‘Schaliegaswinning’ PvdA Schaliegasdebat Wim Turkenburg Amsterdam, 25 mei 2013 Wim Turkenburg w.c.turkenburg@uu.nl Copernicus Instituut – Universiteit Utrecht

World Primary Energy Supply in 2009 (using GEA substitution method to calculate contribution from renewables) Fossil fuels: 412 EJ ( 78 % ) - oil 167 EJ - coal 139 EJ - gas 106 EJ ____________________________________________________________________________________________________________ Renewables: 89 EJ ( 17 % ) - traditional biomass 39 EJ - large hydro 30 EJ *) - ‘new’ renewables 20 EJ *) Nuclear: 27 EJ ( 5 % ) Total: 528 EJ ( 100 % ) *) Assuming for hydro, wind, solar and geothermal electricity: 1 EJ(el) = 2.85 EJ savings on fossil fuels, and for solar and geothermal heat: 1 EJ(th) = 1.17 EJ savings on fossil fuels. Source: W.C. Turkenburg et al., ‘Renewable Energy’. In: Global Energy Assessment, 2012, chapter 11

Conventional gas Production, Reserves, and Resources (EJ) Production / Reserves / Resources Energy content Production: Global natural gas production in 2009: 113 EJ Production: Historical production till 2009: 3,467 EJ Reserves: BP, 2010 (British Petroleum) BGR, 2010 (Bundesanstalt für Geowissensch. und Rohstoffe) USGR, 2008 (US Global Resources) 6,983 EJ 7,101 EJ 5,021 EJ Resources: BGR, 2010 USGR, 2008 8,902 EJ 7,193 EJ Reserves + Resources: 16,002 EJ 12,214 EJ Source: H.H. Rogner et al., ‘Energy Resources and Potentials’, GEA-2012, pp. 425-512

Development of global natural gas reserves and production, 1980-2009 (1 Tcm = 1 trillion cubic meter = 31,65 EJ) (Source: BP, 2010) Figure from: H.H. Rogner et al., ‘Energy Resources and Potentials’, GEA-2012, pp. 425-512

Locatie van conventioneel en onconventioneel gas in de ondergrond A – Conventioneel aardgas E – Olie B – Afsluitende laag (cap) F – Geassocieerd aardgas (aardgas C – Gasrijk schaliegesteente dat bij oliewinning vrijkomt) D – Tight gas (opgesloten in G – Methaan in steenkool (CBM, coal hard gesteente) bed methane) Bron: http://fibronot.nl/dossier-schaliegas/

Resource potential (EJ) Estimates for Unconventional Gas Occurrences – excluding gas hydrate (EJ) Resources Resource potential (EJ) Reserves (EJ) Coalbed methane 9,314 EJ 4,061 EJ Deep Gas 8,048 EJ Shale Gas *) 14,903 EJ 6,296 EJ Tight Gas 8,010 EJ 5,738 EJ Total 40,275 EJ 20,156 EJ *) Note 1: These shale gas reserve are about equivalent to the total conventional natural gas reserves. However, in other reports lower or higher figures can be found : (lowest figure about 40% of conv. nat. gas reserves). *) Note 2: In this estimate it is assumed that on average about 25% of the shale gas can be recovered from the resources. In some critical reports, a recovery percentage of about 10% is mentioned. Source: H.H. Rogner et al., ‘Energy Resources and Potentials’, GEA-2012, pp. 425-512

Potential and Location of Gas Hydrate Resource Theoretical Potential (EJ) Technical Potential (EJ) Economic Potential (EJ) Gas hydrate 2,500 – 2,800,000 1,200 – 238,000 0 – 12,600 Global gas hydrate locations: - Gas hydrate is a solid crystalline substance composed of water and natural gas (primarily CH4) in which water molecules form a cage-like structure around gas molecules. - Gas hydrate forms under conditions of moderately high pressure and moderately low temperature. - Gas hydrate is wide spread in marine sediments of outer continental margins and in sediments in polar regions. Source: H.H. Rogner et al., ‘Energy Resources and Potentials’, GEA-2012, pp. 425-512

