science >> Wetenschap >  >> Natuur

Hoe hydraulisch fracken werkt

landbouwgrond, landbouwgrond, landbouwgrond en ... booreiland? Een sojabonenveld ligt voor een aardgasboorinstallatie op 8 september, 2012, in Fairfield Township, Penn. Het gebied ligt boven de Marcellus Shale, een van de harten van hydraulisch breken in de VS Bekijk meer foto's van olieboringen. Robert Nickelsberg/Getty Images

Misschien heb je gehoord dat we een beetje een energiecrisis hebben?

Met tumultueuze gasprijzen en afhankelijkheid van niet-duurzame fossiele brandstoffen op een hoog, er is een dringende behoefte om alternatieve energiebronnen te vinden. En laten we eerlijk zijn, de meeste energieproducenten zouden niet boos zijn om simpelweg meer bronnen van fossiele brandstoffen te vinden, of.

hydraulisch breken -- of hydro fracken , of gewoon fracken -- is een manier om aan "verborgen" aardgasreserves te komen, aardolie -- zelfs water. Het klinkt extreem ingewikkeld (en is, in feite, een knap staaltje wetenschap en techniek), maar fracken is een vrij eenvoudig proces. Ver onder de grond (we hebben het over 7, 000 voet/2, 133 meter onder het oppervlak), rotsen zoals schalie kunnen gassen bevatten, water of olie in hun poriën. Hydraulische fracking verplaatst die hulpbron van de poriën van de rotsen naar productiebronnen [bron:ProPublica].

Het wordt gedaan door horizontale "aders" uit een verticale put te maken, en vervolgens die horizontale put vol water (plus zand en wat chemische toevoegingen) onder extreem hoge druk te pompen. Dit veroorzaakt scheuren in de rots die zich vertakken, gas vrijgeven, olie of water in de gecreëerde scheuren. De gassen en oliën worden in de horizontale putten geperst en stromen vervolgens met het water dat weer omhoog komt naar de opslagtanks.

Dus vanaf daar is het een makkie! De wereld mag wat moeilijk bereikbare energiebronnen grijpen en iedereen wint, Rechtsaf? Behalve, natuurlijk, het proces is zeer beladen met milieu- en veiligheidsproblemen. Van beschuldigingen van grondwaterverontreiniging tot meldingen van gedecimeerd land, critici hebben een groeiende lijst van angsten als het gaat om hydraulisch fracken.

In dit artikel, we zullen diep graven om de mechanica van hydraulisch fracken in detail te zien. We zullen ook kijken naar de effecten -- zowel positieve als negatieve -- die fracking kan hebben voor het milieu en gemeenschappen, terwijl je in de toekomst van fracking tuurt.

Inhoud
  1. Diepgaand fracken
  2. Gas omhoog
  3. Geen Fracking Manier
  4. Toekomst van fracken

Diepgaand fracken

Ingenieurs op het boorplatform van de Cuadrilla-schaliefractiefaciliteit op 7 oktober, 2012, in Preston, Lancashire, Engeland. Fracking is verantwoordelijk voor twee kleine aardbevingen in de omliggende regio. Matthew Lloyd/Getty Images

Om te begrijpen waarom fracking is ontwikkeld, stel je een traditionele booroperatie voor. Een put werkt prima als we een grote plas gas of water onder de grond aanboren, waardoor we de grondstof uit het reservoir kunnen oppompen. Maar als de hulpbron die we proberen te vangen stevig vastzit in de poriën van schalie, hoe laten we het los en brengen we het naar de oppervlakte?

Het begint ongeveer hetzelfde:er wordt een diepe put geboord. Chesapeake Energy schat dat de gemiddelde diepte van zijn putten 7 is, 700 voet/2, 347 meter (ongeveer zes Empire State Buildings van begin tot eind gestapeld [bron:Chesapeake Energy]). De Colorado Oil and Gas Association geeft de diameter van het gat op 12,25 inch (31 centimeter). Als de put de juiste diepte bereikt, het duurt een bocht naar rechts of naar links (aangeduid als de startpunt ) en wordt horizontaal. Dat horizontale gedeelte mag 1 overspannen, 000 tot 6, 000 voet, of 305 tegen 1, 829 meter [bron:EPA].

