Unkonventionelles Gas - Auswirkungen auf Energieversorgung Umwelt

Unkonventionelles Gas
Auswirkungen auf Energieversorgung und Umwelt
Peter Burri
SASEG
Swiss Association of Energy Geoscientists
Winterthur, 4. Juni 2014
School of Engineering und Stadtwerk
Winterthur
School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 1Peter Burri (SASEG)

Energie Herausforderung – die Dimensionen
Beispiel I
 Der weltweite Energiebedarf wird sich in den nächsten 40-50
Jahren verdoppeln (Bedingung: Halbierung des Wachstums)
 Würde die gesamte Energie dann nur mit Kernenergie
erzeugt, bräuchte es ein neues 1 GW Kernkraftwerk täglich
für die nächsten 40 Jahre
 365 neue Kernkraftwerke pro Jahr - heute ca. 440 KKW
weltweit !

Beispiel II
 2010 stieg der Stromverbrauch der Schweiz um 4%
 Das war 50x mehr als die gesamte in der CH
installierte Kapazität an Photovoltaik
School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 Peter Burri (SASEG) 3

Beispiel III Weltweite Energieversorgung
Energiewachstum weltweit 2002 - 2012
 Energiezuwachs total: + 30 %
 Wachstum erneuerbare Energie ohne Hydro + 390 %
 2012 Anteil erneuerbare Energie ohne Hydro 2.4 %
ABER
 Erneuerbare Energien deckten nur 6 % des gesamten
Energie Zuwachses
School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 Peter Burri (SASEG)
4

Fazit:
1. Wir sind noch sehr weit davon entfernt auch nur den
Zuwachs an Energie erneuerbar zu decken.
2. Kein einzelner Energieträger kann den
Energiebedarf dieses Jahrhunderts liefern!
3. Wir brauchen einen breiten Mix
… und viel höhere Energie Effizienz

School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 6
Themen
 Die Revolution in der Kohlenwasserstoff Geologie
 Gewinnung von unkonventionellen
Kohlenwasserstoffen – Risiken und Lösungen
 Auswirkungen USA
 Auswirkungen weltweit
 Gas und Umwelt / Klima
 Was bedeutet das für uns?
Peter Burri (SASEG)

Die Revolution in der
Kohlenwasserstoff Geologie

Was sind
Unkonventionelle Kohlenwasserstoffe ?
Vorkommen von Öl und Gas, die mit traditionellen
Fördermethoden nicht wirtschaftlich zu gewinnen sind. z.B.:
Schweres Öl, Teersande, Ölschiefer
Öl und Gas in wenig durchlässigem Gestein,
z. B. dichte Sande oder Muttergestein (Schiefer Gas)
Förderung heute möglich durch neue geologische Konzepte
und bessere Technologie
Unkonventionelle Kohlenwasserstoffe haben die weltweiten
Energievorhersagen in den letzten Jahren total verändert.
Prognosen die mehr als 5 Jahre alt sind, sind heute Makulatur

Konventionelle und unkonventionelle
Öl- und Gas Exploration
9
source: P. Burri and W. Leu 2012
Nötige Erfolgsfaktoren:
Konventionell 7
Unkonventionell 2-3

Öl- und Gas Systeme sind sehr ineffizient
Verlorene Kohlenwasserstoffe sind das Potential der
unkonventionellen Exploration
Courtesy G. Hollmann Eon-Ruhrgas
Percentage of total expelled hydrocarbons trapped in exploitable conventional traps.

Kohlenwasserstoff Systeme
Eine Geschichte von Verlusten
School of Engineering Winterthur 4 Juni
2014 Peter Burri (SASEG) 11
The >95% “lost” hydrocarbons are the big
potential of the unconventional exploration*
P. Burri strongly modified after England 1994
Few %
Commercial Volumes
In conventional traps

Gewinnung von unkonventionellen
Kohlenwasserstoffen
Risiken und Lösungen
Peter Burri (SASEG)

Öl und Gas Muttergestein (Source Rock)
Quelle: USGS, 2011

Schiefer Gas Erschliessung
USA 2012
Neue Shale Gas Bohrungen :
50‘000
Shale Gas
Produktion 2012: 550 Mrd m3
(entspricht 170 x Jahresbedarf CH)
US Shale Gas Produktion:
10x grösser als vor 6 Jahren
Quelle: BGR, 2011
Fracflüssigkeit
99.5% Wasser und Sand
0.5% Additive

Diskussion zu Fracturing ist meist religiös:
Glaubenssätze ersetzen Fakten

Sieht aus wie im Krieg. In den USA sind Bohrungen mit Fracking nichts
Aussergewöhnliches. In der Schweiz lösen solche Szenarien Angst aus.

