Kwiecień 2013 r.

Jako ważne centrum badawcze, Centrum Badawcze Nauk Geologicznych GFZ wnosi ważny wkład w dziedzinie zrównoważonego zaopatrzenia w energię w skali narodowej i światowej, n.p. poprzez zastosowanie głębokiej energii geotermalnej, składowanie podziemne w różnych celach oraz  identyfikację złóż i źródeł energii konwencjonalnej i niekonwencjonalnej. Badania nad węglowodorami odgrywają tu znaczącą rolę ponieważ jest jasne, że przejście do zaopatrzenia w energię ze źródeł odnawialnych, jak to zostało zaplanowane i zainicjowane przez niemiecki projekt  "Energiewende" (pol. transformacja energetyczna) może potrwać dziesiątki lat. Surowce będące źródłem energii kopalnej pozostaną ważne wśród niemieckich, europejskich  i światowych źródeł energii przez wiele nadchodzących dziesięcioleci, i to nie tylko z powodu ciągle rosnącego zapotrzebowania na energię na całym świecie. Gaz naturalny pełni tutaj coraz bardziej centralną rolę ponieważ jest najbardziej czystym źródłem kopalnej energii do spalania.

Badania energii w Centrum GFZ dotyczą również gazu z łupków, t.zw. gazu łupkowego, i zajmują się kwestią istotną przy eksploatacji gazu łupkowego metodą frackingu (właściwa nazwa: szczelinowanie hydrauliczne).

SHIP:  Co dzieje się w formacjach geologicznych po wtryskaniu do nich dużych ilości wody, piasku i chemikaliów?

Prof. Horsfield: Dzieje się jest dokładnie to, co się ma dziać: ciśnienie wody na skałę powoduje powstanie sieci maleńkich peknięć w tej skale; dokładnie mierzone ciśnienie wody musi przewyższyć wartość krytyczną, która zależy od panujących na głębokości napięć oraz od wytrzymalości skały na rozciąganie. Rozprzestrzenianie się pęknięć w skale może być z góry zoptymalizowane przez dokładne badania geologiczne przed szczelinowaniem oraz  przez modelowanie komputerowe. Chemikalia wspomagają cały proces szczelinowania, n.p. reduktory tarcia pozwalają na łatwiejsze wpompowywanie wody na głębokość, a biocydy zapobiegają wzrostowi bakterii w maleńkich szczelinach. Ziarenka piasku osadzają się w zindukowanych szczelinach zapobiegając ich ponownemu zamknięciu, gdy płyn szczelinujący zostanie wypompowany spowrotem z odwiertu po zakończeniu szczelinowania hydraulicznego.

SHIP: Czy proces ten jest analizowany lub testowany przez GFZ? 

Prof. Horsfield: W ośrodku GFZ, na przykład, w sposób laboratoryjny dokładnie analizuje się powstawanie i rozprzestrzeniane się szczelin w formacji łupkowej w bardzo zróżnicowanych warunkach. Wyniki badań zostaną wykorzystane i umożliwią przeprowadzenie szczelinowania hydraulicznego w sposób bardziej celowy niż to było dotąd możliwe. W ośrodku GFZ prowadzone są prace rozwojowe nad koncepcjami ulepszonego monitoringu mikrosejsmicznego i potrzebnymi do tego narzędziami w celu prześledzenia formowania się szczelin w skale podczas szczelinowania hydraulicznego w sposób jeszcze bardziej dokładny niż dotąd.

Finansowany przez przemysł, projekt na skalę europejską, GASH,  przyniósł nowe spostrzeżenia jeśli chodzi o potencjalne możliwości gazu łupkowego w Niemczech oraz krajach sąsiadujących, włącznie z nowatorskimi koncepcjami odnośnie wtórnej porowatości formacji oraz identifikacji nowych źródeł gazu, tak o bardzo wysokich (>200°C), jak i bardzo niskich (biogenicznych) temperaturach geologicznych. Projekt GeoEn finansowany przez BMBF (Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych) zaowocował nowymi spostrzeżeniami jeśli chodzi o właściwości mechaniczne skał oraz o architekturę minerałów tworzących skałę w nanoskali, a także jeśli chodzi o skład chemiczny płynów wymywających, ulepszając przez to dane szacunkowe odnoszące się do potencjału danego złoża, jak i wydajności węglowodorów.