Stalen behuizing past in de boorput , oftewel het geboorde gat. Het staal is bedoeld om het grondwater en de omgeving te beschermen tegen eventuele lekkage tijdens hydrofracturering. Beneden bij het horizontale gedeelte van de put, het staal is doorboord met een gereedschap dat het staal en het cement van de put kan binnendringen om kleine gaatjes te creëren waar water of kleine deeltjes doorheen kunnen ontsnappen - net zoals je keukenvergiet. Op dat punt, een wateroplossing (waar we later meer over zullen onderzoeken) wordt onder extreem hoge druk naar binnen gepompt.

Wanneer de oplossing de geperforeerde punten bereikt, de vloeistof is te veel voor het gesteente om te absorberen, en de rots barst. Het duurt drie tot tien dagen voordat het breken compleet is [bron:Halliburton]. Additieven en zand in het watermengsel houden deze scheuren open, het gas (of welke hulpbron dan ook) laten ontsnappen en naar de oppervlakte worden gebracht in het water dat weer wordt opgepompt, en gescheiden. Die bronnen kunnen jarenlang of mogelijk tientallen jaren uit de scheuren stromen [bron:Energy in Depth]. Het afvalwater wordt opgeslagen en behandeld, in injectieputten gepompt of gerecycled; het wordt ook opgeslagen in openluchtkuilen of gebruikt op wegen [bron:NRDC].

De apparatuur die bij het fracken wordt gebruikt, is (voorspelbaar) zwaar. Houd er rekening mee dat er naar schatting 200 tankers nodig zijn om 1 miljoen gallons (3,8 miljoen liter) water naar een put te brengen, en dat diepere schaliebedden mogelijk 2 tot 10 miljoen gallons (7,6 tot 37,9 miljoen liter) water nodig hebben [bronnen:EarthWorks, ProPublica]. Er zijn alleen tientallen "pompwagens" nodig om de onder druk staande oplossing door de boorput te schieten [bron:Energy in Depth].

Voordat we ingaan op enkele van de problemen die verband houden met hydrofracturering, laten we eens kijken naar enkele redenen waarom mensen zo opgewonden zijn.

Gasland

De voor een Academy Award genomineerde documentaire 'Gasland' uit 2010 vertelde het verhaal van bewoners die te maken hebben gehad met fracking in hun gemeenschap. Velen herinneren zich het (letterlijk) brandgevaarlijke beeld van een man die zijn kraanwater in brand steekt - vermoedelijk van aardgas dat de watervoorziening vervuilt. Ambtenaren in Colorado hebben vastgesteld dat het lek een natuurlijk voorkomende methaanreserve was die in de bron van de huiseigenaar was gesijpeld. en niet door fracken. Echter, er zijn fracking-gerelateerde gevallen geweest waarbij methaan de watervoorziening bereikte - en gasbedrijven die hun aansprakelijkheid moesten erkennen en hoge boetes moesten betalen voor hun nalatigheid [bron:McGraw].

Gas omhoog

Zoals u zich kunt voorstellen, er zijn behoorlijk serieuze critici van fracking. Maar voordat we ingaan op de valkuilen van de operatie, laten we enkele van de voordelen bespreken die voorstanders beschrijven.

Voor starters, velen wijzen erop dat fracking mensen voorziet van heel veel toegankelijke middelen die normaal gesproken vastzitten in de poriën van steen.

Er zijn milieuargumenten, ook:in plaats van veel putten te boren, het proces omvat het boren van een put die horizontaal schiet, wat voordelen heeft op het oppervlaktelandschap. Schattingen zeggen dat 90 procent van de aardgasbronnen tegenwoordig toegankelijk moet zijn via fracking [bron:Bateman]. In aanvulling, er wordt ook beweerd dat aardgas een milieuvriendelijkere brandstof is dan olie of kolen, en dat is waar:het brandt schoner, met drastisch verminderde kooldioxide, stikstofoxide- en zwaveloxide-emissies [bron:EPA]. (We zullen in de volgende sectie enkele argumenten zien tegen de "schone" aard van fracking.)

