Fracking-Flop?

Was Deutschland bevorsteht, wenn tatsächlich gefrackt wird, zeigt ein Blick über den großen Teich: In den Vereinigten Staaten geben Experten der Energy Watch Group dem aktuellen Fracking-Boom noch etwa drei Jahre [1]. Gestiegene Rohstoffpreise hatten damals dafür gesorgt, daß auch die technisch schwierige Förderung unkonventioneller Erdgasreserven aus extrem dichten und tiefen Gesteinsformationen, wie Schiefergesteine und Schiefertone (shale gas), den amerikanischen Energieunternehmen lukrativ genug erschienen, um damit die Erdgasförderung der Vereinigten Staaten von 2005 bis 2010 von 4 Prozent auf 23 Prozent hochzupuschen.

Fracking braucht vor allem viel Wasser
Foto: Doug Duncan, USGS

Allein im Barnett Shale, einer schiefergashaltigen Formation in Texas, wurden mehrere tausend Bohrungen jährlich abgeteuft. Die dokumentierten Produktionsdaten werden heute gerne als Fallstudie verwendet, wenn es um die Einschätzung neuer Quellen oder Fracking-Vorhaben geht. Sie wären aber auch ein deutlicher Beleg dafür, daß die unkonventionellen Quellen weniger ergiebig sind, als gedacht, und nach spätestens 10 bis 15 Jahren nicht mehr rentabel. [2] So zeigt ein Vergleich der Produktionsdaten zwischen 2003 und 2009 an über 9.000 Erdgasquellen, daß - basierend auf aktuellen Marktpreisen und Förderungskosten - nach sieben Jahren Laufzeit weniger als 10 Prozent der gefrackten Erdgasbohrlöcher noch die vorausberechneten Kosten decken können. [3] Inzwischen wird Fracking von seinen Kritikern in den Staaten immer öfter mit dem "Ponzi-Scheme" (Ponzi-Schwindel) [4] verglichen. Es lassen sich aber auch angesichts des Versprechens von "superbilliger" Energiebereitstellung durch das Schiefergas-Fracking gewisse Parallelen zur unlängst durchlebten amerikanischen Immobilienblase herstellen, die den amerikanischen Traum vom Eigenheim für jedermann als Subprimekrise (US-Immobilien- und Finanzkrise 2007) platzen ließ. Auch Energiekonzerne wie Chesapeake Energy scheffeln ihre größten Gewinne vor allem aus den Bodenspekulationen mit öl- und gashaltigen Grundbesitz.

Farce mit Folgen

Trotz alledem breitet sich die "Fracking-Infektion" immer weiter über die Vereinigten Staaten aus und hinterläßt symptomatische Pockennarben quer über das Land von Utah über Wyoming bis nach Kalifornien. Neuste Ziele sind Illinois und North Carolina. In Nevada wurde gerade die Erschließung unkonventioneller Lagerstätten auf einer 580 Acre (2.350.000 Quadratmeter) großen Patchwork-Landfläche aus Staats- und Privatbesitz erlaubt. Unlängst hatten amerikanische Regierungsvertreter offiziell bekannt gegeben, daß einige Teile des George Washington National Forest - dem größten Nationalpark im Osten der USA - befrackt werden dürften ...

