Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Link zur Startseite)



Mikrobielle Kohlenwasserstoffbildung und –abbau- Forschung im Bereich Energierohstoffe

Land / Region: 

überregional

Projektanfang: 01.01.2004

Projektende: 31.12.2008

Projektstand: 31.10.2005

Deutschland besitzt eine hohe Abhängigkeit von Importen an Energierohstoffen, weshalb der Forschung in diesem Bereich große Bedeutung beizumessen ist. Die mikrobielle Bildung sowie der Abbau von Kohlenwasserstoffen werden im Hinblicke auf eine biotechnologische Umwandlung und Förderung von Energierohstoffen untersucht. Im Mittelpunkt stehen die mikrobielle Methanbildung in Lagerstätten (Geomikrobiologie) und die Methanoxidation. Zudem wird die Auswirkung einer CO2-Speicherung im Untergrund auf die Mikrobiologie und infolgedessen Speicherkapazität und Langzeitsicherheit von Lagerstätten untersucht. Mikrobiologische Begleituntersuchungen zur geothermischen Nutzung des Untergrundes sind ein weiteres Thema im Aufgabenfeld Energierohstoffe.

Forschungsergebnisse 2004 – 2005

Etwa 7 % der jährlichen globalen Methanemissionen stammen aus dem Steinkohlebergbau. Die bisherigen Ergebnisse weisen darauf hin, dass mikrobielles Methan einen wesentlichen Anteil an den kontrollierten und unkontrollierten Gasaustritten im Ruhrbecken hat. Das Methan stammt je nach Standort zu etwa 38 bis 90 % aus mikrobieller Produktion (Thielemann et al. 2004). Eine Änderung der Methanisotopie mit der Zeit weist an einigen Lokalitäten auf eine rezente mikrobielle Methanbildung hin.

In verschiedenen Geosystemen, wie z.B. Schlammvulkane, eutrophe Seen und Reisfelder, wurden Untersuchungen zu den am Methankreislauf beteiligten Organismen und Prozessen durchgeführt. Ein besonderer Schwerpunkt war der anaerobe Methanumsatz in marinen Systemen, wo Arbeiten zu dem erst vor kurzem entdeckten Prozess der anaeroben Oxidation von Methan (AOM) durchgeführt wurden (in Kooperation mit dem MPI für marine Mikrobiologie in Bremen, Projekt Mumm - Methane in the Geo/Bio-System - Turnover, Metabolism and Microbes). AOM limitiert effektiv die Methanemission in die Hydrosphäre, da mehr als 90% des in marinen Sedimenten produzierten Methans noch vor Eintritt in die Hydrosphäre und Atmosphäre umgesetzt werden. Deshalb spielt dieser noch weitgehend unbekannte Prozess eine wichtige Rolle für die Regulation der Freisetzung des Treibhausgases Methan. Weiterhin wurden drei neue Arten Öl-abbauender aerober Bakterien beschrieben: Microbacterium oleivorans sp. nov., Microbacterium hydrocarbonoxydans sp. nov. und Nocardioides oleivorans sp. nov.

Ausblick

Die Gasbeprobung von Kohleflözen soll fortgesetzt werden, um langfristige Veränderungen in der Zusammensetzung der Gase in den Lagerstätten zu bestimmen. Ferner gilt es zu klären, woher das mikrobielle Methan in den Flözen kommt und wann es in welchem Umfang gebildet wurde bzw. wird.

Der anaerobe Abbau von Kohlenwasserstoffen in tiefen Erdöllagerstätten durch Mikroorganismen zu Methan hat neben der wissenschaftlichen große wirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung durch die Beeinflussung der Ölqualität. Daher werden an diesen Vorgängen beteiligte mikrobielle Prozesse und Organismen zur Vorhersage vom Degradationsgrad bestimmter Lagerstätten für die Explorationsindustrie untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt in diesem Zusammenhang ist die Bestimmung des Ausmaßes rezent durch Mikroorganismen gebildeten Methans in Gas- und Öllagerstätten, sowie die Untersuchung beteiligter Organismen. Dies soll zu verlässlichen Aussagen hinsichtlich einer möglichen wirtschaftlichen Nutzung dieses Prozesses führen.

