Experimentelle Studie zur mikrobiell verbesserten Ölförderung in gebrochenen porösen Medien unter Verwendung des halophilen Bakteriums Haloferax mediterranei

Warum winzige salzliebende Mikroben für unsere Energiezukunft wichtig sind

Ein großer Teil des verbleibenden Öls der Welt steckt in schwer zugänglichem Gestein, besonders in Lagerstätten, die von natürlichen Rissen durchzogen sind. Konventionelle Methoden fördern bereits den einfach zugänglichen Anteil, doch ein erheblicher Rest bleibt unter Tage. Diese Studie untersucht einen unkonventionellen Helfer: ein salzliebendes Mikroorganismus namens Haloferax mediterranei, das dort gedeiht, wo nur wenige Organismen überleben können. Durch sorgfältiges Einstellen der eingesetzten Mikrobenmenge in gebrochenes Gestein zeigen die Forschenden, dass sich Wasserströme umleiten lassen, eingeschlossenes Öl freigesetzt werden kann und dies mit einem biologisch abbaubaren, potenziell weniger eingreifenden Ansatz als viele synthetische Chemikalien möglich ist.

Zerklüftete Gesteine und übersehenes Öl

Öllagerstätten aus karbonatischem Gestein, etwa Kalkstein und Dolomit, enthalten häufig ein verästeltes Netz von Brüchen. Wenn Ingenieure Wasser in diese Formationen pressen, um Öl zu den Förderbrunnen zu treiben, fließt das Wasser bevorzugt durch die offenen Risse und umgeht größtenteils die dichtere Gesteinsmatrix, in der viel Öl eingeschlossen ist. Infolgedessen können 35–55 % des ursprünglichen Öls selbst nach primärer und sekundärer Förderung zurückbleiben. Chemische Methoden können helfen, doch hohe Salzgehalte, erhöhte Temperaturen sowie Kosten und Persistenz künstlicher Polymere und Tenside schränken ihren Nutzen ein. Die Idee hinter mikrobiell verbesserter Ölförderung ist anders: Man lässt Mikroben in den offensten Strömungskanälen wachsen, sodass sie diese „Abkürzungen“ teilweise verstopfen und das injizierte Wasser dazu zwingen, durch das umgebende Gestein zu strömen.

Ein Mikroorganismus für extreme Ölfelder

Haloferax mediterranei gehört zu einer Gruppe von Mikroorganismen, die in außergewöhnlich salzigen Umgebungen gedeihen, selbst bei Salinitäten über dem Zehnfachen des Meerwassers und bei erhöhten Temperaturen. Im Gegensatz zu vielen handelsüblichen Öl-Feld-Bakterien wächst es weiterhin und produziert unter diesen harten Bedingungen eine natürliche, kunststoffähnliche Substanz. Diese biologisch abbaubare Biopolymerverbindung, Polyhydroxybutyrat genannt, hilft den Mikroben, klebrige Filme an Gesteinsoberflächen und innerhalb von Brüchen zu bilden. Diese Biofilme sind stark genug, um Strömungspfade zu verengen, lassen aber kleine Kanäle offen, sodass eine „genau richtige“ Verstopfung möglich wird: ausreichend, um Wasser in ölgesättigte Bereiche zu lenken, ohne sie vollständig zu versiegeln.

Glasmodelle und Tests an echtem Gestein

Um zu untersuchen, wie sich das in der Praxis auswirkt, bauten die Forscher transparente Glas-„Mikromodelle“, die gebrochenes poröses Gestein nachahmen. Zuerst fluteten sie die Modelle mit Rohöl aus einem iranischen Feld, injizierten dann salzhaltiges Wasser, anschließend mikrobielle Lösungen mit drei verschiedenen Biomassekonzentrationen und schließlich erneut Wasser. Die deutlichsten Ergebnisse zeigten sich bei einer moderaten Mikrobenkonzentration von 5,07 Gramm pro Liter. In diesem Fall wuchs der Biofilm hauptsächlich in den Brüchen, verengte diese und leitete das nachfolgende Wasser in die Gesteinsmatrix um. Diese zusätzliche Durchspülung erhöhte die Ölrückgewinnung im Mikromodell um 23 Prozentpunkte des ursprünglichen Öls im Lager gegenüber alleiniger Wasserflutung. Als die Forschenden die Biomasse jedoch verdoppelten, fiel die Ausbeute stark: dichtere Biofilme verstopften nicht nur die Brüche, sondern auch die Zugänge zur Gesteinsmatrix und verringerten so den Raum, in dem Wasser Öl bewegen konnte.

