Petróleo

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Unha mostra de aceite
Unha mostra de aceite
 
Unha bomba de aceite extrae aceite dun pozo de petróleo preto de Lubbock
Unha bomba de aceite extrae aceite dun pozo de petróleo preto de Lubbock
 
Unha refinería de petróleo na gobernación de al-Ahmadi, Kuwait

O petróleo (do termo latino tardío petróleo , composto por petra "rocha" e oleum "petróleo", é dicir, "petróleo de rocha" [1] ) é unha mestura líquida de varios hidrocarburos , principalmente alcanos , que se atopan nos xacementos das capas superiores da codia terrestre e é unha fonte primaria de enerxía da modernidade .

Tamén chamado ouro negro, é unha viscoso , inflamable líquido , cunha cor que pode variar de negro para castaño escuro, pasando de verde para laranxa. Chámase cru ou cru, o petróleo que se extrae dos campos, antes de someterse a calquera tratamento para transformalo nun produto procesado.

Atributos históricos

O petróleo acompañou a historia do home durante séculos: a palabra grega νάφθας náphthas ou νάφθα náphtha empregouse inicialmente para indicar as chamas típicas das emanacións de petróleo. Os pobos da antigüidade coñecían os campos petrolíferos superficiais e usábanos para producir medicamentos (con funcións calmantes e laxantes [2] ) e betún ou para alimentar lámpadas .

Tampouco faltaron os usos militares do petróleo. [2] Xa na Ilíada , Homero fala dun "incendio perenne" lanzado contra os barcos gregos. O " lume grego " dos bizantinos era unha arma preparada con petróleo, unha mestura de aceite , xofre , resina e salitre , que non podía ser extinguida pola auga ; esta mestura botábase sobre as frechas ou lanzábase aos barcos inimigos para prendelos lume.

O petróleo tamén era coñecido no antigo Oriente Medio . Marco Polo , en Il Milione , fala do petróleo coas seguintes palabras:

"De novo dígoche que nesta Gran Erminia ( Armenia ) está a arca de Noé nunha gran montaña, na fronteira do sur cara ao leste, preto do reino que se chama Mosul, que son cristiáns, que son iacopini e nestarini ( Nestorianos ), dos que mencionaremos anteriormente. No lado norte limita con Giorgens (a actual Xeorxia ), e nestas fronteiras hai unha fonte, onde flúe tanto petróleo e en tanta abundancia que se cargarían 100 buques á vez. Pero non é bo para comer, pero tan bo para queimar e bo para picar [3] e outras cousas; e por todo ese distrito non se queima máis petróleo ".

( Marco Polo, o millón )

O petróleo introduciuse en Occidente principalmente como medicina , despois do expansionismo árabe. As súas calidades terapéuticas estendéronse moi rápido e algunhas fontes de petróleo ao descuberto, como o antigo Blufi (santuario da "Virxe do aceite") e Petralia en Sicilia , convertéronse en balnearios da antigüidade.

O termo "petróleo" adoptouse por primeira vez en 1556 nun tratado do mineraloxista alemán Georg Bauer . [2]

En Birmania, na zona de Yenangyaung, o petróleo resuma na superficie e os informes escritos certifican a súa explotación e comercio a nivel industrial desde polo menos 1700, cando representou a principal fonte de ingresos da dinastía Konbaung , en 1885 os británicos invadiron o país e a explotación pasou a Birmania-Shell . [4]

Viñeta publicada en Vanity Fair en 1861 que mostra cachalotes celebrando a chegada dos pozos de petróleo, cuxa produción bloquea a súa caza para obter a carne de graxa a partir da cal producir aceite de balea, substituído por petróleo

A industria petroleira moderna naceu na década de 1850 nos Estados Unidos (preto de Titusville , Pensilvania ), por iniciativa de Edwin Drake . O 27 de agosto de 1859 abriuse o primeiro pozo de petróleo rendible do mundo. [2] A industria creceu lentamente durante o 1800 e non chegou a ser de interese nacional (Estados Unidos) ata principios do século XX ; a introdución do motor de combustión interna proporcionou a demanda que sostivo en boa medida esta industria. Os primeiros pequenos campos "locais" en Pensilvania e Ontario esgotáronse rapidamente, o que provocou "booms de petróleo" en Texas , Oklahoma e California . Outras nacións tiñan considerables reservas de petróleo nas súas posesións coloniais e comezaron a usalas industrialmente.

Campo de extracción de petróleo de California, 1938

Aínda que o carbón aínda era o combustible máis utilizado no mundo na década de 1950 , o petróleo comezou a suplantalo. A principios do século XXI, preto do 90% das necesidades de combustible estaba cuberto polo petróleo. Como consecuencia da crise enerxética de 1973 e da crise enerxética de 1979 , a opinión pública aumentou o interese polos niveis de reservas de petróleo, mostrando a preocupación de que, dado que o petróleo é un recurso limitado, está destinado a esgotarse (polo menos como recurso). economicamente explotable).

O prezo do barril de petróleo aumentou de 11 dólares en 1998 a preto de 147 dólares e logo retrocedeu (debido á recesión mundial , pero tamén da "toma de beneficios" dos especuladores), a 45 dólares en decembro de 2008 . Os prezos do cru reanudaron a súa subida para situarse só por encima dos 100 dólares en marzo de 2011. Dada a alta volatilidade do prezo do barril, a OPEP considerou recortar a produción para aumentar os custos. para dar un exemplo: Un barril aumenta por un dólar, máis de US $ 100 millóns en beneficios chegar nos Emiratos Árabes Unidos [ carece de fontes? ]). Non obstante, o rei de Arabia Saudita ʿAbd Allāh dixo estar disposto a aumentar a extracción de petróleo para devolvelo a un prezo razoable necesaria unha cita ] .

