Petroli

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure.
Saltar a la navegació Saltar a la cerca
Nota de desambiguació.svg Desambiguació : si busqueu altres significats, vegeu Petroli (desambiguació) .
Una mostra d’oli
Una mostra d’oli
 
Una bomba d’oli extreu l’oli d’un pou de petroli prop de Lubbock
Una bomba d’oli extreu l’oli d’un pou de petroli prop de Lubbock
 
Una refineria de petroli a la governació d'Al-Ahmadi, Kuwait

Petroli (de l' llatí tardà petroli terme, compost de Petra "roca", i oleum "oli", que és "oli de roca" [1] ) és un líquid barreja de diversos hidrocarburs , principalment alcans , que es troben en els dipòsits en les capes superiors de l ' escorça terrestre i és una font primària d' energia de la modernitat .

També anomenat or negre, és una viscosa , inflamable líquid , amb un color que pot variar des del negre a l'marró fosc, passant de verdós a taronja. Es diu cru o cru, el petroli que s’extreu dels camps, abans de sotmetre’s a qualsevol tractament per transformar-lo en un producte processat.

Atributs històrics

El petroli ha acompanyat la història de l’home durant segles: la paraula grega νάφθας náphthas o νάφθα náphtha es va utilitzar inicialment per indicar les flames típiques de les emanacions de petroli. Els pobles de l'antiguitat coneixien els camps petrolífers superficials i els utilitzaven per produir medicaments (amb funcions calmants i laxants [2] ) i betum o per alimentar làmpades .

Tampoc no van faltar els usos militars del petroli. [2] Ja a la Ilíada , Homer parla d'un "incendi perenne" llançat contra els vaixells grecs. El " foc grec " dels bizantins era una arma preparada amb petroli, una barreja d' oli , sofre , resina i salitre , que no es podia extingir per l' aigua ; aquesta barreja s’escampava sobre les fletxes o es llançava contra els vaixells enemics per calar-los foc.

El petroli també era conegut a l’antic Orient Mitjà . Marco Polo , a Il Milione , parla del petroli amb les paraules següents:

"De nou us dic que en aquesta Gran Erminia ( Armènia ) es troba l'arca de Noè en una gran muntanya, a la frontera del sud cap a l'est, prop del regne que es diu Mosul, que són cristians, que són iacopini i nestarini ( Nestorians ), dels quals esmentarem anteriorment. Al costat nord limita amb Giorgens (actual Geòrgia ), i en aquestes fronteres hi ha una font, on flueix tant petroli i en tanta abundància que es carregarien 100 vaixells a la vegada. Però no és bo per menjar, però tan bo per cremar, i bo per a la picor [3] i altres coses; i per tot aquell districte no es crema més petroli ".

( Marco Polo, The Million )

El petroli es va introduir a Occident principalment com a medicina , després de l'expansionisme àrab. Les seves qualitats terapèutiques es van estendre molt ràpidament i algunes fonts d'oli a l'aire lliure, com l'antic Blufi (santuari de la "Madonna de l'oli") i Petralia a Sicília , es van convertir en balnearis de l'antiguitat.

El terme "petroli" es va adoptar per primera vegada el 1556 en un tractat del mineralòleg alemany Georg Bauer . [2]

A Birmània, a la zona de Yenangyaung , el petroli raja a la superfície i els informes escrits certifiquen la seva explotació i comerç a nivell industrial des de, almenys, el 1700, quan va representar la principal font d’ingressos de la dinastia Konbaung , el 1885 els britànics van envair el país i l’explotació va passar a Burma-Shell . [4]

Vinyeta publicada a Vanity Fair el 1861 que mostra els catxalots celebrant l’aparició dels pous de petroli, la producció dels quals bloqueja la seva caça per obtenir la carn de grassa a partir de la qual produir oli de balena, substituït pel petroli

La moderna indústria del petroli va néixer als anys 1850 als Estats Units (prop de Titusville , Pennsilvània ), per iniciativa d’ Edwin Drake . El 27 d’agost de 1859 es va obrir el primer pou de petroli rendible del món. [2] La indústria va créixer lentament durant el 1800 i no va esdevenir d'interès nacional (EUA) fins a principis del segle XX ; la introducció del motor de combustió interna va proporcionar la demanda que va mantenir en gran part aquesta indústria. Els primers petits camps "locals" a Pennsilvània i Ontario es van esgotar ràpidament, cosa que va provocar "auge del petroli" a Texas , Oklahoma i Califòrnia . Altres nacions tenien importants reserves de petroli a les seves possessions colonials i van començar a utilitzar-les industrialment.

