Optimierung von mikrobiell induzierter In-situ-Karbonatausfällung in heterogenen porösen Medien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Anozie Ebigbo
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568788283

Mikrobiell induzierte Karbonatausfällung (MICP) ist ein Prozess, bei dem mikrobielle Aktivität den pH-Wert und die Kohlenstoffdioxidkonzentration in einem wässrigen Medium erhöht, was zur Bildung von Karbonatmineralen führt. In der Ingenieurtechnik findet MICP im Bereich des unterirdischen Bauens zahlreiche Anwendungen. Hierzu gehören unter anderem die Sanierung von degradiertem Bohrlochzement in alten Öl-/Gasbohrlöchern, die Bodenstabilisierung oder der Bau von unterirdischen Barrieren zur Verringerung der Durchlässigkeit von Grundwasserleitern. Die Umsetzung von MICP in heterogenen porösen Medien wie geschichteten Böden oder geklüftetem Gestein bleibt aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung von Mikroben und Chemikalien jedoch eine Herausforderung. Das OPTIMIC-Projekt zielt darauf ab, die Anwendung von MICP in diesen komplexen Umgebungen durch die Hinzunahme von Biopolymeren zu optimieren. Ziel dieser Maßnahme ist es, die Fluidverteilung zu verbessern, die Biomineralisierung zu fördern und eine kontrollierte Karbonatausfällung zu gewährleisten. Aufgrund ihrer hohen Viskosität und scherreduzierenden Eigenschaften ermöglichen biopolymerbasierte Flüssigkeiten eine gezielte Injektion. Das Projekt umfasst die Untersuchung und Auswahl von Bakterienstämmen, die in der Lage sind, eine effiziente Karbonatausfällung zu bewirken sowie die Auswahl von kompatiblen Biopolymeren, welche die mikrobielle Aktivität und Mineralbildung unterstützen. Um diese Ziele zu erreichen, werden Experimente in verschiedenen Maßstäben durchgeführt - von der Mikrofluidik über Batch-Reaktoren bis hin zu Säulen im Dezimeter-Maßstab und 2D-Tanks im Meter-Maßstab, die mit echten Sedimenten gefüllt sind. Die Experimente werden durch numerische Simulationen auf den Porennetzwerk- und Darcy-Skalen ergänzt, um ein umfassendes Verständnis der MICP-Mechanismen zu ermöglichen. Vor dem Hintergrund der Komplexität und der unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Skalen sowie der Unsicherheit mit welcher der betrachtete Prozess behaftet ist, stellt die Zusammenführung von experimentellen Methoden und numerischen Modellierungen einen integralen Bestandteil dieses deutschfranzösischen Projekts dar, mithilfe dessen robuste und skalierbare Lösungen für ingenieurtechnische Fragestellungen im Bereich des unterirdischen Bauens entwickelt werden können. Diese Synergie wird die Grundlagenforschung vorantreiben und gleichzeitig die praktische Anwendung von MICP im Umweltingenieurwesen und in der Geotechnik fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Fabienne Battaglia-Brunet, Ph.D.; Daniel Chevrier, Ph.D.; Béatrice Colin, Ph.D.; Dorian Davarzani, Ph.D.; Dr. Malo Duportal; Dr. Emilie Gachon; Marc Jeannin, Ph.D.; Isabelle Lanneluc, Ph.D.; Professor Dr. Philippe Refait; Sophie Sablé, Ph.D.; Dr. Philippe Turcry