GENERALDIREKTORATET FOR INTERNE POLITIKKER TEMAAFDELING A: ØKONOMISK OG VIDENSKABELIG POLITIK Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed UNDERSØGELSE Resumé I denne undersøgelse diskuteres de mulige indvirkninger af hydraulisk frakturering på miljøet og menneskers sundhed. Kvantitative data og kvalitative indvirkninger er hentet fra erfaringerne i USA, da udvinding af skifergas i Europa endnu er på et tidligt stadie, mens man i USA har over 40 års erfaring og allerede har boret over 50.000 brønde. Der foretages også en vurdering af drivhusgasemissionerne på basis af en kritisk gennemgang af den eksisterende litteratur og egne beregninger. Den europæiske lovgivning gennemgås med hensyn til hydrauliske fraktureringsaktiviteter, og der fremsættes anbefalinger for det fremtidige arbejde. De potentielle gasressourcer og den fremtidige adgang til skifergas diskuteres i forhold til den aktuelle konventionelle gasforsyning og forventede udvikling heraf i fremtiden. IP/A/ENVI/ST/2011-07 Juni 2011 PE464.425 DA
Dette dokument er udarbejdet på foranledning af Europa-Parlamentets Udvalg om Miljø, Folkesundhed og Fødevaresikkerhed. FORFATTERE Stefan Lechtenböhmer, Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy Matthias Altmann, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Sofia Capito, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Zsolt Matra, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Werner Weindrorf, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Werner Zittel, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH ANSVARLIG ADMINISTRATOR Lorenzo Vicario Temaafdelingen for Økonomisk og Videnskabelig Politik Europa-Parlamentet 1047 Bruxelles, Belgien E-mail-adresse: Poldep-Economy-Science@europarl.europa.eu SPROGUDGAVER Original: EN BG/ES/CS/DA/DE/ET/EL/FR/IT/LV/LT/HU/NL/PL/PT/RO/SK/SL/FI/SV OM REDAKTØREN Skriv til følgende e-mail-adresse for at kontakte temaafdelingen eller abonnere på dens månedlige nyhedsbrev: Poldep-Economy-Science@europarl.europa.eu Manuskript færdiggjort i juni 2011. Bruxelles, Europa-Parlamentet, 2011. Dette dokument er tilgængeligt på internettet på: http://www.europarl.europa.eu/activities/committees/studies.do?language=en ERKLÆRING OM ANSVARSFRASKRIVELSE De synspunkter, der gives udtryk for i dette dokument, er udelukkende forfatterens ansvar og afspejler ikke nødvendigvis Europa-Parlamentets officielle holdning. Eftertryk og oversættelse til ikkekommercielle formål er tilladt, forudsat at kilden angives, og udgiveren underrettes på forhånd og tilsendes et eksemplar.
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed INDHOLDSFORTEGNELSE LISTE OVER FORKORTELSER 5 LISTE OVER TABELLER 8 LISTE OVER FIGURER 8 SAMMENDRAG 9 1. INDLEDNING 12 1.1. Skifergas 12 1.1.1. Hvad er skifergas? 12 1.1.2. Den seneste udvikling inden for ukonventionel gasudvinding 14 1.2. Skiferolie 15 1.2.1. Hvad er skiferolie og olie fra lavpermeable reservoirer? 15 1.2.2. Den seneste udvikling inden for udvinding af olie fra lavpermeable reservoirer 16 2. MILJØVIRKNINGER 17 2.1. Hydraulisk frakturering og den mulige indvirkning på miljøet 17 2.2. Indvirkninger på landskabet 19 2.3. Luftforurenende emissioner og jordforurening 21 2.3.1. Luftforurening fra den ordinære drift 21 2.3.2. Forurenende stoffer fra udblæsninger eller uheld på boresteder 23 2.4. Overflade- og grundvand 24 2.4.1. Vandforbrug 24 2.4.2. Vandforurening 25 2.4.3. Bortskaffelse af spildevand 27 2.5. Jordskælv 28 2.6. Kemikalier, radioaktivitet og indvirkninger på menneskers sundhed 28 2.6.1. Radioaktive materialer 28 2.6.2. Kemikalier, som skal anvendes 30 2.6.3. Virkninger for menneskers sundhed 32 2.7. Mulige langsigtede økologiske fordele 33 2.8. Diskussionen af risici i den offentlige debat 34 2.9. Ressourceforbrug 35 3. DRIVHUSGASBALANCEN 37 3.1. Skiferolie og gas i lavpermeable reservoirer 37 3.1.1. Erfaringer fra Nordamerika 37 3.1.2. Overførsel til europæiske forhold 41 3.1.3. Udestående spørgsmål 44 3.2. Olie fra lavpermeable reservoirer 44 3.2.1. Erfaringer i Europa 44 4. EU-REGELSÆT 45 3
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik 4.1. Særdirektiver for udvindingsindustrien 45 4.2. Direktiver ud over særdirektiver (rettet mod: miljøet og menneskers sundhed) 47 4.2.1. Generelle minedriftsrisici omfattet af EU-direktiver 47 4.2.2. EU-direktiver med relevans for de særlige risici ved skifergas og olie i lavpermeable reservoirer 49 4.3. Mangler og ubesvarede spørgsmål 55 5. TILGÆNGELIGHED OG ROLLE I EN LAVEMISSIONSØKONOMI 59 5.1. Introduktion 59 5.2. Størrelse og placering af skifergas- og olieforekomster sammenlignet med konventionelle forekomster 60 5.2.1. Skifergas 60 5.2.2. Skiferolie og olie fra lavpermeable reservoirer 63 5.3. Analyse af producerende skifergasforekomster i USA 65 5.3.1. Første måneds produktionsrate 65 5.3.2. Typiske produktionsprofiler 66 5.3.3. Anslået samlet potentiale (EUR) pr. brønd 66 5.3.4. Nogle eksempler fra USA 66 5.3.5. Nøgleparametre for store skifergasforekomster i Europa. 68 5.3.6. Hypotetisk feltudvikling 69 5.4. Skifergasudvindings rolle i overgangen til en lavemissionsøkonomi og langsigt reduktion af CO 2 -emission. 70 5.4.1. Konventionel gasproduktion i Europa 70 5.4.2. Sandsynlig relevans af ukonventionel gasproduktion for europæisk gasforsyning 70 5.4.3. Skifergasproduktions rolle for langsigt reduktion af CO 2 -emissioner. 71 6. KONKLUSIONER OG ANBEFALINGER 73 REFERENCES 76 BILAG: KONVERSIONSFAKTORER 84 4
