Artikel 8: Die zunehmende Wichtigkeit nicht-konventioneller fossiler Energien

Die zunehmende Wichtigkeit nicht-konventioneller fossiler Energien Nicht-konventionelle fossile Energieträger sind vor allem im Zusammenhang mit der zunehmenden Schiefergasproduktion in den USA in den vergangenen Jahren ins Zentrum der Berichterstattung gerückt. Um welche Energieträger handelt es sich und welche Rolle spielen sie bzw. werden sie in Zukunft in der globalen Energieversorgung spielen?

Steigende Energiepreise, ständig zunehmender Energieverbrauch und die Weiterentwicklung der Fördertechnologien haben unter anderem dazu beigetragen, dass in den vergangenen Jahrzehnten immer mehr nicht-konventionelle fossile Energien erschlossen wurden. Sie unterscheiden sich von den konventionellen nicht in ihrer Zusammensetzung, sondern lediglich in der Art der Lagerstätte und der Fördermethode. Während bei konventionellen fossilen Energieträgern klassische Methoden zur Erschließung und Förderung angewendet werden, braucht es zur Erschließung nicht-konventioneller Vorkommen neue, zum Teil sehr aufwendige und kostspielige Technologien. Es gibt keine einheitliche Definition für unkonventionelles Erdöl oder Erdgas. Eine weite Auslegung des Begriffes unkonventioneller Erdöle umfasst alle Vorkommen, die nur mit besonderem Aufwand gefördert werden können. So werden manchmal auch Vorkommen unterhalb gewisser Wassertiefen (z.B. in 500m Tiefe) oder in bestimmten Regionen (z.B. Arktis) als nicht-konventionell bezeichnet. Die Abgrenzung von konventioneller fossiler Energie zu nicht-konventioneller fossiler Energie ist nicht immer eindeutig und kann sich im Laufe der Zeit verändern, d.h. unkonventionelle Fördermethoden können sich nach jahrelanger Anwendung zu konventionellen Methoden etablieren. In diesem Artikel wird die Definition der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe verwendet.

Tabelle 1

Während bei den Reserven1 der Anteil von konventionellem Erdöl und Erdgas überwiegt, haben bei den Ressourcen2 die nicht-konventionellen fossilen Energien mit 63 % einen weitaus höheren Anteil. Man kann davon ausgehen, dass durch verbesserte Technologien in Zukunft Ressourcen zu Reserven klassifiziert werden. Auch die zukünftige Entwicklung des Öl- und Gaspreises wird dabei eine Rolle spielen, ob Ressourcen in Zukunft auch wirtschaftlich gefördert werden können. Derzeit wird der größte Teil des nicht-konventionellem Erdöls und Erdgas in Nord- und Südamerika gefördert: Teersand in Kanada, Schwerstöl in Venezuela, Schieferöl und Schiefergas sowie Tight Gas in den USA und in kleineren Mengen auch in Kanada. Aber auch viele andere Länder verfügen zum Teil über große Reserven und Ressourcen von nicht konventionellem Erdöl und Gas.

Graph1

Ölsand Ölsand oder Teersand ist ein Gemisch aus Bitumen, Wasser, Sand und Ton, wobei der Gewichtsanteil des Bitumens am Sand variiert und im Durchschnitt circa 12% beträgt. Die Sandkörner sind von einem dünnen Wasserfilm umhüllt und dieser wiederum von zähflüssigem Bitumen. In den Lagerstätten ist Ölsand nicht fließfähig und somit nicht ohne weiteres förderbar.

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Reserven beschreiben jene Mengen des Erdöls/Erdgases, welche bereits genau erfasst und bewertet wurden und mit den derzeitigen technischen Möglichkeiten wirtschaftlich gewonnen werden können.

2 Ressourcen sind die Mengen an Erdöl/Erdgas, die geologisch nachgewiesen sind, deren Förderung aber derzeit nicht wirtschaftlich ist oder auch technisch nicht möglich ist und jene Mengen, die noch nicht nachgewiesen sind, aber aus geologischer Sicht in dem betreffenden Gebiet erwartet werden können.

Zur Gewinnung von Erdöl aus Teersand werden zwei verschiedene Fördertechniken angewandt: Ölsandabbau kann im Tagebau (ex-situ) oder durch Bohrungen (in-situ) bei tieferliegenden Vorkommen abgebaut werden. Der größte Teil der Förderung erfolgt durch Bohrungen. In einem aufwendigen Verfahren wird der teerhaltige Sand mit heißem Wasser unter Hinzufügung von chemischen Lösungsmitteln gewaschen, um so das Bitumen zu trennen und schließlich daraus Erdöl zu gewinnen. In einem sogenannten „Upgrader“3 wird das Bitumen zu synthetischem Erdöl verarbeitet. Im Durchschnitt benötigt man zwei Tonnen Ölsand um ein Barrel (159 Liter) Rohöl zu gewinnen.