Camp d'extracció de petroli de Califòrnia, 1938

Tot i que el carbó seguia sent el combustible més utilitzat al món als anys cinquanta , el petroli va començar a suplantar-lo. A principis del segle XXI, prop del 90% de les necessitats de combustible eren cobertes pel petroli. Com a conseqüència de la crisi energètica de 1973 i la crisi energètica de 1979 , l’opinió pública ha suscitat l’interès pels nivells d’estoc de petroli, posant de manifest la preocupació que, atès que el petroli és un recurs limitat, està destinat a esgotar-se (almenys com a recurs). explotable econòmicament).

El preu del barril de petroli va augmentar d’11 dòlars el 1998 a uns 147 dòlars i va tornar a caure (a causa de la recessió mundial , però també de la “presa de beneficis” dels especuladors), a 45 dòlars el desembre del 2008 . Aleshores, els preus del cru van reprendre la seva pujada fins a situar-se sòlidament per sobre dels 100 dòlars el març del 2011. Donada l’elevada volatilitat del preu del barril, l’ OPEP va considerar retallar la producció per augmentar els costos. per posar un exemple: si un barril augmenta un dòlar, arriben als Emirats Àrabs Units més de 100 milions de dòlars en beneficis [ es necessita una cita ] ). No obstant això, el rei d' Aràbia Saudita ʿAbd Allāh va dir que estava disposat a augmentar l'extracció de petroli per tornar-lo a un preu raonable [ es necessita una cita ] .

El valor del petroli com a font d’energia transportable i fàcilment utilitzable, utilitzat per la majoria de vehicles ( cotxes , camions , trens , vaixells , avions ) i com a base de molts productes químics industrials, l’ha convertit en una de les matèries primeres des de principis de el segle XX, el més important del món. L’accés al petroli ha estat un desencadenant important per a molts conflictes militars, inclosa la guerra del Golf . La majoria de les reserves de fàcil accés es troben al Pròxim Orient , una regió políticament inestable.

Existeixen i s'estan estudiant contínuament fonts d'energia alternatives i renovables , tot i que actualment s'està debatent fins a quin punt aquestes poden substituir el petroli i els seus possibles efectes negatius sobre el medi ambient.

Propietat del cru

El cru és un líquid viscós de color variable des del groc clar fins al marró fosc o verdós i, en la seva quasi totalitat, la seva densitat relativa és inferior a 1, és a dir, té un pes específic inferior a l’ aigua . [5]

El color sembla ser més fosc en els olis bruts que contenen hidrocarburs amb un pes molecular mitjà superior . La seva densitat i viscositat també estan relacionades amb el pes molecular mitjà dels components, ja que com més alt és el pes molecular mitjà, més dens i viscós és el cru.

Composició

Composició química del petroli

Des del punt de vista químic, el cru és una emulsió d’ hidrocarburs (és a dir, compostos químics les molècules de les quals estan formades per hidrogen i carboni ) amb aigua i altres impureses.

Està format principalment per hidrocarburs pertanyents a les classes d’ alcans ( lineals i ramificats ), cicloalcans i, en menor mesura, hidrocarburs aromàtics . [1] [6] El percentatge d'aquests hidrocarburs varia segons el camp petrolífer d'on s'extreu l'oli: tenint en compte una mitjana global, un oli típic conté un 30% de parafina, un 40% de naftenes, un 25% d'hidrocarburs aromàtics, mentre que el restant El 5% està representat per altres substàncies; [6] en el cas d'olis amb un alt contingut en alcans parlem d '"olis de parafina", mentre que els olis amb un alt contingut de cicloalcans s'anomenen "olis naftenics". [1] [6] Els olis parafínics són més abundants a les zones més profundes del subsòl, mentre que els olis naftenics són més abundants a les zones més properes a la superfície. [6]

També hi ha compostos de sofre ( sulfurs i disulfurs ), nitrogen ( quinolines ) i oxigenats ( àcids naftènics , terpens i fenols [6] ), en un percentatge variable encara que el seu percentatge en massa, en general, amb prou feines supera el 7%.

