Mikrobiologische Spezialuntersuchungen für Untergrundspeicherung (KW, Wasserstoff), Geothermie-Objekte und technische Anlagen
Mikroorganismen können in Untergrundspeichern und technischen Anlagen schwere Schäden verursachen, die bis zur Betriebsstilllegung führen können. Eine Besiedlung von Anlagenkomponenten, z.B. Kühlanlagen, Wärmetauschern, Filtern oder Rohrleitungen zieht häufig kostspielige Wartungsarbeiten nach sich.
Für den Betrieb von Speichern oder geothermischen Anlagen können verschiedene mikrobielle Prozesse (z.B. Sulfatreduktion, anaerobe Gärungen oder Polymerbildung) von Bedeutung sein, in deren Folge stoffliche Umsetzungen und Unterschreitung von Qualitätskriterien des Speichergutes, Korrosion, Versäuerungen, Permeabilitätsverluste und Sondenblockierungen eintreten können.
Typische mikrobiell verursachte Störfälle sind:
- Abbau oder Veränderung gespeicherter Rohstoffe durch mikrobielle Umsetzungen (Abbau von Kohlenwasserstoffen, Ethylen, Methan)
- Qualitätsminderung durch Schwefelwasserstoff-, Methan- oder Kohlendioxidbildung
- Mikrobiell verursachte Korrosion (engl. microbially induced corrosion, MIC) an Rohrleitungen, Anlagenteilen oder Spundwänden
- Verstopfungen an Sondenköpfen oder in obertägigen Anlagen, z.B. an Filtern oder Wärmetauschern aufgrund mikrobieller Stoffwechselprodukte (z.B. FeS) oder bakteriellen Bewuchses (Biofilm- oder Schleimbildung)
- Schaumbildung, Ausfällungen oder Ablagerungen
- Versagen von Spülungs- oder anderen Bohrchemikalien
Die Untersuchungen erfordern in jedem Fall eine mikrobiologische Betrachtung der konkreten Standortbedingungen. Spezielle und erprobte Testmedien und Analyseverfahren garantieren eine zuverlässige Analyse und Typisierung der vorkommenden Organismen. Darüber hinaus ermöglichen Wachstumsuntersuchungen eine anwenderorientierte, weitgehende Charakterisierung der nachgewiesenen Bakterienpopulationen. Ergänzt werden diese Analysen durch molekularbiologische Nachweis- und Typisierungsverfahren.
Wir bieten Ihnen speziell angepasste mikrobiologische Untersuchungen unter praxisrelevanten Bedingungen für wasser-, öl- oder feststoffhaltige Proben aus technischen Anlagen, Bohrungen, Sonden, Kavernen oder Aquiferspeichern.
Einen Schwerpunkt der zukunftsorientierenden Arbeiten wird die Bewertung und Risikoeinschätzung bei der unterirdischen Speicherung von regenerativ erzeugten Wasserstoff bilden.
Leistungsumfang:
- Entnahme von flüssigen Proben oder Feststoffen aus den entsprechenden geologischen Strukturen oder Anlagenteilen
- Untersuchung der Proben auf alle relevanten Bakteriengruppen
- Untersuchung der vorgefundenen Bakterien auf die Verwertung relevanter Stoffe, z.B. Wasserstoff sowie auf die Bildung von kritischen Stoffwechselprodukten, z.B. Schwefelwasserstoff
- Bestimmung des Besiedlungsgrades und der Aktivität unter den jeweiligen Standortbedingungen (Salzgehalt, Temperatur, Chemie, Druck)
- Identifizierung individueller Bakteriengruppen in vorgefundenen Mikroorganismenspektren mittels molekularbiologischer und biochemischer Methoden
- Ermittlung der Ursachen für mikrobielle Besiedlungen und Ableitung möglicher Gegenmaßnahmen
- Empfehlungen zur Stabilisierung von Bohrspülungen oder Sole, Überprüfung der Wirksamkeit eingesetzter Biozide
- Dichtigkeitsuntersuchungen mittels mikrobiologischer und geochemischer Analysen (Bodenluftmessung)
- Gutachten, Risikobewertung, wissenschaftliche Studien
Wir empfehlen, Untersuchungen Ihrer technischen Anlagen ausschließlich von erfahrenem Fachpersonal mittels mikrobiologisch fundierter Beprobung und anwenderorientierter, fallspezifischer Laboranalytik durchführen zu lassen. Wir garantieren Ihnen qualifizierte Untersuchungen und kompetente Beratung - seit über 40 Jahren - und freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Ihnen.
Fallbeispiele
Filterblockierungen an einer Geothermie Sonde
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 4oC vermehren und somit nicht aus dem über 55oC 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.
Stabilisierung einer Bohrspülung für eine Schachtbohrung
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.
Untersuchungen eines Kavernen-Solungsprozesses
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.
Korrosionsuntersuchungen an einer Pipeline
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.