Japan extracts gas from methane hydrate in seabed 12 March 2013 Japan extracts gas from methane hydrate in seabed • Japanese researchers have claimed a world first in the field of alternative energy. They've successfully extracted natural gas from frozen methane hydrate deep under the sea. • Officials with the Natural Resources and Energy Agency say engineers mined the gas today. They've been test drilling in the seabed about 50 kilometers off Japan's central coast. • The researchers are testing whether they can sustain stable extraction of the gas. They say if projected deposits pan out, they could meet Japan's natural-gas needs for 14 years. • Japan has almost no natural energy resources of its own, and extraction of gas from methane hydrate may offer a way out of a dilemma. Imported fuel costs have been hitting Japan hard after the Fukushima nuclear meltdown. • Agency officials want to commercialize the methane hydrate technology within 5 years. Source: NHK, March 12, 2013

Aggregate world-supply cost curve for conventional and unconventional natural gas - The supply curve suggests some 5,000 EJ of conventional gas can be produced for around 1 $/GJ or less (Note: cumulative gas production till 2009: 3,467 EJ). - Production cost estimates for unconventional gas vary considerably, from less than 2 $/GJ for shale gas from permeable reservoirs, CBM, or onshore gas hydrate to more than 13 $/GJ for offshore deep gas reservoirs. Source: H.H. Rogner et al., ‘Energy Resources and Potentials’, GEA-2012, pp. 425-512

Gasprijzen in VS, Europa en Japan (US$/mBTU) (1 mBTU = 1.05 GJ) In de VS bereikte de kostprijs van aardgas in 2008 een piekwaarde van $13/mBTU. Aardgas kostte in 2008 in de VS gemiddeld $8-9/mBTU. Door winning schaliegas in VS (nu 30% van gasgebruik) is de gasprijs aldaar eind 2012 gedaald naar $3,60/mBTU, met kortstondig als laagste waarde $2.0/mBTU; dit is voor vele schaliegasbronnen beneden de winningskosten – en dus niet duurzaam. In Europa is de gasprijs thans ca. een factor 3 hoger dan in VS. In Japan is de gasprijs weer aanmerkelijk hoger dan in Europa. Japan importeert LNG (Liquid Natural Gas) en betaalt hiervoor ca. $18/mBTU. Uitgaande van een schaliegasprijs van $5/mBTU zou LNG, gemaakt in de VS van dit gas, in Japan $11-12/mBTU kunnen gaan kosten. Ter informatie: $4/mBTU natural gas ≡ $25/barrel oil

Recent natural gas developments in the US: price and contribution to electricity generation Average annual wellhead prices for natural gas produced in the US, in $/Mcf. The decline in 2009 was in response to the economic crisis and the discovery of new gas fields. Source: http://geology.com/articles/ - Febr. 2013 1 Mcf ≈ 1 GJ Average monthly wellhead prices of natural gas in the US - as high as $11 and as low as $3 per Mcf in past few years. In 2012, for the first time, electricity generation from natural gas fired plants in the US was about equal to electricity generation from coal fired plants, each one providing 32% of total generation. (Source: EIA, 2013)

Map of 48 major shale gas basins in 32 countries Source: US Energy Information Administration (IEA), ‘World Shale Gas Resources: An Initial Assessment of 14 regions outside the United States’, Washington, April 2011

Estimated shale gas technically recoverable resources for selects basins in 32 countries compared to existing reported reserves, production and consumption during 2009 1 tcf ≈ 1 EJ Source: US EIA, ‘ World Shale Gas Resources: An Initial Assessment of 14 regions outside the United States’, Washington, April 2011

