Petróleo

Da Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para a navegação Ir para a pesquisa
Disambiguation note.svg Desambiguação - Se você estiver procurando por outros significados, consulte Petróleo (desambiguação) .
Uma amostra de óleo
Uma amostra de óleo
 
Uma bomba de óleo extrai óleo de um poço perto de Lubbock
Uma bomba de óleo extrai óleo de um poço perto de Lubbock
 
Uma refinaria de petróleo na governadoria de al-Ahmadi, Kuwait

Petróleo (do latim tardio petróleo , composto de petra "rocha" e oleum "óleo", que é "óleo de rocha" [1] ) é uma mistura líquida de vários hidrocarbonetos , principalmente alcanos , encontrados em depósitos nas camadas superiores da crosta terrestre e é a principal fonte de energia da modernidade .

Também chamado ouro negro, é uma viscoso , inflamável líquido , com uma cor que pode variar de preto para castanho escuro, passando de esverdeado para laranja. É denominado crude ou crude, o petróleo que é extraído dos campos, antes de ser submetido a qualquer tratamento para se transformar em produto processado.

Atributos históricos

O óleo acompanha a história do homem há séculos: a palavra grega νάφθας náphthas ou νάφθα náphtha foi inicialmente usada para indicar as chamas típicas das emanações de óleo. Os povos da antiguidade conheciam os campos superficiais de petróleo, e os utilizavam para produzir medicamentos (com funções calmantes e laxantes [2] ) e betume ou para acender lâmpadas .

Também não faltou o uso militar do petróleo. [2] Já na Ilíada , Homero fala de um "fogo perene" lançado contra os navios gregos. O " fogo grego " dos bizantinos era uma arma preparada com petróleo, uma mistura de óleo , enxofre , resina e salitre , que não podia ser apagada pela água ; essa mistura era borrifada em flechas ou lançada em navios inimigos para incendiá-los.

O petróleo também era conhecido no antigo Oriente Médio . Marco Polo , em Il Milione , fala de óleo com as seguintes palavras:

"Mais uma vez, digo a vocês que nesta Grande Erminia ( Armênia ) é a arca de Noé em uma grande montanha, na fronteira do sul para o leste, perto do reino que é chamado de Mosul, que são cristãos, que são iacopini e nestarini ( Nestorianos ), dos quais mencionaremos anteriormente. No lado norte faz fronteira com Giorgens (atual Geórgia ), e nessas fronteiras há uma fonte, por onde corre tanto petróleo e em tal abundância que 100 navios carregariam uns aos outros de cada vez. Mas não é bom para comer, mas tão bom para queimar e bom para coceira [3] e outras coisas; e para todo aquele distrito não mais óleo é queimado. "

( Marco Polo, The Million )

O petróleo foi introduzido no Ocidente principalmente como medicamento , seguindo o expansionismo árabe. Suas qualidades terapêuticas se espalharam muito rapidamente e algumas fontes de petróleo a céu aberto, como o antigo Blufi (santuário da "Madonna do óleo") e Petralia na Sicília , tornaram-se conhecidas balneárias da antiguidade.

O termo "óleo" foi adotado pela primeira vez em 1556 em um tratado do mineralogista alemão Georg Bauer . [2]

Na Birmânia, na área de Yenangyaung , o petróleo escorre na superfície e relatórios escritos atestam sua exploração e comércio em níveis industriais desde pelo menos 1700, quando representava a principal fonte de renda da dinastia Konbaung , em 1885 os britânicos invadiram o país e a exploração passou para Burma-Shell . [4]

Vinheta publicada na Vanity Fair em 1861 mostrando cachalotes celebrando o advento dos poços de petróleo, cuja produção bloqueia sua caça para obter a carne de gordura para produzir óleo de baleia, substituído por petróleo

A moderna indústria do petróleo nasceu na década de 1850 nos Estados Unidos (perto de Titusville , Pensilvânia ), por iniciativa de Edwin Drake . Em 27 de agosto de 1859 , o primeiro poço de petróleo lucrativo do mundo foi aberto. [2] A indústria cresceu lentamente durante os anos 1800 e não se tornou de interesse nacional (dos EUA) até o início do século XX ; a introdução do motor de combustão interna atendeu à demanda que sustentou amplamente esta indústria. Os primeiros pequenos campos "locais" na Pensilvânia e Ontário esgotaram-se rapidamente, levando a "booms de petróleo" no Texas , Oklahoma e Califórnia . Outras nações tinham reservas consideráveis ​​de petróleo em suas possessões coloniais e começaram a usá-las industrialmente.

