PETROLIO

INTRODUZIONE

Il petrolio è una delle risorse energetiche più importanti al mondo ( tanto che l'economia di molti paesi dipende in larga misura dal prezzo e dalla sua disponibilità) ed è una fonte di energia primaria e viene utilizzato per la produzione di carburanti, lubrificanti, prodotti chimici, plastica e molti altri prodotti industriali.

In questa ricerca, esploreremo gli aspetti fondamentali di questa risorsa energetica. Analizzeremo la sua formazione geologica, le tecniche di estrazione, le principali aree di produzione, i mercati del petrolio e le tendenze globali della domanda e dell'offerta. Per quanto concerne gli impatti ambientali e sociali dell'estrazione e dell'uso del petrolio, come la deforestazione, la contaminazione delle acque e l'emissione di gas si rimanda alla pagina dei cambiamenti climatici.

L'obiettivo è di fornire una panoramica completa, dalle sue origini alla sua utilizzazione, passando per gli aspetti economici, ambientali e sociali. Speriamo che questa analisi possa contribuire ad una maggiore consapevolezza sull'importanza e le implicazioni dell'uso di questa risorsa, nonché stimolare una riflessione sulle possibili alternative energetiche per un futuro sostenibile.

FORMAZIONE

Il petrolio e il gas naturale sono idrocarburi fossili che si sono formati a partire da resti di organismi vegetali e animali, depositati in sedimenti marini e lacustri nel corso di milioni di anni. Questi resti sono stati sottoposti ad alte pressioni e temperature, e attraverso processi di trasformazione chimica e fisica, si sono trasformati in petrolio e gas naturale.

La formazione inizia con la morte di organismi marini, come alghe e plancton, che si accumulano sul fondo degli oceani e dei mari. Con il tempo, questi resti vengono coperti da sedimenti e fango, che ne impediscono il contatto con l'ossigeno dell'aria e la loro decomposizione aerobica. Sotto la pressione dei sedimenti sovrastanti, i resti degli organismi subiscono un processo di diagenesi, durante il quale le molecole organiche si rompono e si combinano in molecole più complesse, sotto l'azione di batteri e funghi. In questo stadio, il materiale organico viene trasformato in una sostanza bituminosa chiamata kerogene.

La successiva fase di trasformazione del kerogene in petrolio è conosciuta come catagenesi, e avviene a temperature comprese tra i 60 e i 150°C. In questa fase, il kerogene si decompone ulteriormente in idrocarburi leggeri, come metano, etano, propano e butano, che si accumulano in fessure e pori nelle rocce sedimentarie.

Infine, durante la fase di maturazione termica, il petrolio viene prodotto a temperature comprese tra i 150 e i 300°C. In questa fase, i gas leggeri si combinano per formare idrocarburi più pesanti, come il petrolio greggio. Il gas naturale si forma attraverso un processo simile a quello del petrolio, ma in condizioni di T e P leggermente diverse. Si forma a partire da depositi organici molto ricchi, come quelli delle paludi e delle risaie. Durante la fase di maturazione termica, il metano viene liberato dal kerogene e si accumula in fessure e pori nelle rocce sedimentarie.

GIACIMENTI

Secondo le stime dell'US Geological Survey, ci sono circa 1,7 trilioni di barili di petrolio e 6.609 trilioni di piedi cubi di gas naturale che sono considerati recuperabili economicamente. La quantità totale di CO2 che verrebbe rilasciata dalla combustione di tutto il petrolio e il gas rimanenti è di circa 8.700 Gt (miliardi di tonnellate) di CO2 aumenterebbe la concentrazione di CO2 nell'atmosfera a circa 1.200 parti per milione (ppm). E questo trascurando il carbone che è la forma energetica più inquinante. 

I giacimenti di petrolio sono distribuiti in tutto il mondo, ma le regioni che ne hanno le maggiori riserve sono principalmente concentrate in Medio Oriente, America del Nord, Russia e Sud America. Secondo l'ultima stima dell'Organizzazione dei Paesi Esportatori di Petrolio (OPEC), i paesi con le maggiori riserve provate di petrolio sono il Venezuela, l'Arabia Saudita, il Canada, l'Iran e l'Iraq. Insieme, questi paesi detengono circa il 65% delle riserve mondiali di petrolio. Altri paesi con riserve significative includono Kuwait, Emirati Arabi Uniti, Libia, Nigeria, Russia, Kazakistan e Stati Uniti.

Tuttavia, le riserve non sono distribuite in modo uniforme all'interno di questi paesi. In alcuni casi, le riserve possono essere concentrate in una regione specifica, come nel caso del campo petrolifero di Ghawar in Arabia Saudita, che è il più grande giacimento di petrolio del mondo con riserve stimate di oltre 70 miliardi di barili.