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed LISTE OVER FORKORTELSER AVS Landene i Afrika, Vestindien og Stillehavsområdet. ac-ft Acre-foot (1 acre foot =1.215 m²) ADR Den europæiske konvention om international transport af farligt gods ad vej. AGS Arkansas' geologiske myndighed BAT Den bedste tilgængelige teknologi bbl Tønde (159 l) bcm Mia. m 3 BREF Referencedokument om bedste tilgængelige teknik (BREFdokument) (Best Available Technique Reference Document) CBM Metan fra kullag CO Kulilte CO 2 Kuldioxid D Darcy (måleenhed for permeabilitet) VVM Vurdering af virkningerne på miljøet EU Den Europæiske Union: EUR Skønnet endeligt udbytte (forventet endelig mængde udvundet olie) Gb Gigabarrel (gigatønde) (10 9 bbl) GHG Drivhusgasser GIP Gas in place, mængde gas i en gasskifer IEA Det Internationale Energiagentur IPPC Integreret forebyggelse og bekæmpelse af forurening km Kilometer kt Kiloton 5
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik LCA Livscyklusanalyse m Meter m³ Kubikmeter MJ Megajoule MMscf Mio. standard kubikfod Mt Mio. ton MW Mineaffald NEEI Ikkeenergiudvindende virksomheder NMVOC Ikkemetanholdige flygtige organiske forbindelser NORM Naturligt forekommende radioaktivt materiale (NORM) NO x Kvælstofoxid OGP International Association of Oil and Gas Producers (den internationale sammenslutning og olie- og gasproducenter) PA DEP Pennsylvanias miljøbeskyttelsesmyndighed PLTA Pennsylvania Land Trust Association PM Partikler ppb Dele pr. mia. (parts per billion) ppm Dele pr. mio. (parts per million) Scf Standard kubikfod (1.000 Scf = 28,3 m³) SO 2 Svovldioxid SPE Society of Petroleum Engineers TCEQ Texas Commission on Environmental Quality Tm³ Tera kubikmeter (10 12 m³) TOC Total organisk kulstof 6
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed UK Det Forenede Kongerige UNECE De Forenede Nationers Økonomiske Kommission for Europa US-EIA United States Energy Information Administration USGS USA's geologiske myndighed VOC Flygtige organiske forbindelser WEO World Energy Outlook 7
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik LISTE OVER TABELLER Tabel 1: Typiske specifikke emissioner af luftforurenende stoffer fra stationære dieselmotorer, som anvendes til boring, hydraulisk frakturering og færdiggørelse... 23 Tabel 2: Vandforbruget i forskellige brønde til produktion af skifergas (m 3 )... 25 Tabel 3: Udvalgte stoffer, som har været anvendt som kemiske additiver til fraktureringsvæsker i Niedersachsen i Tyskland... 32 Tabel 4: Skønnede mængder af materialer og lastvognsbevægelser for aktiviteter i forbindelse med udnyttelse af naturgas [NYCDEP 2009]... 35 Tabel 5: Metanemissionerne fra returstrømsvæskerne i fire ukonventionelle naturgasbrønde... 38 Tabel 6: Emissioner fra efterforskning, udvinding og behandling relateret til den nedre brændværdi for den producerede gas... 40 Tabel 7: Drivhusgasser fra elforsyning fra naturgas CCGT fra forskellige NG-kilder sammenlignet med elforsyning fra kul i g CO 2 -ækvivalent pr. kwh el... 43 Tabel 8: Alle EU-direktiver rettet specifikt mod udvindingsindustrien... 46 Tabel 9: Den mest relevante lovgivning med indvirkning på udvindingsindustrien... 48 Tabel 10: Relevante EU-direktiver om vand... 50 Tabel 11: Relevante EU-direktiver om miljøbeskyttelse... 52 Tabel 12: Relevante EU-direktiver om sikkerhed på arbejdspladsen... 53 Tabel 13: Relevant direktiv om strålebeskyttelse... 54 Tabel 14: Relevante EU-direktiver om affald... 54 Tabel 15: Relevante EU-direktiver om kemikalier og dermed forbundne ulykker... 55 Tabel 16: Vurdering af konventionel gasproduktion og reserver sammenlignet med skifergasressourcer (total gasmængde samt teknisk indvindelige skifergasressourcer); GIP= total gasmængde; mia. m³ = mia. m³ (de oprindelige data er omregnet til m³ ved 1000 Scf= 28,3 m³)... 61 Tabel 17: Vurdering af store skifergasudnyttelser i USA (de oprindelige data er omregnet ved 1000 Scf= 28,3 m³ og 1 m = 3 fod)... 62 Tabel 18: Estimater for skiferolieressourcer i Europa (i mio. tons)... 63 Tabel 19: Vurdering af nøgleparametre for store gasskiferforekomster i Europa (de oprindelige data er omregnet til SI-enheder og afrundet)... 68 LISTE OVER FIGURER Figur 1: Potentielle strømme af luftforurenende emissioner og skadelige stoffer til vand og jord og naturligt forekommende radioaktive materialer (NORM)... 19 Figur 2: Boring efter gas i tæt sandstensformation... 20 Figur 3: Sammensætningen af den fraktureringsvæske, der anvendes i "Goldenstedt Z23" i Niedersachsen i Tyskland... 31 Figur 4: CH 4 -emissioner fra efterforskning, udvinding og behandling af skifergas... 38 Figur 5: Drivhusgasemissioner i forbindelse med produktion, distribution og forbrænding af skifergas og gas i lavpermeable reservoirer sammenlignet med konventionel naturgas og kul... 42 Figur 6: Udvindingsindustriens struktur... 47 Figur 7: De vigtigste EU-direktiver om udvindingsaffald... 48 Figur 8: Global produktion af skiferolie; oprindelige enheder er omregnet med 1 t olie lig 100 l skiferolie... 65 Figur 9: Gasproduktion fra Fayetteville-skiferen i Arkansas... 67 Figur 10: Typisk skiferudvikling ved tilføjelse af nye brønde med en konstant udviklingshastighed på én brønd pr. måned... 69 8
