1 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla

Stoffliche Basis für

Gefährdungsabschätzungen

und Trinkwasserschutz

Berlin, 6. März 2012

Dr. Birgit Gordalla, Prof. Dr. Fritz H. Frimmel

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Differenzierung verschiedener Wässer –Quellen und Eintrag

Frack-Fluid

Lagerstättenwasser

Flowback (Lagerstättenwasser und Frack-Fluid)

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Grundwasser

Oberflächenwasser

Trinkwasser

3 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla

Anforderungen an das Trinkwasser

Frei von Einflüssen, die die Gesundheit schädigen

− keimarm (frei von pathogenen Keimen),

− biologisch stabil (frei von Stoffen, die das Keimwachstum begünstigen)

− frei von chemischen Stoffen, die toxisch sind

(Trinkwasserverordnung; Anlagen 1, 2 und 3)

Nutzungsbezogener Grundwasserschutz

– Schutzzonen I, II und III

4 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla

Grundwasser und Gewässerschutz

Grundwasserverordnung (Prüfwerte, Schwellenwerte)

Rolle des Grundwassers− Ressource für das Trinkwasser ���� Humantoxikologie

− Gewässer ���� Ökotoxikologie

5 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla

Frack-Fluide

Funktion:Transport von Stützmitteln in die durch das Fracking

geschaffenen Wegsamkeiten

� Erreichen der maximalen Methangewinnung

Im tiefen Gestein (Carbongestein, Buntsandstein):Gel-basierte Fracks � hohe Viskosität, niedrige Pumprate

Im Schiefergestein:Slick-Water-Fracks � niedrige Viskosität, hohe Pumprate

(ob bei CBM gefrackt wird, ist noch offen)

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Frack-Fluide - DatenbasisA) Rezepturen von Fracks seit den 1980er-Jahren

(von Exxon veröffentlicht unter: http://www.erdgassuche-in-deutschland.de/hydraulic_fracturing/frac-fluessigkeiten/index.html)

Angaben orientiert an Kennzeichnungspflicht

(Gefahrstoffkennzeichnung, WGK)• eingesetzte Massen• Stoffidentität (etwa 150 Stoffe)

CAS-Nummern, Stoffnamen, chemische Substanzklasse„nicht gefährlicher Stoff“ oder „nicht kennzeichnungspflichtiger Stoff“

B) 3 „Referenzfracks“ aus jüngerer Zeit aus A)

C) Rezepturen für 2 geplante Fracks im Buntsandstein als Orientierungswerte

D) Rezeptur für künftige Slick-Water-Fracks im Schiefergestein

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Frack-AdditiveFunktion Beispiel

Tonstabilisatoren Tetramethylammoniumchlorid, Kaliumchlorid

Verdickungsmittel Guarmehl, (CMHPG*-Polymer),Kohlenhydrat-Derivate

Vernetzer Triethanolamin, Natriumtetraborat,Zirkondichloridoxid, Zitrusterpene

Brecher Natriumbromat, Diammoniumperoxodisulfat

Hochtemperaturstabilisatoren Natriumthiosulfat

Stabilisatoren Tetraethylenpentamin

Puffer Natriumhydrogencarbonat, Salze aliphatischer Carbonsäuren

Tenside Ethoxylierte Alkohole, Glykolether

Reibungsreduzierer leichte Erdöldestillate, hydrogenisiert

Lösemittel 2-Butoxyethanol, Propan-2-ol

Biozide Kathon® *** Carboxymethyl-hydroxypropyl-Guar

** 5-Chlor-2-methyl-3H-isothiazol-3-on und 2-Methyl-2H-isothiazol-2-on (3:1)

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Sha slick (neue Rezeptur für Slick-Water-Fracks im Schiefergestein), Damme (2008, 3 Injektionen)n = nicht eingesetzt

Fortentwicklung Rezepturen (Beispiel Schiefergas)Inhaltsstoff

Sha slick Damme

Ethylenglykol(bis)hydroxymethylether< 1000 mg/L (< 1600 kg)

n

5-Chlor-2-methyl-2H-isothiazol-3-on und 2-Methyl-2H-isothiazol-3-on (3:1)

n< 3,8 mg/L (< 46 kg)

Cholinchlorid< 750 mg/L (< 1200 kg)

n

Tetramethylammoniumchlorid n< 530 mg/L (< 6370 kg)

Butyldiglycol< 350 mg/L (< 560 kg)

n

Hydrogenisiertes leichtes Erdöldestillat n< 218 mg/L (< 2640 kg)

Polyethylenglycol-monohexyl-ether< 130 mg/L (< 208 kg)

n

Polyethylenglycoloctyl-phenylether n< 360 mg/L (< 4400 kg)

RE

IBU

NG

SR

ED

UZIE

RE

R

Konzentration (Fracht)

BIO

ZID

TO

N-

STA

BIL

ISA

TO

R

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Biozide- strenger Grenzwert in der TVO (0,1 µg/L)

- aus technischen Gründen eingesetzt (Korrosionsschutz); trägt auch dem Ziel Rechnung, dass der Untergrund von (pathogenen) Keimen und Biofilmen freigehalten wird

- bisheriger Einsatz: nicht-oxidierende Brom- und Chlor-abspaltende Biozide, auch aus der Kühlwasserkonditionierung bekannt

- zuletzt Kathon, WGK 3

- neu für Schiefergas: Ethylenglykol(bis)hydroxymethylether, WGK 1

- in der Literatur diskutiert: „oxidierende Biozide“

- auch diskutiert: UV-Desinfektion des Frack-Wassers

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Anforderungen an Frack-Fluide

Durch die Berücksichtigung dreier unterschiedlicher Beurtei-lungsmaßstäbe lässt sich ein weitgehendes Schutzniveau etablieren.

- Berücksichtigung der Trinkwasserverordnung …

- Arbeits- und Drittschutz bei der Verwendung (CLP-Richtlinie, Humantoxizität)

- Minimierung der Auswirkungen auf die Umwelt (Ökotoxi-kologisches Prüfraster)

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Zusammenfassung

− In der Vergangenheit hat ExxonMobil etwa 150 verschiedene Chemikalien eingesetzt.

− Der Trend: weniger Stoffe, Transparenz über die ein-gesetzten Stoffe und weniger kritische Stoffe im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit.

− Neben Frack-Fluiden zu betrachten : Lagerstättenwasser mit Schwermetallen, Salzen, org. Schadstoffen (Benzol u.a.) und ggf. radioaktiven Stoffen.

− Beurteilung nach humantoxikologischen und ökotoxi-kologischen Kriterien. Außerdem sind Anforderungen aus Trinkwasserschutz (Grundwasserschutz) zu beachten.