Abbau von Ölsand in Kanada Die weltweit größten Vorkommen von Ölsand liegen im nördlichen Teil der kanadischen Provinz Alberta, wobei das potenzielle Abbaugebiet etwa 140.000 Quadratkilometer umfasst, was der doppelten Fläche von Irland entspricht. Die Gewinnung von Erdöl aus Ölsand findet derzeit nur in Kanada statt, wo Ende der 1960iger Jahre die Förderung begonnen hat. Die Erdölgewinnung aus Ölsand ist sehr umstritten,, da die Umweltbelastung sehr hoch ist: einerseits kommt es infolge der Energieintensität zu hohen klimaschädlichen CO2-Emissionen und möglichen Methanemissionen und andererseits führt die Förderung von Ölsand durch den enormen Flächenverbrauch zur Verwüstung und Vergiftung großer Landstriche und zu einem enormem Wasserverbrauch.

Schwerstöl (extraheavy oil) Unter Schwerstöl versteht man Rohölsorten, die eine sehr hohe Dichte von weniger als „10 API“4 und eine hohe Viskosität5 aufweisen. Schwerstöl ist dem Bitumen der Ölsande ähnlich, jedoch 3

Ein „Upgrader“ ist eine Anlage, in welcher Ölsand oder Schwerstöl verarbeitet wird, um es fließfähiger zu machen, damit es in Pipelines transportiert und in Raffinerien verarbeitet werden kann.

4 Die Dichte der Erdölsorten wird anhand der „API gravity“ gemessen. Je höher die „API gravity“, umso geringer die Dichte und umso leichter ist die Erdölsorte. Leichtere Erdölsorten sind teurer, weil aus ihnen ein höherer Anteil an

fließfähiger und deshalb in der Förderung weniger aufwendig und kostenintensiv und vor allem weniger umweltschädlich.

Schwerstöl ist sehr zähflüssig und erfordert deshalb spezielle Förder-Technologien

Die weltweit größten Vorkommnisse von Schwerstöl befinden sich in Venezuela im Orinoco-Gebiet.

In den 1980iger Jahren wurde dort mit der Förderung von Schwerstöl begonnen. Sogenannte „Upgrader“, wie sie auch zur Verarbeitung von Ölsand verwendet werden, sind notwendig, um das Schwerstöl so zu verarbeiten, dass es auch in einer Raffinerie raffiniert werden kann. Häufig wird das Schwerstöl auch mit Naphtha oder anderen leichten Produkten gemischt, um es fließfähiger zu machen und es so in Raffinerien besser verarbeiten zu können. Infolge der Erschließung der großen Reserven an Schwerstöl ist Venezuela weltweit zum Land mit den größten Erdölreserven geworden. Kleinere Mengen an Schwerstöl gibt es auch in anderen Ländern wie zum Beispiel in China, Aserbeidschan und Großbritannien.

Schieferöl/Tight Öl und Schiefergas

Die Förderung von Schiefergas und Schieferöl wurde durch die Kombination von „horizontal drilling“ und „fracking“ möglich.

Schieferöl/Tight Öl und Schiefergas ist im Vergleich zu konventionellem in dichtem, kaum oder nur wenig durchlässigem Gestein eingelagert, wie zum Beispiel in Sandstein-, Karbonat- oder Tonsteinreservoiren. Weltweit gibt es in vielen Ländern zum Teil sehr große Mengen an Reserven leichten, teureren Produkten, wie. z.B. Benzin und Diesel hergestellt werden kann. Die in der Nordsee vorkommende Erdölsorte Brent hat zum Beispiel eine API von 38, während Venezolanisches Schwerstöl nur 10 API oder weniger aufweist.

5 Die Viskosität ist ein Maß für die Zähigkeit des Erdöls. Je höher die Viskosität ist, desto dickflüssiger, d.h. desto weniger fließfähig ist das Erdöl.

und Ressourcen. Durch die Kombination zweier existierender Technologien – horizontales Bohren (engl. horizontal drilling) und die so genannte hydraulische Behandlung (engl. hydraulic fracturing oder fracking) – wurde die Förderung von Schiefergas und Schieferöl gegen Ende des 20.

