Fracking

Fracking (auch bekannt als hydraulische Frakturierung , Fracing , Hydrofracking oder Hydrofracking ) ist eine Technik zur Bohrlochstimulation, bei der Gesteinsschichten durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit aufgebrochen werden. Dabei wird die sogenannte Fracking-Flüssigkeit (hauptsächlich Wasser, dem Sand oder andere Stützmittel mithilfe von Verdickungsmitteln zugesetzt werden ) unter hohem Druck in das Bohrloch injiziert , um Risse in den tiefer liegenden Gesteinsschichten zu erzeugen. Durch diese Risse können Erdgas , Erdöl und Sole leichter fließen. Nach dem Abschalten des hydraulischen Drucks im Bohrloch halten kleine Partikel der Fracking-Stützmittel (entweder Sand oder Aluminiumoxid ) die Risse offen. ^{[ 1 ]}

Fracking, bei dem entweder hydraulischer Druck oder Säure eingesetzt wird, ist die gängigste Methode zur Bohrlochstimulation . ^{[ 2 ]} Bohrlochstimulationsverfahren schaffen Wege, durch die Öl, Gas oder Wasser leichter fließen können, und steigern so letztendlich die Gesamtproduktion des Bohrlochs. ^{[ 3 ]} Beide Fracking-Methoden gelten als unkonventionell , da sie darauf abzielen, die Permeabilität der Formation dauerhaft zu erhöhen. Daher ist die traditionelle Einteilung kohlenwasserstoffhaltiger Gesteine ​​in Muttergestein und Speichergestein nicht mehr gültig; das Muttergestein wird nach der Behandlung zum Speichergestein.

Hydraulisches Fracking ist der breiten Öffentlichkeit geläufiger und die vorherrschende Methode zur Kohlenwasserstoffgewinnung, doch Säure-Fracking blickt auf eine viel längere Geschichte zurück. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} In der Kohlenwasserstoffindustrie wird tendenziell der Begriff „Fracking“ verwendet , obwohl in den Medien mittlerweile der Begriff „Fracking“ dominiert.

Hydraulisches Fracking (Fracking) und Säurebehandlung (Säure-Fracking) gehören zu den gängigsten Methoden der Bohrlochstimulation. Das Flussdiagramm zeigt, dass hydraulisches Fracking und Säure-Fracking (gelb hervorgehoben) zwei Kategorien unkonventioneller hydraulischer Verfahren darstellen. Die Säurebehandlung wird jedoch dadurch erschwert, dass die Matrix-Säurebehandlung als konventionelles Verfahren gilt. Sie findet unterhalb des Bruchgradienten des Gesteins statt.

Im Kontext der britischen Gesetzgebung und der Genehmigungsverfahren für Kohlenwasserstoffe (siehe Fracking im Vereinigten Königreich ) haben Adriana Zalucka et al. die verschiedenen Definitionen ^{[ 8 ]} sowie die Rolle wichtiger Regulierungsbehörden und Institutionen in einem 2021 veröffentlichten, von Fachkollegen begutachteten Artikel untersucht. Sie haben eine neue, robuste Definition für die Behandlung unkonventioneller Bohrungen vorgeschlagen:

Alle Bohrlochstimulationsmaßnahmen von Öl- und Gasbohrungen, die die Durchlässigkeit des Zielgesteinsvolumens auf über 0,1 Millidarcy jenseits eines Radius von 1 m um das Bohrloch erhöhen.

Die obige Definition konzentriert sich auf die Erhöhung der Permeabilität und nicht auf ein bestimmtes Förderverfahren. Sie ist quantitativ und verwendet den allgemein anerkannten Grenzwert von 0,1 md, unterhalb dessen Gesteine ​​als undurchlässig gelten. Bohrlochreinigungsverfahren wie Säurepressung oder Säurewäsche werden durch das Kriterium des 1-m-Radius nicht als unkonventionell eingestuft. Eine Definition, die beispielsweise auf der umstrittenen Menge des injizierten Wassers ^{[ 9 ]} oder dem angewendeten Injektionsdruck basiert (ob die Behandlung oberhalb oder unterhalb des Bruchgradienten erfolgt, wie im obigen Flussdiagramm dargestellt), wird vermieden. Auch Nicht-Kohlenwasserstoff-Bohrungen werden nicht als unkonventionell eingestuft.

Die Definition berücksichtigt insbesondere die Ansichten der Kohlenwasserstoffindustrie und des US Geological Survey. Eine geringe Permeabilität (konsensgemäß definiert als weniger als 0,1 Millidarcy) bedeutet, dass es sich um eine unkonventionelle Ressource handelt, deren Gewinnung spezielle Methoden erfordert. Oberhalb dieses Wertes genügen konventionelle Methoden. Unkonventionelle Ressourcen zeichnen sich zudem durch eine weite Verbreitung, eine geringe Energiedichte (d. h. eine niedrige Konzentration) und ein ungenau definiertes Volumen aus. Im Gegensatz zu konventionellen Kohlenwasserstofflagerstätten weisen sie keine klar abgegrenzten Grenzen auf.

Obwohl die obige Definition im britischen Kontext entwickelt wurde, ist sie universell anwendbar.

Hydraulisches Fracking ^{[ a ]} ist die am häufigsten angewandte Methode zur Bohrlochstimulation . Dabei werden Gesteinsschichten im Grundgestein durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit aufgebrochen. Das Verfahren beinhaltet die Hochdruckinjektion von „Fracking-Fluid“ (hauptsächlich Wasser, dem Sand oder andere Stützmittel mithilfe von Verdickungsmitteln zugesetzt werden ) in ein Bohrloch , um Risse in den tiefen Gesteinsschichten zu erzeugen, durch die Erdgas , Erdöl und Sole leichter fließen können. Nach dem Abschalten des hydraulischen Drucks im Bohrloch halten kleine Partikel der Fracking-Stützmittel (entweder Sand oder Aluminiumoxid ) die Risse offen. ^{[ 1 ]}

Das hydraulische Fracking begann 1947 als Experiment ^{[ 10 ]} , die erste kommerziell erfolgreiche Anwendung folgte 1949. Bis 2012 wurden weltweit 2,5 Millionen Fracking-Maßnahmen an Öl- und Gasquellen durchgeführt, über eine Million davon in den USA ^{[ 11 ] [ 12 ].} Diese Behandlung ist in der Regel notwendig, um ausreichende Förderraten in Schiefergas- , Tight-Gas- , Tight-Oil- und Kohleflözgasquellen zu erzielen ^{[ 13 ]} . In bestimmten Adern oder Gängen können sich hydraulische Risse auch natürlich bilden ^{[ 14 ]} . Bohrungen und hydraulisches Fracking haben die Vereinigten Staaten bis 2019 zu einem bedeutenden Rohölexporteur gemacht ^{[ 15 ]} , doch die Methanemissionen , ein starkes Treibhausgas , haben drastisch zugenommen. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Die durch den jahrzehntelangen Fracking-Boom gestiegene Öl- und Gasproduktion hat zu niedrigeren Preisen für die Verbraucher geführt, wobei der Anteil des Haushaltseinkommens, der für Energieausgaben aufgewendet wird, auf einem nahezu historischen Tiefstand liegt. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Fracking ist höchst umstritten. ^{[ 20 ]} Befürworter heben die wirtschaftlichen Vorteile eines breiteren Zugangs zu Kohlenwasserstoffen (wie Erdöl und Erdgas ) hervor, ^{[ 21 ] [ 22 ]} die Vorteile des Ersatzes von Kohle durch Erdgas , das sauberer verbrennt und weniger Kohlendioxid (CO₂ ₎ ausstößt , ^{[ 23 ] [ 24 ]} sowie die Vorteile der Energieunabhängigkeit . ^{[ 25 ]} Gegner des Frackings argumentieren, dass diese Vorteile durch die Umweltauswirkungen , zu denen die Verschmutzung von Grund- und Oberflächenwasser , ^{[ 26 ]} Lärm- und Luftverschmutzung , die Auslösung von Erdbeben und die daraus resultierenden Gefahren für die öffentliche Gesundheit und die Umwelt gehören, aufgewogen werden. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Studien belegen negative gesundheitliche Auswirkungen auf die Bevölkerung in der Nähe von Fracking-Anlagen. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Dazu gehören bestätigte chemische, physikalische und psychosoziale Gefahren wie Schwangerschafts- und Geburtskomplikationen, Migräne, chronische Rhinosinusitis , starke Müdigkeit, Asthmaanfälle und psychischer Stress. ^{[ 31 ]} Die Einhaltung von Vorschriften und Sicherheitsverfahren ist erforderlich, um weitere negative Auswirkungen zu vermeiden. ^{[ 32 ]}

Das Ausmaß der Methanleckagen im Zusammenhang mit hydraulischem Fracking ist ungewiss, und es gibt Hinweise darauf, dass diese Leckagen die Vorteile von Erdgas gegenüber anderen fossilen Brennstoffen hinsichtlich der Treibhausgasemissionen zunichtemachen könnten . ^{[ 33 ] [ 34 ]}

Zunahmen der seismischen Aktivität nach hydraulischem Fracking entlang ruhender oder bisher unbekannter Verwerfungen werden mitunter durch die Tiefenverpressung von Fracking-Rückflussflüssigkeit (einem Nebenprodukt hydraulisch gefrackter Bohrungen) ^{[ 35 ]} und geförderter Formationssole (einem Nebenprodukt sowohl gefrackter als auch ungefrackter Öl- und Gasbohrungen) ^{[ 36 ]} verursacht. Aus diesen Gründen steht hydraulisches Fracking unter internationaler Beobachtung, ist in einigen Ländern eingeschränkt und in anderen gänzlich verboten. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} Die Europäische Union erarbeitet derzeit Regelungen, die eine kontrollierte Anwendung von hydraulischem Fracking ermöglichen sollen. ^{[ 40 ]}

Gesteinsbrüche in großer Tiefe werden häufig durch den Druck der darüber liegenden Gesteinsschichten und die Zementierung der Formation unterdrückt. Dieser Unterdrückungsprozess ist besonders ausgeprägt bei Zugbrüchen ( Modus 1 ), bei denen sich die Bruchwände gegen diesen Druck bewegen müssen. Brüche entstehen, wenn die effektive Spannung durch den Druck der Fluide im Gestein überwunden wird. Die minimale Hauptspannung wird zu einer Zugspannung und übersteigt die Zugfestigkeit des Materials. ^{[ 41 ] [ 42 ]} Auf diese Weise entstandene Brüche verlaufen im Allgemeinen in einer Ebene senkrecht zur minimalen Hauptspannung. Daher können hydraulische Brüche in Bohrlöchern genutzt werden, um die Spannungsrichtung zu bestimmen. ^{[ 43 ]} In natürlichen Beispielen wie Gängen oder adergefüllten Brüchen lassen sich aus den Spannungsrichtungen Rückschlüsse auf frühere Spannungszustände ziehen . ^{[ 44 ]}

Die meisten Mineralgangsysteme entstehen durch wiederholte natürliche Rissbildung unter Bedingungen relativ hohen Porenflüssigkeitsdrucks . Der Einfluss hohen Porenflüssigkeitsdrucks auf die Entstehung von Mineralgangsystemen zeigt sich besonders deutlich bei sogenannten Rissverschlussgängen. Hierbei ist das Gangmaterial Teil einer Reihe einzelner Rissbildungsereignisse, bei denen jeweils zusätzliches Gangmaterial abgelagert wird. ^{[ 45 ]} Ein Beispiel für langfristige, wiederholte natürliche Rissbildung sind die Auswirkungen seismischer Aktivität. Die Spannungsniveaus steigen und fallen episodisch, und Erdbeben können große Mengen an Porenwasser aus flüssigkeitsgefüllten Rissen ausstoßen. Dieser Prozess wird als „seismisches Pumpen“ bezeichnet. ^{[ 46 ]}