“U.S. shale gas reserve estimates plummet” Penn Energy, 26 January 2013: “U.S. shale gas reserve estimates plummet” The latest estimates of shale natural gas reserves in the U.S. represent a shocking step backward for the rapidly growing industry, according to Bloomberg. The projections released by the U.S. Department of Energy estimate that the country holds around 482 trillion cubic feet of recoverable natural gas from shale basins. That represents a 42 percent decline from the year before when estimates of shale gas reserves were placed at around 827 trillion cubic feet. The declines stemmed from more detailed information available because of the dramatic uptick in natural gas exploration in shale deposits over the past year. Nevertheless, the DOE estimates natural gas production will rise even higher than previously predicted despite the smaller resource base.

Assessment of conventional gas production and reserves compared to shale gas resources in Europe (2011) (GIP = Gas-in-Place) Source: European Parliament, ‘Impacts of shale gas and shale oil extraction in the environment and human health’, Policy Department, 2011 (1 bcm = 31.65 PJ)

WEO-2012: Net oil and gas import dependency for selected countries in the New Policies Scenario Conclusie: Winning schaliegas in Europa leidt niet tot verminderde importafhankelijkeid (resp. concurrerende gasprijs t.o.v. de US) WEO-2012: “While the US reverses the trend towards greater dependence in imports in the New Policies Scenario (thanks to unconventional oil and gas exploitation), China, India, ASEAN and the European Union all see a steady move towards greater reliance on imports (despite their own domestic shale gas exploitations). The US is projected to become a net exporter of gas.” Source: IEA, ‘World Energy Outlook 2012’, Paris, 2012, p. 76.

Mogelijke locaties van schaliegas-houdende lagen in Nederland Bron: KNAG, 2012: ‘Schaliegas in Nederland: potenties en risico’s’, Geografie, jg. 21. nr. 3

Bron: http://fibronot.nl/dossier-schaliegas/ Boormethode schaliegas De chemicaliën moeten dan worden verwerkt tot een ongevaarlijk spulletje. Boormethode schaliegas Bron: http://fibronot.nl/dossier-schaliegas/

Schematische voorstelling van de winning van schaliegas Boormethode schaliegas Schematische voorstelling van de winning van schaliegas Bron: http://fibronot.nl/dossier-schaliegas/

Boormethode schaliegas Schaliegasboring en proces van verbreuking door hydraulisch fracken van een schalielaag Bron: KNAG, 2012: ‘Schaliegas in Nederland: potenties en risico’s’, Geografie, jg. 21. nr. 3

Inzet van technieken bij schaliegaswinning Bij schaliegaswinning tot ca. 6 putten per km2. Eerst verticaal, en dan horizintaal boren. Het gas zit in de betreffende lagen leisteen overal, in variërende concentraties. 10-100 keer meer fracking fluids nodig dan bij conventionele gaswinning. De fracking fluid moet onder hoge druk worden geïnjecteerd om het in de breuken te krijgen. De fracking fluid bestaat mede uit zand. Het zand moet in de breuken achterblijven en zo de breuken open houden zodat het schaliegas kan worden gewonnen. Schematisch overzicht van verbuizing en cementering van een boorput. Bron: NOGEPA, 2012

Composition of the fracturing fluid used at ‘Goldenstedt Z23’ in Lower Saxony in Germany In general, the fracturing fluid typically consists of about 98% water and sand, and 2% chemical additives. The chemical additives - potentially 700 in total - include toxic, allergenic, mutagenic, and carcinogenic substances. Because of trade secrets, the composition of the additives is not fully disclosed to the public. Source: European Parliament, ‘Impacts of shale gas and shale oil extraction on the environment and human health’, Policy Department, 2011

