Untergrundspeicher für Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe Geothermie- und technische Anlagen

Aufgrund unerwar­teter, kriti­scher Druck­an­stiege im Kreislauf einer Geother­mie­anlage wurde das Material eines Pumpen­vor­filters mikro­bio­lo­gisch unter­sucht. Dabei wurden in Flüssig­kul­turen und mit PCR hohe Keimge­halte wasser­stoff­ver­wer­tender, sulfat­re­du­zie­render Bakterien (SRB) nachge­wiesen. Durch Wachs­tums­tests mit den angerei­cherten Bakte­ri­en­kul­turen wurde belegt, dass sich die Organismen nur bei Tempe­ra­turen unterhalb 40°C vermehren und somit nicht aus dem über 55°C warmen Heizkreislauf stammen können. Es handelte sich vielmehr um Bakterien, die aus dem Kaltwas­ser­kreislauf einge­schleppt wurden.

Auf die Gefahr einer Anpassung der Organismen an höhere Tempe­ra­turen und die damit einher­ge­hende Konta­mi­nation des Warmwas­ser­kreis­laufs wurde hinge­wiesen und Vorschläge für weiter­ge­hende Maßnahmen unterbreitet.

Eine Schacht­bohrung mit 6 m Durch­messer für ein Salzbergwerk sollte mittels einer CMC-Bohrspülung (Carboxy­me­thyl­cel­lulose) abgeteuft werden. Mehrere 1.000 m³ Bohrspülung lagerten in obertä­gigen Becken. Während der Sommer­monate setzte ein inten­siver mikro­bieller CMC-Abbau ein, sodass die Bohrspülung auch durch konti­nu­ierlich hohe CMC-Nachdosierung nicht mehr stabi­li­siert werden konnte. Der Bohrer drohte durch aufquel­lenden Ton im Bohrloch stecken zu bleiben.

Im Ergebnis umfas­sender Biozid­tes­tungen musste festge­stellt werden, dass für diese Dimension kurzfristig kein Präparat zur Verfügung gestellt werden konnte.

Getestet und vorge­schlagen wurde daher eine alkalische Stabi­li­sierung der Bohrsülung bei einem pH-Wert von 11–12. Die Bakterien wurden damit effektiv abgetötet und die Bohrung konnte ohne weiteren Spülungs­verlust sicher nieder­ge­bracht werden.

Während des Solungs­pro­zesses einer Kaverne kam es zu starken Ausfäl­lungen, infolge dessen eine Flocken­bildung und Sonden­blo­ckie­rungen auftraten.

In den unter­suchten Proben wurden hohe Keimge­halte unter­schied­licher physio­lo­gi­scher Bakte­ri­en­gruppen nachge­wiesen. Als Nährstoff­quellen wurden organische Verbin­dungen (Zellu­lo­se­ver­bin­dungen) vermutet, die mit dem Solungs­wasser in die Kaverne einge­tragen wurden. Nachfol­gende mikro­bielle Abbau­pro­zesse führten offen­sichtlich zu einem hohen Besied­lungsgrad, der auch durch hohe Salzge­halte nicht reduziert wurde. Vielmehr wurde nachge­wiesen, dass es zu einer bakte­ri­ellen Adapt­ation gekommen war und sich im Verlauf des Solungs­pro­zesses salzver­träg­liche Stämme (u.a. bei 245 g NaCl/l) entwi­ckelt haben.

Nachweislich waren schleim­bil­dende Bakterien an der Flocken­bildung beteiligt. Es kam in den simulierten Labor­tests im weiteren Verlauf zur Ausbildung von netzar­tigen Geflechten faden­för­miger Bakterien. Der Prozess der Faden­bildung nahm mit steigendem Salzgehalt noch zu. Dieser Zusam­menhang war durch das Auftreten von bakte­ri­ellen Umbil­dungs­formen mit verrin­gerter Beweg­lichkeit und gestörter Zellteilung unter dem physio­lo­gi­schen Stress bei hoher Salinität erklärbar.

Nach Abschluss der mikro­bio­lo­gi­schen Unter­su­chung war es möglich, fallspe­zi­fische Maßnahmen zur Vermin­derung des Nährstoff­ein­trages und Bekämpfung der Bakterien zu empfehlen.

Durch den Betreiber einer Erdgas­pipeline wurden Korro­si­ons­schäden an der Außen­hülle der Pipeline in einem Gebiet mit erhöhtem Grund­was­ser­spiegel festge­stellt. Die Pipeline war mit einem katho­di­schen Korro­si­ons­schutz ausgerüstet.

Entscheidend für die Korrosion war der Initi­al­prozess einer Schwefelwasserstoff-Bildung durch sulfat­re­du­zie­rende Bakterien (SRB), die u.a. den beim Katho­den­schutz gebil­deten Wasser­stoff­mantel als Energie­quelle nutzten. Der durch diese SRB gebildete Schwe­fel­was­ser­stoff (H2S) reagierte mit Eisen­ionen, die sich aus der Pipeline heraus­lösten, unter Bildung von schwarzem Eisen­sulfid. H2S und Eisen­sulfid werden von verschie­denen Gruppen sog. schwe­fel­oxi­die­render Bakterien (SOB) zu Schwe­fel­säure und Eisen(II)sulfat oxidiert. Speziell Acidi­thi­o­ba­cillus ferro­oxidans oxidiert Eisen(II)sulfat zu Eisen(III)-Salzen. Aus Eisen(II)sulfid (Pyrit) werden dann in Verbindung mit Wasser erheb­liche Mengen an Schwe­fel­säure freige­setzt, welche im Anschluss an die bereits einge­tretene Zehrung metal­li­schen Eisens der Anlagen­teile zu weiterer mikro­biell verur­sachter Korrosion führen.

Durch umfang­reiche mikro­bio­lo­gische Unter­su­chungen konnten die Aktivi­täten der daran betei­ligten Mikro­or­ga­nis­men­gruppen belegt und die Ursache für die Korrosion beschrieben werden.