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Biofilmbildung - Forschungsvorhaben

Im diesem Vorhaben soll der Einfluss der Temperatur auf die Biofilmbildung und die damit verbundene Korrosions- und Scaling-Rate erforscht werden. Unter Einsatz eines Bypass-Systems und ergänzenden Laborexperimenten sollen Untersuchungen mit verschiedenen Werkstoffen und unterschiedlichen Injektionstemperaturen an verschiedenen Standorten durchgeführt werden.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber	BMWi
Akronym	Biofilmbildung
Titel/ Thema	Einfluss der Biofilmbildung auf Korrosion und Scaling in geothermischen Anlagen - in-situ Monitoring und Test von Gegenmaßnahmen in Bypass-Systemen (BioKS)
Identifikation/ Zuwendungsnummer	0324029
Durchführungszeitraum	2016-05-01 – 2019-04-30
Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag	1.022.529 EUR
Sonstiges

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Es ist zu prüfen, ob es in den verschiedenen Anlagen zu einem signifikanten Wachstum von Biofilmen kommt. Grundlegende Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen dem Fluid und verschiedenen Spurenstoffen sowie den Strömungsprozessen und der Biofilmbildung werden mit dem Ziel durchgeführt, Handlungsempfehlungen für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb abzuleiten. Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten.

Teilvorhaben

Bypassexperimente

Im Bypass werden in einzelnen Versuchen die Einflüsse verschiedener Parameter, wie Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit, Sauerstoffzutritt und Biozide auf die Biofilmbildung an Coupons unterschiedlicher Materialien untersucht. Die Biofilme auf den Coupons werden molekularbiologisch charakterisiert. Die organischen Verbindungen im Biofilm und dessen Isotopenparameter sowie die Scalings werden darüber hinaus analysiert, um eine Verfolgung und Quantifizierung der mikrobiellen Prozesse zu erzielen. Als Maßnahme gegen die Prozessstörungen soll ein Konzept zum aktiven kathodischen Korrosionsschutz erarbeitet werden und in der Großtechnik am Bypass getestet werden.

Standversuche

In Inkubationsexperimenten wird der Einfluss unterschiedlicher Bedingungen (Temperatur, Nährstoffzufuhr, elektrische Potentiale, etc.) auf die Korrosionsrate sowie auf die Biofilmbildung untersucht. Mittels Rasterelektronenmikroskop und X'Pert Diffraktometer werden der Biofilm und die Scalings charakterisiert sowie die Organismen aus dem Biofilm mittels qPCR quantifiziert. Die Veränderung der Oberflächenrauigkeit der Coupons wird mit dem atomaren Kraftmikroskop analysiert mit dem Ziel, die verschiedenen Materialien auf ihre Beständigkeit gegen Korrosion zu bewerten. In Zusammenarbeit mit der Firma Theisen werden Studenten Probennahmebehälter zur Einstellung und Messung elektrischer Potentiale entwickeln.

Mikrobiologische Charakterisierung

Die Verbesserung des Prozessverständnisses bildet die Basis für die Vorhersage von Problemen wie Scaling und Korrosion sowie von Verfahren zu ihrer Vermeidung. Die aus den Untersuchungen abzuleitenden Strategien zur Beeinflussung des Biofilmwachstums sollen dazu dienen, Konzept zur Kontrolle der Biofilmbildung und Minderung von Korrosionsprozessen in der obertägigen Anlage, Pumpen und untertägiger Installation zu entwickeln und daraus Empfehlungen für den Schutz der Injektionsbohrung und des Reservoirs abzuleiten. Biofilme auf Aufwuchsträgern, die von den Projektpartnern in den geothermischen Anlagen exponiert wurden, sollen mit konfokaler Laserscanning Mikroskopie untersucht werden. Dazu werden diverse histochemische Färbemethoden und fluoreszenzmarkierte Gensonden eingesetzt.