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed SAMMENDRAG ANBEFALINGER Der findes ikke noget omfattende direktiv, som danner basis for en europæisk lovgivning om råstofudvinding. Der findes ikke en offentligt tilgængelig, udtømmende og detaljeret analyse af det europæiske regelsæt for udvinding af skifergas og olie i lavpermeable reservoirer, og en sådan bør gennemføres. Det eksisterende europæiske regelsæt vedrørende hydraulisk frakturering, som er det centrale element i udvinding af skifergas og olie i lavpermeable reservoirer, har en række mangler. Den væsentligste er, at tærsklen for, hvornår der skal foretages miljøkonsekvensvurderinger af hydrauliske fraktureringsaktiviteter til udvinding af kulbrinter, er sat så højt, at ingen industriel aktivitet af denne art nogensinde vil komme i nærheden af den, hvorfor den bør sænkes væsentligt. Vandrammedirektivets anvendelsesområde bør revurderes med særlig fokus på fraktureringsaktiviteter og deres mulige indvirkning på overfladevand. De samlede fordele for samfundet og borgerne kunne fastlægges gennem en grundig cost-benefit-analyse foretaget inden for rammerne af en livscyklusanalyse. Der bør udvikles en harmoniseret tilgang, som skal anvendes i alle 27 medlemsstater, og som kan danne grundlag for de ansvarlige myndigheders livscyklusanalyser og diskussionen af dem med offentligheden. Det bør vurderes, om der bør indføres et generelt forbud mod at anvende giftige kemikalier til injektion. I det mindste bør alle kemikalier, der skal anvendes, offentliggøres, antallet af tilladte kemikalier bør begrænses, og anvendelsen af dem bør kontrolleres. Der bør på europæisk plan indsamles statistiske oplysninger om de injicerede mængder og antallet af projekter. De regionale myndigheder bør rustes bedre til at træffe beslutninger om at tillade projekter, der involverer hydraulisk frakturering. Inddragelse af offentligheden og vurderinger af livscyklusanalyser bør være obligatoriske elementer, når disse beslutninger skal træffes. Når der gives tilladelse til projekter, bør det være et krav, at overfladevandstrømme og luftemissioner kontrolleres. Der bør på europæisk plan indsamles og analyseres statistiske oplysninger om uheld og klager. Når der gives tilladelse til projekter, bør en uafhængig myndighed indsamle og gennemgå klager. De mulige indvirkninger og risiciene for miljøet og menneskers helbred i forbindelse med hydraulisk frakturering er komplicerede, og det bør derfor overvejes at udarbejde et nyt direktiv på europæisk plan med en omfattende regulering af alle spørgsmål på dette område. 9
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik Miljøindvirkninger En uundgåelig indvirkning af udvindingen af skifergas og olie fra lavpermeable formationer er et stort arealforbrug til boringer, parkering og manøvreringsområder for lastbiler, udstyr, gasbehandlings- og transportfaciliteter samt adgangsveje. Væsentlige mulige indvirkninger er udledning af luftforurenende stoffer, forurening af grundvandet som følge af ukontrollerede gas- eller væskeudslip som følge af udblæsninger eller udslip, udløbende fraktureringsvæske og ukontrolleret udledning af spildevand. Fraktureringsvæsker indeholder farlige stoffer, og returvandet indeholder desuden tungmetaller og radioaktive materialer fra forekomsterne. Erfaringer fra USA viser, at der sker mange uheld, som kan være skadelige for miljøet og menneskers helbred. De registrerede overtrædelser af lovbestemmelser udgør omkring 1-2 % af alle boretilladelser. Mange af disse uheld skyldes forkert håndtering eller lækkende udstyr. Desuden er der i nærheden af gasboringer rapporteret forurening af grundvandet med metan, som i ekstreme tilfælde kan føre til eksplosion af beboelsesbygninger, og kaliumklorid, som fører til forsaltning af drikkevand. Indvirkningerne forstærkes, fordi skiferformationer udnyttes med en meget høj tæthed af brønde på op til seks brønde pr. km 2. Udledning af drivhusgasser Flygtige metanemissioner fra hydrauliske fraktureringsprocesser kan have en enorm indflydelse på drivhusgasregnskabet. Eksisterende vurderinger angiver mellem 18 og 23 g CO 2 -ækvivalenter pr. MJ fra udvikling og produktion af ukonventionel naturgas. Emissionerne som følge af metanindtrængen i