Kohle, Gas, Öl, Kernenergie? – Teil 2

Neben den fossilen Energieträgern wird auch in der Zukunft weltweit die Kernenergie einen steigenden Anteil übernehmen. Wem das als eine gewagte Aussage erscheint, sollte dringend weiterlesen, damit er nicht eines Tages überrascht wird.

Das Mengenproblem

Zumindest solange die Weltbevölkerung noch weiter wächst, wird der Energieverbrauch weiter steigen müssen. Er wird sogar überproportional steigen, da Wohlstand und Energieverbrauch untrennbar miteinander verknüpft sind. All das Geschwafel von „Energieeffizienz“ ist nur ein anderes Wort für Wohlstandsverzicht und schlimmer noch, für eine neue Form des Kolonialismus. Woher nimmt z. B. ein „Gutmensch“ in Deutschland das Recht, Milliarden von Menschen das Leben vor enthalten zu wollen, das er für sich selbst beansprucht? Das wird nicht funktionieren. Nicht nur China, läßt sich das nicht mehr gefallen.

Wenn aber der Energieeinsatz mit steigendem (weltweiten) Wohlstand immer weiter steigen muß, welche Energieträger kommen in Frage? Die additiven Energien Wind, Sonne etc. werden immer solche bleiben. Dies liegt an ihrer geringen Energiedichte und den daraus resultierenden Kosten und ihrer Zufälligkeit. Die fossilen Energieträger Kohle, Öl und Erdgas reichen zwar für (mindestens) Jahrhunderte, führen aber zu weiter steigenden Kosten. Will man z. B. noch größere Mengen Kohle umweltverträglich fördern, transportieren und verbrennen, explodieren die Stromerzeugungskosten weltweit. Dies ist aber nichts anderes als Wohlstandsverlust. Man kann nun mal jeden Dollar, Euro oder Renminbi nur einmal ausgeben!

Um es noch einmal deutlich zu sagen, das Problem ist nicht ein baldiges Versiegen der fossilen Energieträger, sondern die überproportional steigenden Kosten. Je mehr verbraucht werden, um so mehr steigt z. B. die Belastung der Umwelt. Dem kann aber nur durch einen immer weiter steigenden Kapitaleinsatz entgegen gewirkt werden. Ab einer gewissen Luftverschmutzung war einfach der Übergang vom einfachen Kohleofen auf die geregelte Zentralheizung, vom einfachen „VW-Käfer“ auf den Motor mit Katalysator, vom „hohen Schornstein“ auf die Rauchgaswäsche nötig… Jedes mal verbunden mit einem Sprung bei den Investitionskosten.

Der Übergang zur Kernspaltung

Bei jeder Kernspaltung – egal ob Uran, Thorium oder sonstige Aktinoide – wird eine unvergleichbar größere Energiemenge als bei der Verbrennung frei: Durch die Spaltung von einem einzigen Gramm Uran werden 22.800 kWh Energie erzeugt. Die gleiche Menge, wie bei der Verbrennung von drei Tonnen Steinkohle,13 barrel Öl oder rund 2200 Kubikmeter Erdgas.

Man kann gar nicht nicht oft genug auf dieses Verhältnis hinweisen. Auch jedem technischen Laien erschließt sich damit sofort der qualitative Sprung für den Umweltschutz. Jeder, der schon mal mit Kohle geheizt hat, weiß wieviel Asche 60 Zentner Kohle hinterlassen oder wie lange es dauert, bis 2000 Liter Heizöl durch den Schornstein gerauscht sind und welche Abgasfahne sie dabei hinterlassen haben. Wer nun gleich wieder an „Strahlengefahr“ denkt, möge mal einen Augenblick nachdenken, wie viele Menschen wohl momentan in Atom-U-Booten in den Weltmeeren unterwegs sind. So schlimm kann die Sache wohl nicht sein, wenn man monatelang unmittelbar neben einem Reaktor arbeiten, schlafen und essen kann, ohne einen Schaden zu erleiden. Der größte Teil der „Atomstromverbraucher“ wird in seinem ganzen Leben nie einem Reaktor so nahe kommen.

Die nahezu unerschöpflichen Uranvorräte

Allein in den Weltmeeren – also prinzipiell für alle frei zugänglich – sind über 4 Milliarden to Uran gelöst. Jedes Jahr werden etwa 32.000 to durch die Flüsse ins Meer getragen. Dies ist ein nahezu unerschöpflicher Vorrat, da es sich um einen Gleichgewichtszustand handelt: Kommt neues Uran hinzu, wird es irgendwo ausgefällt. Würde man Uran entnehmen, löst es sich wieder auf.

Bis man sich diesen kostspieligeren – weil in geringer Konzentration vorliegenden – Vorräten zuwenden muß, ist es noch sehr lange hin. Alle zwei Jahre erscheint von der OECD das sog. „Red book“, in dem die Uranvorräte nach ihren Förderkosten sortiert aufgelistet sind. Die Vorräte mit aktuell geringeren Förderkosten als 130 USD pro kg Uranmetall, werden mit 5.902.900 Tonnen angegeben. Allein dieser Vorrat reicht für 100 Jahre, wenn man von der weltweiten Förderung des Jahres 2013 ausgeht.