Da notare come il petrolio proveniente dagli Stati Uniti, noto come petrolio shale o tight oil, è caratterizzato da un alto contenuto di idrocarburi leggeri come il metano e l'etano. Questo è anche noto per la sua elevata percentuale di idrocarburi a catena lineare e un basso contenuto di idrocarburi aromatici, caratteristiche lo rendono adatto alla produzione di prodotti come la benzina e il diesel.

D'altra parte, il petrolio proveniente dalle nazioni arabe, noto come petrolio greggio o sweet crude oil, è caratterizzato da un alto contenuto di idrocarburi pesanti come il gasolio e il bitume, è noto per la sua alta percentuale di idrocarburi aromatici, in particolare i gruppi aromatici del benzene, del toluene e del xilene (noti come BTEX). Queste caratteristiche lo rendono adatto alla produzione di prodotti come lubrificanti e prodotti chimici.

UNA RISORSA FINITA

Ci sono varie stime sulla data in cui il petrolio potrebbe esaurirsi, ma tutte concordano sul fatto che si tratta di una risorsa finita e che, ad un certo punto, la domanda globale supererà l'offerta. Guardando le stime dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA), le riserve di petrolio inizieranno a diminuire gradualmente a partire dal 2030, con una riduzione estremamente significativa entro il 2040.

Una volta che i grandi giacimenti saranno esauriti, l'estrazione del petrolio dai piccoli giacimenti rimanenti diventerà molto più costosa, rendendo l'utilizzo del petrolio meno conveniente rispetto ad altre fonti di energia. Questo scenario porterà a un cambiamento nella matrice energetica globale, con un crescente interesse per le fonti di energia rinnovabile e alternative come il solare, l'eolico e l'idroelettrico.

TOPPING

Il processo di Topping si riferisce alla distillazione a pressione atmosferica del petrolio greggio. In questo processo, il petrolio viene riscaldato in una colonna e i componenti più leggeri, come gas e nafta, vengono vaporizzati e separati dalle componenti più pesanti come il gasolio e il bitume. Questi componenti più pesanti rimangono nella parte inferiore dell'alambicco e possono essere sottoposti a processi di ulteriore raffinazione per produrre prodotti di maggiore valore come il diesel o il cherosene.

VACUUM

Invece, si riferisce alla distillazione sottovuoto del residuo di Topping. In questo processo, il residuo del processo di Topping viene sottoposto a una pressione ridotta, al fine di ridurre il punto di ebollizione del petrolio e permettere la vaporizzazione di componenti più pesanti e viscosi. In questo modo, il petrolio può essere ulteriormente raffinato e produrre prodotti come lubrificanti o bitume.

• La temperatura di ebollizione del petrolio greggio varia da circa 150°C a oltre 370°C, a seconda del tipo di petrolio.

• Nel processo di Topping, il petrolio greggio viene riscaldato a una temperatura tra 350°C e 400°C.

• Nel processo di Vacuum, il residuo del Topping viene riscaldato a una temperatura tra 400°C e 450°C in presenza di un vuoto parziale, al fine di ridurre il punto di ebollizione dei componenti pesanti e viscosi.

• Nella produzione di benzina, i componenti più leggeri del petrolio vengono distillati a una temperatura compresa tra 30°C e 200°C.

• Per diesel e cherosene, i componenti del petrolio vengono distillati a temperature tra 200°C e 350°C.

• Per lubrificanti, il petrolio viene distillato a una temperatura compresa tra 350°C e 550°C.

FRAZIONI DEL PETROLIO:

GAS - METANO E PROPANO

La frazione gassosa è composta principalmente da metano, propano e butano che è altamente volatile e infiammabile, e a T ambiente è naturalmente gassosa. Tuttavia, al fine di occupare meno volume e facilitare il trasporto, questa frazione viene liquefatta a 25°C e prende il nome di GPL, ovvero gas di petrolio liquefatti. 

Il GPL viene ampiamente utilizzato come combustibile per il riscaldamento civile e la produzione di energia sotto forma di calore e rappresenta un'ottima alternativa alla benzina come combustibile per autoveicoli, poiché ha un alto numero di ottano e la sua combustione produce meno inquinanti. 

BENZINA

Idrocarburi da C5 a C11 (numero di atomi di carbonio nella catena) che rappresentano solo il 10% del petrolio grezzo, mentre una quantità ulteriore viene prodotta grazie al cracking delle frazioni più pesanti. Utilizzata principalmente come carburante per automobili con alcune frazioni più leggere che vengono utilizzate come solventi.

VIRGIN NAFTA

Virgin Nafta è un termine che si riferisce al petrolio greggio appena estratto, che non è stato ancora raffinato o processato. In altre parole, si tratta di petrolio grezzo al 100%, che viene estratto direttamente dal giacimento e non è stato ancora sottoposto a nessun tipo di trattamento. Viene utilizzata principalmente per processi petrolchimici.

