Spricht US-Präsident Barack Obama über die Zukunft, sieht er eine florierende US-Wirtschaft – maßgeblich angekurbelt durch enorme Erdgasmengen aus heimischen Quellen. "Wir verfügen über Erdgasvorkommen, die Amerika für nahezu 100 Jahre versorgen können", erklärte er 2012 in seiner Rede zur Lage der Nation.

Obamas Aussage spiegelt einen Optimismus wider, der anscheinend die gesamten USA erfasst hat. Zu verdanken ist das einem als Fracking – oder Hydraulic Fracturing – bezeichneten Verfahren. Denn erst damit war es möglich, Erdgas zu einem relativ niedrigen Preis aus Tonstein, einem feinkörnigen Sedimentgestein, zu extrahieren. Im gesamten Land hallen Begriffe wie "Schiefergasrevolution" und "Energieüberfluss" durch die Vorstandsetagen von Unternehmen.

Die Firmen setzen sehr auf diese Vision von reichlich billigem Erdgas. In den kommenden 20 Jahren werden die Industrie sowie Stromproduzenten in den USA voraussichtlich hunderte Milliarden Dollar in neue, auf Erdgas basierende Anlagen investieren. Und weitere Milliarden an Dollar fließen in den Bau von Verladestationen und anderer Infrastruktur, mit der die Vereinigten Staaten verflüssigtes Erdgas nach Europa, Asien und Südamerika verschiffen können.

Alle diese Investitionen fußen auf der Erwartung, dass die Erdgasförderung in den USA über Jahrzehnte ansteigen wird – was sich mit den offiziellen Prognosen der U.S. Energy Information Administration (EIA) deckt. So ließ Adam Sieminski, Direktor der Energieinformationsbehörde, im vergangenen Jahr verlauten: "Die EIA hat keinen Zweifel daran, dass die Förderung von Erdgas bis hin zum Jahr 2040 weiterhin anwachsen kann."

Schiefergasfelder in den USA
© U.S. Energy Information Administration (Mai 2011)
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Eine sorgfältige Prüfung der Annahmen hinter solchen zuversichtlichen Prognosen deutet jedoch darauf hin, dass sie möglicherweise zu optimistisch ausfallen. Unter anderem weil sich die Prognosen der Regierung auf eher oberflächliche Studien der großen Schiefergasformationen stützen. Nun untersuchen Wissenschaftler jene Formationen sehr viel gründlicher und geben deutlich konservativere Schätzungen ab. Sie finden beispielsweise heraus, dass solche Formationen aus relativ kleinen Bereichen zusammengesetzt sind – so genannte "sweet spots" –, in denen sich das Gas rentabel fördern lässt.

Die Ergebnisse seien eine "schlechte Nachricht", so Tad Patzek von der University of Texas in Austin. Als Leiter des Department of Petroleum and Geosystems Engineering ist er an den detaillierten Analysen beteiligt. Sollten Firmen das Schiefergas so schnell wie möglich extrahieren und beträchtliche Mengen exportieren wollen, begründet er, "manövrieren wir uns selbst in ein großes Fiasko".

Und das könnte sich auch weit über die Vereinigten Staaten hinaus auswirken. Geht die Erdgasförderung in den USA zurück, scheitern vielleicht auch die Pläne, große Mengen nach Übersee zu exportieren. Und Länder, die ihre eigenen Schiefergasformationen anzapfen wollten, überdenken diese Idee möglicherweise noch einmal. "Sollte sich in den USA ein schlechtes Ende abzeichnen, würde das sicherlich auch den Enthusiasmus in anderen Teilen der Erde beeinflussen", sagt der Ökonom Paul Stevens vom Chatham House, einer in London ansässigen Denkfabrik.