Campo de extração de petróleo da Califórnia, 1938

Embora o carvão ainda fosse o combustível mais usado no mundo na década de 1950 , o petróleo começou a suplantá-lo. No início do século XXI, cerca de 90% das necessidades de combustível eram supridas pelo petróleo. Como consequência da crise energética de 1973 e da crise energética de 1979 , a opinião pública despertou o interesse pelos níveis dos estoques de petróleo, trazendo à tona a preocupação de que, sendo o petróleo um recurso limitado, está fadado ao esgotamento (pelo menos como um recurso). economicamente explorável).

O preço do barril de petróleo aumentou de US $ 11 em 1998 para cerca de US $ 147, e depois caiu (devido à recessão global , mas também pela "realização de lucros" dos especuladores), para US $ 45 em dezembro de 2008 . Os preços do petróleo bruto retomaram a alta para se estabelecer solidamente acima de US $ 100 em março de 2011. Dada a alta volatilidade do preço do barril, a OPEP considerou cortar a produção para aumentar os custos. para dar um exemplo: se um barril aumenta em um dólar, mais de $ 100 milhões em ganhos chegam aos Emirados Árabes Unidos [ carece de fontes ? ] ). No entanto, o rei da Arábia Saudita ʿAbd Allāh disse que estava disposto a aumentar a extração de petróleo para trazê-lo de volta a um preço razoável [ carece de fontes? ] .

O valor do petróleo como fonte de energia transportável e facilmente utilizável, utilizada pela maioria dos veículos ( carros , caminhões , trens , navios , aviões ) e como base de muitos produtos químicos industriais, fez dele uma das matérias-primas desde o início da século 20, mais importante do mundo. O acesso ao petróleo tem sido o principal gatilho para muitos conflitos militares, incluindo a Guerra do Golfo . A maioria das reservas facilmente acessíveis está localizada no Oriente Médio , uma região politicamente instável.

Fontes alternativas e renováveis de energia existem e estão sendo continuamente estudadas, embora se discuta até que ponto podem substituir o petróleo e seus possíveis efeitos negativos sobre o meio ambiente.

Propriedade do petróleo bruto

O petróleo bruto é um líquido viscoso de cor que varia do amarelo claro ao marrom escuro ou esverdeado, e em sua quase totalidade sua densidade relativa é menor que 1, ou seja, possui peso específico inferior ao da água . [5]

A cor parece ser mais escura em óleos crus contendo hidrocarbonetos com um peso molecular médio mais alto . Sua densidade e viscosidade também estão ligadas ao peso molecular médio dos componentes, pois quanto maior o peso molecular médio, mais denso e viscoso é o petróleo bruto.

Composição

Composição química do petróleo

Do ponto de vista químico, o petróleo bruto é uma emulsão de hidrocarbonetos (ou seja, compostos químicos cujas moléculas são formadas por hidrogênio e carbono ) com água e outras impurezas.

É constituído principalmente por hidrocarbonetos pertencentes às classes dos alcanos ( lineares e ramificados ), cicloalcanos e, em menor grau, dos hidrocarbonetos aromáticos . [1] [6] A porcentagem desses hidrocarbonetos varia de acordo com o campo de petróleo do qual o petróleo é extraído: considerando uma média global, um óleo típico contém 30% de parafina, 40% de naftenos, 25% de hidrocarbonetos aromáticos, enquanto o restante 5% é representado por outras substâncias; [6] no caso de óleos com alto teor de alcanos, falamos de "óleos de parafina", enquanto os óleos com alto teor de cicloalcanos são chamados de "óleos naftênicos". [1] [6] Os óleos parafínicos são mais abundantes nas áreas mais profundas do subsolo, enquanto os óleos naftênicos são mais abundantes nas áreas mais próximas à superfície. [6]

Existem também compostos de enxofre ( sulfuretos e dissulfetos ), nitrogênio ( quinolinas ) e oxigenados ( ácidos naftênicos , terpenos e fenóis [6] ), em porcentagem variável ainda que sua porcentagem em massa, no geral, dificilmente ultrapasse 7%.