Die schlechten Prognosen für den Fracking-Boom ändern jedoch nichts an der landschaftlichen Zerstörung und weiteren, unschönen Folgen für die "ausgefrackten" Teile der USA, die sich erst allmählich zeigen. Vieles davon wird gar nicht mit Fracking in Zusammenhang gebracht. Noch wäre die Zusammensetzung von etwa einem Drittel der in den USA beim Fracking verwendeten Industriechemikalien nicht bekannt, hieß es im August 2014 auf der Nationalversammlung und Ausstellung der Amerikanischen Chemischen Gesellschaft (National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS)), auf der u.a. eine Studie von Professor William Stringfellow (University of the Pacific) vorgestellt wurde. [5] Sein Fachgebiet ist Umwelt-Engineering, das sich mit Ingenieurtechnischen Methoden befaßt, um globale Auswirkungen menschengemachter Manipulationen eventuell zu korrigieren. [6] Die sogenannten Frackfluide werden beim Fracking gemeinsam mit ungeheuren Wassermengen in den Boden gepreßt, um Öl oder Gas in den Poren des Schiefergesteins in Bewegung zu setzen. So brisante Chemikalien wie Korrosionsschutzmittel oder Biozide müßten laut Stringfellow, anders als gemeinhin behauptet, "vernünftigerweise in sehr hohen Konzentrationen" verpreßt werden. Statt die Frackflüssigkeit vor dem eigentlichen Förderungsbeginn wieder hinaufzupumpen, zu entsorgen oder für die Wiederverwendung aufzubereiten, was ebenfalls vernünftig, aber auch kostspielig ist, verbleiben uneinschätzbar große Reste dort, wo sie sind oder werden sogar mit dem Lagerstättenwasser in den Untergrund verpreßt. [7] Potentielle Risiken und Nebenwirkungen dieser seit Jahren gängigen Praxis sind bis heute nicht vollständig erfaßt. So kamen erst vor kurzem wieder einmal mehrere wissenschaftliche Studien ins Gespräch, die nachweislich Erdbeben in Texas und andernorts mit dem Verpressen von großen Volumina an Erdöl- und Erdgasbrauchwasser in tiefe geologische Schichten in Zusammenhang bringen. [8]

Fußabdruck Fracking bedroht das Wasser.
Bis zum Grundwasser durchgehende Risse nicht ausgeschlossen
Grafik: 2011 by Moto202, freigegeben via Wikimedia Commons als CC-BY-SA-3.0 Unported Lizenz

Forschungsbereich: frackingempfindliche Fauna

Da beim Fracking zunehmend in Bereiche vorgedrungen wird, über deren mineralische und mikrobielle Zusammensetzung des Sediments oder seine geophysikalischen Eigenschaften gewöhnlich - wenn überhaupt - nur über Fernerkennung gewonnene Daten Auskunft geben, gibt es wesentlich mehr "Unbekannte" in den Gleichungen des Frackinggeschäfts, die als Wissensdefizite in Umweltverträglichkeitsabschätzungen nicht berücksichtigt werden. [9]

Einer dieser vielen Unbekannten sind Mikroorganismen, die als empfindliches Ökosystem für die Qualität des Grundwassers eine entscheidende Rolle spielen. [10] Und möglicherweise nicht nur da. Allein die hohen Konzentrationen an Bioziden, die in manchen Frackfluiden enthalten sind, weisen darauf hin, daß auch in mehreren Kilometern Erdtiefe mit einem möglichen "Befall" des Fracking-Equipments oder der aufgebrochenen Wegbarkeiten mit Mikroorganismen gerechnet wird, der mit dem Giftgemisch verhindert werden soll. Für Bakterien, Pilze oder Hefen so tief unter der Erdoberfläche gibt es bislang keine Lobby. Deshalb dürfen sie auch nach dem im neuen, kürzlich vorgestellten Gesetzesentwurf durchaus "gefrackt" und unbesehen "abgemurkst" werden. Was ab drei Kilometer Erdtiefe an Chemie verbleibt, ob es dort Lebewesen gibt oder nicht, interessiert gemeinhin niemanden.

Ausgeschlossen werden muß zunächst nur, daß nichts von der verwendeten Industriechemie oder den freigesetzten, carcinogenen Kohlenwasserstoffen wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol in den Bereich des Grundwassers geraten kann.

Auf die recht wenig erforschte Bedeutung solcher Mikroorganismen scheint auch auf den ersten Blick ein vor kurzem in dem britischen Fachjournal "Microbiology today" erschienener Kommentar von Lee F. Stanish aufmerksam zu machen, der sich mit einer wenig populären Frage beschäftigt: "Hydraulic fracturing: what do microbes have to do with it?" [Hydraulische Fraktionierung: Was haben Mikroben damit zu tun?] Und inwiefern werden sie davon betroffen? Könnte man ergänzen.