CHEROSENE

Il kerosene rappresenta un'altra frazione importante del petrolio e contiene catene da C11 a C15. Subisce poi processi secondari al fine di ridurre la presenza di zolfo, considerato inquinante per l'ambiente. Oggi è principalmente utilizzato come combustibile per aviogetti. Infatti, questa frazione è nota come "jet fuel", grazie alle sue proprietà chimiche, è in grado di fornire la spinta necessaria per far decollare e volare gli aerei.

GASOLIO

Il gasolio, noto anche come diesel, è una frazione del petrolio che distilla a temperature più elevate rispetto alla benzina. È composto principalmente da idrocarburi lineari, ramificati e ciclici con catene da C12 a C16, anche se la sua composizione chimica esatta può variare in base alla fonte di estrazione.

E' utilizzato principalmente come combustibile per motori diesel, come quelli utilizzati in camion, macchine agricole e navi. Rispetto alla benzina, ha un maggior contenuto energetico e un maggiore rendimento termico, il che significa che può produrre una maggiore quantità di energia per unità di volume o di peso. Inoltre, i motori diesel sono noti per la loro maggiore efficienza rispetto ai motori a benzina. Altro in fisica tecnica

OLI COMBUSTIBILI

Vengono utilizzati come combustibile per alimentare generatori di energia termica come caldaie e forni industriali. Sono classificati in base al loro contenuto di zolfo e alla loro viscosità e costituiscono il 2% della produzione dal greggio. Tuttavia più alto è il contenuto di zolfo, più inquinante è l'olio combustibile, mentre la viscosità è un indicatore della fluidità dell'olio e influenza la sua capacità di bruciare in modo efficiente.

BITUMI

E' una sostanza di colore scuro e dall'aspetto viscoso e appiccicoso. A differenza delle altre frazioni del petrolio è solido a temperatura ambiente e ha una consistenza simile a quella del catrame.

E' composto principalmente da idrocarburi pesanti, ma contiene anche piccole quantità di zolfo, ossigeno e azoto. A causa della sua viscosità, è difficile da pompare e trasportare, e viene spesso trasportato in forma solida o semisolida. 

Viene utilizzato principalmente per la produzione di asfalto, che viene utilizzato nella costruzione di strade, ponti, aeroporti e altre infrastrutture. Inoltre, viene utilizzato anche come sigillante per proteggere superfici metalliche, come rivestimento per proteggere i tetti dalle intemperie, e come adesivo per incollare oggetti.

ANALISI ECONOMICA

La domanda e l'offerta di petrolio e gas naturale sono strettamente interconnesse e dipendono da una serie di fattori economici, tecnologici, geopolitici e ambientali.

Domanda Globale

La domanda globale è guidata principalmente dalla crescita economica e dallo sviluppo industriale dei paesi in via di sviluppo, come Cina, India e paesi dell'Asia del Sud-Est, che hanno registrato un aumento della domanda di energia per sostenere la loro crescita economica. Tuttavia, la transizione verso forme di energia più pulita sta diminuendo la domanda.

Il settore dei trasporti rimane il principale utilizzatore di petrolio, con il consumo di carburante per autotrazione che rappresenta circa il 40% della domanda totale di petrolio, la quale con l'adozione di veicoli elettrici, ibridi e a idrogeno sta riducendo. Qui un approfondimento sulla mobilità sostenibile.

La domanda di gas naturale è in aumento, trainata dai settori dell'elettricità, dell'industria manifatturiera e del riscaldamento domestico. Il gas naturale è considerato una fonte di energia relativamente pulita rispetto al petrolio e al carbone, con minori emissioni di anidride carbonica e di altri inquinanti atmosferici, ma comunque non è assolutamente considerabile una fonte di energia pulita.

Offerta Globale

L'OPEC (Organizzazione dei Paesi Esportatori di Petrolio) rimane uno dei maggiori attori nell'offerta globale di petrolio, controllando circa il 40% della produzione mondiale di petrolio. Tuttavia, l'aumento della produzione di petrolio di scisto negli Stati Uniti ha influenzato l'offerta globale, portando a una riduzione del potere dell'OPEC sul mercato globale del petrolio.

La produzione di gas naturale è guidata dalla scoperta di nuovi giacimenti, in particolare in Nord America, in Asia e in Medio Oriente e "purtroppo" grazie alle nuove tecnologie di estrazione del gas naturale, come la tecnica di fracking, si è riuscito ad accedere a giacimenti di gas che prima erano considerati inaccessibili.

Tuttavia, l'industria del gas naturale deve affrontare sfide ambientali legate alla produzione, tra cui il rischio di contaminazione delle acque sotterranee, la generazione di gas a effetto serra e il rischio di terremoti causati dallo sviluppo di giacimenti di gas non convenzionali.

Per un analisi chimica degli idrocarburi vedi la sezione di chimica organica

Per l'estrazione vedi: petrolio: la materia prima