O valor do petróleo como fonte de enerxía transportable e facilmente utilizable, utilizada pola maioría dos vehículos ( automóbiles , camións , trens , buques , avións ) e como base de moitos produtos químicos industriais, converteuno nunha das materias primas desde o comezo do o século 20. máis importante do mundo. O acceso ao petróleo foi un desencadeante importante para moitos conflitos militares, incluída a guerra do Golfo . A maioría das reservas de fácil acceso atópanse en Oriente Medio , unha rexión politicamente inestable.

Existen e están a estudarse continuamente fontes de enerxía alternativas e renovables , aínda que actualmente está en debate a medida en que poden substituír o petróleo e os seus posibles efectos negativos sobre o medio ambiente.

Propiedade do cru

O cru é un líquido viscoso de cor variable desde amarelo claro a marrón escuro ou verdoso e, na súa case totalidade, a súa densidade relativa é inferior a 1, é dicir, ten un peso específico menor que a auga . [5]

A cor parece ser máis escura nos cru que conteñen hidrocarburos cun peso molecular medio maior . A súa densidade e viscosidade tamén están ligadas ao peso molecular medio dos compoñentes, xa que canto maior é o peso molecular medio, máis denso e viscoso é o cru.

Composición

Composición química do petróleo

Dende o punto de vista químico, o cru é unha emulsión de hidrocarburos (é dicir, compostos químicos cuxas moléculas están formadas por hidróxeno e carbono ) con auga e outras impurezas.

Consta principalmente de hidrocarburos pertencentes ás clases de alcanos ( lineais e ramificados ), cicloalcanos e, en menor medida, hidrocarburos aromáticos . [1] [6] A porcentaxe destes hidrocarburos varía segundo o campo petrolífero do que se extrae o aceite: considerando unha media global, un aceite típico contén un 30% de parafina, un 40% de naftenos, un 25% de hidrocarburos aromáticos, mentres que o resto O 5% está representado por outras substancias; [6] no caso de aceites cun alto contido de alcanos falamos de "aceites de parafina", mentres que os aceites cun alto contido de cicloalcanos son chamados "aceites naftenicos". [1] [6] Os aceites parafínicos son máis abundantes nas áreas máis profundas do subsolo, mentres que os aceites nafténicos son máis abundantes nas áreas máis próximas á superficie. [6]

Tamén hai compostos de xofre ( sulfuros e disulfuros ), nitróxeno ( quinolinas ) e osixenados ( ácidos nafténicos , terpenos e fenoles [6] ), nunha porcentaxe variable aínda que a súa porcentaxe en masa, en xeral, apenas supere o 7%.

Dada a alta complexidade desta mestura, para definir a composición dun determinado petróleo, en lugar de indicar as substancias que o constitúen, a miúdo prefírese indicar a súa composición elemental, que está representada principalmente por carbono e hidróxeno , xa que o petróleo é unha mestura. constituído principalmente por hidrocarburos . [5]

En porcentaxe, está composto por aproximadamente o 85% de carbono , aproximadamente o 13% de hidróxeno e o 2% restante por outros elementos.

A seguinte táboa mostra os rangos de composición (expresados ​​como porcentaxes en peso) dos elementos individuais que normalmente compoñen un aceite particular: [6]

Elemento min (% peso) máximo (% peso)
C. 79,5 88,5
H. 10 15.5
outros elementos 0 5

Os outros elementos presentes no petróleo son principalmente heteroátomos , como o xofre (0,05-8% en peso, ás veces en forma de H 2 S [5] ), nitróxeno (0,02-1,3% en peso) e osíxeno (0,05-3% en peso) . Hai tamén átomos metálicos en cantidades modestas, [2] combinados con compostos orgánicos e en sales disoltas en trazas de auga (como níquel , vanadio , molibdeno , cobalto , cromo , cadmio , chumbo , arsénico e mercurio ), non obstante para o seu procesamento nas refinerías hai que ter en conta a súa presenza, xa que moitos procesos utilizan catalizadores inhibidos por estes metais. Ademais, os produtos finais (xeralmente os cortes máis pesados ​​como o diésel), resultando "máis ricos", producen máis cinzas e partículas.

Caracterización e clasificación do petróleo

Hai centos de aceites diferentes. Diferéncianse polos diferentes rendementos, polo contido de xofre, polos metais pesados ​​e pola función da súa acidez. Con frecuencia (pero esta non é unha regra) os espazos en branco máis pesados ​​tamén son os que teñen un maior contido de xofre. [5] Pola contra, é sistemático que para un aceite determinado as fraccións con forte ebulición teñan un contido de xofre maior que as fraccións de baixa ebulición.

Desde o punto de vista xeral (aínda que hai excepcións) os aceites que conteñen unha cantidade maior de fraccións lixeiras son máis caros. Outro parámetro que afecta o valor do cru é o contido de xofre. Este último de feito debe eliminarse durante a operación de refino e esta operación de purificación é tanto máis cara canto maior é o contido de xofre.

Outros parámetros que inflúen no valor do cru son a súa acidez e o contido de metais pesados, como o vanadio . O coñecemento destes dous últimos parámetros é de grande importancia á hora de planificar plantas para o refino de cru; de feito, os aceites ácidos ou con alto contido de vanadio requiren plantas especialmente resistentes á corrosión e, polo tanto, construídas con aceiros especiais.