Auf den zweiten Blick geht es dem Autor der Studie ebenfalls vor allem um das Wasser, das in seinem Heimatland USA bislang rücksichtslos kontaminiert werden konnte, inzwischen aber in den Mittelpunkt öffentlicher Aufmerksamkeit gerückt ist. Denn dort findet Fracking auch unter Privatgrundstücken statt, weil es das amerikanische Bergrecht [11] so erlaubt. Durch Fracking-Vorhaben ist zunehmend die Trinkwasserversorgung auf dem Land nicht mehr gesichert. Private Brunnenbesitzer stehen oft vor dem Problem, gerichtlich nachweisen zu müssen, daß die Verunreinigungen mit den Bohr- und Frackingaktivitäten der unkonventionellen Förderung von Erdöl oder Erdgas in ihrer Nähe zu tun haben. Das könnte die Forschung ändern. Ein größeres Wissen über die Mikroorganismen des Grundwassers könnte hier die oft fehlenden Beweise liefern, meint der Autor der Studie.

Forschungsbedarf ohne Grenzen

Da Grundwassermikroorganismen auf Chemikalien hochsensibel reagieren, hält Stanish sie für ideale Bioindikatoren, um einerseits die Qualität des Grundwassers zu überprüfen und gleichzeitig eine mögliche Kontamination mit Umweltchemikalien aus den Fracking-Prozessen festzustellen. Dafür müsse man allerdings noch mehr über diese empfindlichen Ökosysteme in Erfahrung bringen, die kaum erforscht sind.

Bislang weiß man gar nichts über die Auswirkungen von Fracking auf das mikrobielle Biotop und wie sich zum Beispiel seine Zerstörung durch Biozide auf die Grundwasserentstehung oder auf den Zusammenhalt des Bodens auswirken kann. Ein Wissensdefizit bestehe vor allem an grundlegenden Vergleichsdaten. Der Mikrobiologe, der laut eigener Aussage die Ökosysteme im Trinkwasser der ganzen USA und der Arktis untersucht, will angesichts des noch bestehenden Booms Wissenschaftler dazu anregen, den reichhaltigen Forschungsbedarf aufzugreifen und tätig zu werden, die Lücken zu schließen. Es sei doch lebenswichtig, mehr über die Mikroben zu erfahren, die unter der Erdoberfläche vorkommen und welchen Einfluß Fracking auf sie hat. Damit macht der Wissenschaftler allerdings ein Faß auf, das bislang erfolgreich verdrängt wurde, da sich Bodenwissenschaftler bis heute nicht einmal darüber einigen können, ob in einem Fingerhut voll Erde eine Million oder eine Milliarde verschiedener Spezies zu finden sind.

Indem Lee Stanish die Mikroorganismen in den Fokus seiner Fragestellung plaziert, geht er bereits von Kontamininationswegen für die unangenehmen toxischen Begleiter des Frackingverfahren aus, die von den Befürwortern und Betreibern meist noch geleugnet werden und die bei Frackvorgängen unter 3.000 Metern Erde und Gestein angeblich für das Trink- und Grundwasser, aber auch Seen und Flüsse, ausgeschlossen sein sollen. Das sieht in der Praxis offenbar anders aus und zeichnet sich im mikrobiellen Biotop ab.

Der häufigste Grund für Umweltverschmutzungen durch Frackingfluide, "Flowbacks" oder Lagerstättenwasser wären hiernach Leckagen oder das unkontrollierte Aus- oder Überlaufen auch kleinerer Mengen auf dem Gelände der Förderstelle, während des Frackvorgangs oder beim Transport der heiklen Flüssigkeiten. Hiervon sind alle oberirdischen und unterirdischen Wasserläufe betroffen. Mangelhafte oder verwitternde, rissige Verschalung der Bohrlochwandungen (ebenfalls von Frackingbefürwortern wortreich bestritten) seien die zweithäufigste Schwachstelle.

