Schwefelwasserstoff - es geht nicht nur um Sulfate

Da der Energiesektor zunehmend auf Wasserstoffspeicher zurückgreift, um die Nachfrage zu decken und die Integration erneuerbarer Energien zu unterstützen, ist das Verständnis der mikrobiologischen Dynamik innerhalb dieser Speichersysteme von entscheidender Bedeutung. Unter den verschiedenen mikrobiellen Akteuren spielen Sulfat-reduzierende Bakterien (SRB) und Sulfat-reduzierende Archaeen (SRA) eine wichtige Rolle. Diese Mikroorganismen, die Schwefelverbindungen in giftigen Schwefelwasserstoff (H2S) umwandeln, können eine Herausforderung für den Betrieb und die Speicherung darstellen.

Lochfraß einer Pipeline

Lochfraß bei Sauerstoffkontakt

Sulfatreduzierende Mikroorganismen verstehen

SRB und SRA sind anaerobe Mikroorganismen, die in sauerstofffreien Umgebungen gedeihen, wie sie in unterirdischen Speichersystemen üblich sind. Diese Mikroben nutzen Schwefelverbindungen wie Sulfat, Thiosulfat, Sulfit und elementaren Schwefel als Elektronenakzeptoren während ihrer Stoffwechselprozesse und produzieren H2S als Nebenprodukt. Diese Eigenschaft kann die Gas- und Wasserstoffspeicherung auf verschiedene Weise beeinflussen:

1. Sauergas: Das Vorhandensein von H2S führt zu „Sauergas“, einem Begriff, der Erdgas beschreibt, das erhebliche Mengen an Schwefelwasserstoff enthält, was umfangreiche Reinigungsprozesse erforderlich machen kann.

2. Korrosion: Die Produktion von H2S kann zu mikrobiologisch beeinflusster Korrosion (MIC) der Speicherinfrastruktur führen und die Integrität von Pipelines, Tanks und anderen Anlagen gefährden.
   

3. Gasqualität: Schwefelwasserstoff ist ein giftiges und korrosives Gas, das gespeicherte Gase verunreinigen kann, wodurch deren Qualität beeinträchtigt wird und kostspielige Reinigungsprozesse erforderlich werden.
   

4. Sicherheitsrisiken: Die Anhäufung von H2S stellt aufgrund seiner Toxizität und seines Potenzials, strukturelle Fehler in Lagereinrichtungen zu verursachen, ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.

Schwefelhaltige Verbindungen und mikrobielles Wachstum

Sulfatreduzierer beschränken ihre Aktivität nicht nur auf Sulfat. Sie verwerten auch andere Schwefelverbindungen wie Thiosulfat, Sulfit und elementaren Schwefel. Darüber hinaus können auch andere Substanzen, die in Lagersysteme eingespritzt werden, wie Trocknungsmittel, technische Öle und chemische Zusätze, unbeabsichtigt Substrate liefern, die das mikrobielle Wachstum fördern. Das Verständnis dieser Wechselwirkungen ist entscheidend für ein effektives Management von Lagereinrichtungen.

1. Thiosulfat und Sulfit: Beide Verbindungen können als alternative Elektronenakzeptoren für SRB und SRA dienen und deren Wachstum und H2S-Produktion auch bei niedrigen Sulfatwerten fördern.
   

2. Elementarer Schwefel: Elementarer Schwefel, der häufig in Erdgas- und Wasserstoffspeichern vorkommt, kann von SRB und SRA verstoffwechselt werden und zu Korrosions- und Kontaminationsproblemen beitragen.
   

3. Technische Substanzen: Chemische Zusätze, die zur Aufrechterhaltung der Speicherintegrität verwendet werden, können manchmal Komponenten enthalten, die unbeabsichtigt die Vermehrung dieser Mikroorganismen fördern und H2S-bedingte Probleme verschlimmern.
   

Das Sulfat-reduziernde Bakterium Desulfomicrobium aggregans in einem Biofilm mit dem Methanogenen Methanobacterium cahuitense (Dengler et al, 2023).

Monitoring-Strategien

Angesichts der potenziellen Risiken, die mit SRB und SRA verbunden sind, sind proaktive Überwachungs- und Minderungsstrategien für den sicheren und effizienten Betrieb von Gas- und Wasserstoffspeichern unerlässlich.

1. Regelmäßige Überwachung: Die Durchführung regelmäßiger mikrobieller Überwachungsprogramme hilft, das Vorhandensein und die Aktivität von SRB und SRA zu erkennen, so dass rechtzeitig eingegriffen werden kann.

2. Chemische Behandlung: Der Einsatz von Bioziden und anderen chemischen Behandlungen kann helfen, das mikrobielle Wachstum lokal zu kontrollieren. Diese sollten jedoch sorgfältig ausgewählt werden, um eine langfristige Verschlimmerung des Problems zu vermeiden.

3. Umweltkontrolle: Die Aufrechterhaltung optimaler Umweltbedingungen (z. B. pH-Wert, Temperatur) kann dazu beitragen, die mikrobielle Aktivität zu verringern und die H2S-Produktion zu begrenzen.

4. Fortschrittliche Technologien: Der Einsatz fortschrittlicher Technologien wie Hochdruckinkubation und 16S-Profiling oder Metagenom-Sequenzierung kann tiefere Einblicke in mikrobielle Gemeinschaften und ihre Dynamik in Lagersystemen ermöglichen.

Fazit

Das Verständnis und die Kontrolle der Aktivität von sulfatreduzierenden Bakterien und Archaeen ist für die Gewährleistung der Integrität, Sicherheit und Effizienz von Gas- und Wasserstoffspeicherinfrastrukturen von entscheidender Bedeutung. Durch eine umfassende Überwachung dieser Mikroorganismen und die Umsetzung gezielter Bekämpfungsstrategien können Betreiber die mit der H2S-Produktion, Sauergas und mikrobiologisch beeinflusster Korrosion (MIC) verbundenen Risiken mindern und so die langfristige Lebensfähigkeit ihrer Speichersysteme sicherstellen.

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