Tamén hai que lembrar que a nivel comercial os distintos lotes de petróleo non teñen o mesmo valor comercial. Os seguintes criterios proporcionan unha guía sobre como distinguir un aceite fino dun pobre:

  • contido de xofre: canto maior sexa a presenza de xofre ou outros heteroatómicos, maior será o procesamento relativo con maiores custos de explotación da planta. De feito, a presenza de xofre debe limitarse tanto por motivos ambientais como para a protección das partes máis delicadas da planta;
  • porcentaxe de gasolina: a nivel comercial, a gasolina é o corte máis caro e, polo tanto, o máis rendible para unha petroleira; non é casualidade que moitos procesos de fabricación teñan como obxectivo aumentar a cantidade e a calidade da gasolina, alixeirar os cortes pesados ​​(rachar) ou pesar os lixeiros; dende este punto de vista un petróleo rico en gasolina ten un maior valor comercial;
  • densidade: un aceite máis denso contén un maior número de moléculas condensadas, que son os compoñentes do residuo da columna de cuberta; polo tanto, son necesarios procesos máis pesados ​​en termos de temperatura (como a rotura de viscosidade ), para tratar de romper as moléculas condensadas e convertelas en cortes lixeiros.

Grao API

Icona de lupa mgx2.svg O mesmo tema en detalle: as cualificacións da API .

No sector do petróleo, úsase unha expresión particular para expresar a densidade: o grao API .

A densidade e o grao API están relacionados coa relación:

° API = 141,5 / ρ * - 131,3

onde ρ * é a densidade relativa con respecto á auga. Desta relación despréndese que un aceite da mesma densidade que a auga ten 10 ° API, se é máis pesado ten un valor inferior a 10 ° API, mentres que se é máis lixeiro ten un valor de grao API superior a 10 ° API. Polo tanto, un aceite fino terá un alto valor de grao API, superior a 10 ° API. [5]

Como exemplo, entre os aceites preciosos está o de Brega (Libia) que ten 42 ° API cun contido de xofre igual ao 0,2%.

TBP de destilación fraccionada

Non hai dous aceites idénticos e ás veces dentro do mesmo depósito a composición tende a variar co paso do tempo ou segundo a situación do punto de extracción. Por este motivo, para caracterizar cada tipo de aceite, utilízase a operación chamada destilación fraccionada TBP ( True Boiling Point ). Esta metodoloxía descríbese nas normas ASTM D86 e D2892, que definen as condicións normalizadas para levar a cabo a operación. A operación realízase tomando unha cantidade predefinida de cru e someténdoa ao quecemento á presión atmosférica.

Baixo o efecto de quentar, a mostra de aceite comeza a evaporarse e as fraccións máis lixeiras primeiro. Os vapores de petróleo que se evaporan gradualmente son arrefriados, condensados ​​e recollidos nun recipiente graduado. As fraccións máis volátiles (chamadas de baixa ebulición) son as primeiras en evaporarse e logo as menos volátiles (chamadas de ebulición alta) evaporan. Durante esta operación de destilación a mostra de petróleo vólvese progresivamente cada vez menos volátil e, polo tanto, é necesario quentar a mostra a temperaturas cada vez máis altas para destilala. O obxectivo da proba é medir o rendemento porcentual da fracción evaporada correspondente segundo os intervalos de temperatura aos que está sometida a mostra. A proba interrómpese cando a mostra alcanza a temperatura de 550 ° C, porque a esta temperatura teñen lugar reaccións de fisuración que modifican a natureza química das moléculas. O volume que queda a 550 ° C chámase residuo.

Os resultados da proba TBP teñen un interese considerable porque permiten caracterizar os diferentes tipos de aceite. Isto é esencial para poder definir o seu valor de mercado e poder predicir cales serán os rendementos cando o cru chegue á refinería para ser refinado.

Na seguinte táboa móstranse as composicións de dous aceites (o petróleo Souedia, orixinario de Siria e o petróleo zarzaitino, orixinario de Alxeria ) obtidos por destilación TBP no intervalo de temperatura de 15-550 ° C.

Zarzaitina (0,14% S) Souedia (3,91% S)
T [° C] % en peso % por volume T [° C] % en peso % por volume
15-80 6.685 8.219 15-80 4.028 5.613
80-150 15.904 17.497 80-150 7.841 9.801
150-230 15.914 16.378 150-230 9.751 11.204
230-375 27.954 26.977 230-375 20.619 21.529
375-550 21.303 19.409 375-550 25.263 24.159
> 550 9.497 8.044 > 550 31.193 26.179

É importante ter en conta que estes cortes de petróleo son o resultado só da operación de destilación e que na refinaría se realizan outras operacións para producir produtos de uso final. De feito, as fraccións resultantes da operación de destilación non están listas para o seu uso e requiren máis etapas de procesamento.

Formación e presenza na natureza

Teoría bioxénica do petróleo

Comparando a molécula metaloporfirina extraída do petróleo por Alfred E. Treibs (esquerda) e a molécula de clorofila (dereita).

Segundo as teorías comunmente aceptadas pola comunidade científica, o petróleo deriva da transformación de material biolóxico en descomposición [7] . O primeiro en apoiar esta teoría foi o científico ruso Lomonosov no século XVIII . A súa teoría foi confirmada en 1877 por Mendeleev . Outra confirmación desta hipótese foi proporcionada por Alfred E. Treibs , que evidenciou a estrutura analoxía entre unha metaloporfirina molécula que atopara en aceite en 1930 [8] ea clorofila molécula (o cal é, en vez asociado cos procesos biolóxicos).

Segundo esta teoría, o material biolóxico do que deriva o petróleo consiste en organismos animais unicelulares de plantas e animais ( fitoplancto e zooplancto ) [2] que foron enterrados baixo terra hai centos de millóns de anos, en particular durante o Paleozoico , cando este materia orgánica era abundante nos mares. [2]

Nunha primeira etapa, esta materia orgánica transfórmase en queróxeno a través dunha serie de procesos biolóxicos e químicos; [2] en particular, a descomposición da materia orgánica por bacterias anaerobias (é dicir, que operan en ausencia de osíxeno ) leva á produción de grandes cantidades de metano. [2]

Posteriormente, debido ao crecemento continuo dos sedimentos , prodúcese un aumento da temperatura (ata 65-150 ° C ) que leva ao desenvolvemento de procesos químicos de degradación térmica e fisuración , que transforman o queróxeno en petróleo. [2] Este proceso de transformación de queróxeno en petróleo prodúcese á súa velocidade máxima cando o depósito alcanzou profundidades duns 2.000 a 2.900 metros. [2]

Representación esquemática dun depósito de petróleo.

