HDD-Bohrspülung: Umweltverträglichkeit & Einsatz von Bentonit

Bentonit ist ein natürlich vorkommendes Tonmineral und ein wesentlicher Bestandteil der beim Horizontalspülbohrverfahren (Horizontal Directional Drilling, HDD) eingesetzten Bohrspülungen. Sein Einsatz ermöglicht in vielen Fällen erst die grabenlose Verlegung von Rohren und Kabeln im HDD-Verfahren – einer Bauweise, die Eingriffe in Boden, Natur, Verkehrsräume und bestehende Infrastruktur erheblich reduzieren kann.

Trotzdem wird Bentonit in der öffentlichen Diskussion immer wieder kritisch betrachtet. Berichte über austretende „Bohrschlämme“ vermitteln mitunter den Eindruck einer grundsätzlichen Gefährdung von Boden und Grundwasser. Eine solche pauschale Bewertung wird jedoch weder dem eingesetzten Material noch dem Verfahren gerecht.

Ein wesentlicher Grund für bestehende Vorbehalte dürfte in der Vergangenheit liegen. Berichte über ehemalige Bohrschlammgruben aus der früheren Öl- und Gasförderung haben das öffentliche Bild von Bohrspülungen nachhaltig geprägt. Die dort teilweise eingesetzten und nicht ordnungsgemäß entsorgten Stoffgemische konnten erhebliche umwelt- und gesundheitsgefährdende Bestandteile enthalten.

Mit den heute in der oberflächennahen Horizontalbohrtechnik eingesetzten bentonitbasierten Bohrspülungen sind solche Altlasten jedoch nicht gleichzusetzen. Bentonit selbst ist ein Naturprodukt. Es handelt sich um ein Tonmineral, das bei entsprechender Qualität im Tagebau gewonnen, getrocknet und gemahlen wird. Hauptbestandteil ist Montmorillonit mit einem Anteil von bis zu etwa 80 Prozent. Daneben enthält Bentonit weitere natürliche Mineralbestandteile wie Feldspat, Quarz und Glimmer.

Auch die Zusammensetzung einer typischen HDD-Bohrspülung hilft bei der sachlichen Einordnung. Eine in üblicher Zusammensetzung hergestellte Bentonitspülung besteht zu rund 97 Prozent aus Wasser, während der Bentonitanteillediglich etwa 2,5 bis 3 Prozent beträgt. Während des Bohrvorgangs nimmt die so angemischte Spülung erhebliche Mengen des durchbohrten Baugrundes auf. Der Anteil dieser zusätzlich aufgenommenen Feststoffe kann etwa 10 bis 25 Volumenprozent des Gemisches erreichen. Dadurch verringern sich die relativen Anteile sowohl des Bentonits als auch des Wassers am Gesamtgemisch entsprechend. Die tatsächliche Bentonitkonzentration der im Bohrprozess anfallenden Spülung liegt daher nochmals deutlich unter derjenigen der ursprünglich angesetzten Bentonitspülung.

Die verwendeten Bentonite werden gezielt für ihren jeweiligen Einsatzzweck aufbereitet. Die hierfür erforderlichen Polymeranteile liegen, bezogen auf die fertige Bohrspülung, in sehr geringen Konzentrationen vor. Bei einem üblichen Polymeranteil von beispielsweise 2% im Bentonitprodukt entspricht dies bei 1.000 Litern fertiger Bohrspülung lediglich einem Polymeranteil von rund 0,06 % bzw. etwa 600 Gramm.

Weitere Zusätze, etwa zur Anpassung an besondere Bodenverhältnisse oder zur Wasseraufbereitung, werden – soweit erforderlich – ebenfalls nur in ähnlich geringen Mengen eingesetzt. Typische Zugabemengen bewegen sich dabei in einer Größenordnung von etwa 0,1 Prozent bezogen auf die fertige Bohrspülung. Auch diese Baustellen-Additive sind beim HDD immer geprüfte und als unbedenklich eingestufte Substanzen.

