Einzelprozesse betrachtet, bewertet und
neuen, kaum jedoch bei älteren bestehenden gewichtet aufsummiert werden. So ist zum
Bohrungen umgesetzt. Die in der Fach- Beispiel darauf zu achten, dass nicht zwei
literatur genannten Emissionsraten bilden Sensoren dieselbe Emissionsquelle messen,
hingegen die Beiträge älterer und neuerer da ansonsten durch Doppelzählungen fehler-
Anlagen gleichermaßen und unterschiedslos hafte Emissionsraten ermittelt würden.
ab. Da die Zahl der Anlagen im Laufe der Zeit
angestiegen ist, sind die in der Fachliteratur
9Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Der Beitrag über einzelne Emissionspfade zur werden. Außergewöhnlich hohe Emissions-
Gesamtemission an Methan ist mit den ver- raten beruhen jedoch meist auf Störfällen
fügbaren Methoden daher nur mit extrem und sind damit nicht repräsentativ für eine
hohem Messaufwand zu bestimmen. Zudem mittlere Methanemissionsrate während des
existieren starke räumliche Schwankungen, Normalbetriebs. Sie fließen aber in die Be-
die auf folgende Randbedingungen zurückzu- trachtung mit ein und bedingen die Variabili-
führen sind: tät der Angaben zu Methanemissionen.
• Fluktuierende In der Studie wird auf Basis der vorliegenden
Hintergrundkonzentrationen (natürliche Daten für das Jahr 2015 für die USA eine
Emissionen, Emissionen durch Methanemissionsrate, die alle Emissions-
Landwirtschaft, etc.); pfade umfasst, aus der gesamten Erdgas-
produktion (konventionelle und unkonventio-
• Klimatische und witterungsbedingte nelle Lagerstätten) in Höhe von 2-4 % der ge-
Schwankungen z. B. Starkwindphasen und samt geförderten Methanmenge
Niederschläge; entsprechend des Top-Down-Ansatzes abge-
leitet. Da mittlerweile durch Aufgabe alter
• Zusammensetzung und Flüssigkeitsanteil
Gasfelder mit konventioneller Förderung
des Lagerstättengases;
überwiegend nur noch aus unkonventionel-
• Überschneidungen mit gleichzeitiger len Lagerstätten gefördert wird, kann dieser
Ölgewinnung; Anteil an den Emissionen daher als repräsen-
tativ für unkonventionelle Lagerstätten ange-
• Unterschiedliche behördliche sehen werden.
Anforderungen;
Die höchsten Emissionsraten werden bei der
• Zeitliche Schwankungen z. B. durch Verarbeitung und während des Transportes
Störfälle/Superemitter und des geförderten Gases gemessen. Schwach-
unterschiedlichen Stand der Technik. stellen sind unter anderem Kompressoren
und Ventile. Da 99 % der Emissionen wäh-
Störfälle können mit dem Bottom-up-Ansatz
rend der Produktion und der Verteilung
somit nur erfasst werden, wenn sich die
unabhängig von den Fördermethoden
Sensoren in unmittelbarer Nähe zur
entstehen, lässt sich schlussfolgern, dass die
Emissionsquelle befinden.
in der vorliegenden Studie ermittelte
In der Fachliteratur sind sehr Methanemissionsrate von ca. 2-4 % der
unterschiedliche Emissionsraten in einer gesamt geförderten Methanmenge für das
Spannweite von 0,1 % bis zu 17 % doku- Jahr 2015 als realistisch anzusehen ist.
mentiert. Diese können durch die zuvor ge-
nannten unterschiedlichen Bestimmungs-
methoden sowie durch das Fehlen
standardisierter Bezugszeiträume erklärt
10Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Mikroseismizität bei der Gewinnung von höher einzuschätzen ist. Dies wird bei den
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Maßnahmenempfehlungen der Studie be-
Lagerstätten rücksichtigt.