Kleinere Intrusionen im oberen Teil der Erdkruste , wie beispielsweise Gänge, breiten sich in Form von flüssigkeitsgefüllten Rissen aus. In solchen Fällen handelt es sich bei der Flüssigkeit um Magma . In Sedimentgesteinen mit einem signifikanten Wassergehalt ist die Flüssigkeit an der Rissspitze Wasserdampf. ^{[ 47 ]}

Fracking als Methode zur Erschließung flacher, harter Erdölquellen geht auf die 1860er Jahre zurück, obwohl das Grundprinzip der Gesteinszerstörung mittels Wasserdruck bereits im antiken Rom in Form der Ruina montium bekannt war . Dynamit- oder Nitroglycerin-Detonationen wurden eingesetzt, um die Erdöl- und Erdgasförderung aus erdölhaltigen Formationen zu steigern. Am 24. April 1865 erhielt der US-amerikanische Bürgerkriegsveteran Oberst Edward A. L. Roberts ein Patent für einen „ explodierenden Torpedo “ ^{[ 48 ]} . Dieser wurde in Pennsylvania , New York , Kentucky , Oklahoma , Texas und West Virginia mit flüssigem und später auch mit festem Nitroglycerin eingesetzt . Unternehmen wie die Lightning Torpedo Company nutzten dieses Verfahren in Oklahoma und Texas. Später wurde dieselbe Methode auch auf Wasser- und Erdgasquellen angewendet. Die Stimulation von Quellen mit Säure anstelle von Sprengstoffen wurde in den 1930er Jahren eingeführt. Durch die Säureätzung schlossen sich die Risse nicht vollständig, was zu einer weiteren Produktivitätssteigerung führte. ^{[ 49 ]}

Harold Hamm , Aubrey McClendon , Tom Ward und George P. Mitchell gelten als Pioniere der Innovationen im Bereich des hydraulischen Frackings mit dem Ziel praktischer Anwendungen. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

Der Zusammenhang zwischen Bohrlochleistung und Behandlungsdruck wurde von Floyd Farris von der Stanolind Oil and Gas Corporation untersucht . Diese Studie bildete die Grundlage für das erste hydraulische Frakturierungs-Experiment, das 1947 von Stanolind im Hugoton-Gasfeld im Grant County im Südwesten von Kansas durchgeführt wurde. ^{[ 13 ] [ 52 ]} Für die Bohrlochbehandlung wurden 1.000 US-Gallonen (3.800 l; 830 britische Gallonen) geliertes Benzin (im Wesentlichen Napalm ) und Sand aus dem Arkansas River in die gasführende Kalksteinformation in 730 m Tiefe (2.400 Fuß) injiziert. Das Experiment war wenig erfolgreich, da sich die Förderleistung des Bohrlochs nicht wesentlich verbesserte. Das Verfahren wurde von J. B. Clark von Stanolind in seiner 1948 veröffentlichten Arbeit weiter beschrieben. Ein Patent für dieses Verfahren wurde 1949 erteilt, und die Halliburton Oil Well Cementing Company erhielt eine Exklusivlizenz. Am 17. März 1949 führte Halliburton die ersten beiden kommerziellen hydraulischen Fracking-Behandlungen in Stephens County, Oklahoma , und Archer County, Texas , durch . ^{[ 52 ] Seitdem wurde hydraulisches Fracking mit gutem Erfolg zur Stimulierung von etwa einer Million Öl- und Gasbohrungen [ 53 ]} in verschiedenen geologischen Regimen eingesetzt .

Im Gegensatz zum großflächigen hydraulischen Fracking, das in Formationen mit geringer Permeabilität eingesetzt wird, werden in Formationen mit hoher Permeabilität häufig kleine hydraulische Fracking-Behandlungen angewendet, um sogenannte „Skin Damage“ zu beheben – eine Zone geringer Permeabilität, die sich mitunter an der Grenzfläche zwischen Gestein und Bohrloch bildet. In solchen Fällen kann sich das Fracking nur wenige Meter vom Bohrloch entfernt erstrecken. ^{[ 54 ]}

In der Sowjetunion wurde 1952 die erste hydraulische Frakturierung mit Stützmittel durchgeführt. Weitere Länder in Europa und Nordafrika, darunter Norwegen, Polen, die Tschechoslowakei (vor 1989), Jugoslawien (vor 1991), Ungarn, Österreich, Frankreich, Italien, Bulgarien, Rumänien, die Türkei, Tunesien und Algerien, setzten anschließend ebenfalls hydraulische Frakturierungstechniken ein. ^{[ 55 ]}

Massives hydraulisches Fracking (auch bekannt als Hochvolumen-Fracking) ist eine Technik, die 1968 von Pan American Petroleum in Stephens County, Oklahoma , USA, erstmals angewendet wurde. Die Definition von massivem hydraulischem Fracking variiert, bezieht sich aber im Allgemeinen auf Behandlungen, bei denen mehr als 150 Short Tons oder etwa 300.000 Pfund (136 metrische Tonnen) Stützmittel injiziert werden. ^{[ 56 ]}

Amerikanische Geologen erkannten allmählich, dass es riesige Mengen gasgesättigter Sandsteine ​​mit einer zu geringen Permeabilität (im Allgemeinen unter 0,1 Millidarcy ) gab, um das Gas wirtschaftlich zu fördern. ^{[ 56 ]} Ab 1973 wurde in Tausenden von Gasbohrungen im San-Juan-Becken , Denver-Becken ^{[ 57 ]} , Piceance -Becken ^{[ 58 ]} und Green -River-Becken sowie in anderen Hartgesteinsformationen im Westen der USA massives hydraulisches Fracking eingesetzt. Weitere wirtschaftlich rentable Bohrungen in dichten Sandsteinen in den USA wurden durch massives hydraulisches Fracking ermöglicht, und zwar im Clinton-Medina-Sandstein (Ohio, Pennsylvania und New York) und im Cotton-Valley-Sandstein (Texas und Louisiana). ^{[ 56 ]}

In den späten 1970er Jahren breitete sich das massive hydraulische Fracking rasch in Westkanada, im Rotliegend und in gashaltigen Sandsteinen des Karbons in Deutschland, den Niederlanden (Onshore- und Offshore-Gasfelder) sowie im Vereinigten Königreich in der Nordsee aus . ^{[ 55 ]}

Horizontale Öl- und Gasbohrungen waren bis Ende der 1980er Jahre ungewöhnlich. Dann begannen Betreiber in Texas, Tausende von Ölquellen durch horizontales Bohren im Austin Chalk zu erschließen und die Bohrlöcher einer massiven hydraulischen Frakturierung mit Slickwater -Verfahren zu unterziehen. Horizontale Bohrungen erwiesen sich bei der Ölgewinnung aus dichtem Kreidegestein als deutlich effektiver als vertikale Bohrungen; ^{[ 59 ]} da Sedimentschichten in der Regel nahezu horizontal verlaufen, weisen horizontale Bohrungen wesentlich größere Kontaktflächen mit der Zielformation auf. ^{[ 60 ]}

Die Zahl der hydraulischen Frakturierungsmaßnahmen hat seit Mitte der 1990er Jahre exponentiell zugenommen, da technologische Fortschritte und steigende Erdgaspreise diese Technik wirtschaftlich rentabel machten. ^{[ 61 ]}

Die hydraulische Frakturierung von Schiefergestein lässt sich mindestens bis ins Jahr 1965 zurückverfolgen, als einige Betreiber im Big-Sandy-Gasfeld im Osten Kentuckys und im Süden West Virginias begannen, den Ohio-Schiefer und den Cleveland-Schiefer mit relativ kleinen Fracs hydraulisch zu frakturieren. Die Frac-Maßnahmen steigerten im Allgemeinen die Produktion, insbesondere aus weniger ergiebigen Bohrungen. ^{[ 62 ]}

1976 startete die US-Regierung das Eastern Gas Shales Project , das zahlreiche öffentlich-private Demonstrationsprojekte zum hydraulischen Fracking umfasste. ^{[ 63 ]} Im selben Zeitraum erhielt das Gas Research Institute , ein Forschungskonsortium der Gasindustrie, die Genehmigung für Forschungsarbeiten und Fördermittel von der Federal Energy Regulatory Commission . ^{[ 64 ]}

1997 wandte Nick Steinsberger, Ingenieur bei Mitchell Energy (heute Teil von Devon Energy ), die Slickwater-Fracking-Technik an. Dabei wurde mehr Wasser und ein höherer Pumpendruck als bei früheren Fracking-Verfahren verwendet. Die Technik kam im Barnett Shale in Nordtexas zum Einsatz. ^{[ 60 ]} 1998 erwies sich das neue Verfahren als erfolgreich: Die Gasproduktion der Bohrung SH Griffin Nr. 3 übertraf in den ersten 90 Tagen die Produktion aller vorherigen Bohrungen des Unternehmens. ^{[ 65 ] [ 66 ]} Dank dieser neuen Technik wurde die Gasgewinnung im Barnett Shale wirtschaftlich und später auch in anderen Schieferformationen, darunter Eagle Ford und Bakken Shale , angewendet . ^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]} George P. Mitchell gilt aufgrund seiner Rolle bei der Anwendung des Frackings in Schieferformationen als „Vater des Frackings“. ^{[ 70 ]} Die erste Horizontalbohrung im Barnett Shale wurde 1991 niedergebracht, fand aber erst dann weite Verbreitung, als nachgewiesen wurde, dass Gas im Barnett Shale auch wirtschaftlich aus Vertikalbohrungen gewonnen werden kann. ^{[ 60 ]}

Seit 2013 wird in den USA, Kanada und China das hydraulische Fracking in großem Umfang kommerziell zur Gewinnung von Schiefergestein eingesetzt. Mehrere weitere Länder planen den Einsatz dieser Methode . ^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]}

Laut der US-Umweltschutzbehörde (EPA) ist hydraulisches Fracking ein Verfahren zur Stimulierung von Erdgas-, Erdöl- oder Geothermiequellen, um die Förderung zu maximieren. Die EPA definiert den umfassenderen Prozess als die Gewinnung von Rohwasser, den Brunnenbau, die Brunnenstimulation und die Abfallentsorgung. ^{[ 74 ]}

Ein hydraulischer Riss entsteht durch das Einpumpen von Fracking-Fluid in ein Bohrloch mit einer ausreichenden Rate, um den Druck in der Zieltiefe (bestimmt durch die Lage der Bohrlochverrohrungsperforationen) über den Druckgradienten des Gesteins hinaus zu erhöhen. ^{[ 75 ]} Der Druckgradient ist definiert als Druckanstieg pro Tiefeneinheit relativ zur Dichte und wird üblicherweise in Pfund pro Quadratzoll pro Fuß (psi/ft) gemessen. Das Gestein reißt, und das Fracking-Fluid durchdringt das Gestein, wodurch sich der Riss immer weiter ausbreitet. Die Risse sind lokalisiert, da der Druck mit zunehmender Entfernung vom Bohrloch aufgrund von Reibungsverlusten abnimmt. Betreiber versuchen typischerweise, die Rissbreite zu erhalten oder ihren Rückgang nach der Behandlung zu verlangsamen, indem sie dem injizierten Fluid ein Stützmittel (Proppant ) – beispielsweise Sandkörner, Keramik oder andere Partikel – beifügen. Dadurch wird verhindert, dass sich die Risse schließen, wenn die Injektion gestoppt und der Druck abgebaut wird. Die Berücksichtigung der Stützmittelfestigkeit und die Vermeidung von Stützmittelversagen gewinnen mit zunehmender Tiefe an Bedeutung, da Druck und Spannungen auf die Risse dort höher sind. Der gestützte Riss ist ausreichend durchlässig, um den Zufluss von Gas, Öl, Salzwasser und Fracking-Flüssigkeiten zum Bohrloch zu ermöglichen. ^{[ 75 ]}