vandbærende lag er endnu ikke vurderet. De projektspecifikke emissioner kan imidlertid variere med op til en faktor 10 afhængigt af brøndens metanproduktion. Afhængigt af flere faktorer er drivhusgasemissionerne for skifergas set i forhold til energiindholdet lige så lave som for konventionel gas, som transporteres over store afstande, eller lige så høje som for stenkul set over hele livscyklussen fra udvinding til forbrænding. EU-regelsæt Formålet med en udvindingslovgivning er at give en lovramme for udvindingsaktiviteter generelt. Målet er at fremme industrisektorens udvikling, sikre energiforsyningen og værne om menneskers sundhed, sikkerhed og miljøet. Der findes ikke noget udtømmende regelsæt for råstofudvinding på EU-plan. Der findes dog fire direktiver, som er specifikt udformet med henblik på råstofudvinding. Der findes desuden særdeles mange direktiver og forordninger, der berører udvindingsindustrien, men som ikke er specifikt rettet mod denne. Med fokus på lovgivningsakter vedrørende miljøet og menneskers helbred blev de 36 mest relevante direktiver inden for følgende lovgivningsområder udpeget: vand, miljøbeskyttelse, arbejdsmiljø, strålingsbeskyttelse, affald, kemikalier og tilknyttede uheld. 10
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed På grund af mangfoldigheden i den relevante lovgivning fra forskellige områder er de specifikke risici i forbindelse med hydraulisk frakturering ikke dækket i tilstrækkelig grad. Der blev identificeret ni store mangler: 1) Der mangler et rammedirektiv for råstofudvinding; 2) Tærsklen for naturgasudvinding i direktivet om vurdering af virkninger på miljøet (VVM) er utilstrækkelig; 3) Det er ikke obligatorisk at deklarere farlige materialer; 4) Der findes ikke noget krav om godkendelse af kemikalier, som forbliver i jorden; 5) Der findes ikke nogen BREF-reference (bedste tilgængelige teknologi) for hydraulisk frakturering; 6) Kravene til spildevandsbehandling er utilstrækkeligt defineret, og kapaciteten i vandbehandlingsanlæg er sandsynligvis utilstrækkelig, såfremt underjordisk injektion og bortskaffelse skal forbydes; 7) Offentligheden inddrages ikke tilstrækkeligt i beslutningsprocessen på regionalt plan; 8) Vandrammedirektivet er ikke tilstrækkeligt effektivt; 9) Livscyklusanalyser er ikke obligatoriske. Skifergasressourcers tilgængelighed og deres rolle i en lavemissionsøkonomi Potentialet i adgang til ukonventionel gas skal ses i lyset af den konventionelle gasproduktion: Den europæiske gasproduktion er faldet stejlt i flere år og forventes at falde med yderligere 30 % eller mere frem til 2035. Den europæiske efterspørgsel forventes at stige yderligere frem til 2035. Importen af naturgas vil uundgåeligt stige yderligere, hvis disse tendenser bliver realiseret. Det er på ingen måde sikkert, at den nødvendige ekstra import i størrelsesordenen 100 mia. m 3 årligt eller mere kan realiseres. Ressourcerne af ukonventionel gas i Europa er for små til at have nogen væsentlig indflydelse på disse tendenser. Dette forstærkes af, at de typiske produktionsprofiler kun gør det muligt at udvinde en vis del af disse ressourcer. Desuden er drivhusgasemissionerne fra ukonventionel gasforsyning markant højere end fra konventionel gasforsyning. Miljøforpligtelser vil også øge projektudgifterne og forsinke udviklingen af dem. Dette vil mindske den potentielle indvirkning yderligere. Det er meget sandsynligt, at investeringer i skifergasprojekter kun vil have en kortvarig indvirkning - om nogen - på gasforsyningen, som kunne være kontraproduktiv, fordi den ville skabe det indtryk, at gasforsyningen var sikret på et tidspunkt, hvor signalet til forbrugerne bør være, at man skal mindske denne afhængighed ved besparelser, effektivitetsforanstaltninger og erstatning. Konklusioner I en tid, hvor bæredygtighed er nøglen til fremtidige operationer, kan der sættes spørgsmålstegn ved, om injektion af giftige kemikalier i undergrunden bør være tilladt, eller om det bør forbydes, da en sådan praksis ville begrænse eller udelukke en senere anvendelse af det forurenede lag (f.eks. til geotermiske formål), og da de langsigtede effekter ikke er undersøgt. I et aktivt udvindingsområde for skifergas injiceres der ca. 0,1-0,5 l kemikalier pr. m 2. Dette forstærkes af, at de potentielle skifergasforekomster er for små til at have nogen væsentlig indvirkning på den europæiske gasforsyningssituation. De nuværende privilegier i forbindelse med efterforskning og udvinding af olie og gas bør revurderes i lyset af, at der ikke kompenseres for de miljømæssige risici og byrder med en tilsvarende potentiel fordel, idet den specifikke gasproduktion er meget lille. 11