Unha vez xerados, os hidrocarburos migran cara arriba polos poros da rocha en virtude da súa baixa densidade. Se nada bloquea a migración, estes hidrocarburos soben á superficie. Neste punto as fraccións máis volátiles evapóranse e queda unha acumulación de betún , que é case sólida a presión e temperatura atmosféricas. Historicamente, as acumulacións naturais de betún úsanse para usos civís (impermeabilizantes de madeira) ou militares (como o lume grego ). Non obstante, no percorrido migratorio, os hidrocarburos poden acumularse en rochas porosas (chamadas "rochas de encoro" ou "encoros") e quedan bloqueadas por unha capa de rocha impermeable. Neste caso, pódese crear unha área de acumulación, chamada "trampa de petróleo". Para que as rochas porosas sexan un depósito , estas rochas deben estar por debaixo de rochas menos permeables (normalmente arxilas ou evaporitas ), de xeito que os hidrocarburos non teñen a posibilidade de subir á superficie terrestre.

Unha conformación xeolóxica que constitúe un caso típico dunha trampa de petróleo é o anticlinal . Este tipo de configuración é de lonxe o caso máis frecuente dunha "trampa de petróleo", aínda que pode ocorrer que o petróleo se acumule nas fracturas tectónicas ou arredor dos xacementos de sal. Polo tanto, atópase dentro do depósito unha mestura de hidrocarburos líquidos e gasosos (en proporcións variables). Os hidrocarburos gasosos constitúen gas natural ( metano e etano ) e enchen as porosidades superiores. Os líquidos (baixo as condicións de presión existentes no depósito, é dicir, varios centos de atmosferas) ocupan as zonas máis baixas do depósito . En virtude da orixe mariña da materia orgánica na orixe do petróleo, os hidrocarburos están case inevitablemente asociados á auga; É común que se atopen tres capas dentro da rocha de orixe: unha capa superior de gas natural , unha capa intermedia composta por hidrocarburos líquidos e unha capa inferior de auga salgada. Nas operacións de posta en produción dun depósito, préstase unha atención considerable á profundidade á que se atopa a capa de auga porque esta información é necesaria para calcular o rendemento teórico do depósito.

É frecuente a situación na que o campo de hidrocarburos só contén metano e etano . Neste caso falaremos dun xacemento de gas natural . Se os hidrocarburos líquidos máis pesados ​​presentes no depósito non superan os doce a quince átomos de carbono (C 12 - C 15 ), falaremos dun depósito de condensado, a miúdo asociado ao gas natural. Se se representan moléculas máis longas nos hidrocarburos líquidos presentes, é na presenza dun xacemento de petróleo propio.

Teorías abioxénicas

Icona de lupa mgx2.svg O mesmo tema en detalle: Orixe abiótica do petróleo .

Aínda que as teorías de aceptación común predicen que o petróleo deriva de substancias orgánicas [7] , formuláronse teorías, chamadas abioxénicas ou abióticas, segundo as cales se formarían a través de procesos non biolóxicos.

Entre os teóricos de orixe abioxénica está o profesor Thomas Gold que en 1992 publicou a teoría da biosfera quente profunda, co fin de explicar o mecanismo da acumulación de hidrocarburos en depósitos profundos.

En 2001 J. Kenney demostrou que segundo as leis da termodinámica non sería posible transformar hidratos de carbono ou outro material biolóxico en cadeas de hidrocarburos a baixas presións. De feito, o potencial químico dos hidratos de carbono varía de -380 a -200 kcal / mol , mentres que o potencial químico dos hidrocarburos é superior a 0 kcal / mol. Como as transformacións termodinámicas evolucionan cara a condicións cun menor potencial químico, a mencionada transformación non pode ter lugar. O metano non se polimeriza a baixas presións a ningunha temperatura.

Ás veces, os campos de gas natural e petróleo que se cre esgotados volven encherse; este proceso só pode ser alimentado por depósitos profundos, seguindo a secuencia de fenómenos que levaron á formación inicial. A teoría abiótica sostén que todos os hidrocarburos naturais son de orixe abiótica, coa excepción do metano bioxénico (a miúdo chamado gas pantano ), que se produce preto da superficie terrestre a través da degradación bacteriana de materia orgánica sedimentada.

Unha teoría da orixe abiótica do petróleo cre que se formaron importantes depósitos de carbono no momento da formación da Terra , que agora só se conservan no manto superior . Estes xacementos, en condicións de alta temperatura e presión , catalizarían a polimerización de moléculas de metano para formar longas cadeas de hidrocarburos. [9]

Unha variante desta teoría prevé a hidrólise das peridotitas do manto, coa conseguinte formación dun fluído rico en hidróxeno e con catalizadores metálicos (como níquel , cromo , cobalto ou vanadio ) que, subindo, lavarían a parte superior rochas carbonatadas , xerando hidrocarburos. Esta hipotética reacción química é a mesma que ocorrería no proceso industrial de síntese de Fischer-Tropsch .

Estudos sobre as reservas de petróleo

Gráfico representativo da produción de petróleo, que mostra o pico de Hubbert .

Por reservas de petróleo entendemos a cantidade de hidrocarburos líquidos que se estima que poderán extraer no futuro dos campos xa descubertos.

