Schiefergas

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Schematische Darstellung der Erdöl- und Erdgasförderung aus konventionellen und unkonventionellen Lagerstätten. Ganz rechts die Schiefergaslagerstätte im „Schiefergestein“.

Schiefergas (englisch shale gas) ist in Tonsteinen enthaltenes Erdgas. Schiefergas gilt als „unkonventionelles“ Erdgas im Gegensatz zu „konventionellem“ Erdgas, das aus Lagerstätten in grobkörnigeren Gesteinen stammt und sich in sogenannten Erdgasfallen angesammelt hat.

Etymologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Begriff Schiefergas rührt von der traditionellen Verwendung des Begriffes Schiefer für gut spaltbare Gesteine jeglicher Art her. Darunter fielen auch ungefaltete Tonsteine, aus denen heute Schiefergas gefördert wird.

In der geologischen Fachsprache wird Schiefer aber heute nur noch für gefaltete Tonsteine (Tonschiefer) oder bestimmte metamorphe Gesteine (kristalline Schiefer) verwendet. Diese gefalteten bzw. metamorphen Gesteine enthalten kein Gas mehr oder enthielten nie welches. Dennoch hat sich der Begriff Schiefergas – anders als beim Schieferöl – auch unter Rohstoffgeologen durchgesetzt.

Ein weiterer Grund ist die ungenaue Übersetzung der englischen Bezeichnung shale gas: shale ist dabei gleichbedeutend mit einem dünnplattigen („schiefrigen“) ungefalteten Tonstein, während Schiefer im eigentlichen Sinne entweder mit slate (Tonschiefer) oder schist (kristalliner Schiefer) übersetzt wird.

Entstehung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Entstehung von Schiefergas entspricht den ersten Schritten der Entstehung von konventionellem Erdgas. Erdgas bildet sich (reift) zunächst in einem an organischer Substanz reichen Tonstein, dem sogenannten Muttergestein. Um zu konventionellem Erdgas zu werden, muss es aus dem Muttergestein austreten und anschließend im Porenraum relativ durchlässiger (permeabler) Gesteine in eine Lagerstätte (Erdgasfalle) wandern (migrieren). Ist jedoch der Muttergesteinshorizont nach oben und unten durch undurchlässiges (impermeables) Gestein abgeschottet, kann das Gas nicht entweichen und verbleibt im Muttergestein. Dieses heute noch im Muttergestein befindliche Gas wird Schiefergas genannt.

Eigenschaften und Vorkommen gasführender Tonsteinformationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weltkarte mit gasführenden Tonsteinformationen

Tonsteinformationen, die wirtschaftlich gewinnbare Gasmengen enthalten, haben einige gemeinsame Eigenschaften. Es handelt sich meist um geologisch ältere (paläozoische oder gar proterozoische) marine Sedimentgesteine, die reich an organischem Material (0,5 bis 25 %) sind.[1] Für die Schiefergasförderung geeignete Schichten müssen spröde genug sein, damit natürlich entstandene oder künstlich erzeugte Risse sich unter dem lithostatischen Druck in der Tiefe nicht wieder verschließen. Mitunter geht relativ starke natürliche Gammastrahlung (betreffende Tonsteine werden im Englischen hot shales genannt) mit einem hohem Kohlenstoffgehalt einher. Solche Tonsteinschichten gelten als besonders ergiebig. Die in Tonsteinen gespeicherte Gasmenge pro Volumeneinheit Wirtsgestein ist jedoch generell geringer als in konventionellen Lagerstätten.

Das Gas befindet sich teils in natürlichen Rissen oder dispers verteilt in den nicht miteinander verbundenen Gesteinsporen, teils ist es an Ton­partikeln adsorbiert. Bei der Förderung mittels Hydraulic Fracturing wird das nicht-adsorbierte Gas unmittelbar freigesetzt, während das adsorbierte Gas erst verzögert infolge des Druckabfalles, den das Gestein durch Anbohren und Frakturierung erfährt, desorbiert.

