2014-02:Tar Sands

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Teil 5

"Tar Sands":
Nachhaltige Zerstörung von Urwäldern und Feuchtgebieten, Enteignung indigener Menschen und größter Einzelverursacher des Treibhauseffekts

fb Die vorigen Teile dieses Artikels gaben einen Überblick über die Tar Sands-Vorkommen und die Ölindustrie in Alberta. Weiterer Fokus waren die ökologischen Auswirkungen der Tar Sands-Industrie und die Technologie der Rohölerzeugung aus den Tar Sands von der Konditionierung bis zum Upgrading. Zuletzt wurden die verschiedenen Abbauverfahren, insbesondere im Tagebau, genauer betrachtet.


Inhaltsverzeichnis


Update: Atomkraft+Tar Sands

Noch im Herbst vergangenen Jahres hatten wir in Teil 2 dieser Artikelreihe resümiert, dass nach mehreren erfolglosen, auf viele Jahre gestreckten Anläufen die Atomkraft beim Abbau der Tar Sands ins Spiel zu bringen vom Tisch sei. "Vorerst" war die vorsichtige Formulierung - zu Recht, wie sich an den Äußerungen der kanadischen Atomlobby zeigt. Im Canadian Nuclear Factbook preist die Lobbyorganisation der kanadischen Atomindustrie "Kleine Modulare Reaktoren" (SMR - Small Modular Reactors) als Option an, den ökologischen Fußabdruck der Tar Sands-Industrie Albertas durch Bereitstellung von Prozesswärme anstelle der praktizierten Verbrennung fossiler Brennstoffe zu reduzieren[1]. - Also das Konzept, von dem sich die Industrie scheinbar schon verabschiedet hatte. Ob das wieder nur die Phantasien abgehobener Lobbyist*innen ist, oder tatsächlich Aktivitäten zur Umsetzung dieser Ideen eingeleitet werden, muss sich noch zeigen.


Monster-Technik

In den 1970ern konnten die größten Bergbau-Laster etwa 60 Tonnen laden. Das änderte sich in den 1980er Jahren, und 1993, als Suncor auf Schaufelbagger und Laster umstellte, betrug die Maximallast der Trucks schon 240 Tonnen. Zur Jahrtausendwende steigerten sich diese Dimensionen weiter, und einer dieser Monster-Trucks war in der Lage, 380 Tonnen zu transportieren. Auch 400-Tonnen-Laster sind danach entwickelt worden. Für diese gigantischen Fahrzeuge mussten neue Reifentechnologien entwickelt werden, um solche Frachten tragen zu können.

Parallel zur Entwicklung dieser monströsen Laster wurden auch die Baggerkapazitäten ausgeweitet. Die ersten Schaufeln fassten noch knapp unter 12 m³, bis zum Jahr 2000 hatte sich der Umfang auf über 44 m³ bei einer Last von bis zu 100 Tonnen erhöht.


Hydrotransport

Anfang der 1990er Jahre wurde der sogenannte "Hydrotransport" eingeführt - die Nutzung von Pipelines zum Transport von mit Wasser vermischten Teersanden. Diese Technologie wird von der Industrie als kosteneffektiv und effizient bewertet. Damit wurden die alten Förderbandanlagen zwischen Bergwerk und Extraktionsanlagen ersetzt. Um einen transportfähigen Schlamm zu erhalten, werden die Tar Sands zunächst trocken zerkleinert und dann in einem Cyclofeeder mit Wasser gemischt. Zur Entfernung großer Brocken kann der Schlamm noch gesiebt werden, bevor er per Hydrotransport zur Extraktionsanlage bewegt wird.

Der Hydrotransport kombiniert den Transportvorgang mit der Konditionierung der Teersande und spart weitere Arbeitsschritte. Kurz vor der Ankunft in der Anlage können noch in der Pipeline Luft und Zusatzstoffe wie Kerosin, Diesel oder Methyl-Isobutyl-Carbinol beigefügt werden, um die Flotation des Bitumens zu unterstützen. Der Schlamm wird direkt in die primären Separationskessel der Extraktionsanlage eingeleitet. Da die Temperaturen beim Hydrotransport niedriger sind, ist auch der Energiebedarf geringer.