Równolegle do tej działalności zaprojektowaliśmy i wcieliliśmy w życie prestiżową Platformę Informacyjną o Gazie Łupkowym  (SHIP), której zadaniem jest prezentowanie społeczeństwu i sferom politycznym faktów,  tym samym udzielając pierwszeństwa nauce przed polityczną retoryką oraz dezinformacją pochodzącą od aktywistów po obu stronach debaty na temat gazu łupkowego.

SHIP:  Jakie jest stanowisko GFZ w stosunku do szczelinowania hydraulicznego?

Prof. Horsfield:  Przy zastosowaniu najlepszych obecnie dostępnych technologii oraz ścisłym przestrzeganiu zasad ochrony środowiska, eksploatacja gazu naturalnego ze złoża łupków przy użyciu metody szczelinowania hydraulicznego wydaje się być możliwa i zgodna z  przyjaznym stosunkiem do środowiska. Jednak konieczne jest  uzyskanie dalszej dogłębnej wiedzy w kilku kwestiach. Nie można uzyskać odpowiedzi na pozostałę pytania tylko w laboratorium czy poprzez modelowanie komputerowe, ale powinno się to odbyć w badaniach terenowych i/lub w odwiertach poszukiwawczych (a nie odwiertach eksploatacyjnych). Jest to oczywiste, ale powinno być jeszcze raz: jasno przypomniane: badania są prowadzone w sposób jawny i bez uprzedzeń, a ich wyniki są publikowane.

SHIP:  Podczas frackingu stosuje się chemikalia i wysokie ciśnienie w celu pokruszenia skały aby mógł wydostać się z niej gaz.  Czy stanowi to zagrożenie dla wód gruntowych?

Prof. Horsfield: Doświadczenie z technologią pokazuje, że przy ponad 100.000 odwiertach gazu łupkowego na całym świecie i przy ponad dwóch milionach operacji szczelinowania hydraulicznego (nie tylko przy eksploatacji gazu łupkowego), istnieje tylko jeden udokumentowany przypadek zatrucia wód gruntowych płynami szczelinującymi, które przedostały się do wód gruntowych z głębszych formacji geologicznych. To jest bardzo niewielka liczba.

Innymi źródłami zagrożeń dla wód gruntowych są: nieodpowiednie obchodzenie się z substancjami (chemicznymi) na powierzchni, przecieki z odwiertów, albo nieodpowiednie uzdatnianie lub odprowadzanie zużytej wody. Wiadomo jest, że wody gruntowe zostały skażone z tych powodów.  Jednak  zagrożenia te nie są związane bezpośrednio ze szczelinowaniem hydraulicznym, t.zn. z formowaniem się szczelin w skale podczas eksploatacji gazu łupkowego, związane są one z całym procesem eksploatacji ropy i gazu naturalnego.

Analiza tysięcy operacji szczelinowania przy eksploatacji gazu łupkowego wykazuje, że 99% szczelin jest krótszych niż 350 metrów. W bardzo wyjątkowych przypadkach mogą one osiągnąć długość prawie 600 metrów. W związku z tym istnieje obecnie przekonanie, że odległość 1.000 metrów pomiędzy częścią odwiertu przeznaczoną do szczelinowania a skałami nośnymi świeżej wody jest wystarczająca do zapewnienia bezpieczeństwa świeżej wody.

Wysokość ryzyka skaźenia wód gruntowych zależy od konkretnych warunków geologicznych, które są różne w każdym przypadku. To może i musi być ustalone poprzez regionalne i lokalne wstępne badania geologiczne.

SHIP:  Czy istnieje ryzyko wywołania trzęsień ziemi?