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik 1. INDLEDNING Denne undersøgelse 1 giver et overblik over ukonventionelle kulbrinteaktiviteter og deres potentielle miljøindvirkninger. Fokus er sat på de fremtidige aktiviteter i EU. Undersøgelsens vurderinger er overvejende koncentreret om skifergas og berører kort skiferolie og olie fra lavpermeable reservoirer ("tight oil"). Første kapitel giver et kort overblik over forskellige produktionsteknologiers kendetegn, primært hydraulisk frakturering. Herefter følger et kort overblik over erfaringerne fra USA, da det er det eneste land, hvor man har anvendt hydraulisk frakturering i voksende og stort omfang gennem mange årtier. Andet kapitel er koncentreret om en evaluering af udledningen af drivhusgasser i forbindelse med naturgas, som produceres med hydrauliske fraktureringsmetoder. Eksisterende vurderinger gennemgås og udvides med en egen analyse. I tredje kapitel gennemgås den EU-lovgivning, som er relevant for hydraulisk frakturering. Efter en gennemgang af den lovgivningsmæssige ramme, herunder lovgivning omkring råstofudvinding, fokuseres der på direktiver, som sigter mod at beskytte miljøet og menneskers helbred. De lovgivningsmæssige mangler vedrørende den hydrauliske frakturerings miljømæssige indvirkninger opridses og diskuteres. Fjerde kapitel indeholder en vurdering af ressourcerne og diskuterer, hvilken indvirkning udvinding af skifergas eventuelt kan have på den europæiske gasforsyning. Til dette formål analyseres erfaringerne fra den amerikanske skifergasproduktion, og produktionsprofilernes fælles karakteristika anvendes til at skitsere en typisk udvikling inden for skifergas. Med hensyn til den europæiske gasproduktion og -efterspørgsel diskuteres den rolle, som udvinding af skifergas forventes at spille i forhold til den nuværende produktion og forsyning med ekstrapoleringer til de kommende årtier. I det sidste kapitel udledes konklusioner og anbefalinger for håndteringen af de specifikke risici, der er forbundet med hydraulisk frakturering. 1.1. Skifergas 1.1.1. Hvad er skifergas? Geologiske kulbrinteformationer skabes under særlige forhold af organiske forbindelser i marine sedimenter. Konventionel olie og gas stammer fra termo-kemisk nedbrydning af organisk materiale i sedimentære bjergarter, de såkaldte kildebjergarter. Disse formationer er i tidens løb blev dækket af andre bjergarter og er under denne proces blevet opvarmet, gennemsnitligt 30 C for hver 1 km, og det organiske materiale er blevet opløst til olie, når der var opnået en temperatur på ca. 60 C, og senere gas. Dybden, temperaturen og eksponeringstiden har været afgørende for opløsningsgraden. Jo højere temperaturen og jo længere eksponeringstiden har været, jo mere komplekse organiske molekyler er der blevet opløst. Til sidst er de blevet opløst til deres simpleste konstituent, metan, med et kul- og fire brintatomer. 1 Tak til dr. Jürgen Glückert (Heinemann & Partner Rechtsanwälte, Essen, Tyskland) og hr. Teßmer (Rechtsanwälte Philipp-Gerlach + Teßmer, Frankfurt, Tyskland) for kritisk gennemlæsning og nyttige kommentarer til kapitel 4. Tak til prof. Blendinger, Jean Laherrere, og Jean-Marie Bourdaire og værdifulde for frugtbare drøftelser og værdifulde kommentarer. 12
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed Afhængigt af den geologiske formation er de opståede flydende eller gasformige kulbrinter undsluppet fra kildebjergarten og er migreret opad til porøse og permeable lag, som igen skulle være dækket af uigennemtrængelig bjergart, den såkaldte forsegling, for at der kunne skabes en kulbrinteakkumulering. Disse kulbrinteakkumuleringer danner de konventionelle olie- og gasfelter. De er nemme at udvinde med boringer, da olieindholdet er forholdsvis højt, de ligger få km under overfladen og er let tilgængelige til lands. Nogle kulbrinteakkumulationer findes i reservoirbjergarter med meget lav porøsitet og permeabilitet. Disse forekomster kaldes også olie eller gas i lavpermeable reservoirer. Permeabiliteten er typisk 10-100 gange mindre end i konventionelle felter. Kulbrinter kan også lagres i store mængder i bjergarter, som i princippet slet ikke er reservoirbjergarter, men skifer og andre meget finkornede bjergarter, hvor det nødvendige rum til lagringen skabes af små sprækker og ekstremt små porer. Sådanne bjergarter har en ekstremt lav permeabilitet. Dette kaldes skifergas eller skiferolie. Sidstnævnte indeholder ikke modne kulbrinter, men kun forstadiet kerogen, som kan omdannes til syntetisk råolie i kemiske anlæg. En tredje gruppe af ukonventionelle gasser er metan fra kullag, som er indesluttet i porerne i kullag. Afhængigt af forekomstens karakteristika indeholder gassen forskellige komponenter i varierende andele, herunder metan, kuldioxid, svovlbrinte, radioaktivt radon osv. Fælles for alle ukonventionelle forekomster er, at gas- eller olieindholdet pr. bjergartsvolumen er lille i forhold til konventionelle felter, at de er spredt over et stort areal på titusinder af kvadratkilometer, og at permeabiliteten er meget lav. Det kræver derfor særlige metoder at udvinde denne olie eller gas. På grund af de lave kulbrinteindhold i kildebjergarten er udbyttet pr. boring desuden meget mindre end i konventionelle felter, hvilket gør det langt