Projekt OLES

Öl-Epple Areal: Untersuchung von natürlichen Abbauprozessen

Die Stadt Stuttgart führte zusammen mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ein gemeinsames Projekt zur Sanierung des verseuchten Grundwassers im Bereich des Öl-Epple-Areals in Bad Cannstatt durch. Im Februar 2003 stellte der damalige Umweltbürgermeister Jürgen Beck zusammen mit den Projektbeteiligten Professor Dr. Georg Teutsch von der Universität Tübingen und Rainer Kiefer vom Ingenieurbüro Umweltwirtschaft das Projekt OLES (Oel-Epple Stuttgart) vor.

Ziel des Forschungsprojektes war es, natürliche Abbauprozesse zu untersuchen und mit den gewonnenen Erkenntnissen kostengünstige Sanierungsalternativen zu entwickeln, die auch auf andere Grundwasser-Schadensfälle übertragen werden können. Die Kosten von 875.000 Euro trugen Bund und Landeshauptstadt je zur Hälfte.

Die Feldarbeiten für das Projekt wurden im Jahr 2005 abgeschlossen und der abschließende Forschungsbericht nach Auswertung der einzelnen Untersuchungsschritte im Juni 2007 fertig gestellt. Obwohl die Ergebnisse einzelner Methoden für sich allein nicht immer eindeutige Befunde lieferten, ergab die Summe der Ergebnisse dennoch ein plausibles Gesamtbild. Das Amt für Umweltschutz kam zu folgender Einschätzung:

  • Die Sanierung des Primärschadens durch Aushub war erfolgreich. Die komplexen hydrogeologischen Wechselwirkungen wurden verstanden.
  • Die Geometrie der Schadstofffahne ist bekannt. Die Transportprozesse und Massenströme sind identifiziert und ihre künftige Entwicklung ist prognostizierbar.
  • In der Fahne unterbinden natürliche Schadstoffminderungsprozesse eine weitere Schadstoffausbreitung in ausreichendem Umfang. Insofern gilt die Fahne unter derzeitigen Voraussetzungen als (quasi-)stationär.
  • Mit dem heutigen Grundwassermessstellennetz können die ablaufenden Prozesse und die Stationarität der Fahne gut überwacht werden (Voraussetzungen für ein Monitoring liegen vor).
  • Eigenständige Schäden in der Fahne und in deren Umfeld, die in keinem Zusammenhang mit den Ereignissen auf dem Öl-Epple-Areal stehen, sind eindeutig abgrenzbar und lassen sich anderen Verursachern zuordnen.
Nachdem das Projekt OLES erfolgreich war, wird derzeit ein Monitoring-Konzept zur Überwachung der natürlichen Schadstoffminderungsprozesse ausgearbeitet. Gleichzeitig wird noch untersucht, ob eine Phasenabschöpfung in den lokalen Schadensschwerpunkten der Fahne eventuell sinnvoll ist und wie effizient und verhältnismäßig eine klassische Grundwassersanierung ist. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird sich dabei die bisherige Annahme bestätigen, dass der Sekundärschaden mit herkömmlicher Technologie kaum sanierbar ist und ein gezieltes Monitoring die einzige Alternative darstellt.

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Historischer Rückblick

"Als ich mich Anfang der 90er Jahre erstmals intensiv mit dem Öl-Epple-Areal auseinandergesetzt habe, dachte ich nicht, dass es so etwas bei uns noch gibt", erinnerte sich der damalige Umweltbürgermeister Jürgen Beck. Das ehemalige Mineralölwerk Epple in Bad Cannstatt und sein Umfeld gehören zu den bedeutendsten und ältesten Stuttgarter Altlasten. Seit etwa 130 Jahren ist es ein Industriestandort. So etwas wie Umweltbewusstsein gab es zu dieser Zeit noch nicht - schädliche Substanzen wurden achtlos in den Boden und ins Grundwasser gekippt. Seit 1935 war das Areal der Sitz des Mineralölwerks Epple: Die Firma handelte mit Schmierstoffen aller Art und bereitete Altöle und Lösungsmittel auf. Als es 1944 während des Zweiten Weltkriegs zu Fliegerangriffen auf Stuttgart kam, wurden auch zahlreiche Tanks des Mineralölwerks Epple von Bomben getroffen. Damals sickerten rund 300.000 kg Flüssigkeit ins Erdreich.

Die Firma ging 1986 in Konkurs. Der spekulative Erwerb der Flächen aus der Konkursmasse und die Haltung des Neubesitzers verhinderten eine rasche Sanierung. Besonders problematisch wurde die Lage, als das ehemalige Firmengrundstück aufgeteilt und das Eigentum an den besonders kontaminierten Grundstücksbereichen aufgegeben wurde. "Seit diesem Zeitpunkt musste die Stadt die Altlastenbeseitigung übernehmen", sagte Beck. Die Stadt hat für die Sanierung des Öl-Epple-Areals und die Erkundungen in dessen Umfeld bis zum Jahr 2003 4,3 Millionen Euro aufgewendet. Vom Land hat die Stadt im Jahr 1997 500.000 Euro Zuschuss erhalten.