Was auf den ersten Blick wie „Bohrschlamm“ aussieht, besteht im Regelfall überwiegend aus Wasser, einem geringen Anteil eines natürlichen Tonminerals und einem großen Anteil des durchbohrten Baugrunds. Der Bodenanteil kann mehr als 500 kg pro 1.000 Liter Bohrspülung betragen.

Die in der Horizontalbohrtechnik eingesetzten Bentonite und Spülungszusätze werden hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit geprüft und bewertet. Hierzu gehören beispielsweise ökotoxikologische Untersuchungen im Sinne der Grundsätze zur Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt). Auch das DVGW-Arbeitsblatt W 116 „Verwendung von Spülungszusätzen in Bohrspülungen bei Bohrarbeiten im Grundwassermessstellen- und Brunnenbau“ liefert einen fachlichen Rahmen für die Beurteilung entsprechender Stoffe und Zusätze.

Die in der grabenlosen Bauweise eingesetzten Bentonite sind in der Regel als NWG – „nicht wassergefährdend“ – eingestuft. Auch die Bewertung üblicher Bohrspülungsrezepturen gemäß den Vorgaben der AwSV führt bei fachgerechter Zusammensetzung regelmäßig zu einer Einstufung als nicht wassergefährdend.

Der entscheidende Punkt: Eine fachgerecht hergestellte und fachgerecht eingesetzte Bentonitspülung ist kein umweltgefährdendes Schadstoffgemisch und darf mit einem solchen auch nicht gleichgesetzt werden.

Planmäßig gelangt die Bohrspülung beim HDD nur in den Bereich des Erdreichs, in dem der Boden abgebaut und ausgetragen wird. Genau dort erfüllt Bentonit bzw. die Bentonitspülung eine ihrer wesentlichen Aufgaben: Sie stützt den unverrohrten Bohrkanal und dichtet ihn gegenüber dem umgebenden Baugrund ab. Geeignete Baugrundverhältnisse und eine fachgerechte Bauausführung vorausgesetzt, dringt dabei nur ein geringer Anteil der Bohrspülung durch Filtration in den unmittelbar angrenzenden Baugrund ein.

Auch bei einem besonders umweltschonenden Bauverfahren wie dem HDD-Verfahren gibt es Situationen, in denen ein unkontrollierter Austritt, Abfluss oder die Einwirkung von Bohrspülung problematisch sein kann. Dies gilt beispielsweise für Biotope, Gewässer, Verkehrsflächen, unterirdische Fremdbauwerke, Süßwasserlinsen sowie Bereiche in unmittelbarer Nähe von Pegeln oder Brunnen.

Diese Situationen sprechen jedoch nicht grundsätzlich gegen den Einsatz von Bentonit oder gegen die grabenlose Bauweise. Entscheidend sind vielmehr eine fachgerechte Planung, die Berücksichtigung der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse, eine qualifizierte Bauausführung sowie geeignete Überwachungs- und Gegenmaßnahmen.

Unbeabsichtigte Spülungsaustritte an der Geländeoberfläche lassen sich technisch nicht unter allen Umständen vollständig ausschließen, meist sind unerwartete geologische Bedingungen oder anthropogene Eingriffe dafür verantwortlich. Werden sie fachgerecht aufgenommen und beseitigt, können ihre Auswirkungen minimiert und lokal und zeitlich begrenzt werden.

Dabei muss zwischen der ursprünglich eingesetzten Bohrspülung und Bohrspülung mit möglichen Verunreinigungen unterschieden werden, die während des Bohrvorgangs aus dem durchbohrten Boden aufgenommen worden sein können. Kann eine zurückgewonnene oder austretende Spülung anschließend nicht mehr als unbedenklich eingestuft werden, liegt dies in der Regel an Kontaminationen oder Anreicherungen von Stoffen aus dem durchbohrten Baugrund.

Solche Stoffe wären grundsätzlich auch bei einer offenen Bauweise anzutreffen. Dort sind die notwendigen Bodenbewegungen in der Regel wesentlich umfangreicher und erfolgen deutlich näher an der Oberfläche.

Für eine faire Umweltbewertung darf nicht allein die eingesetzte Bohrspülung betrachtet werden. Entscheidend ist die Gesamtbilanz des Bauverfahrens.