Bedrijven als Chesapeake Energy en Halliburton wijzen er ook snel op dat wanneer de VS hun afhankelijkheid van buitenlandse olie verminderen, het is voordelig voor Amerikaanse bedrijven en consumenten. En het lijdt geen twijfel dat hydraulisch fracken succesvol is geweest bij het verkrijgen van binnenlands Amerikaans aardgas:van 1,1 miljoen fracking-operaties in de afgelopen 60 jaar, Amerikanen hebben ongeveer 600 biljoen kubieke voet (bijna 17 biljoen kubieke meter) aardgas ontvangen [bron:Halliburton].

En we mogen het scheppen van banen en zijn vriend niet vergeten, winst. Het New York State Department of Environmental Conservation schatte dat als de staat zijn deuren zou heropenen voor fracking (hij heeft in 2008 een verbod op fracking ingesteld), 17, Er zouden 6000 banen worden gecreëerd en $ 125 miljoen aan belastinginkomsten zouden worden verzameld [bron:Schaefer]. Fracking - en de olie- en mijnbouwindustrie in het algemeen - is geen operatie van het ene op het andere moment. Er zit veel geld in, en dat is voor sommigen al motivatie genoeg. Die grote uitbetaling gebeurt echter niet voor operators die per ongeluk watervoorraden aanboren of eigendommen vernietigen door ongelukken. Om deze reden, men zou kunnen stellen dat de uitbetaling de exploitanten daadwerkelijk zal dwingen veilige en ethische praktijken te volgen [bron:Groundwater Protection Council].

Schalieregio's

Hoewel er overal in de VS grote aardgasreserves voorkomen, er zijn een paar grote zwaden bekend als schaliegebieden . Deze omvatten de regio Marcellus (die delen van Ohio, Pennsylvania, West Virginia, Maryland en New York), de Antrim-schalieregio in Michigan en het Barnett-schalieveld in Texas.

Geen Fracking Manier

Een demonstrant demonstreert tegen fracking buiten het Californische EPA-hoofdkwartier op 25 juli, 2012. Tientallen milieuactivisten organiseerden een 'Stop Fracking With California'-demonstratie buiten het hoofdkwartier. Justin Sullivan/Getty Images

Tot dusver, we hebben het alleen gehad over de logistiek en de voordelen van hydrofracturering. Maar fracken is niet bepaald een slam-dunk als het om veiligheid gaat. In feite, voor vrijwel elk argument dat we in de laatste sectie naar voren hebben gebracht voor fracking, er is een behoorlijk virulente toonbank.

Voor een, fracking is nog steeds een keiharde mijnbouwactiviteit. Wat betekent dat boren -- en de vrachtwagens, pompen, transporten en opslagcontainers -- zullen allemaal nog op de site aanwezig zijn, samen met de nodige gerelateerde infrastructuur. Hoewel gasbedrijven graag willen laten klinken alsof het vinden van aardgas op landbouwgrond een uitkomst zou zijn voor boeren die krap bij kas zitten, er zijn ook problemen met pijpleidingen die schade toebrengen aan gewassen en apparatuur die wegen verscheurt [bron:Schaefer].

Een van de grootste klachten over fracking is niet de handeling zelf, maar de vloeistof die in de put wordt gepompt om breuken te veroorzaken. Chemische additieven vormen 0,5-2,0 procent van het zand- en watermengsel [bron:EarthWorks]. De additieven omvatten zuren om mineralen te helpen oplossen, chemicaliën gevonden in wasmiddelen, ontsmettingsmiddelen en huishoudelijke schoonmaakmiddelen [bron:McGraw]. Houd er rekening mee dat er miljoenen liters van het spul worden gebruikt; 4 miljoen gallons (15 miljoen liter) frackvloeistof zou dan gelijk zijn aan 300 ton chemische additieven [bron:EarthWorks]. Een grote zorg is dat deze vloeistoffen in de grond blijven en uitspoelen naar de bodem en het grondwater. (Om nog maar te zwijgen van het potentieel van lekkages op het oppervlak.)

Nadat de breuk is opgetreden, er zijn meer zorgen. De kleine kloven kunnen ver reizen, wat inhoudt dat ze technisch gezien in een watervoorziening terecht kunnen komen. (Hoewel dit nog niet is gedocumenteerd, mogelijke gevallen worden bestudeerd [bron:McGraw]). Dat betekent dat de olie of het aardgas in het drinkwater kan komen.

