Forschung

Unterirdische geologische Reservoire stellen komplexe biogeochemische Systeme dar. Neben einer Vielzahl von Mineralen und verschiedenen Fluiden umfassen diese auch eine weitgehend unbekannte mikrobielle Gemeinschaft. Eine technische Nutzung des Untergrundes zur Gas- bzw. Wärmespeicherung ist mit Wechselwirkungen zwischen den eingesetzten technischen Materialien und der indigenen Biozönose verbunden. Mikrobiell induzierte Mineralauflösungen und -ausfällungen sowie Biofilmbildung können neben der mikrobiell induzierten Korrosion an Metalloberflächen den Anlagenbetrieb erheblich beeinträchtigen.

Forschungsschwerpunkt unserer Arbeitsgruppe stellen Untersuchungen zu geohydraulischen, mineralogischen, geochemischen und biogenen Wechselwirkungen in Geothermieanlagen und unterirdischen potentiellen Gaslagerstätten dar. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Charakterisierung der mikrobiellen Biozönose und deren Veränderlichkeit infolge der geothermischen Nutzung von Aquiferen. Zusätzlich wird der Einfluss mikrobieller Prozesse auf die Integrität von Bohrungen und technischer Materialien in unterirdischen Gasreservoiren und Geothermieanlagen untersucht. Die erzielten Ergebnisse erweitern das Prozessverständnis in Bezug auf mikrobiologische Prozesse und Wechselwirkungen mit technischen Anlagen geologischer Speicher und verbessern somit die allgemeine Datenlage für Speicherbetriebe. Unter in-situ nahen Bedingungen werden verschiedene Materialien, die bei Bohrungen und Ein- bzw. Ausspeicherungen verwendet werden, hinsichtlich ihrer Beständigkeit untersucht.

Diese Datenlage trägt zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Effizienz unterirdischer Speicherbetriebe bei und fördert somit den Ausbau und Einsatz erneuerbarer Energien.

Von links nach rechts: 1) Hochdruckzellen ermöglichen eine Kultivierung unter hohen Versuchsdrücken (40 bar), 2) Im Standversuch können Mikroorganismen unter atmosphärischen Bedingungen kultiviert werden, 3) Biofilmbewachsener Stahlcoupon zur Untersuchung der Korrosion und Biozönose, 4) Mikroskopie-Aufnahme eines biofilmbewachsenen Stahlcoupons zur Untersuchung von mikrobiologischen Prozessen, 5) DNA-Fingerprinting-Methode PCR-DDGE zur Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft.

