Stoffliche Basis für Gefährdungsabschätzungen und Trinkwasserschutz
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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
2 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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)
6 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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
7 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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)
8 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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
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ED
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Konzentration (Fracht)
BIO
ZID
TO
N-
STA
BIL
ISA
TO
R
9 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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
10 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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)
11 | Wissenschaftliche Statuskonferenz 6./7. März 2012 – Vortrag Frimmel/Gordalla
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.