Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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Abb.4.89:Überblick über den Prozess des
biologischen Erdölabbaus: Mikrobielles
Leben in Erdöllagerstätten erfordert
zwingend flüssiges Wasser. Daher finden
biologische Abbauvorgänge bevorzugt an
der Grenze von Öl- und Wasserphase statt,
wodurch es zu vertikalen Gradienten in
der Erdölzusammensetzung kommt. Physikalisch-chemische
Faktoren und Prozesse
(diffusiver Transport, Sorptionseigenschaften,
Verteilungsverhalten, Wasserlöslichkeit)
kontrollieren die unterschiedliche
Bioverfügbarkeit einzelner
Erdölbestandteile. Mikroorganismen passen
ihr Verhalten an die Eigenschaften der
jeweils bevorzugten Substrate an. Sind
diese gut wasserlöslich, treiben ihre Abbauer
frei in der Wasserphase („non-attached
bacteria“), sind sie dagegen schlecht
wasserlöslich, halten sich ihre Abbauer
nahe am Öl-Wasser-Kontakt auf („attached
bacteria“). Für den Verlauf der Abbauvorgänge
sind weitere Faktoren wie
z. B. die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren
(Sulfat, CO 2) von Bedeutung. Es
wird auf Grund empirischer Befunde allgemein
angenommen, dass 80 bis 90 °C
die Temperaturobergrenze für biologischen
Abbau von Kohlenwasserstoffen
in Lagerstätten darstellt. Der Grund hierfür
ist allerdings unklar, da mikrobielles
Leben bei weit höheren Temperaturen
(>110 °C) möglich ist.
Conceptional overview of petroleum biodegradation. Microbial life in reservoirs is only possible in the presence of
liquid water. Therefore, biodegradation takes mainly place at the oil-water-contact, resulting in vertical gradients of
oil composition. Physicochemical factors and processes (diffusive transport, sorption behaviour, partition behaviour,
water solubility) control the different bioavailability of individual oil constituents. Microorganisms adapt their behaviour
to the properties of preferred substrates. Degraders of highly water soluble substrates thrive in the water phase
(„non-attached bacteria“) while degraders of substrates of low water solubility stay in close vicinity to the oil-watercontact
(„attached bacteria“). With respect to the overall process other factors such as the availability of electron
acceptors (sulphate, CO 2) are also very important. Based on empirical observations it is generally assumed that 80 –
90 °C represent the upper temperature limit for biodegradation of hydrocarbons in reservoirs. The reason for this, however,
is not clear since microbial life is possible at significantly higher temperatures (> 110 °C).
Lagerstätte und damit die Zusammensetzung der Mikroflora
steuern, ist bislang allerdings nur sehr wenig bekannt.
Hieraus ergibt sich erheblicher Forschungsbedarf für zukünftige
Untersuchungen. Der zweite wichtige Faktor ist
die Bioverfügbarkeit einzelner Erdölbestandteile. Da kohlenwasserstoffabbauende
Mikroorganismen in der Wasserphase
einer Lagerstätte leben, können sie nur solche
Ölbestandteile verwerten, die in gelöster Form im Wasser
vorliegen (Abb. 4.89). Alle physikalisch-chemischen Prozesse,
die den Transport in die Wasserphase und die Konzentration
dort bestimmen, haben daher einen Einfluss auf
die Bioverfügbarkeit und somit auch auf die Abbauraten.
Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen haben wir
eine Methode entwickelt, mit der erstmals die relativen
Abbauraten individueller Erdölbestandteile für einzelne
Lagerstätten ermittelt werden können. Abb. 4.90 erläutert
dies am Beispiel der n-Alkane.
Auf Grundlage dieser Erkenntnisse zur Wirkung biologischer
Abbauprozesse auf die Änderung der Erdölzusammensetzung
können neue konzeptionelle Modelle zur besseren
Vorhersage von Erdöleigenschaften entwickelt werden.
Häufig verwendete molekulare Indikatoren für die
Abbauprozesse und wichtige Kenngrößen zur Charakterisierung
der Erdölqualität sind oft widersprüchlich. Eine
der wichtigsten Kenngrößen ist die so genannte API-Dichte
(genauere Erläuterungen finden sich in der Legende zu
Abb. 4.91), deren Werte mit fortschreitender Biodegradation
sinken. Als molekulare Indikatoren finden vornehmlich
die Konzentrationsverhältnisse ausgewählter Erdölbestandteile
Verwendung. Unsere Untersuchungen zeigen,
dass widersprüchliche Ergebnisse eine Folge inadäquater
molekularer Parameter sind. Daher haben wir einen
neuen molekularen Parameter entwickelt, der auf der
Quantifizierung von mehr als 50 Erdölbestandteilen
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