Jahrhunderts möglich. Derzeit fördern die USA und Kanada Schieferöl und Schiefergas in kommerziellen Mengen. In China, Australien, Argentinien, Großbritannien und einigen anderen Ländern werden derzeit Probebohrungen durchgeführt und in den kommenden Jahren wird es voraussichtlich auch dort zu kommerzieller Förderung kommen. Obwohl die Fördermethode des Hydraulic Fracking wegen der möglichen Umweltrisiken (z.B. Grundwasserverseuchung) sehr umstritten ist, scheint es doch so, als ob auch außerhalb von Nordamerika die Förderung von Schieferöl und Schiefergas unaufhaltsam ist. Alle großen internationalen Erdöl und Erdgasfirmen engagieren sich in der Schiefergas- und Schieferölproduktion und immer mehr Länder vergeben Förderkonzessionen an die Ölmultis. Es ist zu hoffen, dass die Fördertechnologien dermaßen weiterentwickelt werden, dass mögliche Umweltschäden ausgeschlossen oder zumindest minimiert werden können.

Tight Gas Tight Gas ist meist in Sandgestein oder Kalkgestein mit geringer Durchlässigkeit gespeichert. Es zählt zum nicht-konventionellen Gas, da es bei der Förderung nicht ohne spezielle Maßnahmen zum Bohrloch strömt. Tight Gas wird schon seit vielen Jahren mittels „Fracking“ gefördert. TightGas-Lagerstätten liegen in circa 4000 Metern Tiefe, also deutlich tiefer als Schiefergas und das Risiko der Grundwasser-Kontaminierung ist deshalb nicht so groß wie bei der Schiefergasförderung. Ölschiefer (Kerogen))

Ölschiefer-haltiges Gestein

Ölschiefer, nicht zu verwechseln mit Schieferöl, ist ein unreifes Erdölmuttergestein, das noch nicht die geologische Entwicklung durchlaufen hat, um Erdöl zu bilden. Vorkommen von Ölschiefer gibt es in vielen Ländern, wobei circa 3/4 der weltweit bekannten Ressourcen in den USA liegen. Aus Ölschiefer wird durch thermische Behandlung sogenanntes Schieferöl gewonnen. Die Gewinnung ist extrem aufwendig und energieintensiv. Ölschiefer wird seit mehr als 160 Jahren in einigen Ländern in geringen Mengen abgebaut und verarbeitet. Heute wird nur noch in Estland, im Leningrader Becken, in Südchina und Brasilien Ölschiefer gefördert. Experten gehen davon aus, dass noch eine längere Entwicklungszeit notwendig ist, bis eine kosten- und vor allem energieeffiziente Produktionsmethode entwickelt wird.

Kohleflözgas (coalbed-methan) Kohleflözgas ist der Oberbegriff für alle Gase, die in Verbindung mit Kohle vorkommen. Obwohl Kohleflözgas bekannt ist, seit es Kohle gibt, wurden erst seit einigen Jahrzehnten die technologischen Möglichkeiten entwickelt, um Kohleflözgas auch als Energie zu nützen. Die globale Kohleflözgas-Förderung ist zwar gering, zeigt aber einen steigenden Trend. Mit einem Förderanteil von knapp 80% dominieren die USA den Markt, aber auch in anderen Ländern, wie in Kanada, Australien, Deutschland, China etc. steigt die Förderung von Kohleflözgas. Bei der Förderung werden große Mengen an Grundwasser aus den Kohlelagerstätten herausgepumpt, um so durch den abnehmenden Wasserdruck das Gas zum Herausströmen zu bringen. Bei der Kohleflözgas-Förderung kommt es einerseits zu einem enormen Wasserverbrauch und andererseits kann das herausgepumpte Wasser giftige Stoffe enthalten, die gravierende Schäden in der Umwelt anrichten können.

Aquifergas Unter Aquifergas versteht man im Grundwasser gelöstes Methangas. Die Löslichkeit von Methan in Wasser ist im Allgemeinen sehr niedrig, erhöht sich jedoch mit zunehmender Tiefe und somit mit steigendem Druck. Als potenziell förderbar gelten Aquifergas-Vorkommen in heißen Grundwässern, die unter ungewöhnlich hohem Überdruck stehen. Obwohl es weltweit sehr große Vorkommen von Aquifergas gibt, wird es nicht kommerziell gefördert, da nach heutigem Wissensstand eine Förderung unwirtschaftlich wäre. Verglichen mit anderen nichtkonventionellen Erdgasvorkommen, weist Aquifergas das geringste wirtschaftliche Potenzial auf.