Ehemaliges Mineralölwerk EppleVergrößern
Ehemaliges Mineralölwerk Epple. Grafik: Amt für Umweltschutz

Sanierung des Primärschadens

Aus der verseuchten Erde des Öl-Epple-Areals strömte jahrzehntelang ein Mix der unterschiedlichsten Schadstoffe in großen Mengen ab. Unterhalb des ehemaligen Betriebsgeländes entwickelte sich ein Sekundärschaden: eine Schadstofffahne, die sich nach den Forschungsergebnissen etwa 160m weit erstreckte.

Damit es zu keinem weiteren Abfluss von Schadstoffen kommt, wurde ein hydraulischer Abstromriegel errichtet. Dadurch wird die Abstromfahne vom Schadensherd abgekoppelt. Zwischen 2001 und 2003 wurden im Auftrag der Stadt auf dem Produktionsareal 60 000 Tonnen kontaminierter Boden ausgehoben. Anschließend ging es darum, den Sekundärschaden - also die Abstromfahne - in den Griff zu bekommen.

BMBF-Projekt NA EMW Epple - LageVergrößern
BMBF-Projekt NA EMW Epple - Lage. Grafik: Amt für Umweltschutz

Innovation und Wirtschaftlichkeit

Konventionelle Sanierungen sehen in solchen Fällen ein Abpumpen und Behandeln des kontaminierten Grundwassers vor. Stuttgart hatte sich aber entschlossen, einen innovativen Weg zu gehen. Zusammen mit dem Stuttgarter Ingenieurbüro Umweltwirtschaft und dem Geologischen Institut der Universität Tübingen entwickelte die Stadt 2001 ein Konzept (Projekt OLES). Dieses wurde beim Bundesministerium für Bildung und Forschung eingereicht und von diesem genehmigt.

Die Idee, ein solches Konzept zu entwickeln, basierte auf der Tatsache, dass sich die Abstromfahne trotz jahrzehntelangen Nachschubs nicht mehr ausgedehnt hat. Diese Beobachtung passe gut zu jüngsten wissenschaftlichen Erkenntnissen: Unter bestimmten Verhältnissen im Boden und Grundwasser laufen natürliche Prozesse ab, die zu einem Schadstoffabbau führen. Man wusste aber bisher nicht, warum. Und genau dieser Frage ging das Forschungsprojekt nach.

"Die Untersuchung wird etwa 3,5 Jahre dauern. Mit abschließenden Ergebnissen rechnen wir bis 2006," sagte Professor Dr. Gerd Wolff, der für den technischen Grundwasser- und Bodenschutz sowie die Altlasten im Amt für Umweltschutz zuständig ist. Neben den neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen spielte natürlich auch die Wirtschaftlichkeit eine Rolle. "Mit den neuen Methoden, die man in dem Forschungsprojekt entwickelt, können Sanierungsprojekte in Zukunft kostengünstiger umgesetzt werden," war sich Wolff sicher. Hätte man die herkömmliche Pump & Treat-Technik eingesetzt, könnte es 20 bis 30 Jahre oder noch länger dauern, bis der Sekundärschaden behoben wäre. Das würde den städtischen Haushalt mit weiteren vier Millionen Euro belasten. Sofern jedoch eine Laufzeitverkürzung erzielbar wäre, könnten pro Jahr 143 000 Euro eingespart werden. So war das städtische Engagement bereits dann rentabel, wenn sich die Sanierung um nur drei Jahre reduzieren lässt.

Projektziele

Das Projekt OLES (Oel-Epple Stuttgart) erforschte den "natürlichen Abbau und Rückhalt eines komplexen Schadstoffcocktails im Kluftgestein am Beispiel des ehemaligen Mineralölwerks Epple".

Wie die Projektmitglieder von OLES, so rechnete auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) damit, dass viele Altlasten, in denen natürliche Prozesse funktionieren, wirtschaftlicher saniert werden können. Deshalb richtete das Ministerium im Jahr 2000 den Förderschwerpunkt KORA (Kontrollierter natürlicher Rückhalt und Abbau von Schadstoffen) zur Untersuchung natürlicher Abbauprozesse ein.

Der Fall Öl-Epple und seine Sanierung ist eine wissenschaftliche Herausforderung, die Erfolg verspricht. Neben Stuttgart hatten sich insgesamt 270 Antragsteller mit jeweils eigenen Projekten um eine Förderung beworben. 37 Projekte gingen als Sieger hervor - der Stuttgarter Projektantrag wurde als einer der Ersten positiv bewilligt.

