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Microbial life in oil

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Verstoffwechslung von Erdöl im Innern von Wassertröpfchen

Eine bahnbrechende Studie zu Rohöl könnte wesentliche neue Erkenntnisse zur mikrobiellen Verstoffwechslung von Erdöl liefern.

Grundlagenforschung

Erdöl ist für viele Industriebranchen ein weiterhin wichtiger Rohstoff. Auf der Basis von Preis und Verfügbarkeit fallen tagtäglich Geschäftsentscheidungen, und Engpässe können ganze Ökonomien in die Krise stürzen. Der mikrobielle Abbau, d. h. die Verstoffwechslung organischer Substanzen in kleinere Bestandteile durch lebende Mikroorganismen, ist ein wichtiger Einflussfaktor auf die Ölqualität. In Ölreservoirs findet diese Zersetzung vor allem an der Kontaktfläche zwischen Öl und Wasser statt, wie neuere Studien nahe legten. Oberhalb dieser Kontaktfläche befindet sich hauptsächlich Öl, darunter hingegen Wasser. „Öl ist ein komplexes Gemisch aus verschiedensten Substanzen“, erklärt Rainer Meckenstock, Koordinator des Projekts EcOILogy an der Universität Duisburg-Essen. „Einige Verbindungen wie Alkane (organische Verbindungen, die vollständig aus einfach gebundenen Kohlen- und Wasserstoffatomen bestehen) sind weniger stabil und werden von den Mikroben zuerst abgebaut. Die stabileren aromatischen Verbindungen folgen erst danach.“ Durch das Verschwinden der Alkane und kleineren Moleküle erhöht sich die Viskosität des Öls, das somit „schwerer“ ist, und dessen Förderung weder einfach noch wirtschaftlich besonders sinnvoll ist. Ist der Zersetzungsgrad schon stark fortgeschritten, entsteht billigerer Teer oder Bitumen, der zusammen mit Asphalt im Straßenbau verwendet wird.

Analyse von Wassertropfen

Anstoß für das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) unterstützte Projekt EcOILogy war eine Reise zum weltweit größten natürlichen Teersee, dem La-Brea-Pechsee in Trinidad und Tobago. „Als ich diese Fluten degradierten Teers vor mir sah, überlegte ich, ob die Mikroorganismen in den winzigen ölumschlossenen Wassertröpfchen das Öl immer gleich schnell verstoffwechseln, und ob dieser Abbau wirklich nur an der Kontaktfläche zwischen Öl und Wasser stattfindet“, fügt Meckenstock hinzu. Dort und aus anderen natürlichen Öllagerstätten in den Vereinigten Staaten entnahm Meckenstock Proben von Wassertröpfchen im Öl, deren Analyse komplexe mikrobielle Gemeinschaften enthüllte. „Da wir in allen Ölfeldern Wassertröpfchen mit Mikroorganismen fanden,“ sagt Meckenstock, „ist wohl davon auszugehen, dass das überall so ist. Die Mikroben waren lebendig, aktiv und in überraschend hoher Zahl vorhanden.“ Eine DNA-Sequenzierung der Mikroben und Analyse der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften zeigte, dass jedes Tröpfchen ein Miniökosystem und vollständig von der Umwelt isoliert ist. Meckenstock und sein Team entwickelten auch eine neue Methode, um die Geschwindigkeit des Abbaus zu messen, derzufolge die Zersetzung eines Liter Öls extrem lange dauern kann, unter Umständen Millionen von Jahren.

Neue Ergebnisse zur Zersetzung von Öl

Die Ergebnisse von EcOILogy könnten für die globale Erdölindustrie von großem Interesse sein. „Der mikrobielle Abbau ist ein Schlüsselfaktor für die Ölqualität“, sagt Meckenstock. „Unseren Ergebnissen zufolge findet der biologische Abbau offenbar aber nicht nur an der Kontaktfläche zwischen Öl und Wasser statt. Die Mikroorganismen können auch in kleinen Wassertröpfchen leben und das Öl dort von innen heraus abbauen.“ Dieses neue Konzept legt einen Zusammenhang zwischen Abbaupotenzial und Gesamtwassergehalt eines Ölreservoirs nahe. Meckenstock und sein Team wollen nun die Zusammensetzung dieser Miniökosysteme in Wassertropfen näher untersuchen, um wesentliche Funktionen wie das Nährstoffrecycling zu enthüllen. „Auf diese Weise wollen wir klären, wie Mikroorganismen und komplexe mikrobielle Gemeinschaften in Ölreservoirs unter extremen Bedingungen wie hoher Sättigungskonzentration, hohen Temperaturen und Nährstoffmangel überleben können,“ merkt er abschließend an.

Schlüsselbegriffe

EcOILogy, Öl, Erdöl, Teer, Alkane, Reservoir, Teer, Bitumen, mikrobiell

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