Während des Prozesses tritt ein Leckverlust der Fracking-Flüssigkeit auf (Verlust von Fracking-Flüssigkeit aus dem Fracking-Kanal in das umgebende durchlässige Gestein). Wird dieser nicht kontrolliert, kann er 70 % des injizierten Volumens überschreiten. Dies kann zu Schäden an der Gesteinsmatrix, unerwünschten Wechselwirkungen mit anderen Gesteinsflüssigkeiten und einer veränderten Fracking-Geometrie führen und somit die Effizienz verringern. ^{[ 76 ]}

Die Lage eines oder mehrerer Brüche entlang der Bohrlochlänge wird durch verschiedene Methoden, die Löcher in der Bohrlochwand erzeugen oder abdichten, streng kontrolliert. Hydraulisches Fracking wird in verrohrten Bohrlöchern durchgeführt, wobei die zu frakturierenden Zonen durch Perforation des Futterrohrs an den entsprechenden Stellen zugänglich gemacht werden. ^{[ 77 ]}

Die in Öl- und Erdgasfeldern eingesetzte Ausrüstung zum hydraulischen Fracking besteht üblicherweise aus einem Schlammmischer, einer oder mehreren Hochdruck-Hochvolumen-Frackingpumpen (typischerweise leistungsstarke Triplex- oder Quintuplexpumpen) und einer Überwachungseinheit. Zur weiteren Ausrüstung gehören Frackingtanks, eine oder mehrere Einheiten zur Lagerung und Handhabung von Stützmittel, Hochdruck-Behandlungseisen, eine Chemikaliendosieranlage (zur genauen Überwachung der Chemikalienzugabe), Frackingschläuche (flexible Niederdruckschläuche) sowie zahlreiche Messgeräte für Durchflussrate, Fluiddichte und Behandlungsdruck. ^{[ 78 ]} Die Chemikalienzusätze betragen typischerweise 0,5 % des gesamten Fluidvolumens. Frackinganlagen arbeiten in einem breiten Druck- und Injektionsbereich und erreichen Werte von bis zu 100 Megapascal (15.000 psi) und 265 Liter pro Sekunde (9,4 Kubikfuß/s; 133 US-Barrel/min). ^{[ 79 ]}

Man unterscheidet zwischen konventionellem, niedrigvolumigem hydraulischem Fracking, das zur Stimulierung hochpermeabler Lagerstätten in einer einzelnen Bohrung eingesetzt wird, und unkonventionellem, hochvolumigem hydraulischem Fracking, das bei der Fertigstellung von Tight-Gas- und Schiefergasbohrungen Anwendung findet. Hochvolumiges hydraulisches Fracking erfordert in der Regel höhere Drücke als niedrigvolumiges Fracking; die höheren Drücke sind notwendig, um größere Mengen an Flüssigkeit und Stützmittel aus dem Bohrloch zu verdrängen. ^{[ 80 ]}

Beim Horizontalbohren wird ein Bohrloch mit einem Endbohrloch als „Horizontalbohrloch“ ausgeführt, das parallel zur Gesteinsschicht verläuft, welche den zu fördernden Rohstoff enthält. Beispielsweise erstrecken sich Horizontalbohrlöcher im Barnett Shale- Becken in Texas über 460 bis 1.520 Meter (1.500 bis 5.000 Fuß) und in der Bakken-Formation in North Dakota bis zu 3.000 Meter (10.000 Fuß) . Im Gegensatz dazu erschließt ein Vertikalbohrloch nur die Mächtigkeit der Gesteinsschicht, typischerweise 15 bis 91 Meter (50 bis 300 Fuß). Horizontalbohren reduziert die Eingriffe in die Oberfläche, da weniger Bohrungen benötigt werden, um das gleiche Gesteinsvolumen zu erschließen.

Beim Bohren verstopfen häufig die Porenräume der Bohrlochwand, wodurch die Durchlässigkeit im und um das Bohrloch verringert wird. Dies reduziert den Zufluss aus dem umgebenden Gestein in das Bohrloch und dichtet das Bohrloch teilweise vom umgebenden Gestein ab. Durch hydraulisches Fracking mit geringem Volumen kann die Durchlässigkeit wiederhergestellt werden. ^{[ 81 ]}

Die Hauptaufgaben von Fracking-Fluiden bestehen darin, Risse zu erweitern, Schmierung zu gewährleisten, die Gelstärke zu verändern und Stützmittel in die Formation einzubringen. Es gibt zwei Methoden zum Transport von Stützmitteln in der Flüssigkeit: Hochgeschwindigkeits- und Hochviskositäts-Fracking . Hochviskoses Fracking führt tendenziell zu großen, dominanten Rissen, während Hochgeschwindigkeits-Fracking (Slickwater-Fracking) kleine, weitverbreitete Mikrorisse erzeugt. ^{[ 82 ]}

Wasserlösliche Geliermittel (wie z. B. Guarkernmehl ) erhöhen die Viskosität und transportieren das Stützmittel effizient in die Formation. ^{[ 83 ]}

Die Frackingflüssigkeit ist typischerweise eine Suspension aus Wasser, Stützmittel und chemischen Zusätzen . ^{[ 84 ]} Zusätzlich können Gele, Schäume und komprimierte Gase, darunter Stickstoff , Kohlendioxid und Luft, injiziert werden. Üblicherweise besteht die Flüssigkeit zu 90 % aus Wasser und zu 9,5 % aus Sand, wobei die chemischen Zusätze etwa 0,5 % ausmachen. ^{[ 75 ] [ 85 ] [ 86 ]} Es wurden jedoch auch Frackingflüssigkeiten entwickelt, die Flüssiggas (LPG) und Propan verwenden. Dieses Verfahren wird als wasserloses Fracking bezeichnet . ^{[ 87 ]}

Bei der Verwendung von Propan wird dieses durch den hohen Druck und die hohe Temperatur verdampft. Sowohl der Propandampf als auch das Erdgas steigen zur Oberfläche auf und können aufgefangen werden, was die Wiederverwendung und/oder den Weiterverkauf erleichtert. Keine der verwendeten Chemikalien gelangt zurück an die Oberfläche. Lediglich das im Prozess verwendete Propan kehrt zurück. ^{[ 88 ]}

Das Stützmittel ist ein körniges Material, das das Schließen der entstandenen Risse nach der Frac-Behandlung verhindert. Zu den Stützmitteln gehören Quarzsand , harzbeschichteter Sand, Bauxit und künstliche Keramik. Die Wahl des Stützmittels hängt von der benötigten Permeabilität bzw. Kornfestigkeit ab. In manchen Formationen, in denen der Druck hoch genug ist, um natürliche Quarzsandkörner zu zerdrücken, können hochfeste Stützmittel wie Bauxit oder Keramik eingesetzt werden. Quarzsand ist das am häufigsten verwendete Stützmittel, obwohl Stützmittel mit einheitlicher Größe und Form, wie z. B. Keramik, als wirksamer gelten. ^{[ 89 ]}

Die Frackingflüssigkeit variiert je nach gewünschtem Fracking-Typ, den Bedingungen der jeweiligen Bohrung und den Eigenschaften des Wassers. Sie kann auf Gel-, Schaum- oder Slickwater-Basis vorliegen. Die Wahl der Flüssigkeit ist ein Kompromiss: Viskositätsreichere Flüssigkeiten wie Gele halten das Stützmittel besser in Suspension, während weniger viskose und reibungsärmere Flüssigkeiten wie Slickwater höhere Förderraten ermöglichen, um Risse weiter vom Bohrloch entfernt zu erzeugen. Wichtige Materialeigenschaften der Flüssigkeit sind unter anderem Viskosität , pH-Wert und verschiedene rheologische Faktoren .

Wasser wird mit Sand und Chemikalien vermischt, um die Flüssigkeit für das hydraulische Fracking herzustellen. Pro Fracking-Vorgang werden etwa 40.000 Gallonen Chemikalien verwendet. ^{[ 92 ]} Bei einer typischen Fracking-Behandlung werden zwischen 3 und 12 chemische Zusatzstoffe eingesetzt. ^{[ 75 ]} Obwohl es auch unkonventionelle Fracking-Flüssigkeiten geben mag, können typische chemische Zusätze einen oder mehrere der folgenden Stoffe enthalten:

• Säuren – Salzsäure oder Essigsäure – werden im Vorfrakturierungsstadium zur Reinigung der Perforationen und zur Einleitung von Rissen im Gestein nahe dem Bohrloch verwendet. ^{[ 86 ]}
• Natriumchlorid (Salz) – verzögert den Abbau von Gelpolymerketten . ^{[ 86 ]}
• Polyacrylamid und andere Reibungsminderer verringern die Turbulenzen in der Fluidströmung und die Rohrreibung, wodurch die Pumpen mit höherer Förderleistung arbeiten können, ohne dass ein höherer Druck an der Oberfläche entsteht. ^{[ 86 ]}
• Ethylenglykol – verhindert die Bildung von Kesselsteinablagerungen im Rohr. ^{[ 86 ]}
• Boratsalze – werden verwendet, um die Viskosität von Flüssigkeiten bei Temperaturerhöhungen aufrechtzuerhalten. ^{[ 86 ]}
• Natrium- und Kaliumcarbonate werden zur Aufrechterhaltung der Wirksamkeit von Vernetzungsmitteln verwendet . ^{[ 86 ]}
• Glutaraldehyd – ein Biozid , das die Korrosion von Rohrleitungen durch mikrobielle Aktivität verhindert. ^{[ 93 ]}
• Guarkernmehl und andere wasserlösliche Geliermittel erhöhen die Viskosität der Fracking-Flüssigkeit, um das Stützmittel effizienter in die Formation einzubringen. ^{[ 83 ] [ 86 ]}
• Zitronensäure – wird zur Korrosionsverhütung eingesetzt .
• Isopropanol – wird verwendet, um die Chemikalien winterfest zu machen und so ein Einfrieren zu verhindern. ^{[ 86 ]}

Die am häufigsten verwendete Chemikalie beim hydraulischen Fracking in den Vereinigten Staaten in den Jahren 2005–2009 war Methanol , während einige andere häufig verwendete Chemikalien Isopropylalkohol , 2-Butoxyethanol und Ethylenglykol waren . ^{[ 94 ]}

Typische Flüssigkeitstypen sind:

• Konventionelle lineare Gele. Diese Gele bestehen aus Cellulosederivaten ( Carboxymethylcellulose , Hydroxyethylcellulose , Carboxymethylhydroxyethylcellulose , Hydroxypropylcellulose , Hydroxyethylmethylcellulose ), Guar oder dessen Derivaten ( Hydroxypropylguar , Carboxymethylhydroxypropylguar ), gemischt mit anderen Chemikalien.
• Boratvernetzte Flüssigkeiten. Hierbei handelt es sich um Guar-basierte Flüssigkeiten, die mit Borionen (aus wässriger Borax- / Borsäurelösung ) vernetzt sind. Diese Gele weisen ab einem pH-Wert von 9 eine höhere Viskosität auf und werden zum Transport von Stützmittel verwendet. Nach dem Fracking wird der pH-Wert auf 3–4 gesenkt, sodass die Vernetzungen aufgebrochen werden und das Gel weniger viskos ist und abgepumpt werden kann.
• Organometallisch vernetzte Flüssigkeiten – Zirkonium- , Chrom- , Antimon- und Titansalze – sind dafür bekannt, Guar-basierte Gele zu vernetzen. Der Vernetzungsmechanismus ist irreversibel; sobald das Stützmittel zusammen mit dem vernetzten Gel eingepumpt wurde, ist der Bruchvorgang abgeschlossen. Die Gele werden mit geeigneten Brechmitteln aufgebrochen. ^{[ 83 ]}
• Aluminiumphosphat-Esteröl-Gele. Aluminiumphosphat und Esteröle werden zu einem vernetzten Gel vermengt. Dies ist eines der ersten bekannten Gelierungssysteme.

