Der Einfluss geothermischer Anlagen auf die Biogeochemie von mikrobiellen Ökosystemen in Aquiferen

Mit der zunehmenden Bedeutung der geothermischen Energie als erneuerbarer Energieträger, durch die große Mengen an nachhaltiger, CO2-effizienter und wirtschaftlicher Energie für die Grundlastversorgung zur Verfügung gestellt werden kann, müssen auch mögliche Störungen in der Nutzung dieser Technik untersucht werden. Die Effektivität geothermischer Anlagen kann durch die Anwesenheit und Aktivität von Mikroorganismen sowie durch deren Stoffwechselprodukte beeinträchtigt werden. Bekannte Folgen mikrobieller Aktivität in geothermischen Systemen sind Korrosion, Ablagerungen und Verstopfungen. Um ein besseres Verständnis dieser Prozesse in geothermischen Anlagen zu bekommen, wurden sowohl die mikrobiellen Gemeinschaften in den anlagenintegrierten Filtersystemen als auch der Fluidchemismus in einer Langzeitstudie an verschiedenen geothermischen Anlagen und Energiespeichern im Molassebecken und im Norddeutschen Becken untersucht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erforschung der Änderung und Anpassung der indigenen mikrobiellen Gemeinschaften der geothermischen Anlagen unter verschiedenen Betriebsbedingungen (z.B. Temperatur, Tiefe, Betriebsweise der Anlage und Fluidzusammensetzung). Die bakterielle Biozönose wurde anhand von molekularen Markern (Biomarker) charakterisiert. Bei den untersuchten Biomarkern handelt es sich um intakte Phospholipide (PL) und die Zusammensetzung ihrer Fettsäure-Seitenketten (PLFA). Phospholipide sind Membranbestandteile von bakteriellen Zellen und sie sind über längere Zeiträume nur in lebenden Bakterien stabil („life marker“). Bei der Charakterisierung des Fluidchemismus der verschiedenen Geothermie-Standorte wurde ein besonderes Augenmerk auf die Qualität und Quantität der im Thermalwasser gelösten organischen (dissolved organic carbon, DOC, niedermolekulare organische Säuren) und anorganischen (Sulfat, Nitrat, usw.) Komponenten gelegt. Insbesondere die Änderungen in der Fluidzusammensetzung in Abhängigkeit von der Betriebsweise der geothermischen Anlage bzw. der mikrobiellen Aktivität standen im Fokus der Untersuchungen. Anhand der vorliegenden Ergebnisse konnte geschlussfolgert werden, dass die mikrobiellen Gemeinschaften ausgezeichnet an die jeweiligen vorherrschenden Betriebsbedingungen angepasst sind und Strategien entwickelt haben, um den Veränderungen in Temperatur und Nährstoffgehalt zu begegnen.With the increasing importance of geothermal energy as a renewable energy source, providing huge amounts of sustainable, CO2-effective and economic power, also possible disturbances within the utilisation of geothermal techniques have to be addressed. The efficiency of geothermal plants can be deteriorated by the presence and activity of microbial organisms as well as by their metabolic products. Known consequences of microbial activity in geothermal systems are corrosion, scaling, and clogging. For an improved understanding of these phenomena, microbial communities in plant-integrated filter systems as well as fluid chemistry have been investigated in a long-term study on geothermal plants in the North German Basin and the Molasse Basin. The aim of this study was the characterisation of the induced changes of the indigenous microbial communities to the individual operation modes of various geothermal plants with different operating conditions (e.g. temperature, depth, operation mode and fluid chemistry). The microbial communities were characterized using molecular marker compounds (biomarkers). The biomarkers applied were intact phospholipids and their linked fatty acid side chain inventory (PLFA). Phospholipids are membrane components of bacterial cells and are only stable over longer periods of time in viable bacteria (“life marker”). Concerning the characterisation of the fluid chemistry at different geothermal sites a special focus was placed on the quality and quantity of dissolved organic (dissolved organic carbon, DOC, low molecular weight organic acids) and inorganic (sulfate, nitrate, etc.) components. Particularly, changes in the fluid composition in relation to operational changes of the geothermal plants and to microbial activity were examined. The achieved results led to the conclusion that the microbial communities are remarkably adapted to the different operation modes of the geothermal plants and that they developed various strategies to survive variable temperature as well as nutritional state conditions