Dada a alta complexidade dessa mistura, para definir a composição de um determinado petróleo, ao invés de indicar as substâncias que o constituem, muitas vezes é preferível indicar sua composição elementar, que é representada principalmente por carbono e hidrogênio , uma vez que o petróleo é uma mistura consistindo principalmente de hidrocarbonetos . [5]

Em porcentagem, é composto por cerca de 85% de carbono , cerca de 13% de hidrogênio e os restantes cerca de 2% de outros elementos.

A tabela a seguir mostra os intervalos de composição (expressos como porcentagens por peso) dos elementos individuais que normalmente compõem um óleo específico: [6]

Elemento min (% em peso) máx (% em peso)
C. 79,5 88,5
H. 10 15,5
outros elementos 0 5

Os outros elementos presentes no óleo são principalmente heteroátomos , tais como enxofre (0,05-8% em peso, por vezes na forma de H 2 S [5] ), azoto (0,02-1,3% em peso) e de oxigénio (0,05-3% em peso) . Existem também átomos de metal em quantidades modestas, [2] ambos combinados com compostos orgânicos e em sais dissolvidos em vestígios de água (como níquel , vanádio , molibdênio , cobalto , cromo , cádmio , chumbo , arsênio e mercúrio ), porém para processamento nas refinarias, sua presença deve ser levada em consideração, pois muitos processos utilizam catalisadores inibidos por esses metais. Além disso, os produtos finais (geralmente os cortes mais pesados ​​como o diesel), resultantes "mais ricos", produzem mais cinzas e material particulado.

Caracterização e classificação de petróleo

Existem centenas de óleos diferentes. Eles diferem nos diferentes rendimentos, no teor de enxofre, nos metais pesados ​​e em função da sua acidez. Freqüentemente (mas isso não é uma regra), os blanks mais pesados ​​também são aqueles que têm um maior teor de enxofre. [5] Em vez disso, é sistemático que, para um determinado óleo, as frações de alto ponto de ebulição tenham um teor de enxofre mais alto do que as frações de baixo ponto de ebulição.

De um ponto de vista geral (embora haja exceções), os óleos que contêm uma quantidade maior de frações leves são mais caros. Outro parâmetro que afeta o valor do petróleo bruto é o teor de enxofre. Este último de facto deve ser removido durante a operação de refinação e esta operação de purificação é tanto mais cara quanto maior for o teor de enxofre.

Outros parâmetros que influenciam o valor do petróleo são a acidez e o teor de metais pesados, como o vanádio . O conhecimento destes dois últimos parâmetros é de grande importância no planejamento de plantas de refino de petróleo bruto; na verdade, os óleos ácidos ou com alto teor de vanádio requerem plantas particularmente resistentes à corrosão e, portanto, construídas com aços especiais.

Deve-se lembrar também que, em nível comercial, os diversos lotes de óleo não têm o mesmo valor comercial. Os critérios a seguir fornecem uma orientação sobre como distinguir um óleo fino de um pobre:

  • teor de enxofre: quanto maior a presença de enxofre ou outros heteroatômicos, maior será o processamento relativo com maiores custos operacionais da planta. Na verdade, a presença de enxofre deve ser limitada tanto por razões ambientais quanto para a proteção das partes mais delicadas da planta;
  • porcentagem de gasolina: no nível comercial, a gasolina é o corte mais caro e, portanto, mais lucrativo para uma empresa de petróleo; não é por acaso que muitos processos de fabricação visam aumentar a quantidade e a qualidade da gasolina, amenizando cortes pesados ​​(craqueamento) ou pesando os leves; desse ponto de vista, um óleo rico em gasolina tem maior valor comercial;
  • densidade: um óleo mais denso contém um maior número de moléculas condensadas, que são os constituintes do resíduo da coluna de cobertura; portanto, processos mais pesados ​​em termos de temperatura são necessários (como viscorredução ), para tentar quebrar as moléculas condensadas e convertê-las em cortes leves.

