Verwendung und Grundwassergefährdungspotenzial von Additiven in Wärmeträgerflüssigkeiten für Erdwärmesonden

Abstract

Mit steigender Anzahl an installierten Erdwärmesonden erhöht sich das Risiko einer Leckage und eines Eintrags von Wärmeträgerflüssigkeiten (WTF) in den Grundwasserleitern. Üblicherweise enthalten WTF neben Frostschutzmitteln (z.B. Ethylenglykol) weitere Zusatzstoffe (Additive) zur Gewährleistung einer optimalen Funktion der Anlagen. Im Falle eines Sondenbruchs können einzelne Additive eine potenzielle Gefahr für die Qualität des Grundwassers darstellen. Nur durch genaue Kenntnis ihrer Identität und ihres Umweltverhaltens kann eingeschätzt werden, ob welche Additive hinsichtlich ihres Grundwassergefährdungspotentials bedenklich sind. Ziel dieser Arbeit ist es, die Identität der eingesetzten Additive aufzuklären und Kenntnisse über ihr Umweltverhalten unter Bedingungen zu erlangen, die typisch für tiefe Grundwasseraquifere sind. Die Arbeitsschritte umfassen: i) Datenerhebung bei Herstellern und/oder Vertreibern von WTF, ii) Auswahl und Priorisierung von Additiven sowie iii) Abbau- und Hemmexperimente mit Ethylenglykol und den prioritären Additiven unter verschiedenen Redoxbedingungen in Sedimenten aus zwei tiefen Aquiferen. Die Datenerhebung zeigt die Identität von 35 Additiven, die in Deutschland zum Einsatz in Erdwärmesonden kommen. Die Korrosionsschutzmittel Benzotriazol, Tolyltriazol sowie die organischen Säuren 2-Ethylhexanoat, Benzoat und Decandicarboxylat müssen als prioritär, d.h. potentiell problematisch für Grundwassersysteme, angesehen werden. Die Abbauexperimente mit Benzotriazolen demonstrieren eine geringe bis fehlende mikrobielle Abbaubarkeit dieser Substanzen in Sedimenten aus tiefen Aquiferen. Weitere Hemmexperimente zeigen, dass Benzo- und Tolyltriazol in Konzentrationen von wenigen µM Veränderungen im Abbau von Ethylenglykol verursachen können. Die Experimente zum mikrobiellen Abbau der organischen Säuren liefern Hinweise auf die Persistenz von Benzoat und Decandicarboxylat unter anoxischen Bedingungen. 2-Ethylhexanoat, Benzoat und Decandicarboxylat verursachen unter den untersuchten Bedingungen keine messbaren Auswirkungen auf den Ethylenglykolabbau. Des Weiteren stellen die Abbauexperimente mit Ethylenglykol erste Erkenntnisse über den mikrobiellen Abbau des Frostschutzmittels unter oxischen, nitrat-, sulfat- und eisenreduzierenden Bedingungen in Sedimenten aus tiefen Aquiferen dar. Dazu unterstreichen die Ergebnisse die bedeutende Rolle der gärenden Abbauprozesse für die Eliminierung von Ethylenglykol aus tiefen Aquiferen.