Die Ansicht, dass künftig reichlich Erdgas vorhanden sein wird, ist eine scharfe Abkehr von den pessimistischeren Aussichten, die bis vor etwa fünf Jahren überwogen. In den 1990er Jahren stagnierte die Erdgasförderung in den USA. Gas liefert ein Viertel der Energie im Land, und so hatte man Bedenken, die Vorräte würden allmählich schrumpfen und die USA von Importen abhängig. Die EIA, die Energiedaten erhebt und einen langfristigen Energietrend für die USA erstellt, kam noch 2008 zu dem Schluss, dass die Erdgasproduktion in den USA in den nächsten paar Jahrzehnten nicht merklich ansteigen sollte.

Schiefergasfeld in den USA
© Kartendaten 2015 Google
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Dann wurden alle vom Schiefergasboom überrascht. Zwar war die Methode des Frackens bereits seit Jahrzehnten bekannt, doch als die Gaspreise niedrig waren, hätte sich das Fördern von Schiefergas nicht ausgezahlt. Als die Preise in den 2000er Jahren anstiegen, setzten schließlich mehrere Firmen diese Technik in Schiefergasformationen ein. Zudem gab es inzwischen neue Verfahren für das Bohren langer horizontaler Bohrungen. Zusammengenommen trieb das die Erdgasgewinnung in den USA auf ein Allzeithoch, und das Land konnte sich wieder mit einem Titel schmücken, den es zuvor über Jahrzehnte hielt: der weltweit führende Erdgasproduzent.

Gehaltvolles Gestein

Vor allem die Marcellus-Formation, die sich über West Virginia, Pennsylvania und New York erstreckt, ist für diese Entwicklung verantwortlich. Unter dicht bewaldeten Hügeln haben Firmen im Lauf von einigen Jahren mehr als 8000 Bohrungen durchgeführt – jeden Monat kommen rund 100 weitere dazu. Jedes Bohrloch reicht etwa zwei Kilometer hinab in den Erdboden, knickt dann seitwärts ab und schlängelt sich über mehr als einen Kilometer durch den Tonstein. Täglich fördern die Unternehmen hier 385 Millionen Kubikmeter an Erdgas und damit mehr als die Hälfte dessen, was derzeit in US-Kraftwerken verbrannt wird.

Das restliche Gas stammt größtenteils aus drei weiteren Formationen – Barnett in Texas, Fayetteville in Arkansas und Haynesville, die sich entlang der Grenze zwischen Louisiana und Texas erstreckt. Zusammengenommen umfassen diese "großen Vier" mehr als 30 000 Bohrungen und liefern zwei Drittel des gegenwärtig geförderten Schiefergases in den USA.

Die EIA sah diesen Boom – ebenso wie nahezu alle anderen Prognostiker – nicht vorher und unterschätzte durchweg, wie viel Erdgas sich aus dem Tongestein gewinnen lassen würde. Als der Boom dann einsetzte, korrigierte die Behörde ihre langfristigen Prognosen für Schiefergas deutlich nach oben. In ihrem Jahresbericht, dem Annual Energy Outlook 2014, nimmt die EIA für ein "Referenzszenario" an, dass die Erdgaspreise allmählich ansteigen, aber immer noch relativ niedrig bleiben. In diesem Fall sollten die Fördermengen in den USA, angetrieben durch eine starke Zunahme der Schiefergasgewinnung, bis 2040 weiter anwachsen.

Für einzelne Schiefergasformationen veröffentlichte die EIA keine Prognosen, gewährte Nature jedoch einen Einblick in diese Daten. Gemäß den jüngsten Schätzungen für den Referenzfall dürften die Fördermengen an den vier großen Formationen bis 2020 weiterhin schnell ansteigen, und sich dann für mindestens 20 Jahre auf dem erreichten Niveau einpendeln. Bei anderen Schiefergasformationen würde der Boom dagegen bis 2040 anhalten.