Bei Slickwater-Flüssigkeiten ist der Einsatz von Spülvorgängen üblich. Spülvorgänge sind temporäre Reduzierungen der Stützmittelkonzentration, die verhindern, dass das Bohrloch mit Stützmittel überflutet wird. ^{[ 95 ]} Im Verlauf des Fracking-Prozesses werden dem Fracking-Fluid mitunter viskositätsreduzierende Mittel wie Oxidationsmittel und Enzymbrecher zugesetzt, um die Geliermittel zu deaktivieren und den Rückfluss zu fördern. ^{[ 83 ]} Diese Oxidationsmittel reagieren mit dem Gel und bauen es ab, wodurch die Viskosität des Fluids reduziert und sichergestellt wird, dass kein Stützmittel aus der Formation gezogen wird. Ein Enzym wirkt als Katalysator für den Gelabbau. Manchmal werden pH-Wert-Modifikatoren eingesetzt, um die Vernetzungen am Ende des hydraulischen Frackings aufzubrechen, da viele Fluide ein pH-Puffersystem benötigen, um viskos zu bleiben. ^{[ 95 ]} Nach Abschluss des Frackings wird das Bohrloch üblicherweise mit Wasser unter Druck gespült (manchmal mit einem reibungsmindernden Mittel versetzt). Ein Teil (aber nicht die gesamte) injizierte Flüssigkeit wird zurückgewonnen. Die Behandlung dieser Flüssigkeit erfolgt mittels verschiedener Methoden, darunter die Steuerung der unterirdischen Einleitung, die Aufbereitung, die Ableitung, das Recycling und die vorübergehende Lagerung in Gruben oder Behältern. Neue Technologien werden kontinuierlich entwickelt, um die Abwasserbehandlung zu verbessern und die Wiederverwendbarkeit zu erhöhen. ^{[ 75 ]}

Die Messung von Druck und Ausbreitungsgeschwindigkeit während des Wachstums eines hydraulischen Risses, unter Berücksichtigung der Fluideigenschaften und des in das Bohrloch injizierten Stützmittels, stellt die gängigste und einfachste Methode zur Überwachung einer hydraulischen Rissbehandlung dar. Diese Daten können zusammen mit Kenntnissen der Untergrundgeologie genutzt werden, um Informationen wie Länge, Breite und Leitfähigkeit eines gestützten Risses zu modellieren. ^{[ 75 ]}

Die Injektion radioaktiver Tracer zusammen mit der Fracking-Flüssigkeit wird mitunter eingesetzt, um das Injektionsprofil und die Lage der erzeugten Frakturen zu bestimmen. ^{[ 96 ]} Die Radiotracer werden so ausgewählt, dass sie eine gut nachweisbare Strahlung, geeignete chemische Eigenschaften sowie eine Halbwertszeit und Toxizität aufweisen, die die anfängliche und die Restkontamination minimieren. ^{[ 97 ]} Chemisch an Glas (Sand) und/oder Harzkügelchen gebundene radioaktive Isotope können ebenfalls injiziert werden, um die Frakturbildung zu verfolgen. ^{[ 98 ]} Beispielsweise können mit 10 GBq Ag-110mm beschichtete Kunststoffpellets dem Stützmittel beigemischt oder Sand mit Ir-192 markiert werden, um den Fortschritt des Stützmittels zu überwachen. ^{[ 97 ]} Radiotracer wie Tc-99m und I-131 werden auch zur Messung von Durchflussraten verwendet. ^{[ 97 ]} Die Atomaufsichtsbehörde veröffentlicht Richtlinien, in denen eine breite Palette radioaktiver Materialien in fester, flüssiger und gasförmiger Form aufgeführt ist, die als Tracer verwendet werden können, und die die Menge begrenzen, die pro Injektion und pro Bohrloch von jedem Radionuklid verwendet werden darf. ^{[ 98 ]}

Eine neue Technik zur Bohrlochüberwachung nutzt Glasfaserkabel außerhalb des Bohrlochfutters. Mithilfe dieser Glasfasern lassen sich die Temperaturen alle 30 Zentimeter entlang des Bohrlochs messen – selbst während des Frackings und der Förderung. Durch die Temperaturüberwachung können Ingenieure den Verbrauch der verschiedenen Bohrlochabschnitte an Fracking-Flüssigkeit sowie die geförderte Erdgas- oder Erdölmenge während des Frackings und in der Förderphase ermitteln.

Für anspruchsvollere Anwendungen wird die mikroseismische Überwachung mitunter eingesetzt, um Größe und Orientierung induzierter Brüche abzuschätzen. Die mikroseismische Aktivität wird durch die Platzierung eines Geophonarrays in einem nahegelegenen Bohrloch gemessen. Durch die Kartierung der Lage kleiner seismischer Ereignisse, die mit dem wachsenden Bruch in Verbindung stehen, lässt sich die ungefähre Geometrie des Bruchs ermitteln. Neigungsmesser- Arrays, die an der Oberfläche oder im Bohrloch installiert werden, stellen eine weitere Technologie zur Dehnungsüberwachung dar ^{[ 99 ].}

Die mikroseismische Kartierung weist geophysikalisch große Ähnlichkeiten mit der Seismologie auf . In der Erdbebenseismologie zeichnen Seismometer, die auf oder nahe der Erdoberfläche verteilt sind, S- und P-Wellen auf , die bei einem Erdbeben freigesetzt werden. Dies ermöglicht die Abschätzung der Bewegung entlang der Verwerfungsebene und die Kartierung ihrer Lage im Untergrund. Hydraulisches Fracking führt zu einer Erhöhung der Formationsspannung proportional zum Netto-Fracking-Druck sowie zu einem Anstieg des Porenwasserdrucks durch Leckage. ^{[ 100 ]} Vor der Rissspitze entstehen Zugspannungen, die hohe Scherspannungen erzeugen . Der Anstieg des Porenwasserdrucks und der Formationsspannung wirkt sich auf Schwachstellen in der Nähe des hydraulischen Risses aus, wie z. B. natürliche Risse, Klüfte und Schichtflächen. ^{[ 101 ]}

Verschiedene Methoden weisen unterschiedliche Lokalisierungsfehler und Vorteile auf. Die Genauigkeit der Kartierung mikroseismischer Ereignisse hängt vom Signal-Rausch-Verhältnis und der Sensorverteilung ab. Die Genauigkeit der Ereignislokalisierung mittels seismischer Inversion wird durch Sensoren verbessert, die in verschiedenen Azimuten relativ zum überwachten Bohrloch positioniert sind. Bei der Lokalisierung mittels Bohrlochmessnetzen wird die Genauigkeit durch die Nähe der Sensoren zum überwachten Bohrloch (hohes Signal-Rausch-Verhältnis) erhöht.

Die Überwachung mikroseismischer Ereignisse, die durch Reservoirstimulation hervorgerufen werden, ist zu einem Schlüsselaspekt bei der Bewertung und Optimierung hydraulischer Frakturen geworden. Hauptziel der Frakturüberwachung ist die vollständige Charakterisierung der induzierten Frakturstruktur und der Leitfähigkeitsverteilung innerhalb einer Formation. Geomechanische Analysen, wie das Verständnis der Materialeigenschaften, der In-situ-Bedingungen und der Geometrie einer Formation, unterstützen die Überwachung, indem sie eine präzisere Definition der Umgebung ermöglichen, in der sich das Frakturnetzwerk ausbreitet. ^{[ 102 ]} Im nächsten Schritt gilt es, die Position des Stützmittels innerhalb der Fraktur und die Verteilung der Frakturleitfähigkeit zu bestimmen. Dies kann mithilfe verschiedener Techniken überwacht werden, um schließlich ein Reservoirmodell zu entwickeln, das die Bohrlochleistung genau vorhersagt.

Seit Anfang der 2000er-Jahre haben Fortschritte in der Bohr- und Fertigstellungstechnologie horizontale Bohrungen deutlich wirtschaftlicher gemacht. Horizontale Bohrungen ermöglichen eine wesentlich größere Erschließung der Formation als herkömmliche vertikale Bohrungen. Dies ist besonders vorteilhaft bei Schieferformationen, deren Permeabilität für eine wirtschaftliche Förderung mit einer vertikalen Bohrung nicht ausreicht. Solche Bohrungen werden heutzutage, insbesondere in Nordamerika, üblicherweise in mehreren Stufen hydraulisch frakturiert. Die Art der Bohrlochfertigstellung bestimmt, wie oft die Formation frakturiert wird und an welchen Stellen entlang des horizontalen Abschnitts. ^{[ 103 ]}

In Nordamerika werden Schieferformationen wie Bakken , Barnett , Montney , Haynesville , Marcellus und zuletzt Eagle Ford , Niobrara und Utica horizontal durch die Förderintervalle gebohrt, fertiggestellt und frakturiert. Die Frakturierung entlang des Bohrlochs erfolgt üblicherweise mit einem der beiden Verfahren „Plug and Perf“ und „Sliding Sleeve“. ^{[ 104 ]}

Das Bohrloch für eine Plug-and-Perf-Prozedur besteht im Allgemeinen aus einem Standard-Stahlrohr, zementiert oder unzementiert, das in das Bohrloch eingesetzt wird. Nach dem Entfernen des Bohrgeräts wird mit einem Wireline-Truck in der Nähe des Bohrlochgrundes perforiert und anschließend Fracking-Fluid eingepumpt. Danach setzt der Wireline-Truck einen Stopfen in das Bohrloch, um diesen Abschnitt vorübergehend abzudichten, sodass der nächste Abschnitt des Bohrlochs behandelt werden kann. Anschließend wird erneut Fluid eingepumpt, und der Vorgang wird entlang der horizontalen Länge des Bohrlochs wiederholt. ^{[ 105 ]}

Die Bohrlochkonstruktion für das Gleithülsenverfahren unterscheidet sich dadurch, dass die Gleithülsen in festgelegten Abständen beim Einsetzen des Stahlrohrs integriert werden. Die Gleithülsen sind zu diesem Zeitpunkt üblicherweise alle geschlossen. Wenn das Bohrloch frakturiert werden soll, wird die unterste Gleithülse mithilfe eines von mehreren Aktivierungsverfahren geöffnet und die erste Stufe gepumpt. Nach Abschluss der Frakturierung wird die nächste Hülse geöffnet, wodurch die vorherige Stufe gleichzeitig isoliert wird. Der Vorgang wiederholt sich. Für das Gleithülsenverfahren ist in der Regel kein Drahtseil erforderlich.