Donada l’elevada complexitat d’aquesta barreja, per definir la composició d’un determinat petroli, en lloc d’indicar les substàncies que el constitueixen, sovint es prefereix indicar la seva composició elemental, que està representada principalment per carboni i hidrogen , ja que el petroli és una barreja format principalment per hidrocarburs . [5]

En percentatge, es compon d'aproximadament el 85% de carboni , aproximadament el 13% d' hidrogen i el 2% restant d'altres elements.

La taula següent mostra els rangs de composició (expressats en percentatges en pes) dels elements individuals que solen formar un oli concret: [6]

Element mínim (% en pes) màxim (% en pes)
C. 79,5 88,5
H. 10 15,5
altres elements 0 5

Els altres elements presents en el petroli són principalment heteroàtoms , com el sofre (0,05-8% en pes, de vegades en forma d’ H 2 S [5] ), nitrogen (0,02-1,3% en pes) i oxigen (0,05-3% en pes) . També hi ha àtoms metàl·lics en quantitats modestes, [2] combinades amb compostos orgànics i en sals dissoltes en traces d’aigua (com níquel , vanadi , molibdè , cobalt , crom , cadmi , plom , arsènic i mercuri ), però per al seu processament a les refineries s’ha de tenir en compte la seva presència, ja que molts processos utilitzen catalitzadors inhibits per aquests metalls. A més, els productes finals (generalment els talls més pesats com el dièsel), que resulten "més rics", produeixen més cendres i partícules.

Caracterització i classificació del petroli

Hi ha centenars d’olis diferents. Es diferencien pels diferents rendiments, pel contingut de sofre, pels metalls pesants i per la seva acidesa. Freqüentment (però això no és una regla), els espais en blanc més pesats són també aquells que tenen un contingut més alt en sofre. [5] En lloc d'això, és sistemàtic que per a un oli determinat les fraccions amb bullent elevat tinguin un contingut més alt de sofre que les fraccions de baixa ebullició.

Des d’un punt de vista general (tot i que hi ha excepcions) els olis que contenen una quantitat més elevada de fraccions lleugeres són més cars. Un altre paràmetre que afecta el valor del cru és el contingut de sofre. De fet, aquesta última s’ha d’eliminar durant l’operació de refinació i aquesta operació de purificació és tant més costosa com més alt és el contingut de sofre.

Altres paràmetres que influeixen en el valor del cru són la seva acidesa i el contingut de metalls pesants, com el vanadi . El coneixement d’aquests dos darrers paràmetres és de gran importància a l’hora de planificar plantes per al refinament de cru; de fet, els olis àcids o amb alt contingut de vanadi requereixen plantes que siguin particularment resistents a la corrosió i, per tant, construïdes amb acers especials.

També cal recordar que, a nivell comercial, els diferents lots de petroli no tenen el mateix valor comercial. Els criteris següents proporcionen una pauta sobre com distingir un oli fi d’un oli pobre:

  • contingut de sofre: com més gran sigui la presència de sofre o d’altres heteroatòmics, major serà el processament relatiu amb majors costos d’explotació de la planta. De fet, la presència de sofre s’ha de limitar tant per motius ambientals com per a la protecció de les parts més delicades de la planta;
  • percentatge de gasolina: a nivell comercial, la gasolina és el tall més car i, per tant, el més rendible per a una companyia petroliera; no és casualitat que molts processos de fabricació tinguin com a objectiu augmentar la quantitat i la qualitat de la gasolina, alleugerir els talls pesats (esquerdes) o pesar-ne de lleugers; des d'aquest punt de vista, un petroli ric en gasolina té un valor comercial més gran;
  • densitat: un oli més dens conté un major nombre de molècules condensades, que són els components del residu de la columna de cobertura; per tant, cal processos més pesats en termes de temperatura (com ara trencament de viscositat ), per intentar trencar les molècules condensades i convertir-les en talls lleugers.

Grau API

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: qualificacions de l'API .

En el sector del petroli, s’utilitza una expressió particular per expressar la densitat: el grau API .