Der Uranverbrauch

Die Frage, wieviel Uran man fördern muß, ist gar nicht so einfach zu beantworten. Sie hängt wesentlich von folgenden Faktoren ab:

  • Wieviel Kernkraftwerke sind in Betrieb,
  • welche Reaktortypen werden eingesetzt,
  • welche Anreicherungsverfahren zu welchen Betriebskosten und
  • wieviel wird wieder aufbereitet?

Im Jahre 2012 waren weltweit 437 kommerzielle Kernreaktoren mit 372 GWel in Betrieb, die rund 61.980 to Natururan nachgefragt haben. Die Frage wieviel Reaktoren in der Zukunft in Betrieb sind, ist schon weitaus schwieriger zu beantworten. Im „Red book“ geht man von 400 bis 680 GWel im Jahre 2035 aus, für die man den Bedarf mit 72.000 bis 122.000 to Natururan jährlich abschätzt. Hier ist auch eine Menge Politik im Spiel: Wann fährt Japan wieder seine Reaktoren hoch, wie schnell geht der Ausbau in China voran, wie entwickelt sich die Weltkonjunktur?

Der Bedarf an Natururan hängt stark von den eingesetzten Reaktortypen ab. Eine selbsterhaltende Kettenreaktion kann man nur über U235 einleiten. Dies ist aber nur zu 0,7211% im Natururan enthalten. Je nach Reaktortyp, Betriebszustand usw. ist ein weit höherer Anteil nötig. Bei Schwerwasserreaktoren kommt man fast mit Natururan aus, bei den überwiegenden Leichtwasserreaktoren mit Anreicherungen um 3 bis 4 %. Über die gesamte Flotte und Lebensdauer gemittelt, geht man von einem Verbrauch von rechnerisch 163 to Natururan für jedes GWel. pro Kalenderjahr aus.

Das Geheimnis der Anreicherung

Diese Zahl ist aber durchaus nicht in Stein gemeißelt. Isotopentrennung ist ein aufwendiges Verfahren. Standardverfahren ist heute die Zentrifuge: Ein gasförmiger Uranstrom wird durch eine sehr schnell drehende Zentrifuge geleitet. Durch den – wenn auch sehr geringen – Dichteunterschied zwischen U235 und U238 wird die Konzentration von U235 im Zentrum etwas höher. Um Konzentrationen, wie sie für Leichtwasserreaktoren benötigt werden zu erhalten, muß man diesen Schritt viele male in Kaskaden wiederholen. So, wie sich in dem Produktstrom der Anteil von U235erhöht hat, hat er sich natürlich im „Abfallstrom“ entsprechend verringert. Das „tails assay“, das ist das abgereicherte Uran, das die Anlage verläßt, hat heute üblicherweise einen Restgehalt von 0,25% U235.. Leider steigt der Aufwand mit abnehmendem Restgehalt überproportional an. Verringert man die Abreicherung von 0,3% auf 0,25%, so sinkt der notwendige Einsatz an Natururan um 9,5%, aber der Aufwand steigt um 11%. Eine Anreicherungsanlage ist somit flexibel einsetzbar: Ist der aktuelle Preis für Natururan gering, wird weniger abgereichert; ist die Nachfrage nach Brennstoff gering, wie z. B. im Jahr nach Fukushima, kann auch die Abreicherung erhöht werden (ohnehin hohe Fixkosten der Anlage).

Hier tut sich eine weitere Quelle für Natururan auf. Inzwischen gibt es einen Berg von über 1,6 Millionen to abgereicherten Urans mit einem jährlichen Wachstum von etwa 60.000 to. Durch eine „Wiederanreicherung“ könnte man fast 500.000 to „Natururan“ erzeugen. Beispielsweise ergeben 1,6 Millionen to mit einem Restgehalt von 0,3% U235 etwa 420.000 to künstlich hergestelltes „Natururan“ und einen neuen „Abfallstrom“ von 1.080.000 to tails assay mit 0,14% U235.. Man sieht also, der Begriff „Abfall“ ist in der Kerntechnik mit Vorsicht zu gebrauchen. Die Wieder-Anreicherung ist jedenfalls kein Gedankenspiel. In USA ist bereits ein Projekt (DOE und Bonneville Power Administration) angelaufen und es gibt eine Kooperation zwischen Frankreich und Rußland. Besonders vielversprechend erscheint auch die Planung einer Silex-Anlage (Laser Verfahren, entwickelt von GE und Hitachi) zu diesem Zweck auf dem Gelände der stillgelegten Paducah Gasdiffusion. Die Genehmigung ist vom DOE erteilt. Letztendlich wird – wie immer – der Preis für Natururan entscheidend sein.