Kritik an unkonventionellen Ressourcen
 Grundwasser
 Methan Austritte
 Schädliche Additive
 Induzierte Seismizität (Beben)
 Landverbrauch

Hydraulic Fracturing
Mythos und Realität
Depth Aquifers Barnett Shale Basin
1000 m Sedimente
zwischen Fracs und
Grundwasser
Realität: Geringe Vertikale
Ausdehnung der Risse i
“Gasland” Version:
Kein Bezug zur
Wirklichkeit

Micro seismische Kontrolle: genaue Lage
der Fracs im Untergrund

Schutz des
Grundwassers
Mehrfache Verrohrung und Zement
trennen Bohrung von Grundwasser
Courtesy Range Resources 2013

Methan: Die “Gasgenerations-maschine”
Marcellus Shale (5x Fläche CH)
New York

Natürliche Gasaustritte sind weit verbreitet
Courtesy Terry Engelder

Das medien-wirksame Gas im Film Gasland kommt
aus Kohleflözen und hat nichts mit Fracking zu tun

Unkonventionelles Gas – die Kritik
Fakten und Massnahmen
Potentiell schädliche Chemikalien/Additive in der Frac- und Bohr
Flüssigkeit
Additive ersetzen durch unbedenkliche Zusätze (z.B. Guar Bohne)
Zusätze sind offen zu legen
UV Bestrahlung statt Bakterizide
Gas Fracs (LPG oder CO2)
Recycling der Flüssigkeiten
24School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 Peter Burri (SASEG)

Unkonventionelles Gas – die Kritik
Fakten und Massnahmen
Seismizität ausgelöst durch Fracturing
Mikro Seismizität immer vorhanden und gewollt
(Monitoring der Risse)
Aber: kein dokumentierter Fall eines Schadenbebens
durch Fracs in Sedimenten ( 1.5 Mio Frac Jobs in USA,
viele 1000 in Europa)
Gewisses seismisches Risiko bei Re-injektion von Fluiden

Landbedarf
Flächenbedarf
10 000 m2
Untertage:
bis zu 10 km2
Bis zu 30
Bohrungen
pro Lokation
alte Methode Neue Methode
Courtesy Reinhard Jung 2012

Horizontal drilling - Typische Reichweite
von Cluster Bohrungen
Drilling Cluster
3 km horizontal
Ablenkungen
bis 12 km sind
technisch möglich
Zürich HBhf

Shale Gas Feld mit Cluster Bohrung
Pennsylvania

Shale Gas Produktion: Best Practice heute
 Keine Verwendung schädlicher Additive. Alle Additive offen gelegt
 Bohr und Frac Flüssigkeit recycled, keine Injektionsbohrungen
 Bohrlokation versiegelt (keine Kontamination des Bodens)
 Kontrolle Frac-Ausdehnung durch Mikroseismik
 Cluster drilling: Drainage von 10 km2 von einer Lokation
 Hoher Standard Produktionsanlagen – keine Methan Lecks
Weltweit keine wissenschaftliche Organisation mit einschlägigem
Knowhow, die ein Verbot von Hydraulic Fracturing befürwortet

Unkonventionelles Gas: Fazit
Umwelt Probleme bei unkonventionellen Gasfeldern in N-Amerika kommen
vor und sind inakzeptabel.
Fakten
Probleme sind selten (1% von allen Bohrungen)
Technologie (horizontal drilling, fracturing) ist seit vielen Jahrzehnten
weltweit erprobte Routine – auch in Europa
Ursache der Probleme nicht Fracturing sondern schlecht ausgeführte
Bohrungen / schlechtes Operating.
Probleme müssen und können vermieden werden
Es gibt keinen wissenschaftlichen Grund Fracturing zu verbieten
Lösung: Klare Vorschriften, Standards und Kontrolle – nicht Verbote
30School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 Peter Burri (SASEG)

Auswirkungen USA
Peter Burri (SASEG)

2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
1017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0 0%
BCM/y
6%
11%
17%
23%
Source: CERA, WoodMackenzie
WoodMac 2007
CERA 2007
WoodMac 2010
CERA 2010
% of US gas
demand
Actual imports
Prognosen US Gas Importe (LNG)

US Gas Produktion: Peak Theorie vs. actual
2010
Source: T. Ahlbrandt 2012
Effect of technology
Unconv. gas

Auswirkungen in den USA
 USA haben seit 2000 mehr neues Gas entdeckt als
irgendein anderes Land (Reserven + 63%)
 N-Amerika ist Selbstversorger in Gas und wird ab 2015 Gas
exportieren
 Öl: USA brauchen in Zukunft keine Importe aus Mittl. Osten
oder anderen Krisen Regionen

N-America:
Domestic Oil Production / Demand 2005-25

Auswirkungen weltweit

Unkonventionelle Kohlenwasserstoffe sind
keine amerikanische Exklusivität
Modified after Halliburton 2009
Source: Economist July 2012
Peter Burri (SASEG)