Gasführende Tonsteine finden sich – ähnlich wie auch konventionele Erdgaslagerstätten – überall dort auf der Welt, wo die Kratone oder jüngere Faltengürtel von weitgehend ungefalteten Plattformsedimenten überlagert werden. Zu diesen Regionen gehören unter anderem die Kontinentale Plattform Nordamerikas (Interior Platform), die Osteuropäische Plattform, das Pariser Becken, das Norddeutsch-Polnische Becken oder auch das Karoo-Becken. Kommerzielle Schiefergasförderung wird bislang (Stand: 2015) jedoch nur in wenigen dieser Regionen betrieben. Die Länder mit den größten technisch förderbaren Reserven im westlichen Europa sind Frankreich und Polen mit geschätzt jeweils rund 4 Billionen Kubikmetern.[2]

China[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach einer Schätzung des US-Energieministeriums aus dem Jahr 2013 ist China weltweit das Land mit den größten Schiefergasreserven

China verfügt verschiedenen Schätzungen zufolge über mindestens 20 Billionen Kubikmeter technisch förderbare Schiefergasreserven.[3] Lagerstätten befinden sich in fast allen Teilen des Landes, speziell im Tarimbecken und im Junggarbecken im Nordwesten, im Songliao-Becken im Nordosten und im Sichuan-Becken im Süden. Die gasführenden Tonsteinformationen entstammen überwiegend mariner Ablagerung und sind meist paläozoischen Alters. Weil die Sedimentbecken Chinas infolge ihrer komplexen geologischen Geschichte eine relativ komplizierte Tektonik besitzen, ist die Schiefergasförderung dort technisch deutlich anspruchsvoller als in weiten Teilen der USA.[3][4] Als geologisch besonders geeignet gilt das Sichuan-Becken.[4] Dort wurden auch die ersten erfolgreich verlaufenen Tests für die kommerzielle Schiefergasförderung durchgeführt, mit der ersten gefrackten Vertikalbohrung im Jahr 2009 (Bohrung „Wei-201“, mit Förderraten von 150.000 m³/Tag im Jahr 2010) und der ersten gefrackten Horizontalbohrung im Jahr 2011 (Bohrung „Wei-201-H1“).[5][6][7] Im Jahr 2013 betrug die Fördermenge von Schiefergas in China 200 Millionen Kubikmeter, was zwar nicht einmal 0,2 % der gesamten Erdgasförderung im Land ausmachte, aber im Vergleich zum Vorjahr (30 Millionen Kubikmeter) eine Steigerung um fast 600 % bedeutete.[4]

Deutschland[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gebiete mit Schiefergaspotenzialen in Deutschland (in orange)

Laut Schätzungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe belaufen sich die Gesamtvorkommen von Schiefergas („gas in place“) auf mindestens 7 Billionen Kubikmeter (maximal 23 Billionen), von denen sich mindestens etwa 10 % (maximal 35 %) mittels Fracking technisch fördern ließen,[8] das heißt, die Schiefergasressourcen betragen mindestens 700 Milliarden Kubikmeter (entspricht ca. dem 7-fachen Jahresverbrauch der BRD im Jahr 2010). Dies übertrifft die konventionellen Erdgasressourcen (150 Milliarden Kubikmeter) und wirtschaftlichen Reserven (146 Milliarden Kubikmeter) um mehr als das Doppelte. Für die Schiefergasförderung kommen zahlreiche geologische Horizonte in Frage, insbesondere Alaunschiefer und Gesteine der Kulm- und Kohlenkalk-Fazies des norddeutschen Unterkarbon (Tiefenlage 1050 bis 5000 Meter), der Posidonienschiefer des nord- und süddeutschen Unterjura (Tiefenlage 1550 bis 2150 Meter) sowie organikreiche Tonsteine der norddeutschen Unterkreide (Tiefenlage Wealden 1300 bis 1660 Meter).[9]

Vereinigte Staaten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eines der größten bekannten Vorkommen befindet sich in der Marcellus-Formation in den USA. Sie besteht überwiegend aus Schwarzschiefern sowie untergeordnet hellen Schiefertonen und Kalksteinen des Mitteldevons. Sie erstreckt sich auf einer Fläche von knapp 250.000 Quadratkilometern am östlichen Rand der Nordamerikanischen Plattform.[10]

Gewinnung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Hydraulic Fracturing
Schema einer Förderbohrung

Schiefergas wird hauptsächlich durch Hydraulic Fracturing (kurz Fracking, hydraulische Rissbildung) gewonnen.