Wann geht es mit der Wiederaufbereitung los?

Wenn ein Brennelement „abgebrannt“ ist, ist das darin enthaltene Material noch lange nicht vollständig gespalten. Das Brennelement ist lediglich – aus einer Reihe von verschiedenen Gründen – nicht mehr für den Reaktorbetrieb geeignet. Ein anschauliches Maß ist der sogenannte Abbrand, angegeben in MWd/to Schwermetall. Typischer Wert für Leichtwasserreaktoren ist ein Abbrand von 50.000 bis 60.000 MWd/to. Da ziemlich genau ein Gramm Uran gespalten werden muß, um 24 Stunden lang eine Leistung von einem Megawatt zu erzeugen, kann man diese Angabe auch mit 50 bis 60 kg pro Tonne Uran übersetzen. Oder anders ausgedrückt, von jeder ursprünglich im Reaktor eingesetzten Tonne Uran sind noch 940 bis 950 kg Schwermetall übrig.

Hier setzt die Wiederaufbereitung an: In dem klassischen Purex-Verfahren löst man den Brennstoff in Salpetersäure auf und scheidet das enthaltene Uran und Plutonium in möglichst reiner Form ab. Alles andere ist bei diesem Verfahren Abfall, der in Deutschland in einem geologischen „Endlager“ (z. B. Gorleben) für ewig eingelagert werden sollte. Interessanterweise wird während des Reaktorbetriebs nicht nur Uran gespalten, sondern auch kontinuierlich Plutonium erzeugt. Heutige Leichtwasserreaktoren haben einen Konversionsfaktor von etwa 0,6. Das bedeutet, bei der Spaltung von 10 Kernen werden gleichzeitig 6 Kerne Plutonium „erbrütet“. Da ein Reaktor nicht sonderlich zwischen Uran und Plutonium unterscheidet, hat das „abgebrannte Uran“ immer noch einen etwas höheren Gehalt (rund 0,9%) an U235.als Natururan. Könnte also sogar unmittelbar in mit schwerem Wasser moderierten Reaktoren eingesetzt werden (DUPIC-Konzept der Koreaner). Das rund eine Prozent des erbrüteten Plutonium kann man entweder sammeln für später zu bauende Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum oder zu sogenannten Mischoxid-Brennelementen (MOX-Brennelement) verarbeiten. Im Jahr 2012 wurden in Europa 10.334 kg Plutonium zu MOX-Brennelementen verarbeitet. Dies hat rund 897 to Natururan eingespart.

Man kann also grob sagen, durch 1 kg Plutonium lassen sich rund 90 kg Natururan einsparen. Setzt man den Preis für Natururan mit 100 USD (entspricht ungefähr dem derzeitigen Euratom-Preis) an, so ergibt diese einfache Abschätzung Kosten von höchstens 9.000 USD pro kg Plutonium bzw. 900 USD für eine Tonne abgebrannter Brennelemente. Dies ist – zugegebenermaßen mit einem dicken Daumen gerechnet – doch eine brauchbare Einschätzung der Situation. Es wird noch eine ganze Zeit dauern, bis die Wiederaufbereitung in großem Stil wirtschaftlich wird.

Wegen der hohen Energiedichte sind die Lagerkosten in einem Trockenlager sehr gering. Außerdem hat „Atommüll“ – im Gegensatz z. B. zu Quecksilber oder Asbest – die nette Eigenschaft, beständig „weniger gefährlich“ zu werden. Die Strahlung ist aber der Kostentreiber beim Betrieb einer Wiederaufbereitungsanlage (Abschirmung, Arbeitsschutz, Zersetzung der Lösungsmittel etc.). Je länger die Brennelemente abgelagert sind, desto kostengünstiger wird die Wiederaufbereitung.

Erdgas- oder Kernkraftwerke?

Kraftwerke mit Gasturbinen und Abhitzekesseln erfordern die geringsten Investitionskosten. Sie sind deshalb der Liebling aller kurzfristigen Investoren. Ihre guten Wirkungsgrade in der Grundlast (!!) von über 60% werden gern als Umweltschutz ausgegeben, sind jedoch wegen der hohen Erdgaspreise (in Deutschland) eher zwingend notwendig.

Auch hier, kann eine einfache Abschätzung weiterhelfen: Geht man von den 163 to Natururan pro GWael. aus (siehe oben), die ein Leichtwasserreaktor „statistisch“ verbraucht und einem Preis von 130 USD pro kg Natururan (siehe oben), so dürfte das Erdgas für das gleichwertige Kombikraftwerk nur 0,51 USD pro MMBtu kosten! Im letzten Jahr schwankte der Börsenpreis aber zwischen 3,38 und 6,48 USD/MMBtu. Dies ist die Antwort, warum sowohl in den USA, wie auch in den Vereinigten Emiraten Kernkraftwerke im Bau sind und Großbritannien wieder verstärkt auf Kernenergie setzt. Ganz nebenbei: Die Emirate haben 4 Blöcke mit je 1400 MWel für 20 Milliarden USD von Korea gekauft. Bisher ist von Kosten- oder Terminüberschreitungen nichts bekannt.