Von den einhundert bekannten Chemikalien, die in Frackfluiden vorkommen, schafft neben den erklärten Bioziden (wie Glutaraldehyd [12]) der größte Teil der restlichen eine lebensfeindliche Atmosphäre für Mikroorganismen. Beispielsweise kommen aus technischen Gründen große Mengen an Sauerstoffabsorbern (das sind z.B. Mischungen aus Eisenpulver, Kochsalz und Aktivkohle) vor, die sowohl den aeroben Bakterien die Lebensgrundlage (Sauerstoff) entziehen und die osmotischen Bedingungen ändern (Salz), aber auch chemische Prozesse katalysieren können (Eisenpulver) u.a.m.

Die von den Herstellern verwendete, werbewirksame Aussage, man würde nur Chemikalien verwenden, die auch in der Lebensmittel-, Kosmetik- oder pharmazeutischen Industrie zur Anwendung kommen, und deshalb wäre auch die Frackfluid-Mischung harmlos, läßt sich - wie schon in einem früheren Bericht zu dem Thema dargestellt [13] - nicht aufrechterhalten, wenn man die verwendeten Konzentrationen oder auch die Rezepturen vergleichen könnte, die immer noch weitestgehend geheim gehalten werden.

Ein Beispiel: Das erwähnte Glutaraldehyd soll sich in der Umwelt laut Herstellerangaben [14] komplett abbauen. Unter Beisein von Sauerstoff würde es theoretisch zu CO₂ abgebaut. Auch diesen erwarteten Reaktionsablauf würden bereits die verwendeten Sauerstoffabsorber zumindest negativ beeinträchtigen, wenn nicht ganz verhindern. Der anaerobe Reaktionsverlauf setzt dagegen als Endprodukt 1,5-Pentanediol frei, ein Stoff, der u.a. als Weichmacher in der Kunststoffindustrie verwendet wird und in dem nur auf Funktionen nicht auf Nebenwirkung abgestimmten Chemie-Cocktail eine neue Unbekannte in den wechselwirkenden Reaktionsgleichungen darstellt. Letzteres zu untersuchen ist nicht so einfach, da die Mischungen u.a. auch von Bohrloch zu Bohrloch unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen.

Es wäre daher wesentlich einfacher für die Einschätzung von umweltrelevanten Folgen, meint Lee Stanish, wenn in die Rezepturen von Frackfluiden, die meist unter Betriebsgeheimnis stehen, zumindest der Forschung Einsicht gewährt würde. In den USA wechseln die Voraussetzungen, unter denen die Mischungen bekanntgegeben werden müßten, von Bundesstaat zu Bundesstaat und wären oft vom freiwilligen Entgegenkommen der Energieunternehmen abhängig.

Die umfangreichste Datensammlung zu Chemikalien, die beim Fracking verwendet werden, finden Forscher, die sich hier kundig machen wollen und keine Sisyphosaufgabe scheuen, auf der Website FracFocus (fracfocus.org). Sie hat eigenen Angaben zufolge eine Datensammlung zu über 77.000 Bohrlöchern und wurde von den Organisationen Ground Water Protection Council und Interstate Oil and Gas Compact Commission gegründet. Hauptanliegen ist der Schutz des Grundwassers. Mögliche Auswirkungen auf die Mikrofauna gehören nicht unbedingt dazu.

Ungeahnte Frackingförderung für tolerante Spezialisten

Stanish zufolge bleiben bis zu 70 Prozent der injizierten, mit Chemikalien versetzten Wassermengen nach Abschluß des Frackprozesses im Untergrund. Es gäbe noch keine Forschung darüber, was mit den darin enthaltenen Additiven geschieht oder welche Auswirkungen sie auf Erdreich und Gestein haben. Er geht im Gegensatz zu anderen Aussagen demnach von einem Flowback (zurückgewonnenen Abwasser) von 30 Prozent aus. Dazu käme auch noch das salzige, hochtoxische und oftmals radioaktive Lagerstättenwasser [siehe 7], das nach mehr oder weniger ausreichender Reinigung häufig in den Boden verpreßt wird.