Xeralmente os volumes que se poden extraer de campos aínda non explotados chámanse reservas .

A determinación das reservas está condicionada por incertezas técnicas e económicas. As incertezas técnicas derivan do feito de que os volumes de hidrocarburos contidos no encoro estímanse case exclusivamente a través de datos obtidos con métodos indirectos (os máis comúns son a prospección sísmica e as medicións das propiedades físicas das rochas nos pozos). A información directa é necesariamente escasa cando se compara coa heteroxeneidade das rochas do encoro , xa que provén da perforación de pozos, que é moi custosa.

As incertezas económicas inclúen a dificultade de predicir a tendencia futura dos custos de extracción de hidrocarburos e os prezos de venda (en promedio a vida produtiva dun campo é de 10 a 20 anos). A dispoñibilidade comercial de novas tecnoloxías de extracción tamén é difícil de predicir con total seguridade. O nivel de incerteza nas reservas é, polo tanto, máximo cando se estiman novos campos potenciais, diminúe no momento do seu descubrimento mediante a perforación de pozos e durante o período produtivo e faise cero cando as reservas que pode producir o campo quedan cero como todas os hidrocarburos extraíbles producíronse realmente.

O grao de incerteza das reservas exprésase a través da súa clasificación segundo categorías definidas. Existen diferentes esquemas de clasificación, o da Society of Petroleum Engineers (SPE) está estendido internacionalmente e distingue entre Recursos (hidrocarburos aínda non descubertos ou non comerciais) e Reservas (hidrocarburos descubertos e comerciais). Finalmente, as reservas clasifícanse como certas , probables e posibles segundo un crecente grao de incerteza. Este mesmo esquema incluíuse no sistema de clasificación dos recursos naturais, excluída a auga, publicado polas Nacións Unidas en 2004 co nome de Clasificación Marco das Nacións Unidas (UNFC).

A imposibilidade de calcular exactamente a cantidade de reservas e recursos, dá paso a varias previsións máis ou menos optimistas.

Nel 1972 uno studio autorevole, commissionato alMIT dal Club di Roma (il famoso Rapporto sui limiti dello sviluppo ), affermò che nel 2000 sarebbero state esaurite circa il 25% delle riserve mondiali di oro nero. Il rapporto, però, fu frainteso, ei più pensarono che predicesse la fine del petrolio entro il 2000 .

La situazione dei primi anni 2000 apparve più grave di quanto il MIT avesse predetto. Dai dati pubblicati annualmente dalla BP si rilevava che la quantità di petrolio utilizzata dal 1965 al 2004 fosse di 116 miliardi di tonnellate, le riserve ancora disponibili nel 2004 furono valutate in 162 miliardi di tonnellate.

Con questi valori si può facilmente calcolare che, escludendo i nuovi giacimenti che saranno scoperti nei prossimi anni, è già stato consumato il 42% delle riserve inizialmente disponibili, in altre parole si avvicina il momento del raggiungimento del " picco " dell'estrazione. Secondo la BP, il petrolio disponibile è sufficiente per circa 40 anni a partire dal 2000, supponendo di continuarne l'estrazione al ritmo attuale, quindi senza tenere conto della continua crescita della domanda mondiale, che si colloca intorno al 2% annuo. Ma al momento dell'estrazione dell'ultima goccia di petrolio, l'umanità dovrà già da tempo aver smesso di contare su questa risorsa, in quanto man mano che i pozzi si vanno esaurendo la velocità con cui si può continuare ad estrarre decresce, costringendo a ridurre i consumi o utilizzare altre fonti energetiche.

Diversi altri studi hanno in tutto o in parte confermato queste conclusioni; in particolare sono da menzionare quelli del geologo statunitense Marion King Hubbert (vedi anche picco di Hubbert ) e in seguito, a partire da questi, quelli di Colin Campbell e Jean Laherrère .

Secondo questi studi la quantità di petrolio estratto da una nazione segue una curva a campana e la massima estrazione di greggio per unità di tempo la si ha quando si è prelevato metà di tutto il petrolio estraibile. Questo è quanto si è verificato negli USA (i 48 stati continentali - lower 48 - esclusa l' Alaska ) in cui l'estrazione di petrolio ha avuto un massimo nel 1971 (circa 9 milioni di barili al giorno) e poi è declinata come in una curva a campana secondo quanto previsto da Hubbert.

Altri studi di diversa matrice (in gran parte di economisti) sostengono che la tecnologia continuerà a rendere disponibili per l'industria idrocarburi a basso costo e che sulla Terra esistono vaste riserve di petrolio "non convenzionale", quali le sabbie bituminose o gli scisti bituminosi , le quali consentiranno l'uso del petrolio per un periodo di tempo ancora molto lungo.

L' Agenzia internazionale dell'energia nel 2008 ha stimato che la produzione di petrolio sia destinata a calare del 9,1% annuo, o almeno il 6,4% se aumentassero gli investimenti; le stime corrette dell'agenzia abbassano tale dato al 5% [10] e considerano più probabile il 6,7%. [11]

Paesi con le maggiori riserve di petrolio

Riserve di petrolio a livello mondiale (dati relativi al 2009).