Vorläufiges Schlusswort

Das alles bezog sich ausdrücklich nicht auf Thorium, „Schnelle Brüter“ etc., sondern auf das, was man auf den internationalen Märkten sofort kaufen könnte. Wenn man denn wollte: Frankreich hat es schon vor Jahrzehnten vorgemacht, wie man innerhalb einer Dekade, eine preiswerte und zukunftsträchtige Stromversorgung aufbauen kann. China scheint diesem Vorbild zu folgen.

Natürlich ist es schön, auf jedem Autosalon die Prototypen zu bestaunen. Man darf nur nicht vergessen, daß diese durch die Erträge des Autohändlers um die Ecke finanziert werden. Die ewige Forderung, mit dem Kauf eines Autos zu warten, bis die „besseren Modelle“ auf dem Markt sind, macht einen notgedrungen zum Fußgänger.

Kohle, Gas, Öl, Kernenergie? – Teil 1

Wenn man sich über die Zukunft der Energieversorgung einen Überblick verschaffen will, darf man die aktuellen Entwicklungen bei den fossilen Energieträgern nicht außer acht lassen. Insbesondere für die Stromversorgung wird das gegenseitige Wechselspiel dieser Energieträger auch weiterhin bestimmend bleiben.

Am Anfang steht die Kohle

Kohle ist der billigste Energieträger, sofern man

  • billige Arbeitskräfte zur Verfügung hat. Dies war in der Vergangenheit in Europa genauso der Fall, wie heute noch in Indien, China und Afrika. Mit steigendem Lohnniveau steigen auch die Produktionskosten der Kohle. Je höher der Entwicklungsstand einer Industriegesellschaft ist, je geringer ist der Anteil der Kohle an den verbrauchten Primärenergieträgern. Man könnte auch sagen, je einfacher es ist einen Arbeitsplatz außerhalb eines Bergwerkes zu finden.
  • Günstige geologisch Verhältnisse und kostengünstige Transportwege hat. Es lohnt sich sogar in Deutschland (minderwertige) Braunkohle in rationellen Tagebauen zu gewinnen oder Steinkohle über preiswerte Schiffstransporte aus anderen Kontinenten herbeizuschaffen.
  • Kohle umweltbelastend verbrennen kann. Kohle verbrennt nicht rückstandslos, sondern bildet Asche, die Mineralien, Schwermetalle und radioaktive Stoffe enthält. Ferner entstehen z. B. schweflige Säure und Stickoxide. Alles Dinge, die man nicht so gern in der Atemluft oder dem Trinkwasser haben will.

Der letzte Punkt ist entscheidend und wird oft übersehen. In einem armen Land beginnt die wirtschaftliche Entwicklung immer mit Umweltbelastungen. Die Belastung wird gegenüber dem Wohlstandsgewinn nicht als negativ empfunden. Außerdem gilt auch hier wieder die Konzentration: Die wenigen Anlagen mit hohem Schadstoffausstoß können (noch) gut von Mensch und Natur ertragen werden. Ab einem gewissen Punkt schlägt diese Entwicklung ins Gegenteil um. Das war vor etwa 60 Jahren im Ruhrgebiet nicht anders als heute in Peking.

Ein schornsteinloses Kraftwerk nach deutschem Standard (Entstaubung, Entstickung und Rauchgaswäsche) kostet aber bereits heute in China oder Indien mehr als ein Kernkraftwerk. Es setzen Ausweichbewegungen auf breiter Front ein. Der relative Anteil an dem Primärenergieverbrauch sinkt. Wo – zumindest kurzfristig – keine Ersatzbrennstoffe in ausreichender Menge zur Verfügung stehen, wird ein Teil der Kohle bereits an der Grube in Gas und flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Solche Anlagen sind aber sehr teuer und verlagern die Umweltbelastungen oft nur oder erzeugen neue Probleme. Solche Anlagen benötigen z. B. große Mengen Wasser. China plant z. B. gigantische Industrieanlagen zur Produktion von synthetischem Erdgas aus Kohle ausgerechnet in seinen Wüstengebieten, das dann mit Pipelines in die Verbrauchszentren nahe der Millionen-Städte transportiert werden soll. Man hofft, einen Teil der in solchen Anlagen zur Veredelung zusätzlich verbrauchten Energie über Kernreaktoren bereitstellen zu können. Auch kein ganz neuer Gedanke: In Deutschland startete man einst die Entwicklung der Hochtemperaturreaktoren unter dem Slogan Kohle und Kernenergie.

Erdgas als saubere Energiequelle

Vielfach wird die Lösung aller Probleme im Erdgas gesehen. Erdgas ist ein sauberer Brennstoff der keinen Schwefel (mehr) enthält, keine Asche hinterlässt und sich besonders einfach und umweltfreundlich (geringe Stickoxidbildung) verbrennen läßt. Erdgaskraftwerke sind außerdem die Kraftwerke mit den geringsten Investitionskosten und der kürzesten Bauzeit. Auch in der Industrie und der Gebäudeheizung ist Erdgas universell gut einsetzbar.