La densitat i el grau de l'API estan relacionats per la relació:

° API = 141,5 / ρ * - 131,3

on ρ * és la densitat relativa respecte a l'aigua. D’aquesta relació es desprèn que un oli de la mateixa densitat que l’aigua té 10 ° API, si és més pesat té un valor inferior a 10 ° API, mentre que si és més lleuger té un valor de grau API superior a 10 ° API. Per tant, un oli fi tindrà un valor alt de grau API, superior a 10 ° API. [5]

Com a exemple, entre els olis preciosos hi ha el de Brega (Líbia) que té 42 ° API amb un contingut de sofre igual al 0,2%.

TBP de destil·lació fraccionada

No hi ha dos olis idèntics i, de vegades, dins del mateix dipòsit la composició tendeix a variar amb el pas del temps o segons la ubicació del punt d’extracció. Per aquest motiu, per caracteritzar cada tipus d’oli, s’utilitza l’operació anomenada destil·lació fraccionada TBP ( True Boiling Point ). Aquesta metodologia es descriu a les normes ASTM D86 i D2892, que defineixen les condicions normalitzades per dur a terme l'operació. L'operació es realitza prenent una quantitat predefinida de cru i sotmetent-lo a l'escalfament a la pressió atmosfèrica.

Sota l’efecte de l’escalfament, la mostra d’oli comença a evaporar-se i les fraccions més lleugeres primer. Els vapors de petroli que s’evaporen gradualment es refreden, es condensen i es recullen en un recipient graduat. Les fraccions més volàtils (anomenades de ebullició baixa) són les primeres a evaporar-se i després s’evaporen les menys volàtils (anomenades d’ebullició alta). Durant aquesta operació de destil·lació, la mostra de petroli es torna cada vegada menys volàtil i, per tant, cal escalfar la mostra a temperatures cada vegada més altes per destil·lar-la. L'objectiu de la prova és mesurar el percentatge de rendiment de la fracció evaporada corresponent d'acord amb els intervals de temperatura a què està sotmesa la mostra. La prova s’interromp quan la mostra arriba a la temperatura de 550 ° C, perquè a aquesta temperatura es produeixen reaccions d’ esquerda que modifiquen la naturalesa química de les molècules. El volum que queda a 550 ° C s’anomena residu.

Els resultats de la prova TBP són d’interès considerable perquè permeten caracteritzar els diferents tipus d’oli. Això és essencial per poder definir el seu valor de mercat i poder predir quins rendiments tindrà quan el cru arribi a la refineria per ser refinat.

La taula següent mostra les composicions de dos olis (el petroli de Souedia, que s’origina a Síria i el petroli de zarzaitina, que s’origina a Algèria ) obtinguts per destil·lació de TBP en un interval de temperatura de 15-550 ° C.

Zarzaitina (0,14% S) Souedia (3,91% S)
T [° C] % en pes % per volum T [° C] % en pes % per volum
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

És important tenir en compte que aquests talls de petroli són el resultat només de l’operació de destil·lació i que a la refineria es realitzen múltiples altres operacions per produir productes d’ús final. De fet, les fraccions resultants de l'operació de destil·lació no estan preparades per utilitzar-se i requereixen altres passos de processament.

Formació i presència a la natura

Teoria biogènica del petroli

Comparant la molècula metaloporfirina extreta del petroli per Alfred E. Treibs (esquerra) i la molècula de clorofil·la (dreta).

Segons les teories comunament acceptades per la comunitat científica, el petroli deriva de la transformació de material biològic en descomposició [7] . El primer a donar suport a aquesta teoria va ser el científic rus Lomonosov al segle XVIII . La seva teoria va ser confirmada el 1877 per Mendeleev . Alfred E. Treibs , que va destacar l'analogia estructural entre una molècula de metaloporfirina que havia trobat al petroli el 1930 [8], i la molècula de clorofil·la (que en lloc d'això s'associa a processos biològics) va proporcionar una confirmació addicional d'aquesta hipòtesi.

