SERIE: Zukunft der Energie Eine unkonventionelle Ressource

Das Wissenschaftsjahr 2010 befasst sich mit der „Zukunft der Energie“. In den PNN stellen Wissenschaftler des GeoForschungsZentrums in Potsdam (GFZ) ihre Forschungsprojekte dazu vor.

Allgemein bekannt ist, dass Erdöl und Erdgas als große Blasen in Lagerstätten vorkommen. Aber Erdgas in festem Gestein wie zum Beispiel Schiefer? Wo soll in diesem kompakten Felsen Platz für Poren sein, in denen sich Erdgas sammeln könnte? Schiefergas (englisch: Shale Gas) ist eine unkonventionelle Gasressource, die heute in den USA bereits sechs bis acht Prozent der Erdgasproduktion ausmacht. Dieser Anteil soll dort auf 20 Prozent bis zum Jahr 2020 ansteigen. Auch in Europa ist Schiefergas eine Zukunftsoption. Es lohnt sich also, einen Blick auf Shale Gas zu werfen.

Wie normales Erdgas (Methan) entsteht auch das Schiefergas aus organischer Materie. Ablagerungen von Pflanzenresten können, wenn sie durch Sedimentablagerungen zugedeckt werden, unter den passenden Druck- und Temperaturbedingungen im Verlauf von hunderten von Millionen Jahren zu Erdöl und Erdgas heranreifen. Bei Schiefergas ist der Sachverhalt ein wenig spezieller: bevor es in große Lagerstätten sickern kann, wird es im Gestein eingefangen. Dieses Gestein muss aber entsprechend kompakt sein, also aus sehr kleinen Einzelkörnern zusammengebacken sein. Tonstein, also Schiefer, hat solche Eigenschaften. Shale Gas-Vorkommen gelten deshalb als unkonventionell, weil im Unterschied zu konventionellen Erdöl- und Erdgassystemen das gashaltige Tonsteinpaket drei Einzelfunktionen übernimmt: als Muttergestein, in dem sich das Ursprungsmaterial ansammelt; als Speichergestein, in dem das fertige Gas enthalten ist und als Abdeckgestein, das ein Wandern des Methans verhindert. Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums in Potsdam untersuchen diese Prozesse und mögliche Lagerstätten in Europa im international angelegten Forschungsprogramm „Gash“. In Europa sind die geologischen Rahmenbedingungen, die zur Shale Gas-Bildung und -Erhaltung führen, bislang wenig erforscht.

Aus den USA weiß man, dass Shale Gas-Systeme hinsichtlich ihrer geologischen Bildungsgeschichte komplex und höchst unterschiedlich sind. Dort wird das Gas erfolgreich aus mächtigen, bis zu 500 Millionen Jahre alten Tonsteinpaketen gefördert, die reich an organischem Kohlenstoff sind. Hier tritt das Gas entweder gasförmig in Brüchen des Gesteins auf oder aber an das organische Material oder Tonminerale angelagert, es klebt sozusagen im Stein.

Zur Produktion werden heute in Shale Gas-Lagerstätten meist Horizontalbohrungen vorgenommen, um größere Gasbereiche ausbeuten zu können. Fördertechnisch wichtige Gesteinscharakteristika sind Porosität und Durchlässigkeit der dichten Gesteine. Wichtig ist ferner, dass das Gestein hinreichend fest ist, damit man es künstlich aufbrechen kann.

Dazu pumpt man Wasser in das Bohrloch und setzt es unter hohen Druck. Mit dieser sogenannten Hydrofrac-Methode werden lange Risse erzeugt, entlang derer das Gas entgasen und zum Bohrloch strömen kann. Damit die Risse sich nicht wieder schließen, werden kleine Partikel als Stützmittel in das Wasser gemischt.

Der Autor ist Wissenschaftler im Bereich „Organische Geochemie“ des GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ).

Hans-Martin Schulz