mere udfordrende at gøre produktionen rentabel. Det er ikke selve gassen, der er ukonventionel, men udvindingsmetoderne. Disse metoder kræver sofistikerede teknologier, masser af vand og injektion af additiver, som kan være miljøskadelige. Der er ikke nogen skarp distinktion mellem konventionelle og ukonventionelle gas- eller olieforekomster. Der er snarere tale om en glidende overgang fra konventionel gas- eller olieproduktion fra felter med højt specifikt gasindhold, høj porøsitet og permeabilitet over tætte gasfelter med dårligere performanceparametre til udvinding af skifergas fra forekomster med lavt specifikt gasindhold, lav porøsitet og meget lav permeabilitet. Navnlig er distinktionen mellem konventionel gasproduktion og produktion af gas i lavpermeable reservoirer ikke altid klar, da de officielle statistikker tidligere ikke skelnede klart mellem disse to metoder. De uundgåelige bivirkninger med hensyn til vandforbrug, miljørisici osv. tiltager også med denne kæde af udvindingsmetoder. F.eks. kræver hydraulisk frakturering af tætte gasforekomster typisk adskillige hundrede tusinder liter vand pr. boring for hver fraktureringsproces opblandet med støttemateriale og kemikalier, mens hydraulisk frakturering i skifergasforekomster forbruger adskillige mio. liter vand pr. boring. [ExxonMobil 2010] 13
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik 1.1.2. Den seneste udvikling inden for ukonventionel gasudvinding Erfaringer fra Nordamerika Da de konventionelle gasfelter i USA efterhånden er udnyttet, har selskaberne været tvunget til i stadig stigende grad at bore i mindre produktive forekomster. I begyndelsen udvidede man boringerne i nærheden af konventionelle formationer og producerede fra lidt mindre permeable formationer. I løbet af denne gradvise overgang øgedes antallet af boringer, mens det specifikke produktionsvolumen faldt. Stadig tættere formationer blev udforsket. Denne fase begyndte i 1970'erne. Boringerne i tætte gasforekomster blev ikke adskilt fra de konventionelle statistikker, da der ikke var noget klart kriterium til at adskille de to former. Efter at debatten om klimaændringer er begyndt, er nedbringelse af metanemissioner blevet en målsætning. Selv om metan fra kullag (CBM) teoretisk udgør en enorm ressource, er bidraget kun steget langsomt i USA gennem de seneste to årtier til ca. 10 % frem til 2010. Udviklingen foregår forskelligt i forskellige kulområder, og nogle amerikanske stater har derfor opdaget denne energikilde hurtigere end andre. Op gennem 1990'erne var New Mexico den største producent af metan fra kullag. Delstatens produktion toppede imidlertid i 1997 og blev erstattet af udviklingen i Colorado - som toppede i 2004 - og Wyoming, som i dag er den største CBM-producent. De mest udfordrende gasforekomster bliver udviklet til sidst. Det drejer sig om skifergasforekomster, som er næsten uigennemtrængelige, eller i det mindste mindre gennemtrængelige end andre strukturer, som indeholder gas. Udnyttelsen af disse forekomster blev udløst af de teknologiske fremskridt inden for horisontal boring og hydraulisk frakturering med brug af kemiske additiver på den ene side, men det havde nok endnu større betydning, at kulbrinteindustriens aktiviteter med hydraulisk frakturering blev undtaget fra drikkevandsloven, Safe Drinking Water Act (SDWA 1974), vedtaget med energiloven af 2005, Energy Policy Act of 2005 (EPA 2005). I afsnit 322 i energiloven af 2005 undtages hydraulisk frakturering fra vigtige EPA-bestemmelser. De tidligste aktiviteter begyndte for flere årtier siden med udnyttelsen af Bossier-skiferen i 1970'erne og Antrim-skiferen i 1990'erne. Den hurtige adgang til skifergasforekomster begyndte imidlertid omkring 2005 med udnyttelsen af Barnett-skiferen i Texas. I løbet af fem år er der foretaget næsten 15.000 boringer i dette område. En bivirkning af denne økonomiske succeshistorie er udvælgelsen af mindre virksomheder som Chesapeake, XTO m.fl., som udførte selve borearbejdet. Virksomhederne voksede med dette boom og blev til milliardforetagender, som blev interessante for store selskaber som ExxonMobil eller BHP Billiton. XTO blev solgt til ExxonMobil for over 40 mia. dollars i 2009, og Chesapeake solgte sine Fayetteville-aktiver for 5 mia. dollars i 2011. I samme periode blev de miljømæssige bivirkninger stadig tydeligere for borgerne og lokalpolitikerne. Diskussionen omkring udnyttelsen af Marcellus-skiferen har vakt størst opmærksomhed, da denne forekomst dækker store dele af staten New York. Der er mistanke om, at udnyttelsen af denne forekomst er i konflikt med områder, som er beskyttet af hensyn til vandforsyningen til byen New York. Det amerikanske miljøagentur, US Environmental Protection Agency, er i øjeblikket i færd med at undersøge risici i forbindelse med hydraulisk frakturering, som er den foretrukne teknologi til udnyttelse af ukonventionelle gasfelter. Resultaterne af denne undersøgelse forventes offentliggjort i løbet af 2012 (EPA 2009). 14