Faktoren, die das Auftreten induzierter
Bei der Gewinnung von Kohlenwasserstoffen
Seismizität beeinflussen können, sind die
aus unkonventionellen Lagerstätten
Existenz kritisch gespannter Störungen im
(Definition siehe Vorwort) kann es zu
Grundgebirge und der Spannungszustand
induzierter Seismizität kommen. Die Höhe
der jeweiligen Lagerstätten. Das Auftreten
des Risikos sowie die Möglichkeiten der
induzierter Seismizität mit
Risikoüberwachung und der Risikominderung
Schadenspotential kann durch diese
wurden in der von der Q-con GmbH
Faktoren und einen geringen Abstand zum
erarbeiteten Studie dargelegt (Baisch et al.,
Grundgebirge begünstigt werden.
2021). Aufbauend auf diesen Ergebnissen
Insbesondere die Rückführung von
werden Empfehlungen ausgesprochen, wie
Produktionswässern scheint das Risiko der
diese Risiken bei einer möglichen
induzierten Seismizität zu erhöhen.
Erschließung einer unkonventionellen Lager-
stätte in Deutschland zu bewerten sind, Gemessen an der Anzahl an Fracking-
welche Maßnahmen zur Risikominderung Bohrungen, die insbesondere in den USA,
getroffen werden können und in welcher aber auch in Kanada und China in
Form eine seismische Überwachung erfolgen unkonventionellen Lagerstätten abgeteuft
sollte. worden sind, ist die damit in Zusammenhang
gebrachte induzierte Seismizität selten.
Da in Deutschland unkonventionelle Lager-
Induzierte Seismizität wird insbesondere
stätten nicht in ausreichendem Maße unter-
durch Spannungsveränderungen auf bereits
sucht sind, wurden auch in dieser Studie
existierenden Rissen oder Störungen verur-
Erfahrungswerte aus anderen Ländern mit
sacht. Dabei spielen Druckerhöhung durch
Hilfe von Literaturrecherchen und Experten-
Fluideinbringung und mechanische Spannun-
interviews zum Prozessverständnis herange-
gen aufgrund von Rissöffnungen die zentrale
zogen. Auf dieser Grundlage wurden Fakto-
Rolle.
ren identifiziert, die mit dem Auftreten von
induzierter Seismizität bei der Erschließung Lange Zeit ging man davon aus, dass die
unkonventioneller Lagerstätten assoziiert induzierte Seismizität fast ausnahmslos un-
sind. terhalb der menschlichen Spürbarkeitsgrenze
liegt. Allerdings werden in jüngster Zeit auch
Beim Vergleich der Erfahrungen mit anderen
Erdbeben mit erheblicher Schadenswirkung
Regionen der Welt ist einschränkend darauf
mit dem Einsatz von Fracking in Verbindung
hinzuweisen, dass Deutschland eine
gebracht: Beben im Sichuan Becken in China,
wesentlich höhere Besiedlungsdichte als ge-
in Kanada, Argentinien und den USA mit
nannte internationale Standorte aufweist, so
Magnituden zwischen M L 3,8 und 5,8 sind
dass das seismische Risiko an einem
prominente Beispiele. In anderen Regionen
potentiellen Standort in Deutschland generell
11Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
der Welt wurde Fracking unkonventioneller Ein weit verbreitetes Instrument zur
Lagerstätten bisher jedoch nicht mit Minderung des Risikos von induzierter
Schadensbeben assoziiert. Bei der Seismizität ist eine seismologische
Gewinnung von Flözgas in Australien wurde Überwachung in Kombination mit einem
beispielsweise keine induzierte Seismizität Reaktionsprotokoll.
verzeichnet.
Die sogenannte Ampelsteuerung reagiert auf
Das seismische Risiko wird zusätzlich zur gemessene Seismizität, indem operative
potentiellen Stärke eines Erdbebens durch Maßnahmen reduziert oder eingestellt
weitere Faktoren bestimmt, die die Ausbrei- werden. Zielsetzung dabei ist die Vermeidung
tung der Erdbebenwellen, die resultierende einer bestimmten Konsequenz, wie z. B.
Bodenerschütterung, die Existenz von zu spürbare Erschütterungen oder erschütte-
schützenden Gütern und deren rungsbedingte Gebäudeschäden. Dazu
Vulnerabilität beinhalten. werden im Vorfeld Grenzwerte definiert, bei
deren Überschreitung operativ reagiert wird.