Für das mikrobielle Leben im Erdinneren bedeutet das einen Artenverlust, aber auch einen durch starken Druck geförderten Selektions- und Anpassungprozeß, der relativ unkontrolliert und unbeobachtet vom menschlichen Forscherauge stattfindet.

Stanish erwähnt beispielsweise, daß zahlreiche Mikroorganismen unabhängig von den verwendeten Bioziden in Frackingfluiden überleben bzw. Resistenzen entwickeln und sogar von den darin enthaltenen Begleitstoffen energetisch profitieren könnten. Vielleicht nicht unbeabsichtigt vom Autor der Studie drängt sich damit eine bislang nicht diskutierte, umweltrelevante Auswirkung durch Frackingaktivitäten auf: die durch Fracking erzeugte Auslese von salinen, d.h. salztoleranten, chemiefressenden Bakterien, die spezialisiert auf Frackfluide immer größere Konzentrationen an immer weniger "umweltfreundlichen" Chemikalien erforderten.

Tatsächlich lassen sich laut Stanish aus dem zurückgewonnenen Frackingabwasser (Flowback) salztolerante, schnellfermentierende Organismen wie "Halolactibacillus" isolieren, die seiner Ansicht nach durchaus in der Lage sind, die in den Abwässern enthaltenen, organischen Substanzen zu zersetzen. Das läßt auch ein weiteres angeblich nachhaltiges Konzept der Frackingbefürworter in einem anderen Licht erscheinen, die für jeden Frackvorgang benötigten 20.000 Kubikmeter Wasser und Chemikalien einzuschränken, indem man Flowback recyclet und wiederverwendet.

Das mit dem Halolactibacillus "verseuchte" Flowback, das aufbereitet in neuen Bohrlöchern verwendet wird, gibt praktisch die resistenten Keime von Bohrloch zu Bohrloch weiter. Fraglich ist, ob dann überhaupt noch die propagierte, "leichte" Chemie ausreicht.

Man kann sich vorstellen, daß nach den salzresistenten, aeroben Organismen ein neuerlicher Generationenwechsel stattfindet, wenn begrenzende Faktoren wie Sauerstoff und Kohlenstoff (organische Nährstoffe) in der Flowbackquelle erschöpft sind. Dann sollten salztolerante Anaerobier der Firmicutes (eine Gruppe bestimmter Bakteriengattungen [15]) wie "Halanaerobium" ihre Herrschaft antreten und mit ihren Zersetzungsprozessen von "was auch immer" beginnen. Laut Stanis kommt Halanaerobium in großen Konzentrationen im salzhaltigen, mit Kohlenwasserstoffen und radioaktiven NORM-Partikelchen kontaminierten Lagerstättenwasser vor. Man vermutet hier, daß diese Mikroorganismen bereits aus dem Gestein der Zielformation stammen.

Fluid- oder Flowback-Fresser

Für Stanish stellen die erwähnten Mikroorganismen Halanaerobium und Halolactibacillus bereits ausreichende Bioindikatoren dar, um eine Kontamination des Grundwassers über die erwähnten Schleichpfade nachzuweisen.

Auch darüber, ob die im Dokumentarfilm von Josh Fox in Szene gesetzten brennenden Wasserhähne tatsächlich mit Erdgas zu tun haben, das durch Frackingaktivitäten in das Grund- und Trinkwasser gelangt oder nicht, könnten Mikroorganismen Aufschluß geben. In den Studien, die diesen Zusammenhang nahelegen, wird sogenanntes thermogenes Methan im Grundwasser nachgewiesen, das aus den gefrackten Formationen oder aus Methanblasen stammen kann, und über Risse durch die Sedimente diffundieren konnte. Dabei handelt es sich um Methan, das abiotisch unter dem Einfluß von hohen Temperaturen und Drücken im Untergrund entstanden ist. Man könne zwar mit physikalischen Mitteln heute schon unterscheiden, ob das im Grundwasser gefundene Methan ein biogenes (d.h. durch Verwesungsprozesse nahe der Erdoberfläche entstandenes) oder thermogenes Methan sei, doch damit habe man noch keinen eindeutigen Beweis, daß es durch Frackingaktivitäten dahin gelangt ist. Schließlich gibt es auch natürliche Zugänge, durch die thermogenes Methan aus großer Tiefe in das Grundwasser gelangen kann.