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed Udviklingen i Europa I Europa er denne udvikling flere år bagud i forhold til USA. I Tyskland (Söhlingen) har man gennem ca. 15 år udnyttet tætte gasformationer med hydraulisk frakturering, men på et meget lavt niveau. Den samlede europæiske produktion af ukonventionel gas ligger i størrelsesordenen flere mio. m 3 årligt, og på flere hundrede mia. m 3 årligt i USA (Kern 2010). Aktiviteterne har imidlertid været stigende siden sidst i 2009. Der er givet flest efterforskningstilladelser i Polen (WEO 2011, s. 58), men der er også indledt tilsvarende aktiviteter i Østrig (Wienbækkenet), Frankrig (Parisbækkenet og det sydøstlige bassin), Tyskland og Nederlandene (den tyske del af Nordsøen), Sverige (det skandinaviske område) og Det Forenede Kongerige (nordlige og sydlige oliesystemer). F.eks. gav udvindingsmyndighederne i den tyske delstat Nordrhein-Westfalen i oktober 2010 efterforskningstilladelser 2 for et område, som dækker 17.000 km 2, halvdelen af delstatens areal. På baggrund af oplysninger fra USA er den offentlige modstand mod disse projekter vokset hurtigt. F.eks. har Nationalforsamlingen i Frankrig indført et moratorium for sådanne boreaktiviteter og forbudt hydraulisk frakturering. Lovforslaget gik igennem i Nationalforsamlingen i maj, men blev ikke vedtaget i Senatet. Den franske industriminister har foreslået en anden lov, som ville tillade hydraulisk frakturering udelukkende til forskningsformål under streng kontrol af et udvalg bestående af lovgivere, regeringsrepræsentanter, ngo'er og lokale borgere (Patel 2011). Denne ændrede lov blev godkendt i Senatet i juni. I den tyske delstat Nordrhein-Westfalen har berørte borgere, lokale politikere fra næsten alle partier og repræsentanter for vandforsyningsmyndigheder og mineralvandsvirksomheder protesteret mod hydraulisk frakturering. Delstatsparlamentet i Nordrhein-Westfalen har også bedt om et moratorium, indtil der foreligger tilstrækkelig viden. Som første skridt har man ligestillet vandbeskyttelse med udvindingslovgivningen og sikret, at der ikke udstedes tilladelser uden vandmyndighedernes samtykke. Drøftelsen er endnu ikke afsluttet. Desuden har ExxonMobil, som er det selskab, der er mest involveret i projektet, indledt en åben dialogproces for at diskutere borgernes bekymringer og vurdere de eventuelle indvirkninger. 1.2. Skiferolie 1.2.1. Hvad er skiferolie og olie fra lavpermeable reservoirer? Ligesom skifergas består skiferolie af kulbrinter, som er fanget i porerne i kildebjergarten. Selve olien er stadig på et præmaturt stade, som kaldes kerogen. Omdannelsen af kerogen til olie kræver opvarmning til op til 450 C. Produktionen af skiferolie kan derfor snarere sammenlignes med konventionelt skiferbrud med efterfølgende varmebehandling. Den tidligste brug kan spores over 100 år tilbage. I dag er Estland det eneste land med en stor andel af skiferolie på energibalancen (~50 %). Kerogenen er meget ofte blandet med lag af allerede omdannet olie i strukturer mellem kildebjergarterne med lav gennemtrængelighed. Denne olie klassificeres som olie fra lavpermeable reservoirer, selv om adskillelsen meget ofte er uklar, og overgangen er flydende med gradvise ændringer i omdannelsesgraden. I sin rene form er olie fra lavpermeable reservoirer omdannet olie, som er fanget i lag af uigennemtrængelig bjergart med lav porøsitet. Udvinding af olie fra lavpermeable reservoirer kræver derfor generelt hydrauliske fraktureringsteknikker. 2 "Aufsuchungserlaubnis". 15
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik USA 1.2.2. Den seneste udvikling inden for udvinding af olie fra lavpermeable reservoirer Projekter med ukonventionel olieproduktion fra olieskifer blev indledt i Nordamerika omkring år 2000 med udvindingen af Bakken-skiferen, som ligger i North Dakota og Montana og dækker et område på over 500.000 km2 (Nordquist 1953). Bakken formationen indeholder en kombination af kerogenrig skifer med tætte olielag imellem. Frankrig/Europa Udover produktionen af skiferolie i Estland har Parisbækkenet i Frankrig fået ny opmærksomhed, idet et lille selskab, Toreador, har fået udforskningstilladelse og har meddelt, at det vil begynde at udvinde de tætte oliereservoirer i bækkenet ved hjælp af mange brønde med hydraulisk frakturering. Da bækkenet dækker et stort område, som omfatter Paris og vinområdet tæt på Champagne, er der opstået modstand, selv om bækkenet i forvejen har været udnyttet med konventionelle olieboringer i omkring 50 år. [Leteurtrois 2011] 16
