Diese Studie untersucht die wasserbezogenen Umweltauswirkungen und Risiken für Mensch und Umwelt, die mit dem Einsatz der Fracking-Technologie (hydraulische Stimulation) im Rahmen der Erkundung und Gewinnung von Erdgas aus unkonventionellen Lagerstätten verbunden sein können. Die Studie befasst sich mit den naturwissenschaftlich-technischen Sachverhalten und den bestehenden berg- und umweltrechtlichen Bestimmungen. Alle Aspekte wurden im Hinblick auf die gemeinsamen Schnittmengen, Differenzen sowie Wissens- und Informationsdefizite analysiert. Die Studie gliedert sich nach einer allgemeinen Einführung in vier Teile: Beschreibung der naturräumlichen, technischen und stofflichen Randbedingungen des Frackings (Teil A), geltende rechtliche Rahmenbedingungen und Verwaltungsstrukturen (Teil B), Risiko- und Defizitanalyse (Teil C) sowie Ableitung von Handlungs- und Verfahrensempfehlungen (Teil D). Grundlage für eine fundierte Risikoanalyse sind Beschreibungen des Ist-Systems, der vorhabenbedingten Auswirkungen und der relevanten Wirkungszusammenhänge. Hierzu werden die in Deutschland bekannten bzw. vermuteten unkonventionellen Erdgas-Vorkommen benannt und exemplarisch die qualitativen Systemzusammenhänge für ausgewählte Geosysteme anhand öffentlich verfügbarer Unterlagen aufgezeigt. Potenzielle technische und geologische Wirkungspfade werden beschrieben. Im Hinblick auf die technischen Aspekte werden zunächst die gebirgsmechanischen Grundlagen des Frackings sowie der Frack-Vorgang erläutert. Aus Sicht des Grundwasserschutzes liegt der Schwerpunkt der Betrachtungen auf der Bohrungskomplettierung, der Modellierung der Rissausbreitung und der Langzeitsicherheit der Bohrung (inkl. Zementation). Den beim Fracking eingesetzten Frack-Fluiden wird neben Stützmitteln zum Offenhalten der Risse eine Reihe weiterer Additive zugesetzt. Die Auswertung in Deutschland eingesetzter Frack-Fluide zeigt, dass auch in neueren Fluiden Additive zum Einsatz kamen, die bedenkliche Eigenschaften aufwiesen und/oder deren Verhalten und Wirkungen in der Umwelt aufgrund einer lückenhaften Datenlage nicht oder nur eingeschränkt bewertet werden können. Es wird eine Bewertungsmethode vorgestellt, um die Gefährdungspotenziale der Frack-Fluide, der Formationswässer und des Flowback anhand wasserrechtlicher Beurteilungswerte sowie human- und ökotoxikologisch begründeter Wirkschwellen abzuschätzen. Die Bewertung einer Auswahl bereits eingesetzter sowie geplanter/weiterentwickelter Frack-Fluide kommt zu dem Ergebnis, dass diese Fluide ein hohes bzw. ein mittleres bis hohes Gefährdungspotenzial aufweisen. Der nach der Druckbeaufschlagung zu Tage geförderte Flowback setzt sich aus Frack-Fluid und Formationswässern sowie möglichen Reaktionsprodukten zusammen. Da auch die Formationswässer erhebliche Gefährdungspotenziale aufweisen können, stellt die umweltgerechte Entsorgung des Flowback eine vordringliche Aufgabe dar. Rechtliche Anforderungen an Fracking-Vorhaben in Bezug auf den Grundwasserschutz ergeben sich aus dem Berg- und Wasserrecht. Das Wasserrecht verlangt die Prüfung, ob beim Fracking- Vorgang sowie beim Verpressen des Flowback die Besorgnis nachteiliger Grundwasserveränderungen ausgeschlossen werden kann. Dazu ist ein wasserrechtliches Erlaubnisverfahren durchzuführen. Wegen des Anwendungsvorrangs der UVP-Richtlinie vor der UVP V-Bergbau muss bei allen Fracking-Vorhaben schon jetzt eine Vorprüfung des Einzelfalls, ob eine UVP erforderlich ist, durchgeführt werden. Die bisherige Praxis weist hier Vollzugsdefizite auf.
We examine the water-related environmental impacts and the risks for human health and the environment that could potentially be caused by hydraulic fracturing (fracking) during exploration and exploitation of unconventional natural gas reservoirs in Germany. This study covers both scientific-technical aspects and the existing mining and environmental regulations. Both were analyzed with respect to consistency, differences and current gaps of knowledge and lack of relevant information. After a general introduction, this study is divided into four sections: We first focus on the de scription of geospatial conditions, technical aspects and the chemical additives employed by hydraulic fracturing (Part A) and the existing regulatory and administrative framework (Part B), before we conduct a risk and deficit analysis (Part C) and derive recommendations for further actions and proceedings (Part D). The foundation of a sound risk analysis is a description of the current system, the relevant effect pathways and their interactions. We describe known and assumed unconventional natural gas reservoirs in Germany based on publicly available information. We present qualitatively the relevant system interactions for selected geosystems and assess potential technical and geological effect pathways. With regard to the technical aspects, we describe the principles of rock mechanics and provide an overview of the technical fracturing process. In terms of groundwater protection, the key focus is on borehole completion, modelling of fracture propagation and the long-term stability of the borehole (incl. cementation). The injected fracturing fluids contain proppants and several additional chemical additives. The evaluation of fracturing fluids used to date in Germany shows that even in newer fluids several additives were used which exhibit critical properties and/or for which an assessment of their behaviour and effects in the environment is not possible or limited due to lack of the underlying database. We propose an assessment method which allows for the estimation of the hazard potential of specific fracturing fluids, formation water and the flowback based on legal thresholds and guidance values as well as on human- and ecotoxicologically derived no-effect concentrations. The assessment of five previously used or prospectively planed fracturing fluids shows that these selected fluids exhibit a high or a medium to high hazard potential. The flowback redrawn after the pressure release contains fracturing fluids, formation water, and possibly reaction products. Since the formation water can also exhibit serious hazard potentials, environmentally responsible techniques for the treatment and disposal of the flowback is of primary importance. With respect to groundwater protection, regulatory requirements result from both the mining and the water law. The water law requires the examination, whether concerns can be excluded that hydraulic fracturing and the disposal of flowback may cause adverse groundwater effects. This requires a separate authorization according to the water law. Due to the primacy of the environmental impact assessment directive (EIA Directive, "UVP-Richtlinie") over the national EIA mining regulation ("UVP V-Bergbau") it has already to be assessed in a case-by-case examination, whether an environmental impact assessment is required. The previous administrative practices thus exhibit certain lack of enforcement.