Grau API

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: notas de API .

No setor de petróleo, uma expressão particular é usada para expressar a densidade: o grau API .

A densidade e o grau de API estão relacionados pela relação:

° API = 141,5 / ρ * - 131,3

onde ρ * é a densidade relativa em relação à água. Desta relação, segue-se que um óleo com a mesma densidade da água tem 10 ° API, se for mais pesado tem um valor inferior a 10 ° API, enquanto se for mais leve tem um valor de grau API superior a 10 ° API. Portanto, um óleo fino terá um alto valor de grau API, maior que 10 ° API. [5]

A título de exemplo, entre os óleos preciosos está o de Brega (Líbia) que possui 42 ° API com teor de enxofre igual a 0,2%.

Destilação fracionada TBP

Não existem dois óleos idênticos e às vezes dentro do mesmo reservatório a composição tende a variar ao longo do tempo ou de acordo com a localização do ponto de extração. Por esse motivo, para caracterizar cada tipo de óleo, é utilizada a operação denominada destilação fracionada TBP ( True Boiling Point ). Essa metodologia está descrita nas normas ASTM D86 e D2892, que definem as condições normalizadas para a realização da operação. A operação é realizada pegando uma quantidade pré-definida de petróleo bruto e submetendo-a ao aquecimento à pressão atmosférica.

Sob o efeito do aquecimento, a amostra de óleo começa a evaporar e as frações mais leves primeiro. Os vapores de petróleo que evaporam gradualmente são resfriados, condensados ​​e coletados em um recipiente graduado. As frações mais voláteis (chamadas de baixo ponto de ebulição) são as primeiras a evaporar e então as menos voláteis (chamadas de alto ponto de ebulição) evaporam. Durante esta operação de destilação, a amostra de petróleo torna-se progressivamente cada vez menos volátil e, portanto, é necessário aquecer a amostra a temperaturas cada vez mais elevadas para destilá-la. O objetivo do teste é medir o rendimento percentual da fração evaporada correspondente de acordo com os intervalos de temperatura aos quais a amostra é submetida. O ensaio é interrompido quando a amostra atinge a temperatura de 550 ° C, pois nessa temperatura ocorrem reações de craqueamento que modificam a natureza química das moléculas. O volume que permanece em 550 ° C é denominado resíduo.

Os resultados do teste TBP são de considerável interesse porque permitem caracterizar os diferentes tipos de óleo. Isto é essencial para definir o seu valor de mercado e prever qual será o retorno quando o crude chegar à refinaria para ser refinado.

A tabela a seguir mostra as composições de dois óleos (petróleo Souedia, que é originário da Síria e petróleo da Zarzaitina, que é originário da Argélia ) obtidos por destilação TBP na faixa de temperatura de 15-550 ° C.

Zarzaitina (0,14% S) Souedia (3,91% S)
T [° C] % por peso % por volume T [° C] % por 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 em mente que esses cortes de óleo são resultado apenas da operação de destilação e que na refinaria várias outras operações são realizadas para produzir produtos de uso final. Na verdade, as frações resultantes da operação de destilação não estão prontas para uso e requerem outras etapas de processamento.

Treinamento e presença na natureza

Teoria biogênica do petróleo

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

De acordo com as teorias comumente aceitas pela comunidade científica, o óleo deriva da transformação de material biológico em decomposição [7] . O primeiro a apoiar essa teoria foi o cientista russo Lomonosov no século XVIII . Sua teoria foi confirmada em 1877 por Mendeleev . Outra confirmação dessa hipótese foi fornecida por Alfred E. Treibs , que destacou a analogia estrutural entre uma molécula de metaloporfirina que ele havia encontrado no óleo em 1930 [8] e a molécula de clorofila (que está associada a processos biológicos).