Qui di seguito sono elencati i primi 20 paesi per riserve certe di petrolio dell'ottobre 2013 .
Per vita media residua si intende la stima della durata delle riserve ai ritmi di estrazione dell'anno 2013 . [12]

Paese Milioni di barili (bbl) % sul totale Vita media residua (Anni)
1 Venezuela Venezuela 296.500 17,9% ND
2 Arabia Saudita Arabia Saudita 265.500 16,1% 61,8
3 Canada Canada 175.200 10,6% ND
4 Iran Iran 151.200 9,1% 93,1
5 Iraq Iraq 143.100 9,1% ND
6 Kuwait Kuwait 101.500 6,1% 94,6
7 Emirati Arabi Uniti Emirati Arabi Uniti 97.800 5,9% 78,7
8 Russia Russia 88.200 5,3% 21,5
9 Libia Libia 47.100 2,9% ND
10 Nigeria Nigeria 37.200 2,3% 39,0
11 Stati Uniti Stati Uniti 30.900 1,9% 9,5
12 Kazakistan Kazakistan 30.000 1,8% 42,2
13 Qatar Qatar 24.700 1,5% 34,8
14 Brasile Brasile 15.100 0,9% 14,6
15 Cina Cina 14.700 0,9% 7,5
16 Angola Angola 13.500 0,8% 18,6
17 Algeria Algeria 12.200 0,7% 16,7
18 Messico Messico 11.400 0,7% 8,1
19 Azerbaigian Azerbaigian 7.000 0,4% 18,9
20 Norvegia Norvegia 6.900 0,4% 6,4
Resto del mondo 81.200 6,1% *
Totale 1.652.600 100% 51,8
46 Italia Italia 1.400 0,1% 31,9

I volumi si riferiscono alle riserve certe. Sono escluse le stime ufficiali delle sabbie bituminose canadesi (pari a circa 143.300 milioni di barili) relative ai progetti oggetto di sviluppo attivo, ai liquidi separati dal gas naturale (detti NGL, dall'inglese "Natural Gas Liquids" ) e ai liquidi condensati dai gas naturali (in inglese "gas condensate" ).

Produzione del petrolio

Suddivisione principale dell'industria petrolifera, del gas naturale e dei prodotti derivati dal petrolio.

Il ciclo produttivo del petrolio e dei prodotti derivati dal petrolio attraversa differenti fasi produttive, raggruppate tradizionalmente in tre insiemi di processi:

  • upstream : comprende l'insieme delle procedure da svolgere allo scopo di ricavare il petrolio greggio dal sottosuolo; le principali procedure di upstream sono: la ricerca del giacimento (esplorazione), la predisposizione di pozzi per il sollevamento del petrolio (perforazione) e il processo di sollevamento del petrolio dal sottosuolo (estrazione);
  • midstream : comprende le procedure relative al trasporto del petrolio dal sito di estrazione al sito di raffinazione e lo stoccaggio del petrolio;
  • downstream : comprende i processi di trasformazione del petrolio (raffinazione) allo scopo di ottenere i prodotti derivati destinati al commercio e la loro distribuzione e vendita.

Siccome assieme al petrolio dai giacimenti viene prelevato anche gas naturale, le tre fasi sono riferite al ciclo produttivo del gas naturale. In particolare i processi di upstream sono finalizzati all'ottenimento di entrambe le materie prime (petrolio e gas naturale), mentre i processi di midstream e downstream sono diversificati a seconda che siano riferiti al petrolio o al gas naturale.

Esplorazione

Mappa delle spedizioni inviate tra il 1947 e il 1950 dalla Iraq Petroleum Company per la ricerca del petrolio nell'Arabia meridionale.

La fase di esplorazione rappresenta la fase di ricerca dei giacimenti di petrolio, finalizzata alla sua estrazione. Tale ricerca viene svolta in genere attraverso prospezione geofisica , che consiste in un'indagine delle proprietà fisiche del sottosuolo da cui è possibile determinare la presenza di particolari disomogeneità delle proprietà del terreno, associate alla presenza di trappole strutturali o altre strutture di accumulo di idrocarburi .

Estrazione

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Estrazione del petrolio .

Alla fase di esplorazione segue la fase di estrazione del petrolio. L'estrazione avviene attraverso la costruzione di apposite torri di perforazione o trivellazione (dette derrick ), che nel caso di impianti off-shore (cioè in corrispondenza delle aree marine [1] ) sono posizionate su una piattaforma petrolifera .

In genere il deposito di petrolio che impregna le rocce porose si trova ad elevata pressione , per cui risale spontaneamente attraverso il pozzo petrolifero , mentre negli altri casi è necessario utilizzare delle pompe petrolifere per sollevarlo; [1] tali pompe possono essere utilizzate anche quando il petrolio risale spontaneamente, in modo da velocizzarne ulteriormente la risalita. [1]

Quando il pompaggio del petrolio in superficie risulta più gravoso, è possibile aumentare la pressione all'interno del giacimento iniettando negli strati del giacimento gas o acqua. [13]

Trattamento preliminare

Abitualmente il greggio viene sottoposto ad un primo trattamento direttamente sul posto in cui viene estratto dal sottosuolo. L'acqua e le componenti minerali sono le prime ad essere separate, prima di inviare il petrolio alla raffinazione , principalmente tramite distillazione o metodi gravitativi, cicloni, ecc. L'acqua separata solitamente ha un certo contenuto di sali disciolti (principalmente cloruro di sodio ) e non è utilizzabile per scopi agricoli, industriali o civili, quindi quasi sempre viene reiniettata nel sottosuolo entro l'acquifero del giacimento, per mantenerne la pressione e quindi tenere stabile la produzione petrolifera, oppure in livelli rocciosi permeabili , che quindi l'assorbono facilmente, individuati nel sistema geologico in cui si trova il giacimento.

Trasporto

Rete di oleodotti e gasdotti per il trasporto di petrolio e gas naturale dalla Russia all'Europa (al 2009).

Successivamente all'estrazione, il petrolio viene trasportato per mezzo di oleodotti o petroliere fino al sito in cui verrà svolta la raffinazione . [1] Ciascuna petroliera può trasportare una quantità di petrolio che varia in genere da 100.000 a 3 milioni di barili. [5] Nel caso di trasporto via terra, si può pompare il petrolio attraverso gli oleodotti oppure è possibile utilizzare dei vagoni ferroviari progettati appositamente per tale uso. [5]

Trasformazione

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Raffineria di petrolio .