Erdgas hat nur einen Nachteil, es ist ein teurerer Brennstoff – zumindest in großen Teilen der Welt. Allerdings hat sich durch technologische Sprünge in den letzten Jahren bei der Nutzung von Schiefergas (shale gas), tight gas in schwer durchlässigen Sandsteinschichten und Kohlenflözgas aus unwirtschaftlichen Lagerstätten, eine völlig neue Situation ergeben. Unterstütz wird diese Entwicklung durch die Fortschritte bei der Verflüssigung von Erdgas. Durch sie wird es möglich, einerseits Erdgasvorkommen in entlegensten Regionen nutzbar zu machen und andererseits völlig neue Anwendungen auf der Verbrauchsseite zu erschließen (Antrieb von Schiffen und schweren LKW).

Um diese Entwicklung besser zu verstehen, scheint es nötig, etwas näher auf diese Technologie einzugehen. Genauer gesagt handelt es sich um die neuartige Kombination dreier bekannter Techniken: Die großräumige Erschließung dünner Schichten durch „waagerechte“ Bohrungen, die genaue räumliche Bestimmung solcher Schichten durch neue Meßverfahren und verbesserte Berechnungen und das „aufsprengen“ solcher Schichten durch Flüssigkeiten (hydraulic fracturing oder kurz „fracking“).

  1. Um eine solche Lagerstätte anbohren zu können, muß man sehr genau die Schichtung kennen. Hierzu wird der Untergrund mit Schallwellen durchleuchtet. Neuartig ist die vierdimensionale Auswertung der Meßwerte. Aus den empfangenen Echos kann ein genaues räumliches Bild der Erdschichten erstellt werden. Diese Schichten können auch noch in ihrem zeitlichen Verlauf über die Nutzung simuliert werden. Allerdings sind hierfür unvorstellbar viele Rechenoperationen nötig. In den Rechenzentren dieser Firmen stehen die zur Zeit schnellsten Rechner. Sie werden lediglich (geringfügig) von der Leistung der Rechner in den Kernforschungszentren übertroffen.
  2. Das Bohren bis in die Tiefe der Lagerstätten erfolgt völlig konventionell: Während des eigentlichen Bohrvorganges wird das Loch durch die Spülflüssigkeit (mud) stabilisiert. Sie muß nicht nur das Bohrklein nach oben transportieren, die Wand stützen, absperren gegen eindringende Flüssigkeiten, sondern soll auch kühlen und schmieren. Der „mud man“ ist auf jeder Bohrstelle einer der wichtigsten Spezialisten, der seine Spülflüssigkeit ständig den sich ändernden Verhältnissen anpassen muß. Bei den Herstellern seiner Zutaten handelt es sich um eine milliardenschwere Industrie, die nur eingeweihten vertraut ist. Nach und nach wird das Bohrloch mit Stahlrohren ausgekleidet, die jeweils gegenüber dem Gestein durch Zementinjektionen verankert werden. Bis es überhaupt zum „fracking“ kommt, ist das Bohrloch mit mehreren solchen konzentrischen Schichten ausgekleidet. Nach jeder Schicht wird durch eine Druckprobe deren Dichtigkeit festgestellt. Dieser Arbeitsschritt wird so ausführlich geschildert, um den Schauergeschichten von einer Gefahr für das Grundwasser entgegen zu treten. Bis hierhin handelt es sich um die gleichen Arbeitsschritte, wie bei jeder anderen konventionellen Bohrung auch. Das Risiko einer Verseuchung (von oberflächennahen Trinkwasserschichten) ist mithin genauso groß – oder besser – klein. Die Lagerstätten liegen zudem hunderte Meter unterhalb jeder nutzbaren Grundwasserschicht.
  3. Ist die notwendige Tiefe erreicht, wird die Bohrung in die Horizontale umgelenkt. Hierzu ist es notwendig, auf einen durch einen Motor unmittelbar hinter der Krone angetriebenen Bohrer zu wechseln. Ein solcher Motor ist üblicherweise ein Schneckenantrieb, der einem Fleischwolf ähnelt. Die Spülflüssigkeit treibt die Schnecke vor ihrem Austritt aus der Bohrkrone an. Wegen der sich ständig ändernden geologischen Verhältnisse ist es schon nicht einfach, senkrecht nach unten zu bohren. Einer Schicht im Untergrund auf wenige Dezimeter genau zu folgen, ist eine Kunst. Man muß ständig messen, wo man sich genau in der zu folgenden Schicht (siehe Punkt 1) befindet und dem Verlaufen des Bohrers ständig korrigierend entgegenwirken. Hierzu dienen hydraulisch ausfahrbare Leisten am Bohrgestänge. Durch eine individuelle Ansteuerung können sie sich an der Bohrwand abdrücken.
  4. Ist die Bohrung in einer mehrere Kilometer langen Schicht fertig, beginnt erst das eigentliche „fracking“. Anfangs hat man in einem Schritt auf der ganzen Länge Risse erzeugt. Heute geht man in bis zu 30 einzelnen Abschnitten vor. Hierzu werden mit Sprengladungen kleine Anrisse in der Wand des Lochs erzeugt. Anschließend wird ein Flüssigkeits-Sand-Gemisch unter hohem Druck hinein gepreßt. Die Flüssigkeit bricht das Gestein auf und der Sand soll die entstandenen Risse dauerhaft offen halten. Wichtig zum Verständnis der Gefahren ist dabei, daß hier viele kurze Risse erzeugt werden. Man will ja gerade nicht die dünne gasführende Schicht durchdringen, sondern man will das enthaltene Gas schließlich gewinnen! Kein Mensch gibt für eine solche Bohrung zwischen einer bis zehn Millionen Dollar aus, um „sein Gas“ irgendwo im Untergrund verschwinden zu lassen.
  5. Zum Schluß muß vor dem Beginn der Förderung alle Flüssigkeit wieder raus aus dem System. Es ist nicht vermeidbar, daß während der Arbeiten Salze etc. in der Flüssigkeit gelöst werden. Es ist also eine mehr oder weniger giftige Brühe die da hoch kommt. Anfangs hat man die einfach in den nächsten Fluß gegeben. Auch das war – bei den Anfangs noch kleinen Mengen – kein großes Problem. Heute hat man aber über eine Million Bohrungen durchgeführt. Im Schnitt werden in den USA 100 „fracks“ pro Tag ausgeführt. Deswegen werden die Abwässer heute in dafür vorgesehene unterirdische Schichten verpreßt oder das Wasser wird bei Frischwassermangel wieder (kostspielig) aufbereitet. In manchen Fällen ist es ohnehin sogar günstiger mit Propan-Butan-Gemischen („Feuerzeug-Gas“) zu arbeiten.