Diese Fertigstellungstechniken ermöglichen es, bei Bedarf mehr als 30 Stufen in den horizontalen Abschnitt eines einzelnen Bohrlochs einzupumpen. Dies ist weitaus mehr, als üblicherweise in ein vertikales Bohrloch eingepumpt würde, bei dem die freiliegende Förderzone deutlich kürzer ist. ^{[ 106 ]}

Hydraulisches Fracking dient der Steigerung der Förderrate von Substanzen wie Erdöl oder Erdgas aus unterirdischen natürlichen Lagerstätten. Diese Lagerstätten bestehen typischerweise aus porösem Sandstein , Kalkstein oder Dolomit , umfassen aber auch unkonventionelle Lagerstätten wie Schiefer oder Kohleflöze . Durch hydraulisches Fracking können Erdgas und Erdöl aus Gesteinsformationen in großer Tiefe (in der Regel 2.000–6.000 m) gewonnen werden, also deutlich unterhalb des typischen Grundwasserspiegels. In dieser Tiefe reichen die Durchlässigkeit oder der Lagerstättendruck oft nicht aus, um Erdgas und Erdöl wirtschaftlich aus dem Gestein in das Bohrloch zu fördern. Daher ist die Erzeugung leitfähiger Risse im Gestein entscheidend für die Förderung aus natürlich undurchlässigen Schieferlagerstätten. Die Durchlässigkeit wird im Mikro- bis Nanodarcy-Bereich gemessen . [ ^{107 ] Risse} bilden einen leitfähigen Pfad, der ein größeres Volumen der Lagerstätte mit dem Bohrloch verbindet. Das sogenannte „Super-Fracking“ erzeugt Risse tiefer im Gestein, um mehr Öl und Gas freizusetzen und die Effizienz zu steigern. ^{[ 108 ]} Die Fördermenge typischer Schieferbohrungen nimmt in der Regel nach ein bis zwei Jahren ab, die maximale Förderdauer einer Bohrung kann jedoch auf mehrere Jahrzehnte verlängert werden. ^{[ 109 ]}

Während die Hauptanwendung des hydraulischen Frackings in der industriellen Förderung der Öl- und Gasproduktion liegt, ^{[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ]} wird das hydraulische Fracking auch angewendet:

• Zur Stimulierung von Grundwasserbrunnen ^{[ 113 ]}
• Um Felsstürze im Bergbau vorzubeugen oder auszulösen ^{[ 114 ]}
• Als Mittel zur Verbesserung der Abfallbeseitigung, in der Regel von Kohlenwasserstoffabfällen oder -verschmutzungen ^{[ 115 ].}
• Abfallentsorgung durch Injektion tief in das Gestein ^{[ 116 ]}
• Zur Messung von Spannungen in der Erde ^{[ 117 ]}
• Zur Stromerzeugung in verbesserten Geothermiesystemen ^{[ 118 ]}
• Zur Erhöhung der Injektionsraten für die geologische Speicherung von CO ₂ ^{[ 119 ]}
• Zur Speicherung elektrischer Energie, Pumpspeicherkraftwerke ^{[ 120 ]}

Seit den späten 1970er Jahren wird das hydraulische Fracking in einigen Fällen zur Steigerung der Trinkwasserausbeute aus Brunnen in einer Reihe von Ländern, darunter den Vereinigten Staaten, Australien und Südafrika, eingesetzt. ^{[ 121 ] [ 122 ] [ 123 ]}

Hydraulisches Fracking gilt als eine der wichtigsten Methoden zur Gewinnung unkonventioneller Öl- und Gasvorkommen . Laut der Internationalen Energieagentur (IEA ) werden die verbleibenden technisch gewinnbaren Schiefergasreserven auf 208 Billionen Kubikmeter (7.300 Billionen Kubikfuß), die Tight-Gas-Reserven auf 76 Billionen Kubikmeter (2.700 Billionen Kubikfuß) und die Kohleflözgasreserven auf 47 Billionen Kubikmeter (1.700 Billionen Kubikfuß) geschätzt. Diese Lagerstätten weisen in der Regel eine geringere Permeabilität als konventionelle Gaslagerstätten auf. Daher sind je nach geologischen Eigenschaften der jeweiligen Formation spezifische Technologien wie das hydraulische Fracking erforderlich. Obwohl es auch andere Methoden zur Gewinnung dieser Ressourcen gibt, wie beispielsweise konventionelles oder Horizontalbohren, ist das hydraulische Fracking eine der wichtigsten Methoden, um deren wirtschaftliche Gewinnung zu ermöglichen. Die mehrstufige Fracking-Technik hat die Entwicklung der Schiefergas- und Leichtölförderung in den Vereinigten Staaten erleichtert und dürfte dies auch in anderen Ländern mit unkonventionellen Kohlenwasserstoffvorkommen tun. ^{[ 21 ]}

Die meisten Studien belegen, dass das Fracking in den USA bisher erhebliche positive wirtschaftliche Auswirkungen hatte. Die Brookings Institution schätzt, dass allein die Vorteile von Schiefergas einen Nettonutzen von 48 Milliarden US-Dollar pro Jahr generiert haben. Dieser Nutzen kommt vor allem dem Konsumgüter- und Industriesektor zugute, da die Erdgaspreise deutlich gesunken sind. ^{[ 124 ]} Andere Studien legen jedoch nahe, dass die externen Effekte die wirtschaftlichen Vorteile überwiegen und die Stromgestehungskosten (LCOE) aus weniger kohlenstoff- und wasserintensiven Energiequellen niedriger sind. ^{[ 125 ]}

Der Hauptvorteil des hydraulischen Frackings besteht darin, Importe von Erdgas und Erdöl zu reduzieren, deren Kosten andernfalls aus der heimischen Wirtschaft abfließen würden. ^{[ 126 ]} Schieferöl und -gas werden in den USA jedoch stark subventioniert und decken die Produktionskosten noch nicht ^{[ 127 ]} – das heißt, die Kosten des hydraulischen Frackings werden über die Einkommensteuer finanziert und sind in vielen Fällen bis zu doppelt so hoch wie der Benzinpreis an der Zapfsäule. ^{[ 128 ]}

Untersuchungen deuten darauf hin, dass Fracking-Bohrungen die landwirtschaftliche Produktivität in der Umgebung der Bohrungen negativ beeinflussen. ^{[ 129 ]} Eine Studie ergab, dass die Produktivität einer bewässerten Kulturpflanze um 5,7 % sinkt, wenn während der landwirtschaftlich aktiven Monate in einem Umkreis von 11–20 km um eine produzierende Gemeinde eine Bohrung durchgeführt wird. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Entfernung zwischen Gemeinde und Bohrung ab. ^{[ 129 ]} Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Einführung von Fracking-Bohrungen in Alberta die Provinz im Jahr 2014 aufgrund des Rückgangs der Ernteerträge 14,8 Millionen Dollar gekostet hat. ^{[ 129 ]}

Die US-Energiebehörde (Energy Information Administration) des US-Energieministeriums schätzt, dass bis 2035 45 % der US-Gasversorgung aus Schiefergas stammen werden (wobei der Großteil davon konventionelles Gas ersetzen wird, das eine geringere Treibhausgasbilanz aufweist). ^{[ 130 ]}

Eine Anti-Fracking-Bewegung ist sowohl international, unter Beteiligung internationaler Umweltorganisationen und Staaten wie Frankreich, als auch lokal in betroffenen Gebieten wie Balcombe in Sussex entstanden, wo Mitte 2013 Proteste gegen die Fracking- Aktivitäten stattfanden. ^{[ 131 ]} Der erhebliche Widerstand gegen Fracking-Aktivitäten in US-amerikanischen Gemeinden hat Unternehmen veranlasst, verschiedene Maßnahmen zur Öffentlichkeitsarbeit zu ergreifen , um die Bevölkerung zu beruhigen. Dazu gehört auch der Einsatz ehemaliger Militärangehöriger mit Ausbildung in psychologischer Kriegsführung . Laut Matt Pitzarella, Kommunikationsdirektor von Range Resources , waren die im Nahen Osten geschulten Mitarbeiter für Range Resources in Pennsylvania von großem Wert, insbesondere bei emotional aufgeladenen Gemeindeversammlungen und der Beratung von Gemeinden zu Bebauungsplänen und lokalen Verordnungen im Zusammenhang mit Fracking. ^{[ 132 ] [ 133 ]}

Es gab zahlreiche Proteste gegen das Fracking. So wurden beispielsweise 2013 zehn Personen bei einer Anti-Fracking-Demonstration in der Nähe von New Matamoras, Ohio, festgenommen, nachdem sie illegal in ein Entwicklungsgebiet eingedrungen waren und sich an Bohranlagen festgekettet hatten. ^{[ 134 ]} Im Nordwesten Pennsylvanias kam es an einer Bohrstelle zu einer Schießerei aus einem fahrenden Auto, bei der zwei Schüsse mit einem Kleinkalibergewehr in Richtung einer Bohranlage abgegeben wurden. ^{[ 135 ]} In Washington County, Pennsylvania , entdeckte ein Bauarbeiter, der an einer Gaspipeline arbeitete, eine Rohrbombe , die an der geplanten Trasse der Pipeline platziert worden war. Die örtlichen Behörden erklärten, dass die Bombe ohne ihre Entdeckung und Entschärfung eine Katastrophe ausgelöst hätte. ^{[ 136 ]}

Das US-Außenministerium rief die Globale Schiefergasinitiative ins Leben, um Regierungen weltweit zu überzeugen, den großen Öl- und Gaskonzernen Konzessionen für Fracking-Anlagen zu erteilen. Aus einem durchgesickerten Dokument diplomatischer Depeschen der USA geht hervor, dass US-Beamte im Rahmen dieses Projekts Konferenzen für ausländische Regierungsvertreter einberiefen. Dort hielten Vertreter großer Öl- und Gaskonzerne sowie PR- Experten Vorträge, die wussten, wie man die Bevölkerung der Zielländer beschwichtigen konnte, deren Bürger dem Fracking auf ihrem Territorium oft ablehnend gegenüberstanden. Das Projekt der US-Regierung war erfolgreich, da viele Länder auf mehreren Kontinenten der Idee zustimmten, Konzessionen für Fracking zu erteilen. Polen beispielsweise erlaubte den großen Öl- und Gaskonzernen, auf fast einem Drittel seines Territoriums Fracking durchzuführen. ^{[ 137 ]} Die US-Export-Import-Bank , eine Behörde der US-Regierung, stellte seit 2010 4,7 Milliarden US-Dollar für Fracking-Anlagen in Queensland, Australien, bereit . ^{[ 138 ]}

Im Jahr 2014 äußerten mehrere europäische Beamte die Vermutung, dass einige der größten europäischen Proteste gegen das Fracking (mit unterschiedlichem Erfolg in Litauen und der Ukraine) teilweise von Gazprom , dem staatlichen russischen Gaskonzern, finanziert werden könnten. Die New York Times vermutete, dass Russland seine Erdgasexporte nach Europa als Schlüsselelement seines geopolitischen Einflusses betrachtet und dass dieser Markt schrumpfen würde, wenn Fracking in Osteuropa eingeführt würde, da dadurch bedeutende Schiefergasvorkommen in der Region erschlossen würden. Russische Beamte haben wiederholt öffentlich erklärt, dass Fracking „ein enormes Umweltproblem darstellt“. ^{[ 139 ]}