Dopo il processo di estrazione, il petrolio viene trasportato verso stabilimenti ( raffinerie di petrolio ), dove avvengono le operazioni di trasformazione che permettono di produrre a partire dal grezzo petrolifero una serie di prodotti di uso comune. Le operazioni attraverso le quali il grezzo petrolifero viene trasformato sono molteplici e di diversa natura.

A grandi linee, il processo di raffinazione può essere suddiviso in tre fasi principali: [5]

  • separazione fisica dei componenti che costituiscono il petrolio ottenendo più tagli;
  • processi chimici per il miglioramento qualitativo dei tagli ottenuti;
  • purificazione dei prodotti finali.

Scendendo più nel particolare, le principali lavorazioni sono:

  • decantazione , e separazione dell'acqua;
  • dissalazione;
  • distillazione atmosferica (detta anche topping );
  • distillazione sotto vuoto (detta anche vacuum );
  • reforming ;
  • desolforazione (per eliminare lo zolfo, che altrimenti sarebbe rilasciato sotto forma di SO x , particolarmente inquinanti); [5]
  • cracking, alchilazione, isomerizzazione.

La tabella seguente indica, orientativamente, gli intervalli di temperature di ebollizione delle frazioni di distillazione del petrolio (a pressione atmosferica, in gradi Celsius ), detti anche tagli petroliferi: [14]

Prodotto petrolifero Temperatura di ebollizione (°C) Utilizzi
metano e altri gas combustibili -160 ÷ -40 combustibili di raffineria
propano -40 Gas di petrolio liquefatti (combustibile per autotrazione o per riscaldamento)
butano -12 ÷ 1 utilizzato per aumentare la volatilità della benzina
etere di petrolio 0 ÷ 70 solvente
nafta leggera -1 ÷ 150 componente di combustibile per automobili
nafta pesante 150 ÷ 205 materia prima per il reforming , combustibile per jet
benzina -1 ÷ 180 combustibile per motori
cherosene 205 ÷ 260 combustibile
gasolio leggero 260 ÷ 315 carburante per motori Diesel / riscaldamento
gasolio pesante 315 ÷ 425 materia prima per cracking catalitico
olio lubrificante > 400 olio per motori
bitume , asfalto frazioni rimanenti pavimentazione stradale

Ogni taglio petrolifero è costituito da molecole di lunghezza comparabile. Poiché l'operazione di distillazione non può essere perfetta, ogni taglio petrolifero contiene un po' del taglio più leggero ed un po' del taglio più pesante. Per questo motivo gli intervalli di ebollizione di un taglio "ricoprono" parzialmente quelli del taglio immediatamente più leggero ed immediatamente più pesante.

I gas che si formano nelle varie parti di impianto (metano, etano, propano e butano) vengono raccolti ed usati per produrre energia per il funzionamento della raffineria o valorizzati come prodotti finiti.

Il taglio che costituisce la benzina dovrà subire varie lavorazioni, in quanto la benzina da topping presenta uno scarso numero di ottano , pertanto si ricorre ai processi di isomerizzazione , reforming .

La parte pesante viene inviata al vacuum per recuperare i combustibili liquidi rimasti nel fondo della colonna da topping:

  • cracking catalitico, hydrocracking e visbreaking per aumentare ulteriormente la resa in combustibili liquidi;
  • alchilazione (per convertire parte dei gas in benzina);
  • delayed coking (produzione di coke).

Vi sono poi altre lavorazioni per recuperare le paraffine e le cere ( vaselina ), usate anche nella cosmetica. Lo scarto finale costituisce il bitume che, opportunamente miscelato con pietrisco fine e sabbia, è utilizzato per la pavimentazione stradale. Nel novero dei prodotti di raffineria rientra anche lo zolfo ottenuto dal processo di desolforazione. Va infine ricordato che il petrolio (nel taglio della virgin nafta) è anche materia prima per l'industria petrolchimica per la produzione di plastiche.

I prodotti finali del processo di trasformazione includono dunque: GPL , benzina , cherosene , gasolio , oli lubrificanti , bitumi , cere e paraffine .

Prodotti derivati dal petrolio

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Prodotti derivati dal petrolio .

Le catene molecolari nell'intervallo di C 5-7 sono nafte leggere ed evaporano facilmente. Vengono usate come solventi , fluidi per pulizia a secco e altri prodotti ad asciugatura veloce.

Le benzine sono composte da catene ramificate nell'intervallo da C 6 a C 9.

Il cherosene è composto da catene nell'intervallo da C 10 a C 15 , seguito dal combustibile per i motori diesel e per riscaldamento (da C 10 a C 20 ) e da combustibili più pesanti, come quelli usati nei motori delle navi. Questi prodotti derivati del petrolio sono liquidi a temperatura ambiente .

Gli olii lubrificanti ei grassi semi-solidi (come la vaselina ) sono posizionati nell'intervallo da C 16 fino a C 20 .

Le catene da C 20 in avanti sono solidi a temperatura ambiente e comprendono la paraffina , poi il catrame e il bitume per asfalto .

Anche i prodotti petrolchimici costituiscono un importante gruppo di prodotti: gli idrocarburi vengono convertiti in prodotti chimici quali etilene , propilene e metanolo . Questi prodotti chimici della piattaforma vengono ulteriormente convertiti in buteni [15] , acetaldeide, acido acrilico [16] e composti aromatici [17] , che a loro volta vengono utilizzati per la produzione di polimeri .

Mercato del petrolio

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Mercato del petrolio .