Eine Aussage zur Wahrscheinlichkeit, mit der
ein Erdbeben einer bestimmten Stärke Die Effizienz einer Ampelsteuerung wird aller-
induziert werden könnte, ist mit dem dings durch verschiedene Faktoren limitiert.
heutigen Kenntnisstand nicht möglich. Daher Einerseits treten die stärksten induzierten
fokussieren Risikostudien häufig auf eine Erdbeben häufig als Nachläufer nach Beendi-
theoretische Obergrenze der Erdbeben- gung operativer Maßnahmen auf. Anderer-
stärke, ohne die Auftretenswahrschein- seits kann ein abrupter Anstieg der Erdbe-
lichkeit eines solchen Erdbebens zu benstärke dazu führen, dass Grenzwerte
bestimmen. Die meisten Ansätze zur Ab- übersprungen werden und Reaktionsmaß-
schätzung einer Obergrenze basieren auf nahmen zu spät eingeleitet werden. Diese
dem injizierten Fluidvolumen oder auf der Effekte müssen über einen Sicherheitspuffer
räumlichen Erstreckung der existierenden bei der Konzeption eines Reaktionsprotokolls
Bruchflächen. Zumeist sind die so ermittelten berücksichtigt werden. Im Falle einer
Obergrenzen zutreffend. Allerdings kann bei unkontrollierten Bruchausbreitung ist die
einer unkontrollierten Bruchausbreitung auf Wirksamkeit einer Ampelsteuerung begrenzt.
einer besonders kritisch gespannten Störung
die tatsächliche Erdbebenstärke auch unter- In einigen Bundesstaaten der USA und in
schätzt werden. Kanada sind Ampelsteuerungen bei Fracking
und bei der Rückführung von Lagerstätten-
Inwieweit Schäden durch Erschütterungen wässern vorgeschrieben. Ähnliche Vorgaben
einer bestimmten Stärke hervorgerufen galten für Großbritannien. Die in den genann-
werden, hängt stark von der ten Ländern verwendeten Reaktionspläne
Bebauungsstruktur und der Bausubstanz ab. basieren meist auf einem einfachen
Auch soziologische Aspekte können bei der Schwellenwert bezüglich der lokalen
Schadensbemessung von Bedeutung sein. Erdbebenmagnitude M L . Tritt ein Erdbeben
12Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
mit einer Magnitude oberhalb des Schwellen- Volumen von 800 m3. Der relevante Beein-
wertes auf, so werden die untertägigen flussungsbereich von Spannungs-
Arbeiten für einen bestimmten Zeitraum veränderungen wird mit 500 m um die
unterbrochen oder endgültig beendet. Die Injektionspunkte abgeschätzt. Darauf
angesetzten Schwellenwerte variieren dabei aufbauend werden Handlungsempfehlungen
beträchtlich und lagen zum Beispiel bei ausgesprochen, einen Sicherheitsabstand
M L =0,5 für Fracking-Aktivitäten in England zwischen Bohrung und potentiell kritisch
und bei M L =5 für Fluidinjektionen in Illinois, gespannten Störungen einzuhalten.
USA. Für die große Spannbreite können
sowohl regionale Faktoren wie typische Um die durch ein Erdbeben hervorgerufenen
Erdbebentiefe und Signaldämpfung als auch Erschütterungen an der Erdoberfläche zu
ein unterschiedliches Akzeptanzniveau von bestimmen, wird auf eine empirische
Erschütterungen ursächlich sein. Beziehung zur Vorhersage von Boden-
schwinggeschwindigkeiten in Kombination
Die modellierte Risikobewertung für ein mit oberflächennahen Verstärkungsfaktoren
hypothetisches Erschließungsprojekt in zurückgegriffen. Die Schadensrelevanz der Er-
Deutschland zeigt, dass die Definition von schütterungen wird anhand der Norm
Grenzwerten für eine Steuerung der DIN4150-3 bewertet.
Fracking-Aktivitäten möglich ist.