Er is ook het probleem van de enorme hoeveelheden afvalwater die worden gegenereerd. Jaarlijks moeten miljarden liters afvalwater worden afgevoerd. Vaak, dat betekent dat het wordt behandeld bij lokale afvalwaterzuiveringsinstallaties - met daaropvolgende lozing in het oppervlaktewater [bron:NRDC]. Sommige verdampen ook de meer vluchtige chemicaliën in de verbinding, wat betekent dat ondanks al het gepraat over "schoon brandend aardgas, " er zijn zorgen over luchtverontreiniging als het gaat om de winning van gas (om nog maar te zwijgen van de tankers, vrachtwagens en materieel die op de weg zijn, wat de vervuiling niet helpt) [bron:EarthWorks].

En een van de problemen die we in het volgende hoofdstuk zullen onderzoeken, is dat niemand er helemaal zeker van is hoe schadelijk dit alles is.

Toekomst van fracken

Aardgas heeft een grote rol gespeeld in de recente Amerikaanse energiestrategie, en fracking is daar een groot onderdeel van. Ethan Miller/Getty Images

Hoewel een vereenvoudigd gebruik van fracking al bestaat sinds het midden van de 19e eeuw, het was eigenlijk pas in de laatste twee decennia dat de frackingtechnologie zich zodanig ontwikkelde dat een economische, commerciële schaal kan worden bereikt. Laten we in gedachten houden dat meer dan 90 procent van het aardgas in de VS uit binnenlandse bronnen komt; hoewel de VS niet dezelfde soort reserves hebben als de olierijke landen in het Midden-Oosten, het heeft genoeg energie om elk apparaat op aardgas de komende 20 jaar van stroom te voorzien [bron:McGraw].

Omdat fracken voor schaliegas zo'n nieuwe onderneming is, critici betreuren het gebrek aan onderzoek en zwaar wetenschappelijk onderzoek dat (volgens alle verklaringen) dergelijke bedwelmende dingen zou moeten vergezellen. Maar er wordt onderzoek gedaan, die beide kanten van de kwestie meer nuance geven. Een claim die onlangs naar voren is gekomen, is dat fracking onder de grond zo'n vluchtigheid veroorzaakt dat aardbevingen ontstaan ​​door de enorme druk van het water dat wordt opgepompt. De National Research Council kon geen bewijs vinden om de claim te ondersteunen, maar kom nog niet uit je oefening:de groep ontdekte dat het water dat uit de putten in opslagtanks werd geschoten, verband hield met kleine aardbevingen [bron:Associated Press]. Er waren dus aardbevingen, maar hun oorzaak was anders dan voorspeld.

Het is moeilijk te ontkennen - ten goede of ten kwade - dat fracking niets minder dan een revolutie teweeg heeft gebracht in de mijnindustrie. Door het fracken, de VS heeft zijn olieproductie zien stijgen. tegen 2013 de VS zullen 11,4 miljoen vaten olie per dag produceren - een concurrent van Saoedi-Arabië's toonaangevende 11,6 miljoen vaten [bron:Associated Press]. Exxon Mobil Corp. en Chesapeake Energy verwachten tegen 2020 tienduizenden extra putten te boren, en de nationale implicaties hebben ertoe geleid dat het Amerikaanse ministerie van Energie meer betrokken is geraakt bij onderzoek naar praktijken en veiligheid [bron:Kirkland en ClimateWire].

Ook moeilijk om het niet mee eens te zijn? Ervoor zorgen dat de chemische verbindingen en praktijken die bij fracken worden gebruikt, veilig zijn voor degenen die in de getroffen gebieden werken en wonen. Leidinggevenden van Halliburton haalden de krantenkoppen in 2011 toen een van hen frackingvloeistof dronk om zijn veiligheid te bewijzen. En hoewel het gek klinkt, je kunt het bedrijf de eer geven om het punt te maken dat het de samenstelling van de frackvloeistof daadwerkelijk had veranderd, zodat de materialen erin afkomstig waren uit de voedingsindustrie [bron:Tsai]. De nieuwe CleanStim-frackingvloeistof belooft een verminderd risico op blootstelling aan chemicaliën en vormt - samen met nieuwe waterbehandelings- en bacteriële mitigatiemiddelen - de nieuwe CleanSuite-technologie waarvan Halliburton hoopt dat deze de gezondheids- en milieuproblemen over fracking zal verlichten [bron:Halliburton].