Impatti ambientali

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Disastro petrolifero .
Effetti sull'ambiente di un incidente ad una nave petroliera
Subsidenza dovuta alla produzione di idrocarburi dal sottosuolo. Nello schema è indicato, a titolo esemplificativo, un accumulo di gas naturale entro una struttura tettonica ad anticlinale ; nell'esempio, la roccia serbatoio è una sabbia. a) Prima dell'inizio della produzione, nella roccia serbatoio i granuli del sedimento sono sostenuti dalla pressione del fluido di giacimento ( gas ). b) Con il progredire della produzione di gas (qui è rappresentata per semplicità solo la fase finale in cui tutto il gas è stato prodotto), la pressione diminuisce drasticamente ei granuli, non più sostenuti dalla pressione di giacimento e sotto la spinta dei sedimenti soprastanti, si dispongono secondo una nuova configurazione più compatta. Questo ha come effetto la diminuzione del volume occupato dai sedimenti della roccia serbatoio e l'aumento locale della subsidenza, che si propaga ai livelli soprastanti il giacimento.

La presenza dell'industria petrolifera ha significativi impatti sociali e ambientali derivati da incidenti e da attività di routine come l'esplorazione sismica, perforazioni e scarti inquinanti.

L'estrazione petrolifera è costosa e spesso danneggia l'ambiente. La ricerca e l'estrazione di petrolio offshore disturbano l'ambiente marino circostante. L'estrazione può essere preceduta dal dragaggio, che danneggia il fondo marino e le alghe, fondamentali nella catena alimentare marina. Il greggio e il petrolio raffinato che fuoriescono da navi petroliere incidentate, hanno danneggiato fragili ecosistemi in Alaska , nelle Isole Galapagos , in Spagna e in molti altri luoghi.

Inoltre, l'attività di estrazione e degli accumuli di idrocarburi può causare un aumento locale della subsidenza , con ripercussioni dirette sulla stabilità di edifici e impianti, e facilitando il ristagno delle acque superficiali. Se l'area di produzione è prossima alla costa, la subsidenza può avere come effetto l'invasione da parte delle acque marine di aree prima emerse. L'entità della subsidenza è tanto maggiore quanto la roccia serbatoio ('reservoir') da cui avviene la produzione di fluidi (gas naturale od olio) è superficiale. Questa problematica è diffusa anche in Italia , soprattutto nelle pianure costiere e in particolare nel Delta del Po e sulla costa adriatica in seguito all'estrazione di gas naturale e acque di giacimento da bassa profondità.

Infine, la combustione , su tutto il pianeta, di enormi quantità di petrolio ( centrali elettriche , mezzi di trasporto ) risulta essere tra i maggiori responsabili dell'incremento riscontrato delle percentuali di anidride carbonica e di altri gas nell'atmosfera, incidendo sull'aumento dell' effetto serra . [18] [19] [20]

Note

  1. ^ a b c d e f g Petrolio , su treccani.it . URL consultato il 26 settembre 2012 .
  2. ^ a b c d e f g h i j k ( EN ) Encyclopædia Britannica Online, "petroleum"
  3. ^ Cioè «immune da ruggine»
  4. ^ Amitav Ghosh , The Great Derangement. Climate Change and the Unthinkable , 2016 ( La grande Cecità: Il cambiamento climatico e l'impensabile , trad. di Anna Nadotti e Norman Gobetti, Vicenza : Neri Pozza, 2017, pagina 123)
  5. ^ a b c d e f g h i ( EN ) Encyclopædia Britannica Online, "crude oil"
  6. ^ a b c d e f Ullmann's , cap. 1 .
  7. ^ a b Petrolio , in Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
  8. ^ Treibs, AE, Chlorophyll- und Häminderivate in organischen Mineralstoffen , in Angew. Chem. , vol. 49, 1936, pp. 682–686, DOI : 10.1002/ange.19360493803 .
  9. ^ Questa teoria non è in contraddizione con ilsecondo principio della termodinamica .
  10. ^ La notizia è stata data inizialmente dal Financial Times del 28 ottobre 2008 (che cita come fonte una bozza del World Energy Outlook ) e ripresa dal Guardian due giorni dopo. Fonte: Sergio Ferraris , Nessuno parli del picco , QualEnergia , novembre/dicembre 2008, p. 91.
  11. ^ George Monbiot, When will the oil run out? , The Guardian , 15 dicembre 2008.
  12. ^ Fonte: BP Statistical Review of World Energy - June 2012.
  13. ^ ( EN ) Encyclopædia Britannica Online, "petroleum production"
  14. ^ McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology .
  15. ^ ( EN ) Takashi Suzuki, Hidekazu Komatsu e So Tajima, Preferential formation of 1-butene as a precursor of 2-butene in the induction period of ethene homologation reaction on reduced MoO3/SiO2 catalyst , in Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis , vol. 130, n. 1, 1º giugno 2020, pp. 257–272, DOI : 10.1007/s11144-020-01773-0 . URL consultato il 6 febbraio 2021 .
  16. ^ The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts , in J. Catal. , vol. 311, 2014, pp. 369-385.
  17. ^ ( EN ) Misael García Ruiz, Dora A. Solís Casados e Julia Aguilar Pliego, ZSM-5 zeolites modified with Zn and their effect on the crystal size in the conversion of methanol to light aromatics (MTA) , in Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis , vol. 129, n. 1, 1º febbraio 2020, pp. 471–490, DOI : 10.1007/s11144-019-01716-4 . URL consultato il 6 febbraio 2021 .
  18. ^ IPCC Fifth Assessment Report - 2013
  19. ^ Carbon Dioxide Information Analysis Center , su cdiac.ornl.gov .
  20. ^ International Energy Agency - 2015 ( PDF ), su iea.org . URL consultato il 30 ottobre 2016 (archiviato dall' url originale il 27 ottobre 2016) .

Bibliografia

Voci correlate

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