Die Analysten der Mineralölindustrie erstellen ihre eigenen Schiefergasprognosen, die in der Regel ähnlich ausfallen wie die der EIA. "Die Vorhersage der EIA liegt ziemlich nah an der gängigen Analystenmeinung", sagt der Ökonom Guy Caruso vom Center for Strategic and International Studies in Washington D. C. und ehemaliger Direktor der Energieinformationsbehörde. Wie diese Schätzungen zu Stande kommen, bleibt allerdings meist geheim. Das macht es schwierig, meint Ruud Weijermars von der Texas A&M University in College Station, ihre Annahmen und Methoden zu evaluieren und zu diskutieren. Die Studien von Industrie und Beraterfirmen "unterscheiden sich grundlegend von begutachteten wissenschaftlichen Publikationen", so der Geowissenschaftler.

Ein Team aus einem Dutzend Geowissenschaftlern, Ingenieuren und Wirtschaftswissenschaftlern von der University of Texas in Austin fertigte in mehr als drei Jahren eine systematische Zusammenstellung von Studien der großen Schiefergasformationen an und stellte damit belastbare und transparente Prognosen für die Schiefergasförderung bereit. Unterstützt wurde die Forschung mit 1,5 Millionen US-Dollar von der Alfred P. Sloan Foundation aus New York. Die Ergebnisse veröffentlichen die Forscher nach und nach in wissenschaftlichen Fachzeitschriften sowie auf Konferenzen [1-5]. Diese Arbeit ist bislang die "verlässlichste" auf diesem Gebiet, meint Weijermars.

"Egal was passiert und wie es sich entwickelt, für die US-Wirtschaft kann es nicht gut sein"

Folgen die Erdgaspreise tatsächlich dem Szenario aus dem EIA-Jahresbericht 2014, rechnet das Team der University of Texas damit, dass die Fördermengen an den vier großen Formationen 2020 ihren Höhepunkt erreichen und anschließend abnehmen. Bis 2030 dürften diese Lagerstätten nur etwa halb so viel Ergas liefern wie im Referenzfall der EIA vorgesehen. Selbst die konservativsten Szenarien der Behörde scheinen noch optimistischer als die Vorhersagen der Wissenschaftler zu sein. "Offensichtlich stimmen diese nicht sehr gut mit den Resultaten der EIA überein", bestätigt Patzek.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Prognosen liegt in den zu Grunde liegenden Ansätzen. Die EIA unterteilt jede Formation nach den verschiedenen Countys und berechnet dann eine durchschnittliche Fördermenge für die Bohrungen in diesen Gebieten. Die Countys erstrecken sich aber oftmals über mehr als 1000 Quadratkilometer und können Tausende von Horizontalbohrungen umfassen. Das Team der University of Texas zerlegt dagegen jede Formation in eine Quadratmeile (2,6 Quadratkilometer) große Blöcke – ein mindestens 20-mal feineres Raster als bei der EIA.

Und das ist entscheidend, denn jede Formation verfügt über sehr ergiebige Stellen, so genannte "sweet spots", sowie über ausgedehnte Bereiche, in denen die Bohrungen weniger Erdgas liefern. Die Firmen versuchen natürlich, zuerst die gewinnbringendsten Lagerstätten anzuzapfen – künftige Bohrungen könnten also weniger ertragreich sein als die gegenwärtigen. In ihrem Modell nimmt die EIA aber bislang an, dass sich bei künftigen Bohrungen mindestens genauso viel Erdgas gewinnen lässt wie bei früheren Bohrungen in einem bestimmten County. Doch dieser Ansatz, erläutert Patzek, "führt zu viel zu optimistischen Ergebnissen".

Durch die feine Rasterung können die Wissenschaftler der University of Texas in ihrem Modell dagegen die "sweet spots" von den unrentableren Gebieten abgrenzen. Dadurch könne man, so der Geowissenschaftler und Mitautor der Studie Scott Tinker von der University of Texas in Austin, "besser als bislang vorhersagen, was eine künftige Bohrung ergeben würde".