De acordo com esta teoria, o material biológico do qual o óleo deriva consiste em organismos marinhos unicelulares vegetais e animais ( fitoplâncton e zooplâncton ) [2] que foram enterrados no subsolo centenas de milhões de anos atrás, em particular durante o Paleozóico , quando este matéria orgânica era abundante nos mares. [2]

Em um primeiro estágio, essa matéria orgânica é transformada em querogênio por meio de uma série de processos biológicos e químicos; [2] em particular, a decomposição da matéria orgânica por bactérias anaeróbias (ou seja, que operam na ausência de oxigênio ) leva à produção de grandes quantidades de metano. [2]

Posteriormente, devido ao contínuo crescimento dos sedimentos , ocorre uma elevação da temperatura (até 65-150 ° C ) que leva ao desenvolvimento de processos químicos de degradação térmica e craqueamento , que transformam o querogênio em óleo. [2] Este processo de transformação do querogênio em óleo ocorre em sua velocidade máxima quando o depósito atinge profundidades de cerca de 2.000 a 2.900 metros. [2]

Representação esquemática de um reservatório de óleo.

Uma vez gerados, os hidrocarbonetos migram para cima através dos poros da rocha em virtude de sua baixa densidade. Se nada bloquear a migração, esses hidrocarbonetos sobem à superfície. Neste ponto, as frações mais voláteis evaporam e permanece um acúmulo de betume , que é quase sólido à pressão e temperatura atmosféricas. Historicamente, os acúmulos naturais de betume são usados ​​para usos civis (impermeabilização de madeira) ou militares (como o fogo grego ). No entanto, no caminho de migração, os hidrocarbonetos podem se acumular em rochas porosas (chamadas de "rochas reservatório" ou "reservatórios") e serem bloqueados por uma camada impermeável de rocha. Nesse caso, pode-se criar uma área de acúmulo, chamada de "armadilha de óleo". Para que as rochas porosas sejam um reservatório , essas rochas precisam estar abaixo de rochas menos permeáveis ​​(normalmente argilas ou evaporitos ), para que os hidrocarbonetos não tenham a possibilidade de subir à superfície da Terra.

Uma conformação geológica que constitui um caso típico de armadilha de petróleo é o anticlinal . Este tipo de configuração é de longe o caso mais frequente de uma "armadilha de petróleo", embora possa acontecer que o petróleo se acumule em fracturas tectónicas ou em redor de campos de sal. Uma mistura de hidrocarbonetos líquidos e gasosos (em proporções variáveis) é, portanto, encontrada dentro do reservatório. Os hidrocarbonetos gasosos constituem o gás natural ( metano e etano ) e preenchem as porosidades superiores. Os líquidos (sob as condições de pressão existentes no reservatório, ou seja, várias centenas de atmosferas) ocupam as áreas inferiores do reservatório . Em virtude da origem marinha da matéria orgânica na origem do petróleo, os hidrocarbonetos são quase inevitavelmente associados à água; É comum que três camadas sejam encontradas dentro da rocha geradora: uma camada superior de gás natural , uma camada intermediária constituída de hidrocarbonetos líquidos e uma camada inferior de água salgada. Nas operações de colocação em produção de um reservatório, dá-se muita atenção à profundidade em que se encontra a camada de água, pois essa informação é necessária para o cálculo do rendimento teórico do reservatório.

É frequente a situação em que o campo de hidrocarbonetos contém apenas metano e etano . Neste caso, vamos falar sobre um campo de gás natural . Se os hidrocarbonetos líquidos mais pesados ​​presentes no reservatório não ultrapassarem doze a quinze átomos de carbono (C 12 - C 15 ), falaremos de um reservatório de condensado, muitas vezes associado ao gás natural. Se moléculas mais longas são representadas nos hidrocarbonetos líquidos presentes, é na presença de um campo de petróleo propriamente dito.

Teorias abiogênicas

Ícone da lupa mgx2.svg O mesmo tópico em detalhes: Origem abiótica do óleo .

Embora as teorias comumente aceitas prevejam que o óleo deriva de substâncias orgânicas [7] , foram formuladas teorias, chamadas de abiogênicas ou abióticas, segundo as quais ele seria formado por processos não biológicos.

Entre os teóricos de origem abiogênica está o professor Thomas Gold que em 1992 publicou a teoria da biosfera quente profunda, a fim de explicar o mecanismo de acumulação de hidrocarbonetos em reservatórios profundos.

