Masterarbeits-Thema


Einfluss der metabolischen Aktivität einer natürlich vorkommenden mikrobiellen Gemeinschaft im Tonmineral Bentonit auf Gusseisen- und Kupferoberflächen.


Masterstudent:
Magdalena Dressler
Betreuer:
Dr. Nicole Matschiavelli (HZDR), Prof. Dr. Tim Urich (Universität Greifswald)
Abteilung:
Biogeochemie
Zeitraum:
04/2019 – 09/2019


Im Rahmen der Masterarbeit wurden Mikrokosmen-Experimente durchgeführt, um biogene Korrosionsprozesse an der Grenzfläche eines hochradioaktiven Abfallbehälters aus Kupfer oder Gusseisen und des ihn umgebenden Abdichtungs- und Barrierematerials Bentonit unter endlagerrelevanten Bedingungen zu untersuchen. Dabei wurde der Eintritt von Opalinuston Porenwasser angenommen und die natürlich vorkommende Gemeinschaft des Bentonits durch Zugabe der Elektronendonatoren Wasserstoff oder Laktat in ihrer Aktivität gezielt stimuliert. Korrosionsprozesse an den Kupferoberflächen wurden nach vier Monaten Inkubation nicht nachgewiesen. In diesen Mikrokosmen wurden keine sichtbaren Veränderungen festgestellt und gleichbleibende Werte für das Redoxpotential und die Konzentrationen der Metabolite Laktat und Sulfat ermittelt, was auf eine geringe Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft des Bentonits hinweist.

Mit Bentonit, Opalinuston-Porenlösung, Wasserstoff und Gusseisenplättchen versetzte Mikrokosmen nach einem Monat Inkubation
Abb. 1: Mit Bentonit, Opalinuston-Porenlösung, Wasserstoff und Gusseisenplättchen versetzte Mikrokosmen nach einem Monat Inkubation
(weiß: gasbildung, rot: Risse und Präzipitate).

Mit Bentonit inkubierte Gusseisenplättchen zeigten jedoch signifikante Massenverluste und daraus ermittelte Korrosionsraten sind im Bereich von 0,10 – 0,19 mm/a. Neben abiotischen Korrosionsprozessen könnten sulfatreduzierende Mikroorganismen (SRM) mögliche Hauptverursacher der hier beobachteten Korrosion von Gusseisen sein. Die beobachtete Gasbläschenbildung und Eisensulfid Präzipitation, die nachgewiesene starke Zunahme der Eisen(II)-Konzentration und die Abnahme des Redoxpotentials deuten auf aktive SRM hin. In Analysen der mikrobiellen Diversität wurden die SRM Desulfosporosinus und Desulfitobacterium zwar nach einem Tag Inkubation in Mikrokosmos mit Gusseisen und Bentonit nachgewiesen, lagen jedoch nicht abundant vor. Des Weiteren konnte über einen Zeitraum von vier Monaten keine Abnahme der Sulfatkonzentration gezeigt werden und eine genauere Charakterisierung der Korrosionsprodukte war nicht möglich. Für eine abschließende Beurteilung der metabolischen Aktivität der SRM muss der Abschluss des Experimentes und die damit verbundenen Analysen der verbleibenden Mikrokosmen abgewartet werden. Die vorläufigen Ergebnisse implizieren Kupfer als geeigneteres Behältermaterial für die Lagerung hochradioaktiver Abfälle.

Lichtmikroskopische Aufnahme der polierten Oberfläche eines Gusseisen-Plättchens nach 4 Monaten Inkubation
Abb. 2: Lichtmikroskopische Aufnahme der polierten Oberfläche eines Gusseisen-Plättchens nach 4 Monaten Inkubation
(gelb: Korrosionsspuren, weiß: Skalierung: 200 µm).

 
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