Die Studien der EIA und des Teams der University of Texas nutzen zudem verschiedene Ansätze, um die Gesamtzahl der Bohrungen abzuschätzen, die sich in jeder Formation wirtschaftlich durchführen ließen. Zwar nennt die EIA keine konkreten Zahlen, doch scheint ihr Modell mehr Bohrungen zu veranschlagen. So schlossen die Forscher der University of Texas bei ihrer Schätzung alle Gebiete aus, in denen Bohrungen schwierig wären – etwa unterhalb von Seen oder großen Städten. Diese Eigenschaften des Modells, die auf der langjährigen Erfahrung von Teammitgliedern aus der Erdölindustrie basieren, sollten die "Realität nachbilden", so Tinker.

Alternative Zukunftsprognosen

Die pessimistischeren Prognosen der University of Texas decken sich mit einigen unabhängigen Studien, die simplere Methoden verwenden. Analysen von Weijermars [6], Mark Kaiser von der Louisiana State University in Baton Rouge [7] sowie David Hughes [8], früher als Geologe beim Geological Survey of Canada, legen nahe, dass steigende Fördermengen – wie von der EIA vorhergesagt – in den kommenden 25 Jahren einen signifikanten und kontinuierlichen Anstieg der Bohrungen erfordern würde. Und das ist möglicherweise nicht rentabel.

Mancher Brancheninsider ist von der Studie der University of Texas begeistert. Unter ihnen auch Richard Nehring vom Unternehmen Nehring Associates in Colorado Springs im US-Bundesstaat Colorado, das eine viel genutzte Datenbank für Öl- und Gasfelder betreibt. Dem Erdöl- und Erdgasanalysten zufolge zeige der Ansatz des Teams, "wie unkonventionelle Ressourcenbewertungen umgesetzt werden sollten".

Die EIA-Methode sei mit "einem fundierten Rätselraten" gleichzusetzen, fasst Patzek zusammen. Er und andere zögern allerdings, die Studie allzu scharf zu kritisieren. Die EIA macht "das Beste aus den verfügbaren Mitteln", so Patzek. 2014 belief sich der Etat – der sowohl die Datenerfassung als auch Prognosen für alle Energieformen einschließt – auf nur 117 Millionen US-Dollar. Das entspricht in etwa den Kosten für ein Dutzend Bohrungen in der Haynesville-Formation. Die EIA weist ein "gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis" auf, sagt Caruso. "Meiner Ansicht nach waren wir stets unterfinanziert. Die EIA sollte immer mehr leisten, mit immer weniger Geld."

Prognosen für Schiefergasformationen "sind sehr, sehr schwierig und unsicher", räumt Patzek ein, unter anderem weil sich die Technologien und Ansätze für die Bohrungen rasant weiterentwickeln. Und bei erst kürzlich erschlossenen Lagerstätten suchen die Unternehmen noch nach den besten Bohrstellen. Zudem ist bisher unklar, wie nah die Bohrlöcher nebeneinanderliegen dürfen, bevor sie sich gegenseitig merklich beeinträchtigen.

Vertreter der EIA verteidigen die Prognosen der Behörde und finden, man dürfe diese nicht mit den Studien der University of Texas vergleichen – schließlich beruhen sie auf unterschiedlichen Annahmen und umfassen viele Szenarien. "Beide Modellansätze haben ihre Berechtigung und greifen in vielerlei Hinsicht ineinander", sagt John Staub, Leiter des EIA-Teams für die Analyse von Öl- und Gasexploration sowie -förderung. "Tatsächlich berücksichtigte die EIA sogar Erkenntnisse des Teams von der University of Texas", sagt er.

Doch in einem am 14. Oktober 2014 online veröffentlichten Diskussionspapier räumen zwei EIA-Analysten Probleme mit den bisher gängigen Praktiken der Behörde ein [9]. Es wäre demnach besser, sich auf geologische Karten mit einer hohen Auflösung zu stützen. Dabei verweisen sie auf jene Karten, die das Team der University of Texas anfertigte, und führen diese als Beispiel dafür an, wie das präzise Erfassen von "sweet spots" in solchen Modellen die Prognosen verbessern kann. In der Publikation findet sich eine Ausschlussklausel, der zufolge die Ansichten der Autoren nicht unbedingt denen der EIA entsprechen. Doch offenbar will die Behörde einen neuen Ansatz verfolgen, der ungefähr in diese Richtung geht, um die Marcellus-Formation für ihren Jahresbericht 2015 zu bewerten.