Vom Labortisch zu echten gebrochenen Kernen

Die Wissenschaftler wiederholten das Konzept anschließend in echten karbonatischen und dolomitischen Gesteinskernen, die künstlich gebrochen worden waren. Vor der Mikrobenzugabe floss Wasser sehr leicht durch diese Brüche. Nach der mikrobiellen Injektion sank die Permeabilität der Brüche um etwa 50–75 %, was zeigte, dass die Biofilme die Hauptströmungspfade erfolgreich einschränkten. Bei Ölflood-Experimenten mit dem optimierten Biomasseniveau betrug die zusätzliche während der post-mikrobiellen Wasserflutung gewonnene Ölmenge 14 % bzw. 12,6 % des ursprünglichen Öls im Lager für zwei separate Kerne. Diese Zugewinne waren geringer als in den idealisierten Glasmodellen — echte Gesteine sind rauer und komplexer — aber immer noch substanziell und vergleichbar mit Verbesserungen, die für andere mikrobiologische Methoden berichtet wurden, die solche extremen Salzgehalte nicht tolerieren.

Das richtige Maß finden

Eine zentrale Lehre aus den Experimenten ist, dass mehr Mikroben nicht immer besser sind. Bei niedriger Biomasse bleiben Brüche zu offen und Wasser umgeht weiterhin die Matrix. Bei sehr hoher Biomasse wachsen Biofilme so aggressiv, dass sie die Kommunikation zwischen Brüchen und umgebendem Gestein abwürgen und Öl zurücklassen. Die besten Ergebnisse zeigten sich bei einer mittleren Konzentration: ausreichend mikrobielle Aktivität, um die größten Risse zu verengen und den Fluss umzulenken, aber nicht so viel, dass der Zugang zum öltragenden Gestein blockiert wird. Dieses Verhalten der „selektiven Verstopfung“ — zuerst die leichtesten Strömungspfade anvisieren — entstand auf natürliche Weise aus dem Wachstums- und Polymerablagerungsmuster der Mikroben in den Brüchen.

Was das für die künftige Ölförderung bedeutet

Für eine allgemeine Leserschaft lautet die Schlussfolgerung: Bestimmte Extremophilen-Mikroben können als intelligente, selbstorganisierende Strömungsregler tief unter der Erde wirken. Durch die Wahl der richtigen Menge an Haloferax mediterranei könnten Betreiber das injizierte Wasser effektiver nutzen und mehr Öl aus hartnäckigen, gebrochenen Lagerstätten ausspülen, während sie sich auf biologisch abbaubare Materialien stützen, die unter extremen Salz- und Temperaturbedingungen funktionieren. Die Studie löst nicht alle Herausforderungen der späten Produktionsphasen und ersetzt nicht die Notwendigkeit des Übergangs weg von fossilen Brennstoffen. Sie zeigt jedoch, wie Biologie genutzt werden kann, um bestehende Lagerstätten effizienter zu machen, möglicherweise den Bedarf an Neubohrungen zu verringern und mehr Energie aus bereits entwickelten Feldern zu gewinnen.

Zitation: Eslam, B.Z., Hashemi, R., Khaz’ali, A.R. et al. Experimental study of microbial enhanced oil recovery in fractured porous media using the halophilic bacterium Haloferax mediterranei. Sci Rep 16, 7452 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38949-y

Schlüsselwörter: mikrobiell verbesserte Ölförderung, gefrackte Lagerstätten, Haloferax mediterranei, Biofilm-Verschluss, hochsalzige Ölfelder