Klinkt goed en wel, maar het valt niet te ontkennen dat er veel meer onderzoek voor nodig is om iedereen ervan te overtuigen dat fracking veilig is.

Veel meer informatie

Notitie van de auteur:Hoe fracken werkt

Het is moeilijk om niet te zeggen, "Ja, maar ... " aan alle kanten van het fracking-debat. Zal het helpen met de Amerikaanse afhankelijkheid van buitenlandse olie? Ja, maar het heeft nog geen staat van dienst op milieugebied. Hebben de tonnen chemische additieven die in de grond worden geduwd het potentieel voor besmetting? Ja, maar de energiebedrijven zijn zogenaamd toegewijd om die additieven veilig te maken. Het lijkt mij dat iedereen die zeker is van zijn of haar harde standpunt over fracking waarschijnlijk niet toegeeft hoe genuanceerd het onderwerp is. Het beste wat u kunt doen, is op de hoogte blijven door nieuwe ontwikkelingen te lezen en te onderzoeken, aangezien fracking in onze gemeenschappen wordt geïntroduceerd.

gerelateerde artikelen

  • Hoe olieboringen werken
  • 5 verbeteringen in offshore olieboringen
  • Geïllustreerde geschiedenis van energie
  • Kunnen we energie van tornado's en orkanen benutten?
  • 10 ideeën voor alternatieve brandstof die nooit uit het lab zijn gekomen