Gebruik water en chemicaliën bij schaliegaswinning Per bron zeker 10 keer meer water nodig dan bij conventionele winning, voor o.m. koeling van de boor, toevoer van zand en chemicalien, kraken van gesteemte, afvoer van modder/slijpsel. Voor het breken (’fracken’) van het gesteente (leisteen) in de ondergrond is per put 4-30 mln liter water nodig. Een put kan tot wel 18 keer worden gebruikt voor het (opnieuw) openbreken van het gesteente in de ondergrond. Per fracking 80-300 ton chemicaliën, hierin tot 700 componenten. In een NOGEPA rapport (2012) wordt van deze componenten een beeld gegeven. NOGEPA (2012): toevoeging chemicaliën met name nodig om: (1) wrijving te verminderen; (2) water tijdelijk te verdikken voor meevoeren zand; (3) groei bacteriën te voorkomen; (4) neerslag residuen te voorkomen; (5) het verdikte water weer te verdunnen om het water met chemicaliën terug te winnen. Het water dat uit de ondergrond terug komt (tot 30% van de oorspronkelijke hoeveelheid) moet worden behandeld als chemisch afval. Recycling van het proceswater is mogelijk nadat de vervuilende stoffen eruit zijn gehaald. Er wordt gewerkt aan alternatieve technieken: fracken met superkritisch CO2 en zand; fracken met vloeibaar propaangas (LPG) .

Potential flows of air pollutant emissions, harmful substances into water and soil, and naturally occurring radioactive materials (NORM) Source: European Parliament, ‘Impacts of shale gas and shale oil extraction in the environment and human health’, Policy Department, 2011

Mogelijke problemen bij schaliegaswinning Volgens dr. Anthony Ingraffea (geoloog - Cornell University, USA): In de VS komt in de praktijk ’fluid migration from faulty wells’ voor bij een op de twintig putten (gedurende hun levensduur). (Schalie)gas (CH4) kan buiten de casing om ontsnappen naar boven, bijv. als de cementlaag niet deugt of niet goed of onvolledig is aangebracht. In de VS laten metingen zien dat drinkwater een verhoogde concentratie CH4 bevat als een put voor het winnen van schaliegas dichtbij een drinkwaterput staat. Toename emissie van methaan naar atmosfeer, dat een 25 keer hogere Global Warming Potential heeft dan CO2. Aanzienlijke industriële activiteit boven de grond i.v.m. schaliegaswinning. Kans op aardbevingen door schaliegaswinning. Sterkte hiervan is normaal 2-3 op de Schaal van Richter, en maximaal waarschijnlijk 4 (hoewel er in de VS, in Oklahoma, ook een beving van 5.6 heeft plaatsgevonden). Mogelijke beïnvloeding gezondheid: long term noise; dust; light pollution; NOx emissions; higher spill probabilities of frac fluid; venting and accidental emissions of produced gases. Bron: https://sites.google.com/site/frackingireland

CH4 emissions from shale gas exploration, extraction and processing Source: European Parliament, ‘Impacts of shale gas and shale oil extraction in the environment and human health’, Policy Department, 2011

Greenhouse gas emissions of shale and tight gas production, distribution and combustion compared to conventional natural gas and coal Source: European Parliament, ‘Impacts of shale gas and shale oil extraction in the environment and human health’, Policy Department, 2011 [Note: results for Europe, based on US experiences ]

Aardbevingen en breuklijnen in en nabij Nederland Aardbevingen in Nederland en omgeving: hoe groter en lichter de rondjes, des te zwaarder is de beving.  Let op de kleine rode rondjes in Groningen, Drenthe en rond Alkmaar: dit zijn bevingen veroorzaakt door de gaswinning in dat gebied (geïnduceerd). Duidelijk is dat de rest van de bevingen geconcentreerd zijn langs breuken in de ondergrond: natuurlijke aardbevingen door tektoniek. Bron: FALW-VU, Febr. 2013 (website)

