Solche Quellen könnten dazu beitragen, die wachsende Lücke zwischen der heimischen Produktion und dem Verbrauch in den Vereinigten Staaten zu schließen, stellen jedoch größere Herausforderungen für die Umwelt dar.

Die Energy Information Administration schätzt die unkonventionellen Gasressourcen in den USA derzeit auf 2.203 Billionen Kubikfuß. Davon gelten 167 Billionen Kubikfuß als nachgewiesene Reserven, die unter den derzeitigen wirtschaftlichen und betrieblichen Bedingungen gefördert werden können.

Schiefergas

Im Gegensatz zu konventionellem Gas, das in hochporösen und durchlässigen Lagerstätten vorkommt und leicht durch vertikale Standardbohrungen erschlossen werden kann, bleibt Schiefergas in seinem ursprünglichen Ausgangsgestein eingeschlossen, dem organisch reichen Schiefer, der sich durch die Ablagerung von Schlamm, Schlick, Ton und organischem Material auf dem Boden seichter Meere gebildet hat.

Die erste Bohrung in den Vereinigten Staaten, die speziell zur Förderung von Erdgas niedergebracht wurde, zapfte 1821 ein Schiefergasvorkommen in Fredonia, New York, an. Wegen der sehr geringen Durchlässigkeit dieser Schiefer erwies sich die konventionelle Förderung mittels vertikaler Bohrungen jedoch als nicht kosteneffizient, da anderswo leichter zu erschließende Vorkommen gefunden wurden.

Heute ist Schiefergas die am schnellsten wachsende Erdgasressource in den Vereinigten Staaten und weltweit, was auf mehrere Entwicklungen in jüngster Zeit zurückzuführen ist. Fortschritte in der Horizontalbohrtechnik ermöglichen es, mit einer einzigen Bohrung größere Mengen eines Schiefergasvorkommens zu erschließen und somit mehr Gas zu fördern.

Die Entwicklung der Hydraulic-Fracturing-Technologie (auch bekannt als Hydrofracturing, Hydrofracking oder einfach Fracking) hat den Zugang zu Schiefergasvorkommen ebenfalls verbessert. Bei diesem Verfahren werden große Mengen Wasser, vermischt mit Sand und flüssigen Chemikalien, unter hohem Druck in das Bohrloch gepresst, um das Gestein aufzubrechen und so die Durchlässigkeit und die Förderraten zu erhöhen. Zusätzlich zu diesen technologischen Fortschritten haben die hohen Erdgaspreise zwischen 2001 und 2008 weitere Anreize für die Erschließung der Schiefergasressourcen geschaffen. Der daraus resultierende Anstieg der Schiefergasvorkommen in Verbindung mit der jüngsten wirtschaftlichen Rezession hat jedoch zu einem dramatischen Rückgang der Gaspreise seit 2008 geführt.

Um Schiefergas zu fördern, wird ein Produktionsbohrloch vertikal gebohrt, bis es die Schieferformation erreicht; an diesem Punkt dreht sich das Bohrloch, um dem Schiefer horizontal zu folgen. Um das Bohrloch offen zu halten und die Integrität des Bohrlochs zu schützen, wird ein Stahlrohr, die so genannte „Verrohrung“, in das Bohrloch eingeführt. Anschließend wird Zement in das Bohrloch gepumpt und an der Außenseite der Stahlverrohrung hochgepresst, um das Bohrloch abzudichten und zu verhindern, dass Erdgas, Fracking-Flüssigkeiten, Chemikalien und Förderwasser in das Grundwasser gelangen.

Nach Abschluss der Bohrungen und der Verrohrung des Bohrlochs werden im horizontalen Teil des Bohrlochs kleine Sprengladungen gezündet, um in den Verrohrungen Löcher in den Bereichen zu schaffen, in denen Hydraulic Fracturing stattfinden soll. Beim Hydraulic Fracturing wird die Fracturing-Flüssigkeit mit einem sorgfältig kontrollierten Druck hineingepumpt, um das Gestein in einer Entfernung von mehreren hundert Metern vom Bohrloch aufzubrechen. Der mit der Fracturing-Flüssigkeit vermischte Sand sorgt dafür, dass sich die Risse öffnen, wenn die Flüssigkeit anschließend abgepumpt wird. Nach dem Aufbrechen der Risse strömt das Gas in das Bohrloch und an die Oberfläche, wo es aufgefangen wird.

Im Jahr 2011 befanden sich etwas mehr als 39 Prozent der US-Erdgasreserven, d. h. 132 Billionen Kubikfuß, in Schiefergasvorkommen, vor allem in Texas, Louisiana, Arkansas und Pennsylvania. Diese Vorkommen befinden sich überall in den Vereinigten Staaten, in der Regel dort, wo auch konventionelle Gasressourcen vorkommen. In jüngster Zeit haben das Marcellus-Schiefergestein in Pennsylvania und West Virginia, das Barnett-Schiefergestein in Texas, das Hanesville-Schiefergestein in Louisiana und Texas sowie das Fayetteville-Schiefergestein in Arkansas einen erheblichen Anstieg der Erdgasförderung verzeichnet.