Hydraulisches Fracking wird derzeit in den Vereinigten Staaten in Arkansas, Kalifornien, Colorado, Louisiana, North Dakota, Oklahoma, Pennsylvania, Texas, Virginia, West Virginia ^{[ 140 ]} und Wyoming durchgeführt. Stand 2024 sind in den USA sieben große Fracking-Anlagen aktiv. ^{[ 141 ]} Dies sind die Bakken-Anlage in North Dakota und Montane, die Niobrara-Anlage in Wyoming und Colorado, Anandarko in Nordtexas und Oklahoma, Permian und Eagle Ford in Texas, Haynesville in Texas und Louisiana sowie die große Appalachia-Anlage. ^{[ 141 ]} Kalifornien hat seit Langem ein Moratorium für Fracking, und Vermont, New York, Maryland, Washington und Oregon haben landesweite Fracking-Verbote. ^{[ 142 ]}

Obwohl das Moratorium für hydraulisches Fracking im Vereinigten Königreich kürzlich aufgehoben wurde, geht die Regierung aufgrund von Bedenken hinsichtlich Erdbeben und den Umweltauswirkungen der Bohrungen vorsichtig vor. In Frankreich und Bulgarien ist hydraulisches Fracking derzeit verboten. ^{[ 61 ]}

Josh Fox ' 2010 für den Oscar nominierter Film „Gasland ^{“ [ 143 ]} entwickelte sich zu einem Zentrum des Widerstands gegen das Fracking von Schiefergestein. Der Film thematisierte die Grundwasserverschmutzung in der Nähe von Bohrstellen in Pennsylvania , Wyoming und Colorado . ^{[ 144 ]} Die Lobbyorganisation „Energy in Depth“ der Öl- und Gasindustrie stellte die Fakten des Films infrage. ^{[ 145 ]} Daraufhin wurde eine Gegendarstellung zu den Vorwürfen von „Energy in Depth“ auf der Website von „Gasland“ veröffentlicht . ^{[ 146 ]} Der Direktor der Colorado Oil and Gas Conservation Commission (COGCC) bot an, für den Film interviewt zu werden, sofern er die im fertigen Film verwendeten Ausschnitte überprüfen dürfe. Fox lehnte das Angebot jedoch ab. ^{[ 147 ]} ExxonMobil , Chevron Corporation und ConocoPhillips schalteten 2011 und 2012 Werbespots, in denen sie die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile von Erdgas hervorhoben und argumentierten, Fracking sei sicher. ^{[ 148 ]}

Der Film „Promised Land“ aus dem Jahr 2012 mit Matt Damon in der Hauptrolle thematisiert das Fracking. ^{[ 149 ]} Die Gasindustrie reagierte auf die Kritik des Films am Fracking mit Flugblättern sowie Beiträgen auf Twitter und Facebook . ^{[ 148 ]}

Im Januar 2013 veröffentlichte der nordirische Journalist und Filmemacher Phelim McAleer als Reaktion auf die Aussagen von Fox in „Gasland “ den per Crowdfunding finanzierten Dokumentarfilm „ FrackNation “ ^{[ 150 ]} . Er behauptete, dieser zeige die Wahrheit über das Fracking von Erdgas. „FrackNation “ wurde auf Mark Cubans Sender AXS TV uraufgeführt . Die Premiere fiel mit dem Kinostart von „Promised Land“ zusammen . ^{[ 151 ]}

Im April 2013 veröffentlichte Josh Fox „Gasland 2“ , seine „internationale Odyssee auf der Suche nach Geheimnissen, Lügen und Umweltverschmutzung im Zusammenhang mit Fracking“. Darin stellt er die Darstellung der Gasindustrie, Erdgas sei eine saubere und sichere Alternative zu Öl, als Mythos infrage und belegt, dass durch Fracking erzeugte Bohrlöcher unweigerlich mit der Zeit lecken, Wasser und Luft verschmutzen, Familien schädigen und das Erdklima durch das starke Treibhausgas Methan gefährden.

Im Jahr 2014 veröffentlichte Scott Cannon von Video Innovations den Dokumentarfilm „Die Ethik des Frackings“ . Der Film beleuchtet die politischen, spirituellen, wissenschaftlichen, medizinischen und beruflichen Aspekte des hydraulischen Frackings. Er untersucht außerdem, wie die Gasindustrie das hydraulische Fracking in ihrer Werbung darstellt. ^{[ 152 ]}

Im Jahr 2015 feierte der kanadische Dokumentarfilm Fractured Land seine Weltpremiere beim Hot Docs Canadian International Documentary Festival . ^{[ 153 ]}

Die Finanzierungsquellen von Forschungsstudien sind häufig Gegenstand von Kontroversen. Es bestehen Bedenken hinsichtlich der Finanzierung von Forschungsprojekten durch Stiftungen, Unternehmen oder Umweltgruppen, da dies mitunter den Anschein unzuverlässiger Studien erwecken kann. ^{[ 154 ] [ 155 ]} Mehrere Organisationen, Forschende und Medien berichteten von Schwierigkeiten bei der Durchführung und Veröffentlichung von Studien zum hydraulischen Fracking aufgrund von Druck seitens der Industrie ^{[ 156 ] und der Regierung [ 37 ]} und äußerten Besorgnis über eine mögliche Zensur von Umweltberichten. ^{[ 156 ] [ 157 ] [ 158 ]} Einige argumentierten, dass weitere Forschung zu den Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen dieser Technik notwendig sei. ^{[ 159 ] [ 160 ] [ 161 ] [ 162 ]}

Es bestehen Bedenken hinsichtlich möglicher negativer Auswirkungen des hydraulischen Frackings auf die öffentliche Gesundheit . ^{[ 159 ]} Eine 2013 veröffentlichte Studie zur Schiefergasförderung in den Vereinigten Staaten stellte fest: „Mit der zunehmenden Anzahl von Bohrstellen steigt auch das Risiko für Menschen, durch Unfälle und den Kontakt mit Schadstoffen, die in den gefrackten Bohrlöchern verwendet werden, gefährdet zu sein.“ ^{[ 163 ]} Eine Gefahrenanalyse aus dem Jahr 2011 empfahl die vollständige Offenlegung der beim hydraulischen Fracking und Bohren verwendeten Chemikalien, da viele davon unmittelbare und möglicherweise auch langfristige gesundheitliche Auswirkungen haben. ^{[ 164 ]}

Im Juni 2014 veröffentlichte Public Health England eine Studie zu den potenziellen Auswirkungen der Exposition gegenüber chemischen und radioaktiven Schadstoffen infolge der Schiefergasförderung in Großbritannien auf die öffentliche Gesundheit. Grundlage hierfür waren die Auswertung von Fachliteratur und Daten aus Ländern, in denen bereits hydraulisches Fracking praktiziert wird. ^{[ 160 ]} In der Zusammenfassung des Berichts heißt es: „Eine Bewertung der derzeit verfügbaren Erkenntnisse deutet darauf hin, dass die potenziellen Risiken für die öffentliche Gesundheit durch die mit der Schiefergasförderung verbundenen Emissionen gering sind, sofern die Anlagen ordnungsgemäß betrieben und reguliert werden. Die meisten Erkenntnisse legen nahe, dass eine Grundwasserverunreinigung , falls sie auftritt, höchstwahrscheinlich durch Leckagen im Bohrloch verursacht wird. Eine Grundwasserverunreinigung durch den unterirdischen Fracking-Prozess selbst (d. h. das Aufbrechen des Schiefers) ist unwahrscheinlich. Allerdings können Oberflächenverschmutzungen durch Fracking-Flüssigkeiten oder Abwasser das Grundwasser beeinträchtigen, und auch Emissionen in die Luft bergen ein potenzielles Gesundheitsrisiko. Wo in der Literatur potenzielle Risiken identifiziert wurden, sind die gemeldeten Probleme typischerweise auf Betriebsfehler und unzureichende regulatorische Rahmenbedingungen zurückzuführen.“ ^{[ 165 ]}

Ein 2012 für die Generaldirektion Umwelt der Europäischen Union erstellter Bericht identifizierte potenzielle Risiken für den Menschen durch Luftverschmutzung und Grundwasserverunreinigung infolge von Fracking. ^{[ 166 ]} Dies führte 2014 zu einer Reihe von Empfehlungen zur Minderung dieser Bedenken. ^{[ 167 ] [ 168 ]} Ein 2012 veröffentlichter Leitfaden für Kinderkrankenpflegekräfte in den USA wies darauf hin, dass Fracking potenziell negative Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit haben kann und dass Kinderkrankenpflegekräfte darauf vorbereitet sein sollten, Informationen zu diesem Thema zu sammeln, um sich für eine verbesserte Gesundheit der Bevölkerung einzusetzen. ^{[ 169 ]}

Eine Studie aus dem Jahr 2017, veröffentlicht in The American Economic Review, kam zu dem Ergebnis, dass „zusätzliche Bohrstellen, die im Umkreis von einem Kilometer um die Wasserentnahmestelle einer Gemeinde errichtet werden, die Menge an Schiefergas-bedingten Schadstoffen im Trinkwasser erhöhen.“ ^{[ 170 ]}

Eine 2022 von der Harvard T.H. Chan School of Public Health durchgeführte und in Nature Energy veröffentlichte Studie ergab, dass ältere Menschen, die in der Nähe oder im Lee von Anlagen zur unkonventionellen Öl- und Gasförderung (UOGD) leben – zu denen auch Fracking-Verfahren gehören –, ein höheres Risiko für einen vorzeitigen Tod aufweisen als ältere Menschen, die nicht in der Nähe solcher Anlagen leben. ^{[ 171 ]}

Statistiken des US-Arbeitsministeriums, die von den US-amerikanischen Zentren für Krankheitskontrolle und -prävention (CDC) analysiert wurden , belegen einen Zusammenhang zwischen Bohrtätigkeiten und der Anzahl von Arbeitsunfällen im Zusammenhang mit Bohrungen und Verkehrsunfällen, Explosionen, Stürzen und Bränden. ^{[ 172 ]} Rohstoffarbeiter sind zudem gefährdet, Lungenerkrankungen wie Lungenkrebs und Silikose zu entwickeln (letztere aufgrund der Exposition gegenüber Quarzstaub, der beim Gesteinsbohren und der Sandverarbeitung entsteht). ^{[ 173 ]} Das US-amerikanische Nationale Institut für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz ( NIOSH ) stufte die Exposition gegenüber Quarzstaub in der Luft als Gesundheitsrisiko für Arbeiter bei bestimmten Fracking-Operationen ein. ^{[ 174 ]} NIOSH und OSHA veröffentlichten im Juni 2012 eine gemeinsame Gefahrenwarnung zu diesem Thema. ^{[ 174 ]}

Darüber hinaus ist das Personal im Rohstoffabbau einem erhöhten Strahlenrisiko ausgesetzt. Fracking-Aktivitäten erfordern häufig das Bohren in Gestein, das natürlich vorkommendes radioaktives Material (NORM) wie Radon, Thorium und Uran enthält. ^{[ 175 ]}

Ein weiterer Bericht des Canadian Medical Journal beschreibt 55 Faktoren, die nach eingehender Recherche Krebs auslösen können, darunter 20, die nachweislich das Risiko für Leukämie und Lymphome erhöhen. Eine Analyse der Yale Public Health warnt davor, dass Millionen von Menschen, die im Umkreis von 1,6 Kilometern um Fracking-Bohrlöcher leben, diesen Chemikalien ausgesetzt gewesen sein könnten. ^{[ 176 ]}