In Situ-Abbau

In Situ-Verfahren sind eine alternative Abbaumethode zu herkömmlichen Bergwerken, wie den bei den Athabasca Tar Sands anzutreffenden Tagebauen. "In Situ" bedeutet gewissermaßen "an Ort und Stelle", und bezieht sich darauf, dass der Rohstoff, in diesem Fall die Teersande, direkt beim Abbau extrahiert wird. Diese Verfahren werden vor allem bei tiefer gelegenen Lagerstätten angewandt, die nur mit hohem Aufwand mittels Bergwerken zu nutzen wären. Die Tar Sands-Regionen Cold Lake und Peace River werden ausschließlich, die Athabasca Tar Sands zu 90%, mit dieser Technologie ausgebeutet. Schätzungsweise 138.000 km² (die Fläche Floridas) der Tar Sands-Gebiete Albertas - etwa das 50fache der im Tagebau abbaubaren Fläche - beherbergen "tiefe" Vorkommen, was 21 % von Alberta ausmacht[2]. Davon sind bislang 35,680 km² (vergleichbar der Fläche Vancouver Islands) vom Staat an die Industrie verpachtet worden[2]. Frühe Tar Sands-Betriebe benutzten Kabelbohranlagen, später waren Rotarybohrgeräte in Verwendung, um die Lagerstätten zu erkunden und zu vermessen.

Die Ausbeutung tiefer Tar Sands-Vorkommen erfordert ein engmaschiges Netz aus Straßen, Pipelines, Bohrfeldern und Produktionsanlagen im Borealen Wald. Durchschnittlich werden 8,3 % des Waldes per Kahlschlag beseitigt (bezogen auf die bisher an die Industrie verpachteten Flächen macht das 2.960 km²) sowie 3,2 km Straßen pro Quadratkilometer (entsprechend 9.472 km bei den aktuellen Flächen) angelegt. Sollte die Gesamtfläche der tiefer gelegenen Tar Sands-Vorkommen ausgebeutet werden, würden demnach 11.454 km² Boreale Wälder abgeholzt und insgesamt 441.600 km Straßen, Pipelines und Hochspannungsleitungen errichtet werden.[2] - Auch im In Situ-Verfahren, wie bei den Tagebau-Anlagen, findet massive Fragmentieren, die Zersiedelung einst zusammenhängender natürlicher Waldgebiete, statt. Die Oberflächen-Beeinträchtigung durch In Situ-Tar Sands-Projekte ist um ein Vielfaches größer als bei konventionellen Öl- oder Gasfeldern[2].

Der Rückgang der Waldkaribu-Population in einigen Gebieten Nordost-Albertas um 50 % wird den zusammenspielenden Wirkungen aus dem Ausbau der Naturgebiete, was die In Situ-Anlagen mit einschließt, zugesprochen. Unzählige wissenschaftliche Studien sagen voraus, dass das Karibu bei Realisierung der In Situ-Ausbaupläne der Tar Sands-Industrie in dieser Region ausgerottet werden wird. Forschungen in der Provinz Alberta haben außerdem ergeben, dass viele Pelztiere und einige Waldvogelarten in Folge der industriellen Umgestaltung der Borealen Wälder in ihren Beständen zurück gehen. Auf regionaler Ebene wird prognostiziert, dass den aktuellen Ausbauplänen folgend beispielsweise die Populationen von Mardern, Fischermarder, Luchs, Grünwaldsänger, Saftlecker und Andenbaumläufer abnehmen werden.[2]