Em 2001, J. Kenney demonstrou que, de acordo com as leis da termodinâmica , não seria possível transformar carboidratos ou outro material biológico em cadeias de hidrocarbonetos a baixas pressões. Na verdade, o potencial químico dos carboidratos varia de -380 a -200 kcal / mol , enquanto o potencial químico dos hidrocarbonetos é maior que 0 kcal / mol. Como as transformações termodinâmicas evoluem para condições de menor potencial químico, a referida transformação não pode ocorrer. O metano não se polimeriza em baixas pressões e em nenhuma temperatura.

Às vezes, os campos de gás natural e petróleo que se acredita estarem esgotados voltam a encher-se; esse processo só pode ser alimentado por depósitos profundos, seguindo a seqüência de fenômenos que culminaram na formação inicial. A teoria abiótica sustenta que todos os hidrocarbonetos naturais são de origem abiótica, com exceção do metano biogênico (freqüentemente chamado de gás do pântano ), que é produzido próximo à superfície da terra por meio da degradação bacteriana da matéria orgânica sedimentada.

Uma teoria da origem abiótica do petróleo acredita que depósitos significativos de carbono foram formados na época da formação da Terra , agora preservados apenas no manto superior . Esses depósitos, estando em condições de alta temperatura e pressão , catalisariam a polimerização das moléculas de metano , para formar longas cadeias de hidrocarbonetos. [9]

Uma variante dessa teoria prevê a hidrólise de peridotitos do manto, com a consequente formação de um fluido rico em hidrogênio e com catalisadores metálicos (como níquel , cromo , cobalto ou vanádio ) que, subindo, lavariam o topo rochas carbonáticas , gerando hidrocarbonetos. Esta hipótese de reação química é a mesma que ocorreria no processo industrial de síntese Fischer-Tropsch .

Estudos sobre reservas de petróleo

Gráfico representativo da produção de petróleo, mostrando o pico de Hubbert .

Por reservas de petróleo entendemos a quantidade de hidrocarbonetos líquidos que se estima poderá ser extraída no futuro dos campos já descobertos.

Geralmente os volumes que podem ser extraídos de campos ainda não explorados são chamados de reservas .

A determinação das reservas está condicionada por incertezas técnicas e econômicas. As incertezas técnicas derivam do fato de que os volumes de hidrocarbonetos contidos no reservatório são estimados quase que exclusivamente por meio de dados obtidos por métodos indiretos (os mais comuns são a prospecção sísmica e medições das propriedades físicas das rochas em poços). A informação direta é necessariamente escassa quando comparada com a heterogeneidade das rochas reservatório , pois vem da perfuração de poços, que é muito cara.

As incertezas econômicas incluem a dificuldade de prever a tendência futura dos custos de extração de hidrocarbonetos e dos preços de venda (em média, a vida produtiva de um campo é de 10-20 anos). A disponibilidade comercial de novas tecnologias de extração também é difícil de prever com total certeza. O nível de incerteza nas reservas é, portanto, máximo quando novos campos potenciais são estimados, diminui no momento de sua descoberta através da perfuração de poços e durante o período produtivo e torna-se zero quando as reservas que podem ser produzidas pelo campo são zeradas como todos os hidrocarbonetos extraíveis são realmente produzidos.

O grau de incerteza das reservas é expresso por meio de sua classificação em categorias definidas. Existem diferentes esquemas de classificação, o da Society of Petroleum Engineers (SPE) é internacionalmente difundido e distingue entre Recursos (hidrocarbonetos ainda não descobertos ou não comerciais) e Reservas (hidrocarbonetos descobertos e comerciais). Por fim, as Reservas são classificadas como certas , prováveis e possíveis de acordo com um grau crescente de incerteza. Esse mesmo esquema foi incluído no sistema de classificação de recursos naturais, excluindo água, publicado pelas Nações Unidas em 2004 sob o nome de United Nations Framework Classification (UNFC).

A impossibilidade de calcular exatamente a quantidade de reservas e recursos, dá lugar a várias previsões mais ou menos otimistas.

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