Wenn Ölreserven Säure entwickeln
Die Entwicklung hin zu nachhaltigeren umweltfreundlicheren Energiequellen schreitet langsam, aber sicher voran und die verantwortungsvolle Nutzung der verbleibenden fossilen Brennstoffreserven ist heute wichtiger denn je. Die unausweichliche Erschöpfung der Bestände, die durch verheerende Ölkatastrophen und Geräteausfälle noch verschärft wird, zwingt die Forschung zur Suche nach neuen Möglichkeiten, um die Sauergasproduktion zu minimieren. Ein Milliarden-Euro-Problem für die Ölindustrie H₂S ist ein giftiges und explosives Gas, das zusätzlich ätzende Eigenschaften besitzt. Dies stellt nicht nur ein Risiko für die Mitarbeiter der Öl- und Gasindustrie dar, denn Korrosion in der Stahlinfrastruktur kann ebenfalls zu Geräteausfällen und Gefahren für die Umwelt führen. Die Ursache für H₂S liegt in der mikrobiell induzierten Korrosion (MIC), dem Ergebnis mikrobieller Sulfatreduktion (SR). Die Bildung von Sulfid verringert aufgrund des höheren Schwefelgehalts zudem die Produktwerte. Eine Lösung des Problems bestand darin, Nitrat in saure Ölfelder zu injizieren, was den Schwefelwasserstoff durch die Beschleunigung der sulfidoxidierenden mikrobiellen Nitratreduktion biologisch abbaut. Besorgniserregend ist jedoch, dass Berichte über die sulfidoxidierende mikrobielle Nitratreduktion bei MIC die Anwendung von Nitrat als Strategie zur Kontrolle des Säurehaushalts in Frage gestellt haben. Biotechnologie kommt zur Hilfe Das EU-finanzierte MOLMIC-Projekt untersuchte, welche Rolle die sulfidoxidierende mikrobielle Nitratreduktion bei MIC spielt. Projektkoordinator Professor Ian Head erläutert: „Wir konzentrierten uns zum einen darauf, die Schlüsselfaktoren zu ermitteln, die es der sulfidoxidierenden mikrobiellen Nitratreduktion ermöglichen, Korrosion zu verursachen, und zum anderen auf die enzymatischen Mechanismen, die ihren Schwefel- und Stickstoff-Stoffwechselwegen zugrunde liegen und eine Ansammlung von korrosiven Metaboliten hervorrufen." Die Forscher identifizierten die einzelnen molekularen Kaskaden und waren dadurch in der Lage, die Moleküle in den verschiedenen Nitratreduktionswegen zu bestimmen, die für jede Art von Korrosion verantwortlich sind. Wichtig war, dass sie vor dem Hintergrund der neuesten Forschung zu diesem Thema die nitratinduzierte MIC in komplexen mikrobiellen Gemeinschaften bewerteten. MOLMIC hat ein tiefes Verständnis darüber entwickelt, wie die sulfidoxidierende mikrobielle Nitratreduktion während der Nitratinjektion zur Bildung von Korrosion beiträgt. Prof. Head erklärt: „Die Ergebnisse, die während MOLMIC erzielt wurden, liefern wertvolle Informationen für die Entwicklung gezielter Gen-Assays zur Überwachung von sulfidoxidierenden mikrobiellen Nitratreduktionen, bei denen nitratinduzierte Korrosion ein Problem darstellen könnte.“ Phänomenale, wirtschaftlich signifikante Wachstumsraten Die Ergebnisse zeigen, dass industriell signifikante Korrosionsraten Geschwindigkeiten von bis zu 2,4 mm/Jahr erreichen können, eine Geschwindigkeit, die die Lebensdauer von Stahlgeräten, die Sulfid, Nitrat oder einer sulfidoxidierenden mikrobiellen Nitratreduktion ausgesetzt sind, deutlich verkürzt. „Es gelang uns, ein konzeptionelles Modell zu entwickeln, das die Schlüsselfaktoren zusammenfasst, die entscheidend dafür sind, ob eine sulfidoxidierende mikrobielle Nitratreduktion zu mikrobiell induzierter Korrosion führt oder nicht“, betont Prof. Head. Die durch diese Art der Nitratreduktion gewonnenen genetischen und biochemischen Daten verbesserten das Verständnis für diese wichtige Komponente der nitratinduzierten Säurekontrolle und trugen sowohl zum Verständnis als auch zur Vorhersage von Stoffwechselprozessen in Ölsystemen bei. Fall-für-Fall-Analyse erforderlich Eine Einschränkung ist, dass Ölfelder vielfältige und komplexe Ökosysteme mit phylogenetisch und physiologisch unterschiedlichen Mikroorganismen darstellen, deren grundlegende physikochemische Eigenschaften deutlich voneinander abweichen können. Trotz der Tatsache, dass die Korrosionsrisiken von System zu System variieren können und individuell bewertet werden müssen, „werden die Ergebnisse von MOLMIC dazu beitragen, diese Bewertungen durchzuführen und mögliche Risiken für die durch sulfidoxidierende mikrobielle Nitratreduktion hervorgerufene MIC zu identifizieren“, so Prof. Head. Eine Herausforderung in diesem Zusammenhang war die rechtzeitige Gewinnung der benötigten Mikroben aus dem Ölfeld. Zu der Zeit, als die Forscher die Wasserproben erhielten, war der entsprechende Mikroorganismus nicht enthalten. Allerdings hatte das Team diese Schwierigkeit bereits vorweggenommen und Reinkulturen der Mikroben gelagert. Bewältigung von MIC nach MOLMIC Prof. Head fasst seine Vision von der fortlaufenden Forschung des Teams zusammen. „Wir hoffen, in der Zukunft neue Themen auf dem Gebiet der mikrobiologisch beeinflussten Korrosion angehen zu können, die nicht nur für die Öl- und Gasindustrie relevant sind, sondern auch dazu beitragen werden, Korrosion in anderen von MIC betroffenen Industriebereichen zu verhindern oder besser vorhersagen zu können.“ Ein besonderer Fokus wird auch weiterhin auf den molekularen und biochemischen Faktoren liegen, die die mikrobiell induzierte Korrosion beeinflussen.
Schlüsselbegriffe
MOLMIC, sulfidoxidierende mikrobielle Nitratreduktion, Öl, mikrobiell induzierte Korrosion (MIC), Mikroorganismus