Zur Minderung des Risikos wurde eine
Um die globalen Erfahrungswerte auf den Ampelsteuerung entworfen, um spürbare
Standort Deutschland zu übertragen, wurden Seismizität zu vermeiden und Schäden
Regionen mit Potential für Kohlenwasser- nahezu auszuschließen. Anders als die
stoffe aus unkonventionellen Lagerstätten in Magnituden-basierte Steuerung in anderen
Deutschland hinsichtlich geologisch- Ländern wird für Deutschland vorgeschlagen,
tektonischer Faktoren charakterisiert. Sowohl die Bodenschwinggeschwindigkeit (PGV) als
die Einstufung der Potentialgebiete als auch Schwellwertparameter heranzuziehen, da
deren Charakterisierung erfolgte in enger dieser besser mit Erdbebenschäden
Anlehnung an eine vorangegangene korreliert. Der PGV-basierte Ansatz setzt
Potentialstudie der Bundesanstalt für Geo- allerdings voraus, dass PGV-Messungen
wissenschaften und Rohstoffe. lokaler Messstationen vorhanden sind. Da
dies in Deutschland vorausgesetzt werden
Für ein hypothetisches Projekt zur Er- kann, ist eine Steuerung über diese Mess-
schließung unkonventioneller Kohlen- größe gegenüber der Magnitude zu
wasserstoffe werden Spannungsver- bevorzugen.
änderungen im Untergrund modellhaft abge-
bildet. Das hypothetische Erschließungs- Die vorgeschlagene Ampelsteuerung
projekt beinhaltet den Einsatz der Fracking- beinhaltet eine Unterbrechung bzw. einen
Technologie in 48 Intervallen in einer Abbruch operativer Maßnahmen beim Auf-
Horizontalbohrung, jeweils mit einem Fluid- treten eines Ereignisses, welches Erschütte-
13Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
rungen mit einer Bodenschwinggeschwindig-
keit von 0,2 mm/s oder mehr verursacht. Das
Abbruchkriterium liegt damit unterhalb der
Spürbarkeitsgrenze.
14Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
In den Studien 2020/2021 Die Entwicklung von kontinuierlich arbeiten-
den Top-Down-Messsystemen zur Erfassung
identifizierter Forschungsbedarf
größerer Gebiete zur Identifikation von Stör-
fällen ist erstrebenswert. Je nachdem, welche
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Trägersysteme (Satelliten, Flugzeuge oder
Aufsuchung und Gewinnung von Drohnen) dazu am besten geeignet sind, ist
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen zusätzlich eine Miniaturisierung der Mess-
technik, d. h. der multispektralen Sensoren
Lagerstätten: Monitoringkonzepte
und automatischen Systeme zur Proben-
Grundwasser und Oberflächengewässer
nahme für Isotopenanalysen notwendig.
Forschungsbedarf gibt es bei der Entwicklung Im Bereich der Bottom-Up-Messverfahren
(über)regionaler hydrodynamischer muss die Automatisierung vorangetrieben
numerischer Simulationen, die auch eine werden, um Messungen auch in schwer
hydraulisch-chemische Modellkopplung zugänglichen Bereichen zu ermöglichen.
beinhalten sollten. Optimal wäre die Entwicklung fest
installierter Messsysteme in definierten
Neben der Abbildung von Wechselwirkungen
räumlichen Abständen, die in der Lage sind,
beim Umgang mit wassergefährdenden
neben dauerhaften Methanmessungen auch
Stoffen an der Oberfläche und den
Betriebsstörungen, Störfälle und
Auswirkungen auf Grundwasser und
ungewöhnliche Betriebszustände in Echtzeit
Oberflächengewässer sind Durchlässigkeiten
zu erfassen und zu melden. Um Emissionen
im Gestein und Transportprozesse noch nicht
umgehend zu erkennen und die
vollständig numerisch simulierbar.
erforderlichen Informationen in Echtzeit zur
Verfügung stellen zu können, müssen
geeignete Auswertungsalgorithmen und
Meldesysteme entwickelt werden.