Gas aus Hydraten

Gashydrate sind feste, eisförmige Verbindungen aus Methan und Wasser, die sich unter niedrigen Temperatur- und hohen Druckbedingungen bilden. In fast allen Ozeanen der Welt und in den Land- und Schelfregionen der Permafrostgebiete hat man in den letzten Jahren enorme Gashydratvorkommen entdeckt. Bis jetzt gibt es jedoch noch keine Fördertechnik, um aus Gashydraten Gas zu fördern. Seit Beginn der 1970er Jahren beschäftigen sich Wissenschaftler in den USA, Kanada, Japan, China und anderen Ländern mit der Erforschung von Gashydraten, da sie als mögliche Energiequelle der Zukunft eine wichtige Rolle spielen könnten. Manche Wissenschaftler gehen davon aus, dass mithilfe von Gashydraten über Jahrhunderte die globale

Energienachfrage abgedeckt werden könnte, wenn es gelänge, die Gashydrate-Vorkommen großflächig auszubeuten. Ob und wann entsprechende Fördertechnologien entwickelt werden und was die möglichen Konsequenzen für die Umwelt sein werden, wie zum Beispiel die Beeinflussung des Ökosystems am Meeresboden, bleibt abzuwarten.

Synthetische Erdöle Sogenannte Synthetische Erdöle/Erdölprodukte werden manchmal auch zur nicht-konventionellen fossilen Energie gezählt. Dabei handelt es sich um liquide Kraftstoffe aus Gas (G-t-L), aus Kohle (C-t-L) oder aus Biomasse. Zur Herstellung von Synthetischen Erdöl aus Kohle oder Gas wird das sogenannte Fischer-Tropsch-Verfahren angewandt, welches bereits 1925 in Deutschland erfunden und zur Kohleverflüssigung genutzt wurde. Während des 2. Weltkrieges wurde der Kraftstoff für die Kriegsmaschinerie aus Kohle hergestellt. Das billige Erdöl aus dem Mittleren Osten machte dieses Herstellungsverfahren jedoch unrentabel. Das Fischer-Tropsch-Verfahren wurde von der Firma SASOL in Südafrika übernommen und weiterentwickelt, da es für Südafrika als Folge der Apartheidpolitik schwierig war, genügend Erdöl zu kaufen. Im Jahre 1955 wurde die erste Kohleverflüssigungsanlage in Betrieb genommen, weitere Anlagen folgten, die bis heute in Betrieb sind. Der Ölmulti Royal Dutch Shell verfügt über die Technologie aus Gas flüssigen Kraftstoff herzustellen (G-t-L). In Katar und Malaysia, beides Länder mit großen Gasreserven, befinden sich solche Anlagen. Die Herstellung von sogenannten synthetischen Kraftstoffen ist einerseits sehr energieintensiv und deshalb klimaschädlich und andererseits sehr kostspielig. Ob sich solche Anlagen in anderen Ländern in Zukunft auch durchsetzen, bleibt abzuwarten.

Kohleverflüssigungsanlage der Firma SASOL in Südafrika

Kleine Anlagen, um aus Biomasse (z. B. Raps, Stroh etc.) synthetische Kraftstoffe wie Diesel herzustellen, gibt es in vielen Ländern. Experten glauben, dass solche Anlagen auch in großem Stile wirtschaftlich und vor allem umweltfreundlich produzieren könnten.

Die Förderung von nicht-konventionellem Erdöl und Gas steigt weltweit stetig und nimmt im globalen Energiemix eine immer bedeutendere Rolle ein. Die Erschließung der nicht konventionellen fossilen Energien hat dazu geführt, dass die Reserven und Ressourcen von Erdöl und Gas signifikant angestiegen sind. Nicht-konventionellen Vorkommen von Erdöl und Gas sind weltweit stärker gestreut, als konventionelle Vorkommen, was zu einer Verminderung der

Anhängigkeit von einigen wenigen Ländern und Regionen führt. Zusammen mit den konventionellen fossilen Reserven und Ressourcen reicht das Potential noch für lange Zeit zur weltweiten Energieversorgung. Während es für einen Teil der Vorkommen bereits die zur Förderung notwendigen Technologien gibt, stehen für andere noch keine entsprechenden Fördermethoden zur Verfügung. Die Förderung der meisten nicht-konventionellen fossilen Energien ist vielfach mit erheblichen Umweltschäden verbunden, da die Produktion einerseits sehr energieintensiv ist und andererseits Methoden angewendet werden, welche die Umwelt schwer belasten. Zudem befürchten Experten, dass durch die massiven Investitionen der großen Öl- und Gasgesellschaften in nicht-konventionelle fossile Energien zu wenige Ressourcen in erneuerbare und umweltverträgliche Energieträger investiert werden und so die Klimaziele nicht erreicht werden können. Es ist letztlich eine große Herausforderung für die Politik, die Vorteile und Nachteile abzuwägen und die entsprechenden Weichen für eine nachhaltige zukünftige Energieversorgung zu stellen.

Monika Psenner - Energie-Expertin

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