In einem BGR-Projekt werden Bildung, Potenzial, Migration und Speicherung von Kohlenwasserstoffen im Forearc des Sunda-Inselbogens vor Sumatra untersucht, und in einer Beckenstudie das organische Ausgangsmaterial und relevante mikrobielle Lebensgemeinschaften charakterisiert, das KW-Potenzial abgeschätzt, und die Zusammensetzung, Verteilung und Genese der KW modelliert. Probenmaterial für mikrobiologische Laboruntersuchungen soll auf der Ausfahrt des FS Sonne im Herbst 2006 gewonnen werden.

Die Abschätzung effektiver Speicherkapazitäten für CO2 im Untergrund und deren Langzeitsicherheit hängt von den Fluideigenschaften CO2/Formationswasser, von der Struktur des Speichers und dem Einfluss mikrobieller Prozesse ab. Im Rahmen des EU-Netzwerkes CO2GeoNet werden die Folgen der Änderung dieser Parameter unter dem Einfluss hoher CO2-Konzentrationen untersucht.

Literatur:

Alain, K., T. Holler, F. Musat, and M. Krueger. Microbiological analyses of methane- and hydrocarbon-seeping mud volcanoes in the sub-Carpathes, Romania. Environmental Microbiology, in press.

Eller, G., L. Känel, and M. Krüger. Co-occurrence of aerobic and anaerobic methane oxidation in the water column of Lake Plußsee. Appl. Environ. Microbiol., in press.

Krüger M., T. Treude, H. Wolters, K. Nauhaus, and A. Boetius. Microbial methane turnover in different marine habitats. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, in press.

Treude T., M. Krüger, A. Boetius, and B. B. Jørgensen. Environmental control on anaerobic oxidation of methane in the gassy sediments of Eckernförde Bay (Geman Baltic). Limnology & Oceanography, in press.

Krüger M., Treude T. 2005. New insights into the physiology and regulation of the anaerobic oxidation of methane. In: Microorganisms and earth systems – Advances in Geomicrobiology. SGM Microbiology 65, Eds. G.M. Gadd, K.T. Temple, and H.M. Lappin-Scott. Cambridge University Press, 303-320.

Eller G., P. Deines, J. Grey, H.-H. Richnow, and M. Krüger. 2005. Methane cycling in lake sediments and its influence on chironomid larvae. FEMS Microbiology Ecology 54: 339-350

Eller G., M. Krüger, and P. Frenzel. 2005. Comparing field and microcosm experiments: A case study on methano- and methylotrophic bacteria in paddy soil. FEMS Microbiology Ecology 51: 279-291.

Krüger M., P. Frenzel, and R. Conrad. 2005. Activities, structure and dynamics of methanogenic archeal populations in rice fields. FEMS Microbiology Ecology 51: 323-331.

Nauhaus K., T. Treude, A. Boetius, and M. Krüger. 2005. Environmental regulation of the anaerobic oxidation of methane in ANME-I or –II dominated communities: A comparison. Environmental Microbiology 7: 98-106.

Schippers, A., L. N. Neretin, J. Kallmeyer, T. G. Ferdelman, B. A. Cragg, R. J. Parkes and B. B. Jørgensen. 2005. Prokaryotic cells of the deep sub-seafloor biosphere identified as living bacteria. Nature 433: 861-864.

Schippers, A., K. Bosecker, C. Spröer, and P. Schumann. 2005. Microbacterium oleivorans sp. nov., and Microbacterium hydrocarbonoxydans sp. nov., two novel crude oil-degrading gram-positive bacteria. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55: 655-660.

Schippers, A., P. Schumann and C. Spröer. 2005. Nocardioides oleivorans sp. nov., a novel crude-oil-degrading bacterium. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 55: 1501-1504.

Thielemann, Th., B. Cramer, and A. Schippers. 2004. Coalbed methane in the Ruhr basin, Germany: A renewable energy resource? Organic Geochemistry 35: 1537-1549.

Krüger, M., A. Meyerdierks, F. O. Glöckner, R. Amann, F. Widdel, F. et al. 2003. A conspicuous nickel protein in microbial mats that oxidize methane anaerobically. Nature 426: 878-881.

Kontakt:

Dr. Martin Krüger
Tel.: +49-(0)511-643-3102
Fax: +49-(0)511-643-2304
E-Mail: M.Krueger@bgr.de



Diese Seite:

© Copyright by BGR. Alle Rechte vorbehalten.

© Copyright by
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe.
Alle Rechte vorbehalten.