Quantifizierung mikrobiologischer Stoffwechselprozesse in geothermischen Anlagen zur Verbesserung des Prozessverständnisses in Bezug auf Scaling und Korrosion

Korrosion an der Pumpe aus der kalten Bohrung des Wärmespeichers Neubrandenburg.
Korrosion an der Pumpe aus der kalten Bohrung des Wärmespeichers Neubrandenburg.

Mikrobiologische Stoffwechselvorgänge können die Bildung von Ausfällungen (Scaling) und Korrosion in geothermischen Anlagen hervorrufen und beschleunigen. Im Rahmen des Forschungsprojektes „MiProTherm“ werden mikrobiologische, geochemische und mineralogische Aspekte der geothermischen Nutzung des Untergrundes untersucht. Auf dieser Basis soll das Prozessverständnis soweit verbessert werden, dass Handlungsempfehlungen zur Vermeidung beziehungsweise Minderung mikrobiell verursachter Betriebsstörungen entwickelt werden können. Insbesondere ist das für die Injektionsseite geothermischer Anlagen von Bedeutung. Mikrobiell oder abiotisch gebildete Feststoffe können im bohrlochnahen Bereich zur Verstopfung der Porenräume und somit zu einer drastischen Verschlechterung der Injektivität führen. Biofilme im Filterbereich verringern ebenfalls die Injektivität. Außerdem gilt es mikrobiell induzierte Korrosion zu vermeiden, da diese erhebliche Wartungsarbeiten und Stillstandzeiten der Anlagen zur Folge haben kann.
Für die Verbesserung des Prozessverständnisses und auch zur Abschätzung ökologischer Auswirkungen auf die autochthone mikrobielle Biozönose im Reservoir ist es erforderlich, die Ausgangssituation vor Beginn des geothermischen Betriebes zu erfassen, um anschließend die durch die Nutzung erzeugte Veränderung der Bedingungen zu beobachten. Zur Charakterisierung der Stoffwechselprozesse sollen die an Prozessstörungen beteiligten Mikroorganismen qualitativ und quantitativ erfasst und ihre Stoffwechselaktivität mittels molekularbiologischer und geochemischer Methoden bestimmt werden. Hierbei werden genetische Fingerprinttechniken genutzt, die auf PCR-amplifizierten 16S rRNA- und funktionellen Genen basieren,  um die dominanten Mikroorganismen im Fluid und den Filterproben zu bestimmen. Die Identifizierung der Mikroorganismen und die Bestimmung ihrer Substrate und Stoffwechselprodukte ermöglicht die Zuordnung der gefundenen Gensequenzen zu metabolischen Gruppen und liefert Hinweise auf die im Untergrund ablaufenden biogeochemischen Prozesse. Phospholipidanalysen und die Quantifizierung der mikrobiellen Aktivität (qPCR) sowie die physiologische Charakterisierung dominanter Arten sollen weitere Erkenntnisse über die Rolle von  Mikroorganismen in geothermischen Anlagen liefern.

Projektpartner

  • GTN (Geothermie Neubrandenburg)
  • BWG (Boden Wasser Gesundheit)
  • Universität Duisburg-Essen, Biofilm Center
  • Sektion 4.3 Organische Geochemie