Trotz dieser gesundheitlichen Bedenken und der Bemühungen um ein Moratorium für Fracking, bis dessen Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen besser verstanden sind, sind die Vereinigten Staaten weiterhin stark von fossilen Brennstoffen abhängig. Im Jahr 2017 stammten 37 % des jährlichen US-Energieverbrauchs aus Erdöl, 29 % aus Erdgas, 14 % aus Kohle und 9 % aus Kernenergie, während nur 11 % durch erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie gedeckt wurden. ^{[ 177 ]}

Fracking kann zahlreiche umweltbezogene Gerechtigkeitsprobleme verursachen. ^{[ 178 ]} Eines der wichtigsten Gerechtigkeitsprobleme im Zusammenhang mit Fracking ist der Einfluss der Bohrlöcher auf die umliegenden Gemeinden. ^{[ 178 ]} Die meisten Fracking-Standorte in den Vereinigten Staaten befinden sich in armen, ländlichen Gebieten. ^{[ 179 ]} Aufgrund dieser Standorte sind Arme, People of Color und indigene Völker unverhältnismäßig stark von den negativen Folgen des Frackings betroffen. ^{[ 179 ]}

Viele Fracking-Unternehmen behaupten, ihre Anlagen würden mehr Arbeitsplätze in den umliegenden Gemeinden schaffen. In einem Interview mit dem Autor eines Berichts über Fracking-Standorte in Ohio erklärte Sean O'Leary jedoch: „Fertiggestellte Bohrlöcher benötigen nicht viele Festangestellte. Und viele der im Bohr- und Fracking-Bereich Tätigen kommen von außerhalb der Region.“ ^{[ 180 ]} Dies ist problematisch, da viele dieser Fracking-Anlagen in armen, ländlichen Gemeinden errichtet werden, wo die Menschen dringend Arbeit benötigen. ^{[ 181 ]} Es gibt zahlreiche Fälle, in denen nach der Einführung von Fracking ein Rückgang der Beschäftigung beobachtet wurde. Seit dem Fracking-Boom in den Appalachen im Jahr 2008 haben dreißig große Gasunternehmen in Ohio, Pennsylvania und West Virginia zwar eine hohe Wirtschaftsleistung erzielt, doch die Zahl der Arbeitsplätze in der Region sank um 1 %, während die Beschäftigungsmöglichkeiten landesweit um 14 % stiegen. In den Fracking-Regionen wuchs die Beschäftigung um 4 %, während die nationale Beschäftigungsquote um 10 % zunahm. Das Einkommen wuchs um drei Viertel des nationalen Durchschnitts. ^{[ 182 ]}   Sean O'Leary, leitender Forscher am Ohio River Valley Institute, führt aus: „Zwar zeigen einige Studien eine Verbesserung der wirtschaftlichen Lage in Gebieten mit Fracking, doch diese Studien ignorieren die Tatsache, dass die negativen externen Effekte des Frackings in diesen Regionen (armen ländlichen Gebieten) konzentriert sind und oft diejenigen belasten, die keinen wirtschaftlichen Nutzen daraus ziehen.“ ^{[ 182 ]} Obwohl vielen Regionen, insbesondere armen ländlichen Gebieten, wo dies dringend nötig ist, wirtschaftliche Vorteile versprochen werden, bleiben diese Versprechen aus. Ein Beispiel dafür ist North Jackson, Ohio, wo der Anwohner Mel Cadle den Bau von Ölquellen auf seinem Land mit dem Versprechen lukrativer Lizenzgebühren erlaubte. Doch Cadle erklärte: „Ich habe keinerlei Einnahmen aus diesen Quellen. Ich habe fünf Morgen Land umsonst verloren“, da die Ölkonzerne falsche Versprechungen gemacht und ihm keinerlei finanzielle Entschädigung für die Nutzung seines Landes gezahlt hatten. ^{[ 183 ]} Indigene Völker sind in ihren Gemeinden überproportional häufig von Fracking betroffen, da Unternehmen und die Regierung oft ihr Land in Besitz nehmen und es für die Gewinnung von Bodenschätzen wie Gas und Öl zerstören. ^{[ 184 ]} Laut dem Classic Journal wurden in den Vereinigten Staaten Gesetze erlassen, die dies ermöglichen, insbesondere Bundesgesetze wie der Mineral Leasing Act von 1938 und der Indian Self-Determination and Education Assistance Act von 1975, die beide die Rechte der indigenen Bevölkerung an den Ressourcen ihres Landes einschränken. ^{[ 184 ]}Ein Hauptproblem im Zusammenhang mit Fracking, das häufig indigene Stämme betrifft, sind chemikalienhaltige Abwässer von Fracking-Anlagen. ^{[ 184 ]} Eine Studie von Shelley Palmer und anderen Dozenten der University of Georgia, die die negativen Auswirkungen der Fracking-Politik auf indigene Gebiete und Gemeinschaften untersuchte, stellt fest: „Regulatorische Lücken ermöglichen die Entsorgung unbehandelter Abwässer aus dem Fracking auf indigenem Land, was zu Umweltverschmutzung und Gesundheitsgefahren für die Bevölkerung führt.“ ^{[ 184 ]}

Einige der gravierendsten Umwelt- und Gesundheitsfolgen des Frackings betreffen ländliche Gemeinden in der Nähe der Bohrstellen, die unverhältnismäßig stark von Wasser-, Luft- und Bodenverschmutzung betroffen sind. ^{[ 179 ]} Untersuchungen des Rechtswissenschaftlers Matthew Castell ergaben, dass weder der Bundesstatus noch das Common Law den betroffenen Gemeinden und Landbesitzern Zugang zu Lösungen oder Hilfe bei den durch Fracking verursachten Schäden bieten. ^{[ 179 ]} Die Sozialwissenschaftlerin und Umweltforscherin Vivian Underhill, Professorin für Soziologie sowie Umwelt und Nachhaltigkeit, stellte fest, dass von 2014 bis 2024 jährlich 62 % bis 73 % der gemeldeten Fracking-Projekte mindestens eine Chemikalie verwendeten, die laut dem US-amerikanischen Trinkwasserschutzgesetz (Safe Drinking Water Act) gesundheits- und umweltschädlich ist. Ohne die sogenannte Halliburton-Lücke wären diese Projekte genehmigungs- und überwachungspflichtig gewesen und hätten die lokalen Gemeinden über potenzielle Risiken informiert. ^{[ 185 ]}

Umweltauswirkungen des hydraulischen Frackings

Schematische Darstellung des hydraulischen Frackings zur Gewinnung von Schiefergas
Prozesstyp	Mechanisch
Industriesektor(en)	Bergbau
Haupttechnologien oder Teilprozesse	Flüssigkeitsdruck
Produkt(e)	Erdgas , Erdöl
Erfinder	Floyd Farris, Joseph B. Clark ( Stanolind Oil and Gas Corporation )
Erfindungsjahr	1947

Zu den potenziellen Umweltauswirkungen des hydraulischen Frackings gehören Luftverschmutzung und Beitrag zum Klimawandel, hoher Wasserverbrauch, Grundwasserverschmutzung, Landnutzung, ^{[ 186 ]} ausgelöste Erdbeben, Lärmbelästigung und verschiedene gesundheitliche Auswirkungen auf den Menschen. ^{[ 187 ]}

Die Luftemissionen bestehen hauptsächlich aus Methan, das aus den Bohrlöchern entweicht, sowie aus Industrieemissionen der im Förderprozess eingesetzten Anlagen. ^{[ 166 ]} Moderne britische und EU-Vorschriften fordern Emissionsfreiheit für Methan, ein starkes Treibhausgas . Methanaustritt ist bei älteren Bohrlöchern ein größeres Problem als bei solchen, die nach neueren EU-Vorschriften errichtet wurden. ^{[ 166 ]}

Im Dezember 2016 veröffentlichte die US-Umweltschutzbehörde (EPA) den Abschlussbericht „Hydraulic Fracturing for Oil and Gas: Impacts from the Hydraulic Fracturing Water Cycle on Drinking Water Resources in the United States“ (Final Report). Die EPA fand wissenschaftliche Belege dafür, dass Fracking-Aktivitäten Trinkwasserressourcen beeinträchtigen können. ^{[ 188 ]} Zu den Hauptgründen für eine mögliche Trinkwasserverunreinigung zählen laut EPA:

• Wasserentnahme zur Verwendung für Fracking in Zeiten oder Gebieten mit geringer Wasserverfügbarkeit ^{[ 188 ].}
• Unfälle beim Umgang mit Fracking-Flüssigkeiten und Chemikalien, bei denen große Mengen oder hohe Konzentrationen von Chemikalien in das Grundwasser gelangen ^{[ 188 ].}
• Injektion von Fracking-Flüssigkeiten in Bohrlöcher durch unsachgemäße Bedienung der Maschinen, wodurch Gase oder Flüssigkeiten in das Grundwasser gelangen können ^{[ 188 ].}
• Einleitung von Fracking-Flüssigkeiten direkt in Grundwasserressourcen ^{[ 188 ]}
• Austritt von fehlerhaftem Abwasser aus der hydraulischen Frakturierung in Oberflächengewässer ^{[ 188 ]}
• Die Entsorgung oder Lagerung von Fracking-Abwasser in nicht abgedichteten Gruben führt zur Verunreinigung von Grundwasserressourcen. ^{[ 188 ]}

Die Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus von Schieferöl sind um 21 % bis 47 % höher als die von konventionellem Öl, während die Emissionen von unkonventionellem Gas um 6 % niedriger bis 43 % höher liegen als die von konventionellem Gas. ^{[ 189 ]}

^Beim hydraulischen Fracking werden pro Bohrung zwischen 1,2 und 3,5 Millionen US-Gallonen (4.500 bis 13.200 m³) Wasser verbraucht ^, bei Großprojekten bis zu 5 Millionen US-Gallonen (19.000 m³ ⁾ . ^{[ 190} Zusätzliches Wasser wird benötigt, wenn Bohrungen erneut gefrackt werden. ^{[ 83 ] [ 191 ]} Eine durchschnittliche Bohrung benötigt über ihre Lebensdauer 3 bis 8 Millionen US-Gallonen (11.000 bis 30.000 m³ ⁾ Wasser. ^{[ 75 ]} Laut dem Oxford Institute for Energy Studies werden in Europa größere Mengen an Fracking-Flüssigkeit benötigt, da die Schieferschichten dort durchschnittlich 1,5-mal tiefer liegen als in den USA. ^{[ 192 ]} Oberflächengewässer können durch Verschüttungen und unsachgemäß gebaute und gewartete Abfallgruben verunreinigt werden. [ ^{193 ] Grundwasser} kann verunreinigt werden, wenn die Flüssigkeit aus der zu frakturierenden Formation austritt (z. B. durch stillgelegte Bohrlöcher , Klüfte und Verwerfungen ^{[ 194 ]} ) oder durch Produktionswasser (die zurückfließenden Flüssigkeiten, die auch gelöste Bestandteile wie Mineralien und Salzwasser enthalten ). Die Wahrscheinlichkeit einer Grundwasserverunreinigung durch Salzwasser- und Fracking-Flüssigkeitsleckagen aus alten, stillgelegten Bohrlöchern ist gering. ^{[ 195 ] [ 160 ]} Produktionswasser wird durch unterirdische Verpressung , kommunale und gewerbliche Abwasserbehandlung und -ableitung, geschlossene Systeme an Bohrstellen oder Feldern sowie durch Recycling zur Fracking-Vorbereitung zukünftiger Bohrlöcher aufbereitet. ^{[ 196 ]} Typischerweise wird weniger als die Hälfte des zur Aufspaltung der Formation verwendeten Förderwassers zurückgewonnen. ^{[ 197 ]}