An dieser Stelle sei ein Einschub gestattet: Kann sich noch jemand an den Medienrummel um die Nutzung von Geothermie vor einigen Jahren erinnern? Der Grüne-Un-Verstand wollte damit die Grundlastversorgung in Deutschland sicherstellen. Die Arbeitsschritte 4 und 5 sind dafür genauso nötig. Nur die Risse müssen für Geothermie hunderte Meter lang sein und das Wasser löst (nach erfolgter Abkühlung) beständig weiter „Schadstoffe“ aus dem Untergrund. Aber Geothermie ist halt politisch korrekt und „fracking“ böse. Zum Glück ist es nach den ausgelösten (und bei jeder Rissbildung unvermeidlichen) Mikrobeben still um die Geothermie in Deutschland geworden.

Die Dauerhaftigkeit der Fracking-Methode

Diskutiert wird die Nutzung solcher Vorkommen. Tatsache ist, daß die Fördermengen einer solchen Bohrung in den ersten Jahren um bis zu 80% abfallen. Das sind gänzlich andere Verhältnisse als bei einer konventionellen Lagerstätte. Allerdings liefert auch eine Fracking-Bohrung über Jahrzehnte Gas. Prinzipiell ist das kein Hindernis: Das Fördergebiet muß nur groß sein und man muß ständig weiter bohren. Solange man mehr für das geförderte Gas bekommt, als das Loch gekostet hat, lohnt sich die Sache. Das ist allerdings der Interessenkonflikt zwischen Verbraucher und Förderer. Sinken die Preise unter ein bestimmtes Niveau ab, wird die Bohrtätigkeit eingestellt. Eine resultierende Explosion der Erdgaspreise wäre die Folge. Deshalb versucht man durch mehrere Verflüssigungsanlagen und Export die Nachfrage zu vergleichmäßigen. Ziel ist eine kalkulierbare Preisstabilität. Sie soll den Anreiz für Investitionen in Großverbraucher (Kraftwerke, Chemieanlagen) schaffen. Besonders wichtig, sind absehbar langfristig günstige Preise, für den weiteren Ausbau der Infrastruktur im Verkehrssektor.

Ein weiterer Aspekt ist, daß man derzeit nur etwa 5% der in einer Schicht enthaltenen Kohlenwasserstoffe fördern kann. Die noch vorhandenen 95% in einem voll erschlossenen Fördergebiet sind ein nicht zu unterschätzender Anreiz. Man arbeitet bereits an sekundären Fördermethoden. Würde es gelingen, nur weitere 5 Prozentpunkte zu gewinnen, würde das den vorhandenen Schatz verdoppeln – wohlgemerkt, bei dann bereits vorhandener Infrastruktur.

Zumindest in den USA dürfte die Gasförderung für Jahrzehnte auf dem heutigen Niveau weiterlaufen. Allen Unkenrufen der „Peak-Oil-Fraktion“ zum Trotz, besteht noch beträchtliches Entwicklungspotential bei bekannt hohen Kohlenwasserstoffgehalten in den Lagerstätten.

