Mikrobiologie der Untergrundspeicherung von Wasserstoff

In Untergrundspeichern können Mikroorganismen schwere Schäden an den darin enthaltenen Gütern und technischen Anlagen verursachen. Trotz der Relevanz der bevorstehenden Nutzung von Untergrundspeichern mit Wasserstoff liegen zu den mikrobiellen Prozessen in diesen Speichern noch keine systematischen Untersuchungen vor. Dies steht im krassen Gegensatz zum Entwicklungspotenzial von Mikroorganismen in Wasserstoff-Untergrundspeichern.

Zur Untersuchung der Risiken, dem möglichen Schadenspotenzial für die technische Installationen und mikrobiologische Vorgänge bei der Untergrundspeicherung von Wasserstoff wird derzeit ein Forschungsprojekt durchgeführt. Ziel ist es, die potentiellen Stoffwechselprozesse und die beteiligten Mikroorganismen zu charakterisieren. In praxisnahen Laborversuchen werden mikrobiologische Szenarien modelliert, um die wesentlichen Einflussparameter auf die potentiellen Prozesse zu analysieren und Kriterien zur Speicherauswahl bzw. Risikoabschätzung bereitzustellen. Die vorgesehenen Untersuchungen bauen auf umfangreichen Erfahrungen mit mikrobiell verursachten Schäden bei der Untergrundgasspeicherung und Nutzung der Geothermie auf und dienen als Vorstufe für objektspezifische Anwendungsstudien.

Studien und Forschungsprojekte

Einfluss von Biogas und Wasserstoff auf die Mikrobiologie in Untertagegasspeichern (Literaturstudie)

Die Literaturstudie beleuchtet mögliche Auswirkungen und Risiken mikrobiologischer Prozesse in Untergrundspeichern, mit Blick auf eine anteilige Einspeisung von Wasserstoff und Bio-Methan in das Erdgasnetz. Es werden die vielfältigen mikrobiellen Stoffwechselwege dargestellt und praxisrelevante ökologische Parameter der Speichermikrobiologie, Wechselwirkungen mit Gesteinsmatrix und Formationswässern, Kontaminationsrisiken sowie mögliche Auswirkungen für den technischen Speicherbetrieb diskutiert.

Die mikrobiologischen Risiken, die mit der anteiligen Einspeisung von Wasserstoff und Bio-Methan in das Erdgasnetz verbunden sind, lassen sich auf Basis bereits veröffentlichter Daten in gewissem Umfang abschätzen. Da Wasserstoff eine Energiequelle für zahlreiche anaerobe Stoffwechselprozesse ist, besteht ein erhebliches Gefährdungspotential für Untergrundspeicher, insbesondere Porenspeicher. Viele deutsche Speicher bieten die notwendigen Voraussetzungen für einen raschen und vollständigen mikrobiellen Abbau eingebrachter Wasserstoffanteile, weshalb eine unbedenkliche Konzentrationsuntergrenze für Wasserstoff nicht festgelegt werden kann.

Die schnelle Wasserstoffverwertung durch sulfatreduzierende und methanogene Prokaryoten kann erhebliche technische und ökonomische Konsequenzen nach sich ziehen, wie z.B. Sulfidbildung (H2S), mikrobiell induzierte Korrosion (MIC) oder Permeabilitätsverringerung im Speichergestein. Über das mögliche Ausmaß negativer Auswirkungen und ob bestimmte Speicher mit geringerem Risiko existieren, kann derzeit nur spekuliert werden.

DGMK-Forschungsbericht 756, Hamburg, Mai, 2013 (neuer Tab)

Verfahrensentwicklung zur Sicherheitsüberwachung und Behandlung mikrobiologischer Prozesse bei der Untergrundspeicherung regenerativ erzeugten Wasserstoffes (Forschungsbericht)

Unterstützt vom Land Sachsen-Anhalt wurden im Zuge eines 3-jährigen Forschungsprogrammes die Bewertungskriterien für eine sichere unterirdische Lagerung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff analysiert und ein Verfahren zur Sicherheitsüberwachung von Untergrundspeichern entwickelt. Dieser Methodenkatalog umfasst alle notwendigen Analysen für eine praxisrelevante mikrobiologische Speicherbewertung. Darüber hinaus werden Wege zur Behandlung von mikrobiell verursachten Störungen aufgezeigt.

Zur Evaluierung der Analysenmethoden wurde eine Kultursammlung von Mikroorganismen aus deutschen Untergrundspeichern angelegt, die unter unterschiedlichen Bedingungen wachsen. Anhand dieser Kulturen wurde der Einfluss von Mikroorganismen auf eine Wasserstoffeinlagerung unter den unterschiedlichen ökologischen Bedingungen von Kavernen- und Porenspeichern simuliert und die erforderlichen Begleitanalysen definiert. Im Ergebnis dieser Modellversuche konnten die wesentlichen Risikoparameter einer Wasserstoffeinlagerung in Untergrundspeichern bestimmt werden.

Mögliche Strategien zur Vorbeugung und Bekämpfung mikrobieller Populationen in Speicheranlagen wurden unter praxisrelevanten Bedingungen in Hochdruckversuchen getestet und bewertet. Das Verfahren zur Speicherüberwachung wurde in das Serviceportfolio der MicroPro GmbH übernommen.

HYPOS - Zukunftsforschung

Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany oder kurz "HYPOS" steht für eines von zehn ostdeutschen Projekten, welches im Rahmen des Programms "Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. Zentrales Thema für HYPOS ist die Nutzung und temporäre Speicherung von Stromüberschuss aus regenerativen Quellen zur H2-Elektrolyse.

Die potenziellen Auswirkungen eines wasserstoffstimulierten Mikroorganismenwachstums in Kavernen sollen an einem Modellstandort untersucht werden. Neben umfassenden mikrobiologischen und molekularbiologischen Analysen sind u.a. Simulationsversuche geplant. Das Gemeinschaftsprojekt ist mittelfristig angelegt.

HYPOS-Internetauftritt (neuer Tab)