Grundsätzlich kann schon seit ungefähr zehn
Umweltauswirkungen von Fracking bei der
Jahren biogenes von thermogenem Methan
Aufsuchung und Gewinnung von durch die Messung von stabilen
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen Kohlenstoffisotopen (δ13C, δ12C) eindeutig
Lagerstätten: Methanemissionen und unterschieden werden. Dies gilt sowohl für
Szenarien die Gasphase als auch für im Grundwasser
gelöstes Methan. Beim Übertritt von Methan
Forschungsbedarf wird im Zusammenhang ins Grundwasser werden zudem fast immer
mit dem Nachweis und der Quantifizierung mikrobiologische Prozesse ausgelöst, die
von Methanemissionen insbesondere bei der nicht nur die hydro-chemische
Produktion, Aufbereitung und Verteilung des Zusammensetzung beeinflussen, sondern
Gases gesehen. sich in Form einer vergleichsweise einfach
messbaren Fraktionierung der stabilen
15Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Wasserisotope (δ2H, δ1H) als auch der mögliche Migration von Methan über
stabilen Kohlenstoffisotope ausdrückt. Um geologische Wegsamkeiten wie
diese Methode für die Unterscheidung von beispielsweise Störungszonen herausfinden
biogenem und thermogenem Methan zur zu können. Die räumliche Bestimmung der
Quantifizierung von Stoffflüssen nutzen zu Porosität und Permeabilität aufgrund von
können, sind weitere umfangreiche Änderungen in der Gesteinscharakteristik
Forschungen notwendig. Dies erfordert (z. B. Fazieswechsel) mit Hilfe seismischer
weiterführende Messreihen und Vergleiche. Attribute ist ebenfalls unsicher. Eine gute
Datenqualität ist Voraussetzung, um mit
Forschungsbedarf besteht auch bei der Ent- numerischen Simulationen belastbare
wicklung von Strategien und Methoden, um Prognosen liefern zu können.
Fernerkundungsdaten mit hoher Datendichte
effektiver auswerten zu können. Diese Daten- Prinzipiell ist es darüber hinaus notwendig,
sätze müssen gemeinsam mit Zusatzinforma- die Messmethoden zur Erfassung von
tionen z. B. aus der Meteorologie und zur Methanemissionen weltweit zu
Kalibrierung von Passpunkten zusammenge- standardisieren, um Daten besser
bracht werden. Die Herausforderung besteht miteinander vergleichen zu können.
darin, dass Datensätze unterschiedlicher
Rasterung und Inhalte gemeinsam bewertet
werden müssen. Langfristig sind hier außer-
dem Netzwerke gekoppelter Sensoren (Pro-
zessüberwachung, Methandetektion) zu
entwickeln. Mikroseismizität bei der Gewinnung von
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
Gegenwärtig können mit den aktuellen Er- Lagerstätten
kundungsmethoden in Tiefen von 3.000 m
oder mehr nur Störungen mit einem Versatz Aufgrund des breiten Einsatzes der Fracking-
von einigen zehner Metern detektiert Technologie zur Erschließung von
werden. Da auch Störungen mit geringerem unkonventionellen Lagerstätten außerhalb
Versatz Schwächezonen darstellen können, Deutschlands gab es in den letzten zehn
bleibt eine Unsicherheit bezüglich der Jahren einen großen Erkenntnisgewinn be-
Integrität von Barrieren. Deshalb besteht in züglich der Risiken durch induzierte
der Verbesserung der Auflösung Seismizität. Insofern besteht aktuell ein
geophysikalischer Erkundungsmethoden konzeptionelles physikalisches Verständnis
Forschungsbedarf. der verursachenden Prozesse, wenngleich die
Relevanz einzelner Prozesse nicht vollständig
Derzeitig ist es nicht möglich, mit den vor-
verstanden ist.
handenen Erkundungsmethoden ohne das
Niederbringen von Bohrungen die räumliche Eine weitere Differenzierung der Ursachen
Verteilung der Permeabilität zu ermitteln. und ein besseres Verständnis der
Diese Kenntnis ist jedoch wichtig, um die dominierenden Prozesse könnten aus
16Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
systematischen Überwachungsdaten einer • Gibt es weitere geologisch-tektonische
Region abgeleitet werden. Mit Hilfe dieser Parameter, die das Auftreten induzierter
Daten könnten Wissenslücken hinsichtlich Seismizität begünstigen könnten?
• der Relevanz der Kompaktion der • Ist die beobachtete Korrelation
unkonventionellen Lagerstätten und induzierter Seismizität mit der rezenten
tektonischen Deformationsrate, der Lage
• des Einflusses thermo-elastischer und fossiler Riffe oder verkarsteten
chemischer Effekte in unkonventionellen Strukturen genereller Natur?