Auch hierbei könnten Mikroorganismen als Bioindikatoren eingesetzt werden, meint Lee Stanish, der momentan mikrobielle Profile für Grundwasser erstellt, um ausreichende Vergleichsdaten für die damit verbundene Geochemie zu sammeln. Er leitete im Sommer 2013 eine Grundwasserdaten-Sammelaktion im Denver-Julesberg Basin in Colorado, das eine rasante Entwicklung in der unkonventionellen Erdgasförderung erfahren hat. Darüber hinaus werde eine weitere Umweltanalyse in den Rocky Mountains gemacht, die ergiebig zu werden verspricht. Lee Stanish arbeitet mit diesem Forschungsteam zusammen, um charakteristische Profile für die Mikrofauna von privaten Brunnen nahe aktiv gefrackter Zonen zu untersuchen und sie mit den geochemischen Daten in Relation zu bringen. Obwohl seine Forschung noch in den Kinderschuhen stecke, habe man doch bereits signifikante Unterschiede in den Grundwasserbiotopen aus oberflächennahen oder tiefen Wasseradern gefunden, die einen Aufschluß über die lokale Methanproduktion geben könnten. Der nächste Schritt wären nun gezielte Experimente, mit denen sich eine Verbindung zwischen Frackingaktivitäten und einer veränderten Grundwassermikrobiologie ziehen ließe.

Angesicht der höchst komplexen Mikrobiologie, der Unmenge an in Frage kommender Chemikalien und einer sich schnell anpassenden und verändernden biologischen Umwelt scheint der Forschungsbedarf, den dieses Thema eröffnet, doch sehr viel Zeit in Anspruch zu nehmen. Fraglich ist, inwieweit die Forschung hier nicht vor allem das Bedürfnis an Aufgaben und Tätigkeitsfeldern des wissenschaftlichen Personals befriedigen wird. Sollten sich die eingangs erwähnten Prognosen des ausklingenden Frackingbooms bestätigen, wird die Erforschung der Umweltfolgen für die mikrobielle Grundwasserfauna zu spät kommen, um mehr zu tun, als den Schaden festzustellen und aufzulisten.

Denn ehe man diese Form der Qualitätskontrolle für das Wasser nutzen kann, um, wie es der Autor der Studie erhofft, ein verantwortungsbewußtes Fracking zu ermöglichen und Kontaminationen zu verhindern, sind bereits unbekannte Ökosysteme in mikrobieller Größenordnung seit Jahren durch den vielfältig schädigenden Einfluß des Fracking zerstört worden, ohne daß man etwas über ihre Funktionen für ihre Umwelt ahnte.

Das deutsche Umweltbundesamt widmet den mikrobiellen Ökosystemen eine eigene Webseite [10], in der es auf die Bedeutung der biologischen und funktionalen Diversität innerhalb der Grundwasserfauna verweist, welche die Reinigung des Wassers gewährleistet. Konstante physikalisch-chemische Bedingungen wie permanente Dunkelheit, niedrige, etwa gleichbleibende Temperaturen und geringe Nähr- und Sauerstoffkonzentrationen würden diese wichtigen Bedingungen aufrecht erhalten. Die im Grundwasser lebenden Organismen beeinflußten u.a. die Durchlässigkeit im Porensystem der Grundwasserleiter und würden durch Stoff- und Energieumsätze entscheidend zur Qualität des Grundwassers beitragen. Ein funktionierendes, intaktes Ökosystem ist also Produkt und zugleich auch immer Voraussetzung für sauberes Grundwasser. Die dafür nötigen konstanten Bedingungen werden durch jede noch so umweltfreundliche Form von Fracking im wahrsten Sinn des Wortes "gefrackt".