Allerdings sind die Erfahrungen nicht ohne weiteres auf andere Regionen übertragbar. Die gesamte „Shale-Revolution“ ist nicht von den großen Ölkonzernen, sondern von mittelständig geprägten Ölfirmen in den USA angetrieben worden. Solche Strukturen gibt es praktisch nicht außerhalb der USA. Deswegen sind die Fortschritte in Argentinien, Polen und China bisher enttäuschend verlaufen. Es wären grundlegende Wirtschaftsreformen in diesen Ländern nötig, um den Erfolg nachvollziehen zu können. Russland ist technologisch und finanziell kaum in der Lage, seine konventionelle Förderung ohne westliche Technik aufrecht zu erhalten. Bei seinem derzeitigen politischen Kurs, dürfte die Entwicklung der dort ebenfalls reichlich vorhandenen Vorkommen für Jahrzehnte auf Eis liegen. Am ehesten dürfte noch China zu Zugeständnissen an US-Firmen bereit sein, da es wegen seiner Luftverschmutzung unter einem enormem Druck steht.

Und nun auch noch Öl

Öl ist in letzter Zeit mehr und mehr aus dem Blickfeld der breiteren Öffentlichkeit geraten. Noch vor wenigen Jahren wurde das baldige Ende der Ölfelder (peak oil) vorausgesagt. Die Welt sollte in Kriege um die letzten Ölfelder untergehen oder der Kapitalismus wegen steigender Ölpreise in sich zusammenbrechen. All diese Katastrophen-Szenarien sind heute unwahrscheinlicher denn je. Leuchtendes Beispiel sind die USA mit ihrem nahen Aufstieg zum größten Ölproduzenten der Welt. Ihr Netto Ölimport fällt beständig und es wird immer lauter über Ölexporte nachgedacht. Aussenpolitisch und weltwirtschaftlich werden die Konsequenzen in Deutschland noch gar nicht richtig wahrgenommen.

Unkonventionelle Ölvorkommen

In einer funktionierenden Marktwirtschaft wie den USA, haben die vor ein paar Jahren steil ansteigenden Ölpreise sofort einen neuen „Goldrausch“ ausgelöst. Jeder wollte sich ein Stück vom Kuchen abschneiden. Außerhalb von Politzirkeln und Konzernzentralen übernahmen die Tüftler die Initiative. Mit ungeheuerlicher Beharrlichkeit und großen persönlichen Risiken wurde die „shale revolution“ geschaffen. Wie war das möglich?

Auf der Erde sind Kohlenwasserstoffe gar nicht so selten, wie uns die unverbesserlichen „Malthusianer“ gerne einreden möchten. Die Verfügbarkeit ist variabel und hängt von der technischen Entwicklung und dem Preisniveau (Nachfrage) ab. Die Technik – sofern man sie nicht politisch behindert – schreitet immer weiter voran. So hat die oben beschriebene „neue Technologie“ zur Gasförderung auch unmittelbar Eingang in die Ölproduktion gefunden. Parallel drang man in die Tiefsee vor. Die Robotertechnik erlaubt heute Ölförderung in tausenden Metern Wassertiefe. Durch diese technischen Entwicklungen sind die Landkarten praktisch neu gezeichnet worden. Gehört es noch heute zur Grundüberzeugung in Deutschland, daß die USA den Golfkrieg nur wegen des Öls geführt hätten, sind die USA inzwischen zum führenden Ölproduzenten aufgestiegen und fangen bereits mit den ersten Exporten an (Kondensate nach Asien, Bau von LNG-Terminals an der Golf- und Ostküste).

Ein Grund für die momentan eher sinkenden Ölpreise ist das gemeinsame Auftreten von Öl und Gas: Es gibt kaum reine Ölvorkommen (z. B. Ölsände in Kanada) oder reine Gasvorkommen. Vielmehr kommt bei der Ölförderung praktisch immer auch Erdgas und bei der Gasförderung immer auch Erdöl (Kondensate, wet gas) mit hoch. Bei der Ölförderung kann man sich (anfangs) mit einem Abfackeln an Ort und Stelle helfen. Die Kondensate der Gasförderung hingegen drücken unmittelbar auf die Ölmärkte. Die Mengen sind in den USA inzwischen so groß, daß die Preise ins Bodenlose gefallen sind. Dadurch wird immer weniger leichtes Erdöl (aus z. B. Nigeria) und zukünftig – nach erfolgtem Umbau der Raffinerien – schwerere und saurere Ölqualitäten (aus Venezuela und Saudi Arabien) verbraucht werden. Die Welthandelsströme für Rohöl werden sich innerhalb eines Jahrzehnts völlig umkrempeln. Die drei großen Produzenten USA, Saudi Arabien und Rußland werden sich neue Märkte suchen müssen. Da die USA wegfallen und Europa und Rußland eher stagnieren, wird wohl Asien lachender Dritter sein.