Segons aquesta teoria, el material biològic del qual deriva el petroli consisteix en organismes marins unicel·lulars de plantes i animals ( fitoplàncton i zooplàncton ) [2] que van ser enterrats sota terra fa centenars de milions d’anys, en particular durant el Paleozoic , quan aquest matèria orgànica era abundant als mars. [2]

En una primera etapa, aquesta matèria orgànica es transforma en querogen mitjançant una sèrie de processos biològics i químics; [2] en particular, la descomposició de la matèria orgànica per part de bacteris anaeròbics (és a dir, que operen en absència d' oxigen ) condueix a la producció de grans quantitats de metà. [2]

Posteriorment, a causa del creixement continu dels sediments , es produeix un augment de la temperatura (fins a 65-150 ° C ) que condueix al desenvolupament de processos químics de degradació tèrmica i esquerdes , que transformen el querogen en oli. [2] Aquest procés de transformació del querogen en petroli es produeix a la seva velocitat màxima quan el dipòsit ha assolit profunditats al voltant dels 2.000-2.900 metres. [2]

Representació esquemàtica d’un dipòsit de petroli.

Un cop generats, els hidrocarburs migren cap amunt a través dels porus de la roca en virtut de la seva baixa densitat. Si res no bloqueja la migració, aquests hidrocarburs pugen a la superfície. En aquest punt, les fraccions més volàtils s’evaporen i queda una acumulació de betum , que és gairebé sòlida a pressió i temperatura atmosfèrica. Històricament, les acumulacions naturals de betum s’utilitzen per a usos civils (impermeabilització de la fusta) o militars (com el foc grec ). No obstant això, en el camí de migració, els hidrocarburs es poden acumular en roques poroses (anomenades "roques de dipòsit" o "embassaments") i es poden bloquejar per una capa de roca impermeable. En aquest cas, es pot crear una àrea d’acumulació, anomenada “trampa de petroli”. Per tal que les roques poroses siguin un embassament , aquestes roques han d’estar per sota de les roques menys permeables (normalment argiles o evaporites ), de manera que els hidrocarburs no tenen la possibilitat de pujar a la superfície terrestre.

Una conformació geològica que constitueix un cas típic d’una trampa d’oli és l’ anticlinal . Aquest tipus de configuració és, amb diferència, el cas més freqüent d'una "trampa de petroli", tot i que pot passar que el petroli s'acumuli en fractures tectòniques o al voltant de camps de sal. Per tant, es troba a l’interior del dipòsit una barreja d’hidrocarburs líquids i gasosos (en proporcions variables). Els hidrocarburs gasosos constitueixen gas natural ( metà i età ) i omplen les porositats superiors. Les líquides (sota les condicions de pressió existents al dipòsit, és a dir, diversos centenars d’atmosferes) ocupen les zones més baixes del dipòsit . En virtut de l’origen marí de la matèria orgànica a l’origen del petroli, els hidrocarburs s’associen quasi inevitablement a l’aigua; És freqüent que es trobin tres capes dins de la roca font: una capa superior de gas natural , una capa intermèdia formada per hidrocarburs líquids i una capa inferior d’aigua salada. En les operacions de producció d’un embassament, es presta molta atenció a la profunditat a la qual es troba la capa d’aigua perquè aquesta informació és necessària per calcular el rendiment teòric de l’embassament.

És freqüent la situació en què el camp d'hidrocarburs només conté metà i età . En aquest cas parlarem d’un jaciment de gas natural . Si els hidrocarburs líquids més pesats presents al dipòsit no superen els dotze a quinze àtoms de carboni (C 12 - C 15 ), parlarem d’un dipòsit de condensat, sovint associat al gas natural. Si es representen molècules més llargues en els hidrocarburs líquids presents, és en presència d’un jaciment de petroli pròpiament dit.

Teories abiogèniques

Icona de la lupa mgx2.svg El mateix tema en detall: origen abiòtic del petroli .

Tot i que les teories comunament acceptades prediuen que el petroli deriva de substàncies orgàniques [7] , s’han formulat teories, anomenades abiogèniques o abiòtiques, segons les quals es formarien mitjançant processos no biològics.

Entre els teòrics d’origen abiogènic hi ha el professor Thomas Gold, que el 1992 va publicar la teoria de la biosfera calenta profunda, per tal d’explicar el mecanisme d’acumulació d’hidrocarburs en dipòsits profunds.