Bei einer offenen Leitungsverlegung müssen Straßen, Böden und andere Oberflächen über größere Strecken geöffnet werden. Boden wird ausgehoben, transportiert, zwischengelagert, gegebenenfalls entsorgt und anschließend wieder eingebaut oder ersetzt. Verkehrsflächen müssen gesperrt und später wiederhergestellt werden. Vegetation, bestehende Strukturen und sensible Bereiche können betroffen sein.

Die Horizontalbohrtechnik kann viele dieser Eingriffe erheblich reduzieren. Straßen, Gewässer, Bahnstrecken, Schutzbereiche und andere Hindernisse lassen sich unterqueren, ohne die Oberfläche über die gesamte Leitungstrasse öffnen zu müssen. Wesentliche ökologische und praktische Vorteile der grabenlosen Bauweise sind

In vielen sensiblen oder stark genutzten Bereichen ist sie deshalb nicht nur eine umweltschonende Alternative, sondern häufig die technisch und wirtschaftlich sinnvollste Möglichkeit zur Leitungsverlegung, nicht selten ist sie sogar die einzig mögliche Art der Verlegung.

Horizontalbohrungen dienen überwiegend dem Ausbau und Erhalt unserer Versorgungsinfrastruktur. Strom, Gas, Trinkwasser, Fernwärme, Abwasserleitungen und schnelle Datenverbindungen müssen sicher und möglichst schonend zu den Menschen gebracht werden. Gerade vor dem Hintergrund des notwendigen Ausbaus von Energie- und Kommunikationsnetzen gewinnen Bauverfahren an Bedeutung, mit denen Infrastruktur bei möglichst geringen Eingriffen in die Umgebung errichtet werden kann.

Bentonit übernimmt dabei eine zentrale technische Funktion und ermöglicht damit überhaupt erst die sichere und kontrollierte Durchführung vieler Horizontalbohrungen. Bentonit ist deshalb nicht das Umweltproblem der grabenlosen Bauweise. Fachgerecht eingesetzt ist es vielmehr ein wesentlicher Bestandteil eines besonders eingriffsarmen Bauverfahrens.

Selbstverständlich müssen Bohrmaßnahmen sorgfältig geplant, kontrolliert und überwacht werden. In ökologisch oder hydrogeologisch sensiblen Bereichen sind besondere Schutzmaßnahmen richtig und notwendig. Eine sachgerechte Bewertung sollte jedoch klar unterscheiden zwischen

Pauschale Vorbehalte gegenüber Bentonit können dazu führen, dass gerade jene Bauweise erschwert wird, die in vielen Fällen erhebliche Vorteile gegenüber einer offenen Leitungsverlegung bietet.

Bentonit ist ein natürlicher, geprüfter und seit Jahrzehnten bewährter Baustoff. Bei fachgerechter Auswahl und Anwendung ermöglicht es als Bestandteil einer Bohrspülung die sichere Durchführung von Horizontalspülbohrungen und damit den Einsatz eines Bauverfahrens, das Eingriffe in Boden, Natur und bestehende Infrastruktur erheblich reduzieren kann.

Mögliche Risiken und sensible Einsatzbereiche müssen dabei berücksichtigt, fachgerecht geplant und überwacht werden. Sie rechtfertigen jedoch keine pauschale Gleichsetzung bentonitbasierter Bohrspülungen mit umweltgefährdenden Schlämmen oder gar Gefahrstoffen.

Eine umweltfachliche Bewertung sollte sich nicht ausschließlich auf die Bohrspülung konzentrieren. Entscheidend ist vielmehr die Gesamtbilanz des Bauverfahrens, wobei auch die Umweltauswirkungen und Eingriffe zu berücksichtigen sind, die mit einer alternativen Verlegung in offener Bauweise verbunden wären.

Autor: Dipl.-Ing. Oliver Knopf,Phrikolat Drilling Specialties GmbH Co-Autor: Dipl.-Ing. Marco Reinhard, Vorstandsmitglied Verband Güteschutz Horizontalbohrungen (DCA), Leonhard Weiss GmbH & Co. KG