Lagerstätten
Für eine Ampelsteuerung zur Begrenzung der
auf die induzierte Seismizität adressiert induzierten Seismizität gibt es zwar projekt-
werden. oder regionsspezifische Grenzwerte und
Reaktionspläne (z. B. bei Geothermie-
Neben dem Verständnis der verursachenden
vorhaben), eine Dokumentation der
Prozesse ist die Kenntnis der untertätigen
Erfahrungen der Effizienz der Maßnahmen
Verhältnisse für eine Abschätzung der Risiken
liegt aber nur für wenige Projekte vor. Diese
induzierter Seismizität erforderlich. Durch
zeigen, dass eine Begrenzung der Seismizität
eine systematische Erfassung aller Eingriffe in
erreicht werden konnte. Eine systematische
den Untergrund in einer bestimmten Region
Auswertung der realisierten
und eine seismologische Überwachung
Ampelsteuerungen findet sich in der
könnten folgende Aspekte noch näher
Fachliteratur jedoch nicht. Insofern gibt es
beleuchtet werden:
hinsichtlich der Effizienz von
• Die Bedeutung der Nähe einer Fluid- Ampelsteuerungen und
injektion zum Grundgebirge und die Reaktionsmaßnahmen noch offene Fragen:
hydraulische Verbindung durch eine
• Ist es möglich, anhand induzierter
Störung ist nicht vollständig verstanden.
Seismizitätsbeobachtungen zwischen
Wie groß sollte der Sicherheitsabstand
kontrollierbarer und unkontrollierbarer
sein, um eine seismische Aktivierung im
Bruchausbreitung zu unterscheiden?
Grundgebirge ausschließen zu können?
• Können adaptive Ampelsteuerungen
• Welche Gesteine können durch eine
einen Vorteil gegenüber
Fluidinjektion seismisch aktiviert werden?
Ampelsteuerungen mit statischen
• Mit welchen Methoden lassen sich Schwellenwerten bieten?
kritisch gespannte Störungen besser
identifizieren?
• Kann die maximale Erdbebenmagnitude
im Vorfeld untertägiger Eingriffe
bestimmt werden?
17Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
In den Studien 2020/2021 abgeleitete Vor jeder potentiellen Fracking-Maßnahme
muss der Verbleib des Flowbacks verbindlich
Handlungsempfehlungen
geregelt werden. Der Flowback ist vorrangig
wiederzuverwenden und, soweit das nicht
Umweltauswirkungen von Fracking bei der möglich ist, zu entsorgen.
Aufsuchung und Gewinnung von
Im betrieblichen Monitoring ist der Fokus
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen
insbesondere auf das Risiko der Übertritte
Lagerstätten: Monitoringkonzepte von hochsalinaren Formationswässern bzw.
Grundwasser und Oberflächengewässer Tiefengrundwässern in oberflächennahe
Grundwasserleiter zu legen. Das Monitoring
Ein Grundwasser- und Oberflächengewässer- darf sich in dieser Phase nicht nur auf den
Monitoring als ein systematisches und alle Nahbereich und auf oberflächennahe,
Projektphasen übergreifendes genutzte Grundwasserressourcen
Überwachungs- und Steuerungsinstrument beschränken, da Wirkungszusammenhänge
muss zwingend bei jedem Vorhaben zwischen den tiefen und oberflächennahen
eingesetzt werden. Des Weiteren ist das Grundwasserfließsystemen außerhalb der
Monitoring immer wieder neuen Fracking-Zone grundsätzlich nicht
Erkenntnissen und Anforderungen auszuschließen sind. Dabei ist das Auftreten
anzupassen. Die Systemerkundung und von Formationswässern in Kohleflöz-
- kenntnis ist eine wichtige Grundlage für die lagerstätten wahrscheinlicher als in
Risikoanalyse, da anhand dieser die Schiefergaslagerstätten.
Wirkungspfade im Ist-Zustand und nach
einem Eingriff beschrieben, quantifiziert und Numerische Standortmodelle sind bei der
bewertet werden. Bewertung von tiefgreifenden Störungen als
mögliche Aufstiegsbahnen notwendig.