El 2001 J. Kenney va demostrar que segons les lleis de la termodinàmica no seria possible transformar els hidrats de carboni o altre material biològic en cadenes d’hidrocarburs a baixes pressions. De fet, el potencial químic dels hidrats de carboni varia de -380 a -200 kcal / mol , mentre que el potencial químic dels hidrocarburs és superior a 0 kcal / mol. Com que les transformacions termodinàmiques evolucionen cap a condicions amb un potencial químic inferior, la transformació esmentada no pot tenir lloc. El metà no polimeritza a baixes pressions a cap temperatura.

De vegades, els camps de petroli i gas natural que es creu esgotats es tornen a omplir; aquest procés només es pot alimentar mitjançant dipòsits profunds, seguint la seqüència de fenòmens que van conduir a la formació inicial. La teoria abiòtica sosté que tots els hidrocarburs naturals són d'origen abiòtic, amb l'excepció del metà biogènic (sovint anomenat gas de marjal ), que es produeix a prop de la superfície terrestre mitjançant la degradació bacteriana de matèria orgànica sedimentada.

Una teoria de l' origen abiòtic del petroli creu que es van formar importants dipòsits de carboni en el moment de la formació de la Terra , que ara només es conservaven al mantell superior . Aquests dipòsits, en condicions d’alta temperatura i pressió , catalitzarien la polimerització de molècules de metà per formar llargues cadenes d’hidrocarburs. [9]

Una variant d’aquesta teoria preveu la hidròlisi de peridotites del mantell, amb la consegüent formació d’un fluid ric en hidrogen i amb catalitzadors metàl·lics (com níquel , crom , cobalt o vanadi ) que, pujant, rentarien la part superior roques carbonatades , que generen hidrocarburs. Aquesta hipotètica reacció química és la mateixa que es produiria en el procés industrial de síntesi de Fischer-Tropsch .

Estudis sobre les reserves de petroli

Gràfic representatiu de la producció de petroli, que mostra el pic de Hubbert .

Entenem per reserves de petroli la quantitat d’ hidrocarburs líquids que s’estima que es podrà extreure en el futur dels camps ja descoberts.

En general, els volums que es poden extreure de camps encara no explotats s’anomenen reserves .

La determinació de les reserves està condicionada per incerteses tècniques i econòmiques. Les incerteses tècniques es deriven del fet que els volums d’hidrocarburs continguts al dipòsit s’estimen gairebé exclusivament a través de dades obtingudes amb mètodes indirectes (els més habituals són la prospecció sísmica i les mesures de les propietats físiques de les roques als pous). La informació directa és necessàriament escassa en comparació amb l’heterogeneïtat de les roques de l’ embassament , ja que prové de la perforació de pous, que és molt cara.

Les incerteses econòmiques inclouen la dificultat de predir la tendència futura dels costos d’extracció d’hidrocarburs i els preus de venda (de mitjana, la vida productiva d’un camp és de 10 a 20 anys). La disponibilitat comercial de noves tecnologies d'extracció també és difícil de predir amb total seguretat. El nivell d’incertesa de les reserves és, per tant, màxim quan s’estimen nous camps potencials, disminueix en el moment del seu descobriment mitjançant la perforació de pous i durant el període productiu i es torna zero quan les reserves que pot produir el camp es posen a zero els hidrocarburs extraïbles són realment produïts.

El grau d’incertesa de les reserves s’expressa mitjançant la seva classificació segons categories definides. Hi ha diferents esquemes de classificació, el de la Society of Petroleum Engineers (SPE) està estès internacionalment i distingeix entre Recursos (hidrocarburs encara no descoberts o no comercials) i Reserves (hidrocarburs descoberts i comercials). Finalment, les reserves es classifiquen en certes , probables i possibles segons un grau creixent d’incertesa. Aquest mateix esquema es va incloure en el sistema de classificació dels recursos naturals, excloent l’aigua, publicat per les Nacions Unides el 2004 amb el nom de Classificació Marc de les Nacions Unides (UNFC).

La impossibilitat de calcular exactament la quantitat de reserves i recursos, dóna pas a diverses previsions més o menys optimistes.

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

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 8272 · LCCN ( EN ) sh85100361 · GND ( DE ) 4015179-7 · BNF ( FR ) cb11975899m (data) · BNE ( ES ) XX524464 (data) · NDL ( EN , JA ) 00570596