Prof. Horsfield: Ryzyko wywołania trzęsień ziemi w wyniku szczelinowania hydraulicznego wystarczająco silnych aby były odczuwalne przez ludzi jest przez badania naukowe klasyfikowane jako niskie. Gruntowne wstępne badania geologiczne, odpowiednia kontrola ciśnienia wstrzykiwania i dokładny monitoring sejsmiczny podczas szczelinowania hydraulicznego mogą jeszcze bardziej obniżyć to ryzyko. Wygląda na to, że to raczej ponowne wstrzykiwanie płynów szczelinująch w formacje geologiczne może wywołać wyczuwalne trzęsienia ziemi niż sam fracking.  Jest jasne, że skala wpompowywania (płynów) musi być właściwie kontrolowana w czasie pozbywania się płynów tą drogą.

SHIP:  Fracking jest także krytykowany ponieważ ma on niedobrą równowagę klimatyczną; przy eksploatacji zużywa sie stosunkowo dużej ilości energii.  Czy jest to rzeczywiście wada tej metody?

Prof. Horsfield:  My w GFZ nie przeprowadziliśmy własnych badań na ten temat, ale istnieje już wiele studiów naukowych, które pokazują, że emisje gazów cieplarnianych podczas eksploatacji gazu łupkowego są tylko nieznacznie wyższe niż emisje podczas eksploatacji gazu naturalnego ze złóż konwencjonalnych. Sedno sprawy znajduje się gdzie indziej - w stale rosnącym całkowitym spożyciu gazu naturalnego, tak ze złóż konwencjonalnych, jak i niekonwencjonalnych.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna MAE (ang. IEA) ustaliła jesienią zeszłego roku, że samo tylko zwiększone wykorzystanie gazu naturalnego nie wystarczy aby osiągnąć wyznaczony międzynarodowy cel redukcji emisji gazów. Wymagałoby to bardziej fundamentalnej zmiany w sposobie wykorzystania energii w skali globalnej. Włączyć w to należy, przede wszystkim, poważne wysiłki w celu poprawienia efektywności energetycznej, rozwój energii odnawialnej oraz szerokie zastosowanie nowych technologii mających na celu zredukowanie emisji gazów cieplarnianych, z możliwym zastosowaniem wychwytywania i przechowywania dwutlenku węgla (sekwestracja dwutlenku węgla, ang. CCS). Jednak, gdy nadal istnieje zapotrzebowanie na źródła energii kopalnej, gaz naturalny stanowi z wyboru pierwsze źródło na drodze w stronę zrównoważonego zaopatrzenia w energię.

SHIP:  Stany Zjednoczone polegają teraz na frackingu w celu uzyskania autonomii w zakresie polityki energetycznej.  Czy potencjalnie ten sam proces nastąpi w innych częściach świata?

Prof. Horsfield: W miejscach, gdzie znajdują się przypuszczalnie duże złoża gazu łupkowego istnieje potencjał krajowej eksploatacji na dużą skalę, co może spowodowoać zmniejszenie zależności od importu. Jednak czy faktycznie dojdzie to do skutku zależeć będzie w końcu czy wielkośc złóż zotanie  potwierdzona, ale także i od wielu innych czynników związanych z ekonomią i polityką.

SHIP:  Czy nie istnieje wystarczająco dużo złóż gazu na świecie, z których możnaby czerpać w konwencjonalny sposób?

Prof. Horsfield: Na Ziemi znajdują się bardzo duże złoża konwencjonalnego gazu naturalnego. Jednakże około 40% tych złóż znajduje się albo na Syberii Zachodniej, albo w rejonie Zatoki Perskiej, co oznacza, że znajdują się one w regionach stosunkowo niestabilnych, mówiąc geopolitycznie. To samo dotyczy części złóż w Afryce Północne - wystarczy tylko pomyśleć o ataku terrorystycznym na kompleks gazowy w Algerii w styczniu (2013 r.). Poszukiwanie innych (krajowych) złóż gazu naturalnego może być całkowicie uzasadnione. Obecne prognozy MAE zakładają, że zapotrzebowanie na gaz naturalny na całym świecie znacznie wzrośnie. Jeśli przewidywania te się sprawdzą, gaz łupkowy będzie miał coraz większą rolę do spełnienia.

SHIP: Dziękujemy!