Es gibt verschiedene In Situ-Varianten. Die beiden wichtigsten sind CSS (Cyclic Steam Stimulation - Zyklische Dampfstimulation) und SAGD[2] (Steam Assisted Gravity Drainage - Dampfunterstützte Schwerkraftdrainage). Bei ersterer wird Dampf über Tage oder Wochen durch eine einzelne Bohrung in die Lagerstätte gepresst und anschließend auf selbem Weg das somit mobilisierte Bitumen abgepumpt. Im SAGD-Verfahren werden zwei Bohrungen angesetzt, von denen eine der Einführung von Wasserdampf zur Erhitzung und Mobilisierung des Bitumens dient, und die zweite, tiefer gelegene, den nach unten verdrängten Rohstoff absaugt[2].[3] Während bei Lagerstätten mit hoher vertikaler Durchlässigkeit die Gravitation ausnutzende Verfahren wie SAGD[2] eingesetzt werden können, kommt die CSS-Technologie eher bei höherer horizontaler Durchlässigkeit zum Einsatz, die Hochdruck-Wasserdampf erfordert.

Die Gesamtmengen von durch In Situ-Technologien gewonnenem Bitumen stehen heutzutage im Fördervolumen mit den Produktionsmengen im Tagebau auf gleicher Höhe. Zukünftig soll die Produktion mit diesen Verfahren den herkömmlichen Abbau noch überflügeln. Die beiden wichtigsten Herausforderungen für den Einsatz von In Situ-Verfahren sind die Reduzierung der Viskosität des Bitumens (Mobilisierung) und die Bergung selbigens. Unbehandeltes Bitumen fließt nicht. Es ist zu zäh zum Pumpen, für Bohrlöcher und Pipelines. Dieses Problem wird durch Hitze - in der Regel Wasserdampf - gelöst, die das Bitumen mobilisiert. Teils werden dem Dampf Lösemittel beigefügt, um die Zähigkeit des Bitumens zu verringern.


SAGD-Technologie

Seit den 1920ern werden gerichtete Bohrverfahren, einschließlich horizontaler Bohrungen, erfolgreich im Bergbau angewandt. Aber erst die technologischen Fortschritte in den 1980er Jahren machten diese Technologie für In Situ-Bergbau brauchbar. Heute sind unterirdische Bohrungen mit scharfen Kurven und auch in der Horizontalen auf weite Distanzen möglich. Dadurch vergrößerte sich der Umfang erreichbarer Lagerstätten. Die SAGD-Technologie erfordert solch präzise angelegte Bohrungen und wurde erst durch diese Entwicklungen praktikabel. Sie kommt in der Tar Sands-Industrie immer häufiger zur Anwendung. Hier werden zwei Kanäle übereinander angelegt, Wasserdampf wird durch den oberen geleitet, um das Bitumen zu mobilisieren, der untere fängt es auf und transportiert es ab.

Die Mindesttiefe für dieses Verfahren beträgt 100 Meter, kann aber auch deutlich tiefer liegen. Auf jedem Fall muss oberhalb der Lagerstätte eine abschließende Gesteinsdecke vorliegen, die dafür sorgt, dass die eingeleitete Hitze nicht nach oben entweichen kann, sondern sich auf die Tar Sands fokussiert, um das Bitumen zu verflüssigen. Damit SAGD-Verfahren effektiv sind, muss die Stärke der Lagerstätte mindestens 12 Meter betragen und einen reichen Gehalt an Bitumen (mindestens 10%) aufweisen. Die Lagerstätte sollte nicht zu viel Wasser oder Gas enthalten, da diese die Hitze ableiten würden. Außerdem sollte eine gute vertikale Durchlässigkeit gegeben sein, um dem erhitzten Bitumen das Fließen durch die Formation zu ermöglichen.