Aktuelle Projekte

• BioKS: Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen - in-situ Monitoring und Test von Gegenmaßnahmen in Bypass-Systemen. Im Rahmen des Projektes werden der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene mikrobiell induzierte Korrosion sowie das daraus resultierende Scaling untersucht. Mit Hilfe eines mobilen Bypass-Systems werden in-situ Untersuchungen von Werkstoffen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften unter vielfältigen Bedingungen durchgeführt und ausgewertet. Mikroorganismen, die an korrosiven Prozessen beteiligt sind, werden identifiziert und quantifiziert.
• HyINTEGER: Untersuchungen zur Integrität von Bohrungen und technischen Materialien unter stark korrosiven Bedingungen in geologischen Wasserstoff-Untergrund-Reservoiren. Im Rahmen des Projektes werden die Wechselwirkungen zwischen den technischen Anlagenbauteilen eines Wasserstoffspeichers und den natürlichen unterirdischen Bestandteilen in Abhängigkeit von Druck, Salinität und Temperatur untersucht. Dabei sollen chemisch-mineralogischen, mikrobiologischen und petrophysikalisch-geohydraulisch-geomechanischen Eigenschaften der Speicher- und Deckgesteine sowie die Stabilität und Dichtigkeit der technischen Anlagen Erkenntnisse zur Weiter- bzw. Neuentwickelung liefern. An unterirdische Prozesse beteiligte Mikroorganismen werden identifiziert und quantifiziert.
• EvA-M: Einsatz von Ausfällungsinhibitoren im Molassebecken-Begleitendes Monitoring und Experimente in unterschiedlichen Skalen. Im Rahmen des Projekts wird der anaerobe Abbau universeller Scaling-Inhibitoren unter kontrollierten Bedingungen unter Laborbedingungen untersucht. Unter Verwendung chemischer und molekularbiologischer Methoden werden die Abbauprodukte sowie die daran beteiligten Mikroorganismen identifiziert und quantifiziert.
• SUBI: Sicherheit von Untergrundspeichern bei zyklischer Belastung-Funktionalität und Integrität von Speichern und Bohrungen. Ziel des Verbundprojekts SUBI ist es, die komplexen geomechanischen Vorgänge, welche die Zuverlässigkeit von Untertage-Gasspeichern (UGS) beeinflussen, skalenübergreifend und interdisziplinär zu untersuchen. Dabei sollen die Auswirkungen zyklischer Beanspruchungen auf die technischen Installationen und die Gasspeicher im regionalen Stressfeld untersucht werden, um geeignete Betriebsweisen für UGS ableiten zu können. SUBI untersucht die Integrität von Speicher- und Barriereformationen unter zyklischer Belastung in Bezug auf Spannungs-Verformungsbeziehungen im Übergang vom elastischen zum elastoplastischen Probenverhalten. Zusätzlich werden die Auswirkungen der Speichergase und diverser technischer Fluide oder Schmierstoffe auf die mikrobielle Biozönose und deren Relevanz für Korrosionsprozesse untersucht.
• IDA: Intelligentes Dezentrales Abwassermanagement 4.0. Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines innovativen Brauchwasserkreislaufs, in dem der insgesamt anfallende Abwasserstrom in einer einzigen nachgeschalteten Behandlungseinheit aufbereitet wird. Ein besonderer Fokus des Vorhabens liegt auf der Entwicklung von Verfahren zur Verbesserung der hygienischen Qualität  und der Lagerfähigkeit des Brauchwassers. Durch ein nachgeschaltetes Modul sollen Spurenstoffe aus dem gereinigten Abwasser abgebaut und Keime unschädlich gemacht werden, wodurch das Infektionspotential des Abwassers bis auf ein Minimum gesenkt wird. Hierbei soll ein neuartiges Verfahren mit hoher Nutzertransparenz und Zuverlässigkeit entwickelt werden. Durch die zusätzliche Entwicklung eines innovativen Monitoringverfahrens, das in den Kreislaufprozess integriert wird, soll die Qualität des behandelten Wassers kontinuierlich überwacht werden. Des Weiteren soll im Rahmen des Projektes ein Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsraten in Kleinkläranlagen entwickelt werden.
• EvA-M2: Anwendung von umweltfreundlichen Inhibitoren und CO₂ zur Vermeidung von Karbonatausfällungen in der tiefen Geothermie des Bayerischen Molassebeckens. Im Zuge des Projektes sollen zwei Verfahren zur Hemmung von Karbonatausfällungen im Anlagenmaßstab erprobt und miteinander verglichen werden. In der Geothermieanlage Dürrnhaar sollen ein Inhibitor sowie CO₂ injiziert werden, um deren Wirksamkeit zur Vermeidung von Karbonatausfällungen unter quasi identischen Bedingungen zu vergleichen. Parallel dazu wird eine Injektionsleitung für die untertägige Zugabe beider Arbeitsmittel ausgelegt und in die Anlage in Sauerlach eingebaut. Durch diese Leitung können sowohl ein Inhibitor-Wassergemisch als auch CO₂ untertägig injiziert werden. Daraufhin soll über einen Zeitraum von einem Jahr Inhibitor bzw. CO2 an den Standorten in Dürrnhaar und Sauerlach untertägig injiziert werden. Es erfolgt ein begleitendes Monitoring, sodass die Verfahren in Hinblick auf deren Effektivität, anlagentechnische Eignung, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit bewertet werden können. Begleitend dazu erfolgt ein umfassendes Monitoring der Injektion von CO₂ und Inhibitor in den geothermischen Anlagen mit Hilfe von Bypässen unter kontrollierten Bedingungen, das hydrochemische, mineralogische, mikrobielle und korrosionschemische Untersuchungen umfasst.
• SAMUH2:Sichere und innovative Erschließungskonzepte für Ausbau, Nachnutzung und Monitoring von Untergrundspeichern für Wasserstoff (H₂). Das Gesamtziel ist einen essentiellen Beitrag zu einer nachhaltigen Energiewende durch die langfristige, effiziente und sichere Nutzung von Untertage-Gasspeichern auch vor dem Hintergrund einer verstärkten Nutzung von Wasserstoff im Energiesystem zu leisten, zusammenfassend geht es um sichere und innovative Erschließungskonzepte für Ausbau und Nachnutzung von Untergrundspeichern (UGS): Modelle, Material, Mikrobiologe und Monitoring für die Untertage-H₂-Speicherung als Beitrag für eine sichere und nachhaltige Energieversorgung.