Ausblick auf die laufenden Entwicklungen

Bei den Förderkosten spielen die Kosten für den Bohrplatz und die Bohrung eine wesentliche Rolle. Für die Akzeptanz in der Bevölkerung insbesondere die Anzahl der Bohrplätze. Für jeden „Bohrturm“ muß ein Stück Wald oder landwirtschaftliche Nutzfläche zumindest zeitweise zerstört werden. Diese Bohrplätze müssen noch durch Straßen und Rohrleitungen untereinander verbunden werden. Vereinfachend kann man sagen, je weniger Bohrplätze, desto größer die Akzeptanz. Man versucht deshalb immer mehr Bohrungen von einem Bohrplatz aus abzuteufen („Polypentechnik“). Entwickelt wurde diese Technik für Bohrinseln. Diese Technik bietet auch noch enorme wirtschaftliche Anreize. Jeder Auf- und Abbau und Transport des Bohrgerätes kostet Zeit, in der die Bohrfirma kein Geld verdienen kann.

Egal ob konventionelle oder unkonventionelle Lagerstätten: Nach der Ausbeutung bleiben immer noch über 60% der Kohlenwasserstoffe unerreichbar in den Feldern. Seit Beginn der Ölförderung ist deshalb die mögliche Entölung ein Dauerproblem. Auch hier gilt: Je mehr Öl man fördern will, je anspruchsvoller die erforderliche Technik und damit überproportional steigende Kosten. Je besser man die Lagerstätten versteht und simulieren kann (s. o. Punkt 1.), desto gezielter kann man „chemische Cocktails“ zur Loslösung der Restöle entwickeln. Diese Forschung ist der Forschung in der Pharmaindustrie zur Entwicklung neuer Medikamente sehr verwandt.Momentaner Renner ist die Verwendung von CO2 als Lösungsmittel. Die Ergebnisse sind so vielversprechend, daß sich CO2 bald von einem „Abfallproblem“ in einen (großtechnisch erzeugten und gehandelten) Wertstoff wandeln dürfte. Erste Anlagen zur Gewinnung von CO2. aus Kohlekraftwerken zur Ölförderung sind in den USA im Bau. Studien für „fortschrittliche Kohlekraftwerke“ in der Golfregion mit seinen zahlreichen alternden Feldern in Arbeit.

Insbesondere in China gewinnt die unterirdische Kohlevergasung zunehmendes Interesse. Auch in USA und Zentraleuropa gibt es schier unendliche Kohlevorräte in unwirtschaftlichen Tiefen oder in der Form zu dünner Flöze. Seit je her gab es Pläne, diese Kohle durch Bohrungen und „In-situ-Vergasung“ zu erschließen. Bisher scheiterten diese Versuche an der geringen Durchlässigkeit der Stein-Kohle. Die Methoden des „shale gas“ eröffnen nun ganz neue Möglichkeiten.

In letzter Zeit ist es etwas still um die Methanhydrate geworden. Nichts desto trotz, ist man sich einig, daß ihre Vorräte größer als alle sonstigen Erdgasfelder und Kohlevorräte zusammengenommen sind. Allein dieser Umstand lockt. Es ist nur eine Frage der Zeit, wann die erste kommerzielle Förderung beginnen wird.

Eigenbedarf und Substitution

Alle Energieträger sind irgendwie untereinander verbunden. Die Relationen der Energiepreise sind relativ konstant. Bricht ein Energieträger aus, wie vor ein paar Jahren die Ölpreise, setzt sofort eine Verschiebung unter allen anderen Energieträgern ein.

Eine besonders bemerkenswerte Substitution findet gerade in Saudi Arabien statt. Es hat 9,6 Millionen Barrel Rohöl pro Tag in 2013 produziert. Inzwischen steht es aber mit seinem Primärenergieverbrauch an zwölfter Stelle (Deutschland Rang 7, Frankreich Rang 10, Großbritannien Rang 13) weltweit. Es deckt über 60% seines Eigenverbrauchs mit Erdöl ab. Die Produktion von knapp 300 TWh (Deutschland rund 600 TWh/a) elektrischer Energie jährlich geschieht ausschließlich in Öl und Gaskraftwerken. Man will nun in den nächsten Jahren 0,5 Millionen barrel Öl pro Tag „gewinnen“, indem man die Feuerung in einigen Ölkraftwerken auf Erdgas umstellt. Damit jedoch nicht genug. Da Stromverbrauch und der Energiebedarf für Meerwasserentsalzung auch in den nächsten Jahren stark ansteigen wird, ist der Bau von mindestens 14 Kernkraftwerken in den nächsten zwanzig Jahren geplant. Die Vereinigten Emirate haben bereits vier Reaktoren im Bau und Iran plant ebenfalls weitere Kernkraftwerke.

Ausblick

Teil 2 wird sich mit der Situation der Kernenergie unter diesen Randbedingungen befassen.