In Situ-Verfahren, die auf horizontalen SAGD-Bohrungen aufbauen, sind mehr als doppelt so teuer wie solche, die nur mit vertikalen Bohrlöchern arbeiten. SAGD-Anlagen können bis zu zehn Jahre in Betrieb sein und mehr als die Hälfte des Bitumens ausbeuten. Zuerst wird eine vertikale Bohrung in die Tiefe vorgenommen, bis die Schicht der Tar Sands erreicht ist. Hier setzt nun die horizontale Technologie an - ein etwa 1.000 Meter langer Kanal wird quer durch die Lagerstätte getrieben. Unter Einsatz flexibler Rohre und spezieller Ausrüstung wie Lenkbohrwergzeug sowie spezialisierten Überwachungssystemen wird der Bohrkopf gesteuert und kann so auch die Richtung ändern. Die obere Leitung wird als Injektionsschacht bezeichnet, da hier der heiße Dampf in die Lagerstätte eingeleitet wird.

Hier kommt sogenanntes "Measurement While Drilling" (MWD - Bohrlochvermessung[4]) zum Einsatz - eine Technologie, die diverse Sensoren in spezialisierten Bohrköpfen umfasst. Das umfasst empfindliche Elektronik und Computer und basiert auf Verfahren der angewandten Wissenschaften, um die Messungen auszuwerten und Bohrköpfe zu steuern. Die Elektronik erfasst den Bohrwinkel und -richtung (Inklination) sowie die zurückgelegte Entfernung. Zur Ausrichtung zweier Bohrungen werden magnetische Leitwerkzeuge eingesetzt, die vertikale und horizontale Distanzen abgleichen. Die elektronische Einheit im Bohrkopf kommuniziert die Informationen zur unterirdischen Überwachungsausrüstung, einem Bohrlochcomputer und dem Bohrungsleitsystem. Der Computer vergleicht fortlaufend die ermittelten Werte mit den programmierten Bohrpfaden, und veranlasst Korrekturen in der Ausrichtung des Systems.

Ein zweites Bohrloch (Produktionsschacht) wird in genau festgelegtem Abstand vom ersten Kanal und im horizontalen Teil unterhalb des Injektionskanals angelegt, wobei die genannten elektromagnetischen Sensoren, Sensoren zur Bohrkopfausrichtung etc. zum Einsatz kommen. Der genaue Abstand der Kanäle hängt von der Lagerstätte ab - bei den Athabasca Tar Sands beträgt die Distanz der Leitungen 5 Meter. Der Produktionskanal wird dem unteren Boden so nahe wie möglich installiert. An der Oberfläche wird in großen Erhitzern Dampf produziert, der durch die unterirdischen Niederdruck-Pipelines, um die Untergrundformation nicht aufzureißen, in die Lagerstätte injiziert wird. Vom Injektionsschacht ausgehend vergrößert sich die erhitzte Zone durch das verflüssigte, fließende, der Schwerkraft folgende, Bitumen immer weiter in Richtung Produktionskanal. Dieser Schacht fängt das nach unten fließende verflüssigte Bitumen auf, das dann nach oben gepumpt wird.


CSS-Technologie

Bei der Cyclic Steam Stimulation wird extrem heißer Dampf von mehr als 350° C unter hohem Druck in die Tar Sands injiziert. Durch den Hochdruck wird die Lagerstätte aufgebrochen, die Teersande werden aufgeschmolzen. Während der Dampf in das Lager eindringt, fließt das erhitzte Bitumen zu einem Produktionsschacht und wird dort an die Oberfläche gepumpt. Zunächst liegt die erhitzte Zone zigarrenförmig horizontal um die Kanäle herum. Mit der weiteren Injektion von Dampf vergrößert sich der Bereich und nimmt auch vertikale Ausmaße an. Um die Ausbeute zu maximieren, kann die Prozedur mehrfach wiederholt werden. CSS wird seit 1964 in den Cold Lake Tar Sands eingesetzt und hat dort bessere Ergebnisse gebracht als an anderen Orten. Hier ist die Schicht der Teersand-Lagerstätte dünner und tiefer gelagert als beispielsweise im Athabasca-Lager.