Dichter Gassandstein

Dichtes Gas bezieht sich auf Erdgas, das in ein Speichergestein mit hoher Porosität, aber geringer Durchlässigkeit eingedrungen ist.

Diese Arten von Lagerstätten sind in der Regel nicht mit Erdöl verbunden und erfordern in der Regel horizontale Bohrungen und Hydraulic Fracturing, um die Bohrlochleistung auf ein kosteneffizientes Niveau zu erhöhen.

Kohlenbergbau-Methan

Erdgas ist häufig mit Erdöl verbunden, kann aber auch in Kohlelagerstätten eingeschlossen sein.

Methan stellt seit jeher eine Gefahr für Bergleute unter Tage dar, da das leicht entzündliche Gas bei Bergbauaktivitäten freigesetzt wird. Mit ähnlichen Bohr- und Fracking-Techniken wie bei der Gewinnung von Schiefergas können auch sonst unzugängliche Kohleflöze angezapft werden, um dieses Gas, das so genannte Kohleflözmethan, zu gewinnen. Im Jahr 2010 befanden sich etwas mehr als 6 % der US-Erdgasreserven, d. h. 17,5 Billionen Kubikfuß, in Kohleflözgaslagerstätten, vor allem in Colorado, New Mexico und Wyoming.

Methanlagerstätten in Kohleflözen sind auch wegen ihres Potenzials für die Kohlenstoffbindung von Interesse. Durch die Injektion von Kohlendioxid (CO2) in schwer abbaubare Kohleflöze würde das CO2 das in der Kohle eingeschlossene Methan verdrängen und so die Gewinnung der Erdgasressourcen verbessern, während das CO2 an einem Ort gespeichert wird, an dem es nicht zur globalen Erwärmung beiträgt.

Methanhydrate

Methanhydrate, die aus Methanmolekülen bestehen, die in einem Käfig aus Wassermolekülen eingeschlossen sind, kommen als kristalline Feststoffe in Sedimenten in arktischen Regionen und unter dem Boden der Tiefsee vor. Obwohl sie wie Eis aussehen, brennen Methanhydrate, wenn sie angezündet werden.

Methanhydrate sind die am häufigsten vorkommende unkonventionelle Erdgasquelle und auch die am schwierigsten zu fördernde. Die Gesamtgröße der Methanhydratressourcen ist zwar sehr ungewiss, wird aber vorsichtig auf das 4.000-fache des Erdgasverbrauchs in den Vereinigten Staaten im Jahr 2010 geschätzt. Die technischen Herausforderungen bei der wirtschaftlichen Gewinnung der Ressource sind jedoch beträchtlich, und nur ein kleiner Teil der Gesamtressource wird in ausreichend hohen Konzentrationen gefunden, um auf praktikable Weise gewonnen zu werden.

Es besteht auch ein erhebliches Risiko, dass steigende Temperaturen infolge der globalen Erwärmung die Methanhydratvorkommen destabilisieren und das Methan – ein starkes Treibhausgas – in die Atmosphäre freisetzen könnten, was das Problem weiter verschärfen würde.

Biogenes Gas

Bestimmte Arten von Bakterien, die als Methanogene bekannt sind, können beim Abbau von organischem Material in einer sauerstofffreien Umgebung Methan, den Hauptbestandteil von Erdgas, produzieren.

Diese Art von Gas wird als „biogen“ bezeichnet, um es von „thermogenem“ oder fossilem Gas zu unterscheiden, das aus organischem Material gewonnen wird, das unter hohen Temperaturen und hohem Druck in der Erdkruste vergraben ist. Die Eigenschaften von biogenem Methan sind mit denen von thermogenem Methan identisch.

Viehdung, Lebensmittelabfälle und Abwässer sind allesamt potenzielle Quellen für biogenes Gas oder Biogas, das in der Regel als eine Form erneuerbarer Energie betrachtet wird.

Eine Studie schätzt, dass das technische Potenzial in den USA allein durch Viehdung 1 % des Energiebedarfs des Landes decken und zu einer Verringerung der US-Treibhausgasemissionen um 4 % führen könnte. Dutzende von US-Landwirten, vor allem im Mittleren Westen, haben bereits in anaerobe Fermenter und Generatoren investiert, um Strom und Wärme (und zusätzliche Einnahmen) aus Tierabfällen zu erzeugen. Die Biogaserzeugung in kleinem Maßstab ist eine gut etablierte Technologie in Teilen der Entwicklungsländer, insbesondere in Asien, wo Landwirte Tierdung in Fässern sammeln und das bei der Zersetzung entstehende Methan auffangen.

Deponien bieten eine weitere, nicht ausreichend genutzte Biogasquelle. Wenn Siedlungsabfälle auf einer Deponie vergraben werden, zersetzen Bakterien das im Müll enthaltene organische Material wie Zeitungen, Karton und Lebensmittelabfälle und erzeugen dabei Gase wie Kohlendioxid und Methan. Anstatt zuzulassen, dass diese Gase in die Atmosphäre gelangen, wo sie zur globalen Erwärmung beitragen, können Deponiegasanlagen sie auffangen, das Methan abtrennen und es zur Erzeugung von Strom, Wärme oder beidem verbrennen.

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