bronnen

  • Geassocieerde pers. "Wetenschappers koppelen diepe bronnen aan dodelijke aardbeving in Spanje." Nationale Publieke Radio. 21 okt. 2012 (31 okt. 2012) http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=163349929
  • Geassocieerde pers. "De VS kunnen binnenkort de grootste olieproducent ter wereld worden." Nationale Publieke Radio. 23 okt. 2012 (31 okt. 2012) http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=163481930
  • Bateman, Christoffel. "Een kolossale Fracking Mess." Vanity beurs. 21 juni, 2010. (31 okt. 2012) http://www.vanityfair.com/business/features/2010/06/fracking-in-pennsylvania-201006
  • Chesapeake Energie. "Factblad over hydraulisch breken." Chesapeake Energie. 2012. (31 okt. 2012) http://www.chk.com/Media/Educational-Library/Fact-Sheets/Corporate/Hydraulic_Fracturing_Fact_Sheet.pdf
  • Chesapeake Energie. "Hydraulische breukfeiten." HydraulicFracturing.com. (31 okt. 2012) http://www.hydraulicfracturing.com/Process/Pages/information.aspx
  • Colorado olie- en gasvereniging. "Whitepaper over hydraulisch breken." 25 juli 2011. (13 november, 2012) http://www.coga.org/pdfs_facts/Hydraulic%20Fracturing%204.pdf
  • Colorado Oil and Gas Conservation Commission. "Gaslandreactie." (31 okt. 2012) http://cogcc.state.co.us/library/GASLAND%20DOC.pdf
  • Grondwerken. "Hydraulisch breken 101." Earthworksaction.org. (31 okt. 2012) http://www.earthworksaction.org/issues/detail/hydraulic_fracturing_101
  • Energie in diepte. "Website." Onafhankelijke Petroleum Association of America. 2012. (31 oktober 2012) http://www.energyindepth.org/whats-eid/
  • Milieubeschermingsagentschap (EPA). "Achtergrondinformatie over hydraulisch breken." Amerikaanse regering. 9 mei 2012. (31 oktober 2012) http://water.epa.gov/type/groundwater/uic/class2/hydraulicfracturing/wells_hydrowhat.cfm
  • Milieubeschermingsbureau. "Natuurlijk gas." Amerikaanse regering. 17 oktober 2012. (1 nov. 2012) http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-and-you/affect/natural-gas.html
  • Frisse lucht met Terry Gross. "Josh Fox:Wonen in het midden van een 'Gasland' National Public Radio. 10 juni, 2010. (31 okt. 2012) http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=127593937
  • Gasland. "Website." Gaslandthemovie.com. (31 okt. 2012) http://www.gaslandthemovie.com/
  • Granberg, Al. "Wat is hydraulisch fracken?" ProPublica.com. (31 okt. 2012) http://www.propublica.org/special/hydraulic-fracturing-national
  • Ground Water Protection Council en All Consulting. "Moderne ontwikkeling van schaliegas in de Verenigde Staten:een primeur." Amerikaanse ministerie van Energie, Bureau van fossiele energie en nationaal laboratorium voor energietechnologie. april 2009. (31 okt. 2012) http://www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publications/epreports/shale_gas_primer_2009.pdf
  • Halliburton. "Hydraulisch breken 101." 2012. (31 oktober 2012) http://www.halliburton.com/public/projects/pubsdata/hydraulic_fracturing/fracturing_101.html
  • Helmen, Lynn. "Bakken Basis." North Dakota Department of Mineral Resources. (31 okt. 2012) http://www.ndoil.org/image/cache/BakkenBasicsWBPC0522242012.pptx
  • Kirkland, Joel en ClimateWire. "Department of Energy waadt zich in het fracking-debat." Wetenschappelijke Amerikaan. 26 juli 2011. (1 nov. 2012) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=department-of-energy-wades-into-fracking-debate
  • Lustgarten, Abraham. "In nieuwe gasbronnen, meer boorchemicaliën blijven ondergronds." ProPublica. 27 december 2009. (31 okt. 2012) https://www.propublica.org/article/new-gas-wells-leave-more-chemicals-in-ground-hydraulic-fracturing
  • Lustgarten, Abraham. "Aardgasboren:wat we niet weten." ProPublica.com. 31 december 2009. (31 okt. 2012) http://www.propublica.org/article/natural-gas-drilling-what-we-dont-know-1231
  • McGraw, Zeemus. "Is fracking veilig? De top 10 controversiële beweringen over aardgasboringen." Populaire mechanica. 2012. (31 oktober 2012) http://www.popularmechanics.com/science/energy/coal-oil-gas/top-10-myths-about-natural-gas-drilling-6386593#slide-1
  • Nationaal laboratorium voor energietechnologie. "Schaliegas." Ministerie van Energie van de Verenigde Staten. Maart 2011. (31 okt. 2012) http://www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publications/brochures/Shale_Gas_March_2011.pdf
  • Natural Resources Defense Council. "Vijf primaire verwijderingsmethoden voor het fracken van afvalwater slagen er niet in om de volksgezondheid te beschermen." NRDC.org. 9 mei 2012. (31 oktober 2012) http://www.nrdc.org/media/2012/120509.asp
  • NoFracking.com. "Website." 2012. (31 okt. 2012) http://nofracking.com/
  • Schäfer, Kees. "De toekomst van fracken:afvalwater zo schoon dat je het kunt drinken?" De christelijke wetenschapsmonitor. 14 september 2012. (31 oktober 2012) http://www.csmonitor.com/Environment/Energy-Voices/2012/0914/Future-of-fracking-wastewater-so-clean-you-can-drink-it
  • Svoboda, Elisabeth. "De harde feiten over fracken." Populaire mechanica. 13 december 2010. (31 okt. 2012) http://www.popularmechanics.com/science/energy/coal-oil-gas/the-hard-facts-about-fracking
  • Dit Amerikaanse leven. "Game-wisselaar (transcript)." Chicago Public Media en Ira Glass. 8 juli 2011. (31 okt. 2012) http://www.thisamericanlife.org/radio-archives/episode/440/transcript
  • Tsai, Catharina. "Halliburton executive drinkt fracking-vloeistof op conferentie." Huffington Post. 22 aug. 2011. (31 okt. 2012) http://www.huffingtonpost.com/2011/08/22/halliburton-executive-drinks-fracking-fluid_n_933621.html
  • Willems, Carol J. "Amerikaanse gasbonanza van fracking verspreidt zich langzaam over de hele wereld." Los Angeles Times. 24 okt. 2012. (31 oktober 2012) http://latimesblogs.latimes.com/world_now/2012/10/us-boon-from-shale-gas-fracking-holds-little-global-promise.html