Eine CSS-Anlage kann in einer Tiefe von 300 bis 600 Metern installiert werden. Bis zu 20 eng gesetzte Schächte können ausgehend von einem Ausgangspunkt gebohrt werden, um Kosten zu sparen und eine hohe Ausbeute zu erzielen. Die Lagerstätte muss mindestens 15 Meter dick sein, in der Cold Lake-Region liegt die Stärke bei mehr als 40 Metern.

In der Peace River-Region ist Shell Canada im Einsatz und beutet die Tar Sands mittels einer angepassten CSS-Technologie aus, die "Horizontal Cyclic Steam" genannt wird. Hier wird ein einzelner Schacht genutzt, der am Fuß in horizontale Kanäle in die Lagerstätte ausläuft. Über zwei Monate wird der Dampf durch die horizontalen Leitungen in den Untergrund gepumpt, um die Tar Sands aufzuweichen. Sobald das Bitumen ausreichend erhitzt ist, um fließen zu können, wird es durch den selben Schacht an die Oberfläche gepumpt. Durch die horizontalen Bohrungen wird ein größerer Bereich der Lagerstätte erfasst, ohne hohe Installationskosten zu erzeugen.


Atombomben - oder was Ingenieure sich so ausdenken

Die Problematik der Verflüssigung des unterirdischen Bitumens, um es abpumpen zu können, hat zahlreiche Experimente ausgelöst - viele davon angewandt in der Praxis, manche zum Glück nur in Gedanken. Denn es scheint Ingenieure einer profitablen Industrie, die mit Scheuklappen nur die technische Herausforderung der Produktion verfolgen, können äußerst kreativ sein - und begreifen nicht, was sie sich da ausdenken. Eine dieser wahnsinnigen Ideen ist das sogenannte "Fire Flooding" (Feuerflutung) oder "Combustion" (Feuerung) - hierbei wird Sauerstoff eingeleitet und in das Gestein injiziert, anschließend wird die Lagerstätte im Untergrund in Brand gesetzt. Dabei verbrennt auch ein Teil des Bitumens, der Rest des nun fließfähigen Materials wird durch die Produktionsschächte abgepumpt.

Noch weiter geht der Irrsinn, wenn vorgeschlagen wird unterirdisch kleinere Atombomben zu zünden. Angebracht unterhalb der Lagerstätte soll so ein riesiger Hohlraum geschaffen werden, der sich mit dem durch die Explosion erhitzten und verflüssigten Bitumen füllt und abgepumpt werden könnte. Diese Idee wurde von den späten 1950ern bis Anfang der 1970er Jahre in vielfältigen Theorien verfolgt. Das Propaganda-Museum der Tar Sands-Industrie, das Oil Sands Discovery Center in Fort McMurray, stellt diesen Ansatz in seiner Ausstellung kritiklos dar. Mit keiner Silbe wird auf die Auswirkungen der propagierten Freisetzung radioaktiven Materials eingegangen. Ganz lapidar wird zuletzt nur festgestellt: "trotz anfänglichen Planungen wurde diese Idee nie in die Praxis umgesetzt, und Kanadas Zustimmung zur Bannung unterirdischer Atomtests ruinierte diese Anregung".


Fortsetzung folgt! Weiter geht es mit diesem Hintergrundbericht in der nächsten Ausgabe - oder, wer nicht so lange warten will, kann auf der Internetseite des grünen blatts bereits weiter lesen.

Dieser Artikel basiert auf Vorort-Recherchen in Alberta, Interviews mit Vertreter*innen von kanadischen Umwelt-NGOs, First Nations, aus Ölindustrie und Politik sowie auf Internet-Recherchen.


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  1. Canadian Nuclear Association: The Canadian Nuclear Factbook 2013 (page 38)
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 Rick Schneider/Simon Dyer: Deep oil sands may transform 21 % of Alberta; Canadian Parks and Wilderness Society + Pembina Institute; Edmonton, August 2006
  3. https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%96lsand&oldid=130537084 - gesichtet 25. Mai 2014
  4. https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bohrlochvermessung&oldid=116587965 - gesichtet 26. Mai 2014