Neben modernen Verfahren und innovativen Methoden überzeugte das Stuttgarter Projekt durch folgende Besonderheiten:

  • Kein anderes Projekt führt solche Untersuchungen an Kluftgrundwasserleitern durch. Hier wird wissenschaftliches Neuland betreten.
  • Bei kaum einer anderen Altlast sind Herd und Abstromfahne derart wirksam entkoppelt. Eine Verfälschung der Messergebnisse durch nachfließende Schadstoffe ist also ausgeschlossen.
  • Die Kluftgrundwasserleiter bilden Grundwasserstockwerke. Transport und Abbau müssen auch zur Tiefe hin beurteilt werden.
  • Eine besondere Herausforderung ist, dass die Altlast im Heilquellenschutzgebiet liegt.

Die Projektarbeiten wurden in vier Phasen abgewickelt:

  1. Analytische Begleitung und Dokumentation der Herdsanierung.
  2. Hydrogeologische Kenndaten der Kluftgrundwasserleiter sowie die Beweglichkeit des aufschwimmenden Mineralöls in der Fahne werden ermittelt und in einem ersten Strömungsmodell beschrieben.
  3. Kenntnisse werden durch die Ergebnisse der aufwendigeren Tests, wie z.B. Langzeitprobennahme und Spezialanalytik, ergänzt. Schwerpunkt dabei ist auch die Entwicklung eines Programms zur kostengünstigen Langzeitbeobachtung.
  4. Auswertung, Beurteilung und Endbericht.

Wissenschaftliche Methoden

Zunächst wurde untersucht, wie schnell die Stoffausträge nach der erfolgreichen Sanierung des Herdes abklingen und wie sich die Größe des Reaktionsraums verändert, in dem die Schadstoffe natürlich abgebaut werden. Dazu wurden Methoden entwickelt, mit denen der Stofftransport und der -abbau in den Kluftgrundwasserleitern erfasst werden kann. Dazu kamen Pumpversuche und Langzeitprobenahmen, die der näheren Bestimmung der hydraulischen und hydrochemischen Randbedingungen dienten.

Hydraulische Tomografie

Beantwortet werden musste auch die Frage, in welchen Richtungen das Wasser bevorzugt fließt. Bei einem Festgestein mit vielen Klüften ist das keine leichte Aufgabe. In diesem Fall wurde die Methode der "hydraulischen Tomografie" verwendet. Hierbei wird ein Drucksignal im Grundwasser erzeugt und dessen Laufzeit zu verschiedenen Beobachtungsstellen gemessen. Aus der Computersimulation ergibt sich dann die bevorzugte Fließrichtung.

Isotopenfraktionierung

Zudem sollte der biologische Schadstoffabbau über die so genannte Isotopenfraktionierung quantifiziert werden. Der Nachweis funktioniert in diesem Fall mit den Kohlenstoffisotopen C12 und C13. Das Isotop C12 kommt in der Natur viel häufiger vor als C13. Da Bakterien aber in der Regel "leichte" C12 Isotope vorrangig abbauen, kommt es zu einer Verschiebung des Isotopenverhältnisses: Es sind weniger C12- und mehr C13-Isotope vorhanden. Anhand des C12/C13-Verhältnisses kann also festgestellt werden, inwieweit der biologische Schadstoffabbau vorangeschritten ist.

Fingerprinting mit Biomarkern

Die Methode des "fingerprinting" mit "Biomarkern" wird angewandt, um die Abbauprodukte in der Fahne eindeutig identifizieren und dem Schadensherd zuordnen zu können. "Biomarker" sind charakteristische Bestandteile des Erdöls, die ihren Ursprung in lebenden Organismen haben. Sie sind gegenüber natürlichen Abbauprozessen weitgehend resistent. Anhand ihrer Konzentration und Verteilung kann auf die Herkunft und den Abbaugrad von Mineralölprodukten geschlossen werden. Jedes Mineralölprodukt hat eine charakteristische Verteilung von unverzweigten und verzweigten Alkanen, polycylischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, schwefelorganischen Verbindungen und anderen Stoffgruppen. Die Verteilung dieser Stoffgruppen ist also charakteristisch für jedes Mineralölprodukt. Werden Mineralöle an die Umwelt abgegeben, treten Veränderungen in der Zusammensetzung auf. Mit einer hochempfindlichen Einzelstoffanalytik und statistischen Auswertung ist eine Mustererkennung ("fingerprinting") möglich.

Weitere Informationen

  • Sonderveröffentlichung Nr. 14 aus 2003 des Staatsanzeigers Baden-Württemberg:
Sonderveröffentlichung Projekt OLES (PDF - 443 KB)
  • Forschungsergebnisse (Kurzfassung)

Forschungsergebnisse zu NA-Prozessen in Kluftgrundwasserleitern am Altstandort "Öl-Epple" (PDF - 2.022 KB)
  • Forschungsbericht

Forschungsbericht KORA (PDF - 8.288 KB)

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