Aardbevingen door gaswinning in Noord-Nederland De aardbevingen die optreden boven aardgasvelden hebben hypocentra, die vaak samen blijken te vallen met breuksystemen aan de top van de gashoudende zandsteenlagen. Geologie (breukkartering) en seismologie (bepaling hypocentra) kunnen dus samen een aanwijzing geven voor de herkomst van aardbevingen. Kaart van Noordoost Nederland. Gele cirkels zijn aardbevingen, blauwe driehoeken zijn boorgat-seismometers, blauwe vierkantjes zijn versnellings-meters, groene velden zijn gasvelden en met oranje worden steden en dorpen aangegeven. Bron: KNMI, 2006

Stand van zaken winning schaliegas In de VS wordt sinds ± 1996 aan de winning van schaliegas gewerkt. Thans draagt schaliegas bij aan ca. 30% van de gasconsumptie in de VS. Dit zal waarschijnlijk oplopen tot uiteindelijk 50%. De inzet leidt tot verminderd gebruik van van steenkool, wat nu wordt geëxporteerd waardoor de prijs van steenkool op de wereldmarkt is gezakt. In Europa en in Azië wordt sinds ± 2006 aan de winning van schaliegas gewerkt, in Europa onder meer in de UK en Duitsland. Polen en Ukraïne hebben grote voorraden schaliegas, die zij (o.m. met hulp van Shell) willen winnen om hun energievoorziening onafhankelijker van gasimport uit Rusland te maken. Er is een ban op winning van schaliegas in o.m. Frankrijk, Bulgarije, en Noordrijn-Westfalen (Duitsland), vanwege de milieubezwaren. In Nederland zijn plannen voor schaliegaswinning in o.m. Brabant, maar hier is de lokale bevolking en de provincie thans tegen.

’’Shell investeert miljarden in schaliegaswinning in China” Shell investeert de komende jaren tenminste 1 miljard dollar per jaar in de ontginning van schaliegasvelden in China. Dat zei de hoogste baas van het olie- en gasconcern in het land, Lim Haw Kuang, vandaag (21 augustus 2012) in een vraaggesprek met persbureau Reuters. Het gas, dat gevangen zit in steenlagen, zorgde de afgelopen jaren voor een transformatie van de Amerikaanse energiemarkt en kenners verwachten een vergelijkbare omslag in China. China maakte in maart bekend te streven naar een productie van 6,5 miljard kubieke meter schaliegas in 2015. Dat is 6 procent van de huidige energieproductie van het land. Het ministerie van Natuurlijke Rijkdommen schatte de winbare schaliegasreserve in China in maart op 25 biljoen (25.000 miljard) kubieke meter, de grootste voorraad ter wereld. Bron: ANP, 21 augustus 2012

’Ukraine signs shale drilling deal with Shell’ Penn Energy, 30 January 2013 ’Ukraine signs shale drilling deal with Shell’ Shell plans to drill 15 test wells into a shale gas field in the eastern Ukraine. Experts believe that Ukraine has one of the world’s largest deposits of shale gas resulting in enough energy to supply the country’s needs for decades to come. This could result in the country moving forward in its attempt to stop importing natural gas from Russia, where prices are expensive. Ukraine has tried to renegotiate prices because they are becoming too costly. Russia cut supply to Ukraine twice in the last seven years because of disputes over prices. Ukraine is also interested in signing a deal with Chevron to drill shale gas wells. Ukraine has furthered its atempt to decrease its dependence on natural gas from Russia by signing a new deal with Royal Dutch Shell for the energy company to explore on the eastern edge of the country. A $10 billion, 50-year shale gas exploration deal was signed with the company at the World Economic Forum on January 24 in Switzerland.