Tonstein hat eine geringe Permeabilität, und Schiefergasförderung in kommerziellem Maßstab benötigt Risse, die diese Durchlässigkeit gewährleisten. Schiefergas wird bereits seit langer Zeit aus Formationen mit vielen natürlichen Rissen gefördert.[11]

Durch Richtbohren entstehen horizontale Bohrlöcher, die die Austrittsfläche für das im Schiefergestein gelagerte Erdgas erhöhen. Eine unter hohem Druck eingepresste Flüssigkeit („Fracfluid“: Wasser, Sand und Chemikalien) erzeugt rund um den Bohrstrang eine gasdurchlässige Struktur.[12] Gegen Fracking gibt es massive Umweltschutzbedenken.[13]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Schiefergas – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Schiefergas – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Angelika Hillmer: Frac-Technik. Mit Hochdruck Gas fördern. Hamburger Abendblatt, 14. Dezember 2010, abgerufen am 11. Februar 2013.
  • Sven Titz: Schiefergas – die wiederentdeckte Reserve. Neue Techniken ermöglichen die rentable Ausbeute unkonventioneller Gasvorkommen. Neue Zürcher Zeitung, 6. Januar 2010, abgerufen am 11. Februar 2013.
  • Markus Theurer: Auf der Suche nach dem Schiefergas. Frankfurter Allgemeine Zeitung, 15. März 2010, abgerufen am 11. Februar 2013.
  • Werner Zittel: Unkonventionelles Erdgas. Kurzstudie. ASPO Deutschland / Energy Watch Group, 18. Mai 2010, archiviert vom Original am 9. Juli 2015, abgerufen am 11. Februar 2013 (pdf, Informationspapier).
  • Andrzej Rybak: Bohren bis zum Mittelpunkt der Erde. In: Agenda. Finanzial Times Deutschland, 4. September 2009, archiviert vom Original am 6. September 2010, abgerufen am 11. Februar 2013: „Polen träumt von einem neuen Schatz: Schiefergas“

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Modern shale gas development in the United States. US Department of Energy, April 2009, S. 17, abgerufen am 11. Februar 2013 (pdf; 5,4 MB, englisch).
  2. U.S. Energy Information Administration (EIA): Technically Recoverable Shale Oil and Shale Gas Resources: An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States. U.S. Department of Energy, Washington, DC 2013 (PDF 65 MB), S. 6
  3. a b Lei Tian, Zhongmin Wang, Alan Krupnick, Xiaoli Liu: Stimulating Shale Gas Development in China – A Comparison with the US Experience. Resources for the Future Discussion Paper 14-18. Resources for the Future, Washington, DC 2014 (online), S. 3 f.
  4. a b c Pingli Liu, Yinsheng Feng, Liqiang Zhao, Nianyin Li, Zhifeng Luo: Technical status and challenges of shale gas development in Sichuan Basin, China. Petroleum. Bd. 1, Nr. 1, 2015, S. 1–7, doi:10.1016/j.petlm.2015.03.001 (Open Access).
  5. Haipeng Li, Zaixing Jiang: Progress and Prospects for Shale Gas Exploration and Development in China. Advanced Materials Research. Bde. 962–965, 2014, S. 600–603, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.962-965.600 (alternativer Volltextzugriff: ResearchGate)
  6. Tang Limin: Current Situation and Opportunities of Sichuan Shale Gas Exploration and Development. 14th U.S. – China Oil & Gas Industry Forum, 24.–26. September 2014 (Präsentation als PDF 13,8 MB)
  7. Jonathan Watts: China takes step towards tapping shale gas potential with first well. The Guardian, 21. April 2011, abgerufen am 14. September 2014
  8. Piotr Heller: Mit Hochdruck. Erdgasförderung durch Fracking als Reizthema. Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 24. Februar 2013, Ausgabe Nr. 8, S. 61.
  9. Harald Andruleit u. a.: Abschätzung des Erdgaspotenzials aus dichten Tongesteinen (Schiefergas) in Deutschland. Hrsg.: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. (PDF).
  10. Joel Kirkland: Big Money Drives Up the Betting on the Marcellus Shale. New York Times, 8. Juli 2010
  11. Susanne Arndt, David Rotman, Wolfgang Stieler: Die brachiale Suche nach Gas im Gestein. Spiegel.de, 17. Oktober 2010, abgerufen am 11. Februar 2013.
  12. Dimitrios Kolymbas: Tunnelbau und Tunnelmechanik. Eine systematische Einführung mit besonderer Berücksichtigung mechanischer Probleme. Springer, Berlin 1998, S. 279.
  13. Werner Zittel: Große Hoffnung Shale Gas. Ein totaler Humbug. n-tv.de, 20. Mai 2010, abgerufen am 11. Februar 2013.