Wachstum der weltweiten Gas Reserven
- auch Konventionell
Gas Ressourcen reichen 250 -300 Jahre (Verbrauch 2012)
School of Engineering Winterthur 4 Juni 2014 38Peter Burri (SASEG) Source: IEA 2011

Modified from T. Ahlbrandt 2012
Peak oder Plateau?
entspricht nicht den Fakten
wahrscheinlich

Gas und Umwelt / Klima

Der am schnellsten wachsende fossile Brennstoff
Beijing, January 2013
Peter Burri (SASEG)

Beijing: ein “normaler” Wintertag

Kohle
Strom ist nicht weiss:
Kommt zum grössten Teil aus
Kohle und Kernenergie
IEAPeter Burri (SASEG)
Kohle Verbrauch wächst global
2-3 x so schnell wie Gas
6-8 x so schnell wie Öl

India
Neue und geplante
Kohlenkraftwerke
Source: M. Häring /
coalswarm.org

CO2 Emissionen weltweit
CH ca 45 Mio t/J

Gas und Umwelt
Gas hat in einigen Ländern Europas einen schlechten Namen
Aber:
• Erdgas ist der sauberste fossile Brennstoff
Beim Verbrennen wird CO2 und Wasser produziert
• Transport und Stromerzeugung sind verantwortlich für 75%
der globalen CO2 Emissionen
• Substitution durch Gas (inkl. Biogas) ist in diesen Bereichen
leicht machbar
o Kohlenkraftwerke können in wenigen Jahren ersetzt
werden
o Transport: Lastwagen und Taxis als Zielgruppe

Verkehrsclub der Schweiz Umweltranking
2013
Gas Fahrzeug
Die mit Abstand umweltfreundlichsten Fahrzeuge haben Gasantrieb
Gas Mix Schweiz: 80% Erdgas, 20% Biogas

Gas Produktion in Europa und Umwelt
Gas ist essentiell für Energieversorgung Europas (heute 25%).
Es macht umweltpolitisch Sinn so viel Gas wie möglich in Europa
zu produzieren:
Beste Sicherheits- und Umweltstandards (wir kontrollieren!)
Kurze Transport Wege (nicht 4000 km von Sibirien oder
Algerien): weniger Energieverlust, weniger CO2 Emissionen
Stark reduziertes Risiko von Methanlecks
Keine Abhängigkeit / Erpressbarkeit
Aus Umweltgründen sollte man auf einheimischer Gas
Produktion bestehen

Was bedeutet das für uns ?

Globale Gas Schwemme
Gute oder schlechte Nachricht für die Umwelt ?
Sehr grosse weltweite Gasressource sind eine Realität.
 Gas Potential deckt heutigen Bedarf für min. 250-300 Jahre
 Auch Europa hat ein grosses Potential
Zwei mögliche Reaktionen:
 Ablehnen und verbieten
 Aus der Situation das Beste machen: Gas ersetzt Kohle und
teilweise Öl. Bringt mittelfristig die weitaus grösste Reduktion von
CO2
 Umwelt- und Luftqualität ist mehr als nur CO2 !

 Welt Energiebedarf: Verdoppelung in 50 Jahren (falls Wachstum halbiert)
 Best Case : Erneuerbare Energie deckt den Zuwachs.
Aber: Die andere Hälfte muss auch gedeckt werden (Nuklear oder Fossil)
 Wenn fossile Energie, dann die sauberste: Gas. (Öl als Rohstoff bewaren).
 Optimale Kombination mit Biogas
 Die sehr grossen Gasressourcen sind eine Chance für die Umwelt.
 Saubere, sichere Produktion von unkonv. Gas ist möglich + wirtschaftlich
 Die ökologisch sinnvollste Energie Versorgung für dieses Jahrhundert ist
eine Kombination von erneuerbaren Energien UND Gas
Die Alternative dazu heisst KOHLE - mit allen Konsequenzen
51
Ausblick: Energieversorgung im 21. Jahrhundert

School of Engineering
Winterthur 4 Juni 2014 52
…und ein Blick auf den grössten Beitrag zur Energieversorgung:
ABSCHALTEN
Peter Burri (SASEG)
Danke für Ihr Interesse

Sind Sie interessiert an Geowissenschaften und Energiefragen ?
Wir freuen uns auf Ihre Mitgliedschaft bei der
Schweizerischen Vereinigung von Energie-Geowissenschaftern
SASEG

Back up

55
Average annual Gas Price in $ per Million Btu
Average Importprice
Germany
European Spot Price Index
Fukushima
2011

Porosität in Gas Schiefer: Micro- bis Nano-meter
generiert bei der Maturation von Kerogen (bis 20% Por)

90
95
100
105
110
115
120
2002 2004 2006 2008 2010 2012
Industrielle Produktion USA zu Euro Zone
(Manufacturing Production Index)
US
Euro zone
Source: Les Echos - Economie, 29 April 2013

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