TEPCO (Japan) to buy US shale gas • Tokyo Electric Power Company says it plans to buy shale gas from the United States to help cut down on fuel costs. • The utility says it has reached a broad agreement with 2 major Japanese trading houses to purchase 800-thousand tons of shale gas every year. The trading houses will buy from the US. The 20-year-contract would begin in 2017. • TEPCO also says it's in the final stages of negotiations with other businesses to purchase 1.2-million tons of shale gas per year. • The utility says using shale gas, which is somewhat cheaper than conventional natural gas, would help cut overall fuel costs by around 530-million dollars a year. • Since the nuclear accident at the utility's Fukushima Daiichi power plant, rising costs of fuel for thermal power generation have been weighing on the company's finances. Thermal power fuel costs are likely to reach around 30-billion dollars this business year. Source: NHK (Japan), 6 February 2013

Standpunt ministerie van EZ over winning onconventioneel gas in Nederland De schattingen over de hoeveelheid onconventioneel gas zijn veelbelovend. De potentiële winning moet echter nog bewezen worden. Een eerste stap in het proces is te komen tot een inzicht waar en hoeveel volume er mogelijk aanwezig is in Nederland. Schattingen hierover lopen erg sterk uiteen. Om meer duidelijkheid te krijgen moeten de onconventionele voorraden verkend worden via proefboringen en testen. De proefboringen zijn ook nodig om een goed idee te krijgen van de winbaarheid van het gas en de technieken die daarvoor nodig zijn. Op basis daarvan is het mogelijk een goed beeld te vormen over de mogelijke impact van het winnen van onconventioneel gas op natuur, milieu en landschap. Marktpartijen nemen primair het initiatief tot proefboringen en testen. De overheid moet de veiligheid voor mens en milieu waarborgen. Bron: Brief Minister Verhagen aan de Tweede Kamer, TK 28 982, nr. 123, 8 juni 2011.

Overzicht van zgn. onconventionele gasvergunningen in Nederland # Consessie Houder Verleend Oppervlakte (km2) 1 Noord-Brabant Brabant Resources (dochter Cuadrilla Resources) 14-10-2009 (Schaliegas) 1.929 2 Oost-IJssel Queensland Gas Company Limited 17-11-2009 (CBM winning) 3.662 3 Peel DSM Energie (Rijn) B.V. 365 4 Noordoost-polder Hardenberg Resources 15-06-2010 819 5 Kempen Nog niet bekend 15-06-2011 (aangevraagd) 941 6 Breda-Maas 05-07-2011 1.042 TOTAAL 8.758 Bron: Haskoning, ‘Schaliegas in Nederland’, 8 september 2011

Proefboren (fracken) in Noord-Brabant Bron: http://www.cuadrillaresources.nl/boren-naar-schaliegas/proefboren/fracken/

Min. EZ: Stand van zaken winning schaliegas • Op dit moment wordt er in Nederland geen schaliegas gewonnen. Er zijn 2 opsporingsvergunningen voor schaliegas verleend; 1 in Noord-Brabant en 1 in de Noordoostpolder. • Het is niet duidelijk of winning van schaliegas in Nederland ooit van betekenis kan zijn. Proefboringen zijn nodig om te onderzoeken welke mogelijkheden schaliegas biedt. • Voor het boren naar gas gelden in Nederland strikte wetten en regels. Het Staatstoezicht op de Mijnen houdt toezicht op de veiligheid. • Het ministerie van Economische Zaken laat de mogelijke risico’s en gevolgen van de opsporing en winning van schaliegas onderzoeken. Provincies, gemeenten, burgers en bedrijven zijn daar bezorgd over; zij zitten dan ook in de klankbordgroep voor het onderzoek. • Het onderzoek kijkt naar alle – mogelijke – risico’s en gevolgen, zoals de uitstoot van methaan bij boringen, de aanwezigheid van zware metalen in boorgruis en de kans op bodemdaling en aardtrillingen. • Het onderzoek is naar verwachting halverwege 2013 afgerond. Tot die tijd worden er geen proefboringen naar schaliegas gehouden en verleent de overheid geen nieuwe opsporingsvergunningen voor schaliegas. Bron: http://www.rijksoverheid.nl/onderwerpen/gas/gasexploratie-en-productie/onconventioneel-gas

Bedankt! Wim Turkenburg w.c.turkenburg@uu.nl