Es ist erforderlich, den Voreingriffszustand
durch ein Baseline Monitoring genau zu In der Nachsorgephase muss ein angepasstes
ermitteln (Systemerkundung) und eine Monitoring der relevanten Gefährdungspfade
hinreichende Datenbasis zum Aufbau und und der Summen- und Langzeitwirkungen
Fortschreibung numerischer Simulationen zu stattfinden.
schaffen, mit deren Hilfe potentielle
Auswirkungen quantifiziert werden können.
In Deutschland ist die Verwendung von
wassergefährdenden Frac-Zusätzen verboten.
Alle eingesetzten Stoffe müssen benannt
werden und mit ihren Eigenschaften bekannt
sein, damit diese bei einem Monitoring
entsprechend berücksichtigt werden können.
18Bericht der Expertenkommission Fracking
2021
Umweltauswirkungen von Fracking bei der Produktion, der Aufbereitung und zum
Aufsuchung und Gewinnung von Schluss der Verteilung des Gases zum End-
Kohlenwasserstoffen aus unkonventionellen kunden. Entsprechende Reaktionspläne und
Interventionsmaßnahmen sind hierfür vorzu-
Lagerstätten: Methanemissionen und
halten, damit hohe Emissionsraten ausge-
Szenarien
schlossen werden können.
Für eine mögliche Gewinnung von Erdgas aus Um insbesondere aus den Top-Down-
unkonventionellen Lagerstätten wie Schiefer, Messungen entsprechende Emissionsraten zu
Ton-, Mergel- und Kohleflözformationen sind ermitteln, müssen Wetterdaten am Standort
die im Folgenden aufgeführten kontinuierlich aufgezeichnet werden. Zudem
Empfehlungen zu berücksichtigen. sind standardisierte Algorithmen zur
Berechnung von Emissionsraten aus
Erkundungen sollten aus einer Kombination
gemessenen Wetterdaten und
von Top-Down- und Bottom-Up-Messungen
Konzentrationen zu implementieren. Es ist
bestehen. Die Überwachung sollte bereits
dafür zu sorgen, dass die Ergebnisse zeitnah,
deutlich vor Beginn der Maßnahmen
d. h. innerhalb weniger Stunden nach der
beginnen, damit die vorhandenen Ausgangs-
Messung, zur Verfügung stehen, um bei
und Hintergrundwerte sicher ermittelt
Bedarf umgehend reagieren zu können.
werden können.
Durch eine detaillierte geowissenschaftliche
Die Top-Down-Messungen sollten in
Erkundung des Gebietes einer geplanten
regelmäßigen Abständen, entweder mit Hilfe
Maßnahme bei gleichzeitigen Sicherheits-
hochauflösender Satelliten oder durch regel-
vorkehrungen für den Erhalt der
mäßige Befliegungen mit Flugzeugen oder
geologischen Strukturen (Integrität von
Drohnen erfolgen.
Barrieren) können Emissionen über geologi-
Zusätzlich muss ein regelmäßiges und lang- sche Wegsamkeiten weitgehend ausgeschlos-
fristiges, d. h. auch die Nachbetriebsphase sen werden. Die entsprechende Planung und
einschließendes Monitoring der stabilen Optimierung muss standortspezifisch durch-
Wasserstoff- und Kohlenstoffisotope durch- geführt werden. Nur so können die erforder-
geführt werden. Nur hieraus lassen sich lichen Daten für belastbare numerische und
später belastbare Aussagen über etwaige ggf. Mehrphasen-Simulationen bereitgestellt
Umwelteinflüsse durch Gasfreisetzung durch werden.
Fracking-Maßnahmen belegen. Dies betrifft
Bei einer Förderung von Erdgas aus unkon-
gleichermaßen die Hydro-(Geo)-Chemie im
ventionellen Lagerstätten durch Fracking sind
Grundwasser im direkten und weiteren
umfangreiche prozessbegleitende Erfassun-
Umfeld der geplanten Fracking-Maßnahme.
gen der Methanemissionen notwendig.
Besonders wichtig ist das frühzeitige Erken-
Zur Reduzierung von Methanemissionen sind
nen von Leckagen und Störfällen in der
dichte Rohrleitungen und Aggregate
gesamten Prozesskette, beginnend mit der
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