Boom oder Pleite

Das Team der University of Texas diskutiert noch immer über die Implikationen seiner eigenen Studie. Tinker ist relativ optimistisch: Die Schätzungen seien "konservativ", und so könne sich die tatsächliche Fördermenge auch als höher herausstellen. Die vier großen Schiefergasformationen, sagt der Wissenschaftler, werden dem Land in den nächsten Jahrzehnten einen beträchtlichen Anteil des Erdgases liefern. "Damit ist einiges an Zeit gewonnen."

Doch die tatsächliche Fördermenge könnte auch niedriger ausfallen als in den Prognosen des Teams, fürchtet dagegen Patzek. Sie dürfte ungefähr in den nächsten zehn Jahren einen Höhepunkt erreichen – und danach "wird es einen starken Rückgang geben", so der Forscher. "Das verspricht ein böses Erwachen für die Vereinigten Staaten zu werden." Patzek nimmt an, dass die Gaspreise stark ansteigen werden und das Land letztlich über mehr gasbetriebene Industrieanlagen und Fahrzeuge verfügt, als profitabel wäre. "Das Fazit lautet: Egal was passiert und wie es sich entwickelt", sagt Patzek, "für die US-Wirtschaft kann es nicht gut sein."

Die Prognose gestaltet sich schon schwierig für die USA, obwohl man hier auf Daten von Zehntausenden von Schiefergasbohrungen zurückgreifen kann. In Ländern mit weniger Bohrungen ist die Unsicherheit noch viel größer. Im Auftrag der EIA hatte die Beraterfirma Advanced Resources International (ARI) in Washington D. C. die weltweiten Schiefergasvorkommen bewertet und kam 2013 zu dem Schluss, dass alle Schiefergasformationen dieses Planeten vermutlich 220 Billionen Kubikmeter an förderbarem Erdgas enthalten [10]. Bei dem derzeitigen Bedarf – Erdgas stellt ein Viertel der globalen Energie bereit – würde diese Menge für 65 Jahre reichen. Der ARI-Bericht gibt jedoch weder einen Unsicherheitsbereich für diese Schätzungen an, noch, welcher Anteil des Erdgases sich wirtschaftlich gewinnen ließe.

Solche Zahlen sind "äußerst fragwürdig", meint Stevens. "Es ist so, als würde man den Finger in die Luft strecken, um die Windrichtung zu bestimmen." Als Beispiel nennt er die Bewertung von Polen, das demnach die größten Schiefergasvorkommen in Europa besitzt. Zwischen 2011 und 2013 setzte die ARI ihre Schätzungen für die aussichtsreichsten Regionen in Polen dann um ein Drittel herab – einige Testbohrungen hatten weniger Erdgas geliefert als erwartet, so die Begründung. Unterdessen führte das Polnische Geologische Institut eine eigene Studie durch und schloss darin, dass ebendiese Gebiete weniger als ein Zehntel der ursprünglich von der ARI geschätzten Erdgasmenge bereithalten.

Wenn die Erdgasquellen in den USA schneller als erwartet versiegen – oder die Ablehnung auf Grund von ökologischen Bedenken zunimmt –, werden Länder wie Polen wohl eher keinen eigenen Schiefergasboom erleben, meinen Experten.

Für den Augenblick überwiegt jedoch der Optimismus bezüglich Schiefergas – vor allem in den Vereinigten Staaten. Und das beunruhigt manche Energieexperten. "Es gibt eine gehörige Portion an Unsicherheit", erläutert Nehring. "Das Problem liegt darin, dass die Leute sagen: 'Nenn mir einfach eine Zahl'. Einzelne Zahlen, auch wenn sie falsch sind, sind eben deutlich bequemer."