Was steht auf dem Speiseplan der Mikroorganismen?

Jeder lebende Organismus benötigt die richtige Nahrung, um zu gedeihen, und Mikroorganismen bilden da keine Ausnahme. In Gas- und Wasserstoffinfrastrukturen wachsen Mikroorganismen in nährstoffarmen, anaeroben Umgebungen und ernähren sich von kleinsten Spuren organischer und anorganischer Verbindungen. Aber nicht alle Mikroorganismen ernähren sich gleich. Zu verstehen, wer was konsumiert, ist der Schlüssel zur Vorhersage und Steuerung ihrer Auswirkungen auf Ihr System! 

Die wichtigsten mikrobiellen Akteure in der Gas- und Wasserstoffspeicherung beeinflussen die Infrastruktur durch mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) und H2-Verbrauch.   

1. Anaerobe Sulfatreduzierer 

Die dissimilatorische Sulfatreduktion ist der wichtigste Energiepfad für streng anaerobe Mikroorganismen, die Sulfat zu Sulfid reduzieren und dabei Sulfid als obligatorisches Zwischenprodukt produzieren. Darüber hinaus werden andere Schwefelverbindungen wie Thiosulfat oder elementarer Schwefel verwendet, und auch organische Verbindungen können fermentativ genutzt werden. Zusammen gehören diese als sulfatreduzierende Mikroorganismen (SRMs) bekannten Mikroorganismen, darunter sowohl Bakterien als auch Archaea, zu den wichtigsten Verursachern von Reservoirversauerung und Infrastrukturkorrosion. 

A.    Sulfatreduzierende Bakterien (SRB) 

In anoxischen Umgebungen verwenden SRBs häufig Sulfat als Elektronenakzeptor. Elektronendonatoren können als organische Kohlenstoffquellen, Wasserstoff oder sogar Metalle vorhanden sein. Ihr Stoffwechsel produziert Schwefelwasserstoff (H₂S), ein giftiges und korrosives Gas, das für die mikrobiell beeinflusste Korrosion von Kohlenstoffstahl verantwortlich ist, ein großes Problem in Pipelines und unterirdischen Speicheranlagen. 

B.     Sulfatreduzierende Archaeen (SRA) 

SRAs gehören zur Domäne der Archaeen, die Sulfat zu Sulfid reduzieren. SRAs spielen eine ähnliche Rolle wie SRBs, dominieren jedoch unter extremeren oder energiebegrenzten Bedingungen, wie z. B. in tiefen unterirdischen Reservoirs oder Wasserstoffspeichern. Ihr Korrosionspotenzial wird oft unterschätzt. 

2.    Methanogene 

Methanogene Archaea erzeugen Methan (CH₄) entweder über H₂ + CO₂ (hydrogenotroph), Acetat (acetoklastisch) oder methylbasierte (methylotroph) Stoffwechselwege. Während sie für die Biomethanisierung von Vorteil sind, können Methanogene in Wasserstoffspeicherinfrastrukturen problematisch sein, da sie wertvolles H₂ verbrauchen und die Gaszusammensetzung verändern. Ihre Biofilmbildung wirkt sich auch auf den Gasfluss in porösen Gesteinsspeichern aus und beeinflusst sowohl die Systemleistung als auch die Korrosionsdynamik. 

3.    Acetogene 

Acetogene sind eine vielfältige Gruppe anaerober Mikroorganismen, darunter sowohl Bakterien als auch Archaea, die durch ihre Stoffwechselaktivitäten eine entscheidende Rolle bei der Beschleunigung der Korrosion spielen. Sie wandeln Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff (H₂) in Acetat um, ein wichtiges Zwischenprodukt in anaeroben Nahrungsnetzen. 

Durch die Konkurrenz mit Methanogenen um Wasserstoff beeinflussen Acetogene sowohl den Kohlenstofffluss als auch die Gaszusammensetzung in unterirdischen Systemen. Bestimmte Acetogene, wie z. B. Geobacter-Arten, gehen noch einen Schritt weiter und reduzieren Metalle wie Eisen (Fe(III)) und Uran (U(VI)), während sie elektrische Verbindungen mit extrazellulären Elektronenakzeptoren bilden. 

Abbildung 1. Phasenkontrast- und Epifluoreszenzmikroskopie von anaeroben Mikroorganismen, die während einer MIC-Überwachungskampagne bei Microbify angereichert wurden. (a) Desulfovibrio sp., ein typisches sulfatreduzierendes Bakterium und starker H₂ S-Produzent, (b) Methanobacterium sp., ein methanogenes Archaeon, das Wasserstoff verbraucht. 

Mikrobielle Ernährung verstehen, um Infrastruktur zu schützen 

Zu wissen, was Mikroben fressen und unter welchen Bedingungen sie gedeihen, liefert wertvolle Einblicke in die chemischen und biologischen Prozesse innerhalb der 

Gassysteme. Von SRB-bedingter Korrosion bis hin zur methanogenen Gasumwandlung bestimmt die Verfügbarkeit von Substraten direkt die mikrobielle Aktivität. 

Bei Microbify GmbH kombinieren wir Molekularbiologie, chemische Analyse und anaerobe Mikrobiologie. Durch die Identifizierung der Mikroben, ihrer Nahrungspräferenzen und ihrer Metaboliten helfen wir Betreibern, gezielte Maßnahmen zur Verhinderung von Korrosion, zur Aufrechterhaltung der Gasqualität und zur Optimierung der Systemleistung zu ergreifen.