Udvinding af skifergas og skiferolie - indvirkninger på miljøet og menneskers sundhed 2. MILJØVIRKNINGER VIGTIGSTE KONKLUSIONER Uundgåelige indvirkninger er arealforbrug til boringer, parkering og manøvreringsområder for lastbiler, udstyr, gasbehandlings- og transportfaciliteter samt adgangsveje. Væsentlige mulige indvirkninger er udledning af luftforurenende stoffer, forurening af grundvandet som følge af ukontrollerede gas- eller væskeudslip som følge af udblæsninger eller udslip, udløbende fraktureringsvæske og ukontrolleret udledning af spildevand. Fraktureringsvæsker indeholder farlige stoffer, og returvandet indeholder desuden tungmetaller og radioaktive materialer fra lejerne. Erfaringer fra USA viser, at der sket mange uheld, som kan være skadelige for miljøet og menneskers helbred. De registrerede overtrædelser af lovbestemmelser udgør omkring 1-2 % af alle boretilladelser. Mange af disse uheld skyldes forkert håndtering eller lækkende udstyr. Der er i nærheden af gasboringer rapporteret forurening af grundvandet med metan, som i ekstreme tilfælde kan føre til eksplosion af beboelsesbygninger, og kaliumklorid, som fører til forsaltning af drikkevand. Indvirkningerne forstærkes, fordi skiferformationer udnyttes med en meget høj tæthed af boringer (op til seks boringer pr. km 2 ). 2.1. Hydraulisk frakturering og den mulige indvirkning på miljøet Fælles for tætte geologiske formationer indeholdende kulbrinte er den lave permeabilitet. Derfor ligner produktionsmetoderne til udvinding af skifergas, gas i lavpermeable reservoirer og metan fra kullag i høj grad hinanden. De er dog forskellige på det kvantitative niveau. Eftersom skifergasformationer er langt de mest uigennemtrængelige strukturer, kræver det også den største indsats at få adgang til gassen i porerne. Det fører til den største risiko for miljøindvirkninger fra udvinding af disse formationer. Der er imidlertid tale om en glidende overgang fra de gennemtrængelige konventionelle gasindeholdende strukturer over gas i lavpermeable reservoirer til den næsten uigennemtrængelige gasskifer. Det fælles karakteristikum er, at kontakten mellem de borede brønde og porerne skal forbedres kunstigt. Det sker ved den såkaldte hydrauliske frakturering, som nogle gange kaldes "stimulering" eller på engelsk "fracing" eller "fracking". 17
Temaafdeling A: Økonomisk og Videnskabelig Politik Figur 1: Potentielle strømme af luftforurenende emissioner og skadelige stoffer til vand og jord og naturligt forekommende radioaktive materialer (NORM)Figur 1 viser et tværsnit af en typisk brønd. Boreriggen borer vertikalt ned i det gasbærende lag. Afhængigt af, hvor tykt dette lag er, bores der kun vertikale brønde, eller disse ændres til horisontale brønde for at maksimere kontakten med gaslaget. I selv laget anvendes der eksplosiver til at skabe små sprækker ved at perforere indkapslingen. Disse sprækker udvides kunstigt ved hjælp af fyldmateriale med vand under højt tryk. Antallet af kunstige sprækker, deres længde og deres placering i laget (horisontalt eller vertikalt) afhænger af detaljerne i formationen. Disse detaljer har indvirkning på længden af de kunstige sprækker, afstanden mellem brøndene (vertikale brønde bores tættere end horisontale brønde) og på vandforbruget. Vandet under højt tryk åbner sprækkerne, så der opnås adgang til så mange porer som muligt. Når trykket mindskes, vil spildevandet opblandet med tungmetaller eller radioaktive metaller fra bjergarten løbe tilbage til overfladen sammen med gassen. Vandet tilsættes materiale, som regel sandkorn. Disse holder sprækkerne åbne, så der kan udvindes yderligere gas. Denne blanding tilsættes kemikalier for at opnå en homogen fordeling af tilsætningsstofferne ved at danne en gele, reducere friktionen og til slut bryde gelestrukturen ved afslutning af fraktureringsprocessen, så væsken kan løbe tilbage. Figur 1 kan anvendes til at identificere de mulige miljøindvirkninger under dette forløb, nemlig forbrug af landarealer, idet boringerne kræver plads til teknisk udstyr, opbevaring af væske og adgangsvejene til transporten. luft- og støjforurening, idet maskineriet drives med forbrændingsmotorer, væskerne (også spildevandet) kan lade skadelige stoffer undslippe til luften, lastvognene med hyppig transportaktivitet kan udsende flygtige organiske forbindelser, andre luftforurenende stoffer og støj. 1. Vandet kan blive forurenet med kemikalier fra fraktureringsprocessen, men også med spildevand fra lejet, som indeholder tungmetaller (f.eks. arsenik eller kviksølv) eller radioaktive partikler. Der kan opstå migrationsveje til grund- og overfladevand som følge af uheld ved lastvognstransport, læk på opsamlingsledninger, spildevandsbassiner, kompressorer osv., spild fra ulykker (f.eks. udblæsning med en fontæne af fraktureringsvæske eller spildevand), skader på cementering og indkapsling eller simpelt hen ukontrollerede strømme under overfladen gennem kunstige eller naturlige sprækker i formationen. Jordskælv som følge af den hydrauliske fraktureringsproces eller injektionen af spildevand. Mobilisering af radioaktive partikler fra undergrunden. Endelig må det enorme forbrug af naturlige og tekniske ressourcer i forhold til den mænge gas eller olie, der kan udvindes, vurderes i en cost-benefit-analyse af sådanne operationer. Indvirkninger på biodiversiteten kunne være en mulighed, men de er p.t. ikke dokumenteret. 18