Fracking verursacht vielfältige Umweltverschmutzung, darunter auch Wasserverschmutzung. Nach dem Fracking und der Förderung von Öl und Gas verbleiben die Fracking-Flüssigkeiten oft im Untergrund, wo sie das Grundwasser verunreinigen und in Grundwasserleiter gelangen können. ^{[ 198 ]} Auch das bei den Fracking-Maßnahmen entstehende Abwasser ist giftig und muss sachgemäß gelagert, aufbereitet und anschließend entsorgt werden. Häufig wird es jedoch in Auffangbecken gesammelt, die in den umliegenden Boden sickern und die Tierwelt beeinträchtigen können. ^{[ 198 ]} Die Reaktionen von Bund und Ländern auf die Belastung der Wasserressourcen sind bestenfalls uneinheitlich, wie … feststellt. Auf Bundesebene ist die Regulierung unzureichend, da bestimmte Ausnahmen vom Safe Drinking Water Act, dem Clean Air Act und dem Clean Water Act durch den Energy Policy Act von 2005 gewährt wurden. ^{[ 198 ]} 

Die Bevölkerung bezieht ihr Trinkwasser entweder aus Oberflächengewässern wie Flüssen und Stauseen oder aus Grundwasserleitern, die über öffentliche oder private Brunnen erschlossen werden. Es gibt zahlreiche dokumentierte Fälle, in denen nahegelegenes Grundwasser durch Fracking-Aktivitäten verunreinigt wurde, sodass Anwohner mit privaten Brunnen auf externe Wasserquellen für Trinkwasser und den täglichen Gebrauch angewiesen sind. ^{[ 199 ] [ 200 ]}

Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, auch bekannt als PFAS oder „Ewigkeitschemikalien“, stehen im Verdacht, Krebs und Geburtsfehler zu verursachen. Die beim Fracking verwendeten Chemikalien verbleiben in der Umwelt. Dort zersetzen sie sich schließlich zu PFAS. Diese Chemikalien können aus den Bohrstellen austreten und ins Grundwasser gelangen. PFAS können in unterirdische Brunnen eindringen, in denen Millionen Liter Abwasser gelagert werden. ^{[ 201 ]}

Neben der Wasserverschmutzung verbraucht Fracking auch erhebliche Mengen Wasser. Ein einziger Bohrloch kann zwischen 1,5 und 16 Millionen Gallonen Wasser verbrauchen. ^{[ 202 ]} Es bestehen Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen von Fracking auf die lokalen Wasserressourcen, insbesondere in den trockeneren Regionen der Vereinigten Staaten. ^{[ 203 ]} Diese Fracking-Anlagen verbrauchen Millionen Gallonen Wasser aus ohnehin schon schwindenden Grundwasserleitern. ^{[ 204 ]} Laut der New York Times wurden landesweit seit 2011 fast 1,5 Billionen Gallonen Wasser durch Fracking verbraucht. Das entspricht dem jährlichen Trinkwasserverbrauch des gesamten Bundesstaates Texas. ^{[ 205 ]}

In den Vereinigten Staaten werden über 12 Millionen Acres (4,9 Millionen Hektar) für die Förderung fossiler Brennstoffe genutzt. Dies entspricht der Fläche von sechs Yellowstone-Nationalparks. ^{[ 206 ]} Pro Bohrplatz werden für die Oberflächenanlagen etwa 3,6 Hektar (8,9 Acres) Land benötigt . Der Bau von Bohrplätzen und zugehörigen Strukturen führt zu einer erheblichen Zerstückelung der Landschaft, was sich wahrscheinlich negativ auf die Tierwelt auswirkt. ^{[ 207 ]} Diese Standorte müssen nach Erschöpfung der Bohrungen saniert werden. ^{[ 166 ]} Untersuchungen zeigen, dass die Kosten für Ökosystemleistungen (d. h. jene Prozesse, die die Natur der Menschheit bereitstellt) in den USA jährlich über 250 Millionen US-Dollar betragen. ^{[ 208 ]} Jeder Bohrplatz (durchschnittlich 10 Bohrungen pro Platz) erfordert während der Vorbereitungs- und Fracking-Phase etwa 800 bis 2.500 Tage lang Lärmbelästigung, die sowohl Anwohner als auch die lokale Tierwelt beeinträchtigt. Zusätzlich entsteht Lärm durch den kontinuierlichen Lkw-Verkehr (Sand usw.), der für das Fracking notwendig ist. ^{[ 166 ]} Es wird derzeit untersucht, ob die menschliche Gesundheit durch Luft- und Wasserverschmutzung beeinträchtigt wurde . Die strikte Einhaltung von Sicherheitsverfahren und -vorschriften ist erforderlich, um Schäden zu vermeiden und das Risiko von Unfällen, die zu Schäden führen könnten, zu minimieren. ^{[ 160 ]}

Im Juli 2013 führte die US-amerikanische Federal Railroad Administration die Ölverunreinigung durch Chemikalien aus dem hydraulischen Fracking als „mögliche Ursache“ für Korrosion in Ölkesselwagen auf. ^{[ 209 ]}

Hydraulisches Fracking wird mit induzierter Seismizität bzw. Erdbeben in Regionen in Verbindung gebracht, in denen zuvor wenige oder gar keine Erdbeben registriert wurden. ^{[ 210 ]} Laut dem United States Geological Survey (USGS) ist Fracking der Hauptauslöser für mindestens 2 % der Erdbeben in den Vereinigten Staaten, der Anteil könnte jedoch höher liegen. ^{[ 210 ]} Geologen wissen seit den 1960er Jahren, dass das Einpressen von Flüssigkeiten in den Boden, wie es beim Fracking geschieht, Erdbeben auslösen kann. Der USGS argumentiert jedoch, dass dies von vielen Unternehmen der fossilen Brennstoffindustrie ignoriert wurde. ^{[ 211 ]} Der Zusammenhang wurde erstmals erkannt, als außerhalb eines Kraftwerks in Denver ein Bohrloch abgeteuft wurde und daraufhin über 700 kleine bis mittelgroße Erdbeben auftraten, deren Stärke mit dem Volumen und Druck der in das Bohrloch injizierten Flüssigkeiten korrelierte. ^{[ 211 ]} Hinter einem starken Anstieg dieser Erdbeben stehen Abwasserinjektionsbohrungen, bei denen horizontal gebohrt wird und die in vielen Fracking-Operationen zum Einsatz kommen. ^{[ 211 ]} Der US Geological Survey berichtete, dass in mehreren Bundesstaaten bis zu 7,9 Millionen Menschen einem ähnlichen Erdbebenrisiko wie in Kalifornien ausgesetzt sind, wobei hydraulisches Fracking und ähnliche Praktiken ein wesentlicher Faktor dafür sind. ^{[ 212 ]}

Texas und Oklahoma gehören zu den Regionen, die am stärksten von durch Fracking ausgelöster seismischer Aktivität betroffen sind. Vor 2008 wurde in der Region Dallas-Fort Worth in Texas kein einziges Erdbeben registriert, seither hat sich die Anzahl der Erdbeben dort versechsfacht. ^{[ 213 ]} Dieser Anstieg korreliert direkt mit der Zunahme der Ölbohraktivitäten. ^{[ 211 ]} Nachdem 2008 in Texas und Oklahoma die aggressive Ölförderung begann, spürten die Anwohner vermehrt Erdbeben. Allein in Texas wurden zwischen dem 30. Oktober 2008 und dem 31. Mai 2009 über 180 Beben registriert. ^{[ 211 ]} Das stärkste jemals in Texas registrierte Erdbeben, das letztendlich auf Fracking und Ölbohrungen zurückzuführen ist, hatte eine Magnitude von 4,0 und ereignete sich im Jahr 2018. ^{[ 210 ]} Ein besseres Verständnis der Geologie der Gebiete, die gefrackt und für Injektionsbohrungen genutzt werden, kann dazu beitragen, das Risiko signifikanter seismischer Ereignisse zu verringern. ^{[ 214 ]}

Länder, die Fracking anwenden oder dessen Anwendung erwägen, haben unterschiedliche Regelungen eingeführt, darunter die Entwicklung von Bundes- und Landesgesetzen sowie lokale Zonenvorschriften. ^{[ 215 ] [ 216 ]} Nach öffentlichem Druck war Frankreich 2011 das erste Land, das Fracking verbot. Grundlage hierfür waren das Vorsorgeprinzip sowie das Prinzip der präventiven und korrigierenden Maßnahmen gegen Umweltgefahren. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 217 ] [ 218 ]} Das Verbot wurde im Oktober 2013 vom Verfassungsrat bestätigt . ^{[ 219 ]} Einige andere Länder, wie beispielsweise Schottland, haben aufgrund von Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit und starkem Widerstand in der Bevölkerung ein vorübergehendes Moratorium für diese Praxis verhängt. ^{[ 220 ]} Länder wie Südafrika haben ihre Verbote aufgehoben und setzen stattdessen auf Regulierung statt auf ein vollständiges Verbot. ^{[ 221 ]} Deutschland hat einen Verordnungsentwurf veröffentlicht, der die Anwendung von Fracking zur Erschließung von Schiefergasvorkommen mit Ausnahme von Feuchtgebieten erlauben würde . ^{[ 222 ]} In China stößt die Regulierung von Schiefergas weiterhin auf Hürden, da sie komplexe Wechselwirkungen mit anderen Regulierungsrahmen, insbesondere dem Handel, aufweist. ^{[ 223 ]} Viele australische Bundesstaaten haben das Fracking zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen entweder dauerhaft oder vorübergehend verboten. ^{[ 224 ]} Im Jahr 2019 wurde das hydraulische Fracking im Vereinigten Königreich verboten. ^{[ 225 ]}

Die Europäische Union hat eine Empfehlung für Mindestprinzipien beim Einsatz von Hochvolumen-Hydraulikfrakturierung verabschiedet. ^{[ 40 ]} Ihre Regulierungsbestimmungen schreiben die vollständige Offenlegung aller Additive vor. ^{[ 226 ]} In den Vereinigten Staaten hat der Ground Water Protection Council FracFocus.org ins Leben gerufen, eine Online-Datenbank zur freiwilligen Offenlegung von Informationen über Fracking-Flüssigkeiten, die von Öl- und Gasverbänden sowie dem US-Energieministerium finanziert wird. ^{[ 227 ] [ 228 ]} Hydraulische Fracking-Verfahren sind von den Bestimmungen des Safe Drinking Water Act zur Kontrolle von Untergrundinjektionen ausgenommen, außer bei Verwendung von Dieselkraftstoff . Die EPA überwacht die Erteilung von Bohrgenehmigungen, wenn Dieselkraftstoff eingesetzt wird. ^{[ 229 ]}

Vermont war 2012 der erste US-Bundesstaat, der das Fracking verbot. Am 17. Dezember 2014 folgte New York als zweiter Bundesstaat mit einem vollständigen Verbot des Frackings aufgrund potenzieller Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. ^{[ 230 ] [ 231 ] [ 232 ]}

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 Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus dem Abschlussbericht „Hydraulic Fracturing for Oil and Gas: Impacts from the Hydraulic Fracturing Water Cycle on Drinking Water Resources in the United States“ . (US-Umweltschutzbehörde , abgerufen am 17. Dezember 2016 ).