Petrolio - Tesina per tecnico industriale

Istituto tecnico industriale “A. Panella”

Reggio Calabria

Esame di Stato 2009

Il petrolio

Aspetti storici, economici e chimici

Area di progetto della classe V/B

Indirizzo chimico

Area di progetto: Pagina 1 di 25 Classe V B/H, a.s. 2008/2009

“Il Petrolio” L’area di progetto

“Il petrolio: aspetti storici, economici e chimici”

Classe VB/H – Anno scolastico 2008/2009

L’area di progetto prescelta riveste un particolare significato proprio in questo periodo di crisi finanziaria ed economica preceduto da un periodo che ha visto aumentare il greggio in modo sensibile. La realizzazione dell’area di progetto ha impegnato gli allievi che hanno colto l’occasione per un lavoro formativo, ad ampio spettro, concluso da una visita tecnica alla raffineria di petrolio di Milazzo.

Nel corso della stessa visita, gli allievi hanno avuto la possibilità di visitare gli impianti e di approfondire alcuni argomenti previsti dal curriculum degli studi.

Gli alunni si sono suddivisi i compiti da svolgere per gruppi, per poi assemblarli e condividerli collettivamente.

Il risultato di tale impegno è un lavoro ricco ma non esaustivo vista la complessità del tema trattato.

Il progetto ha affrontato la tematica sotto diversi aspetti:

• Storico
• Economico
• Chimico

Il progetto ha coinvolto i docenti di numerose discipline, con conseguenti implicazioni storico-economiche e particolarmente quelle tecnico-scientifiche.

Nello sviluppo del progetto si è dato altresì ampio spazio alla descrizione dei processi di raffinazione e di miglioramento dei prodotti petroliferi.

Sono state utilizzate le seguenti risorse:

• Strutture e servizi multimediali ed elettronici, supporti cartacei.
• Visita tecnica in azienda del settore.
• Ricerche bibliografiche.

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“Il Petrolio”

Un po’ di storia

Per migliaia d’anni, la caccia e la raccolta di vegetali sono state le principali risorse dell’uomo che si è limitato a consumare energia, non essendo in grado di produrla.

Diventato agricoltore, circa 7000 anni fa, l’uomo ha finalmente imparato a produrre l’energia: si tratta di energia alimentare, muscolare (dell’uomo stesso e degli animali che lo aiutavano), eolica e idrica (dei mulini a vento e ad acqua).

Si sono sviluppati così l’artigianato, il trasporto, il commercio e, per sostenere la conseguente crescita economica, è iniziato lo sfruttamento di una nuova fonte di lavoro: la schiavitù.

Risale a questo punto della storia il primo incontro tra l’uomo e il petrolio.

Raramente, infatti, il famoso “oro nero” affiora spontaneamente in superficie: 5000 anni fa, gli egizi ne scoprirono le virtù terapeutiche utilizzandolo per curare reumatismi e disturbi circolatori, oltre che per favorire il processo di conservazione dei cadaveri (mummificazione).

D’altra parte, Persiani e Romani impiegarono il petrolio per l’illuminazione e la costruzione di armi incendiarie.

Per molti secoli, gli utilizzi di petrolio sono rimasti episodici e di scarsa importanza economica.

Nel XVII secolo l’Inghilterra, in crisi energetica a causa dell’eccessivo utilizzo di legname come combustibile, accresce a dismisura il prezzo di quest’ultima risorsa.

È a questo punto che si scoprono le potenzialità energetiche del carbone fossile, che l’Inghilterra stessa possiede in gran quantità.

La “Rivoluzione industriale” comincia proprio a partire dal 1709, anno in cui Abraham Darby utilizza per la prima volta il carbone fossile al posto del carbone da legna.

In poco più di un secolo, questa risorsa diventa la fonte di energia più utilizzata e nuove tecnologie ne rendono più facile l’estrazione.

A partire dalla seconda metà dell’Ottocento, gli uomini cominciano a sfruttare anche nuove risorse: il petrolio, il metano, l’energia idroelettrica e l’energia nucleare.

La scoperta di nuove risorse energetiche va di pari passo con la crescita della popolazione e lo sviluppo economico.

Per migliaia di anni l’uomo era vissuto di caccia e raccolta di prodotti della terra, utilizzando quasi unicamente l’energia muscolare: in questo modo, la Terra poteva garantire il sostentamento di non più di 20 milioni di persone.

Con la nascita dell’agricoltura e la scoperta di nuove fonti energetiche, la popolazione cresce rapidamente.

Ci sono voluti ben 16 secoli per arrivare a mezzo miliardo di abitanti, e soltanto due (1600 - 1830) per raggiungere il primo miliardo.

Attualmente siamo circa 6 miliardi.

Gli idrocarburi, insieme con la diffusione dell’elettronica, hanno contribuito in maniera determinante allo sviluppo della civiltà umana nel XX secolo e così sarà anche nel XXI.

C’è però un inevitabile rovescio della medaglia: la grande produzione di inquinamento e rifiuti, e il crescente divario nella disponibilità di materie prime ed energia tra il Nord e il Sud del mondo.

Solo nell’ultima parte di questo secolo l’uomo ha cominciato a prendersi cura della salute del Pianeta, cercando di minimizzare l’impatto provocato dalla sua presenza sulla Terra.

Per quanto riguarda, invece, il divario tra Nord e Sud, i Governi dei Paesi del mondo dovranno impegnarsi molto e a fondo, poiché è un problema di non facile risoluzione.

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“Il Petrolio”

Cos’è il petrolio

Il petrolio è un combustibile fossile, così come il carbone e i gas naturali; si presenta allo stato liquido, oleoso, più o meno viscoso, di colore da bruno chiaro a nero, di odore spesso sgradevole, si incontra in natura in rocce sedimentarie; trae origine da resti di piante e animali morti centinaia di milioni di anni fa, quando il genere umano non era ancora comparso sulla Terra.

Quelle piante e quegli animali, esattamente come accade oggi, hanno accumulato l’energia proveniente dal Sole e, dopo la loro morte, sono rimasti sepolti per milioni di anni fino a trasformarsi in petrolio e carbone.

Le piante e gli animali preistorici ci restituiscono oggi sotto forma di calore ed energia elettrica l’energia solare accumulata in passato.

Dai combustibili fossili, in particolare dal petrolio, proviene la maggior parte dell’energia che utilizziamo attualmente.

Si tratta però di una fonte di energia non rinnovabile, e quindi destinata ad esaurirsi in periodi di tempo più o meno lunghi.

Più precisamente, il petrolio è una miscela naturale di idrocarburi liquidi e altre sostanze di origine fossile, contenuta in rocce impermeabili e associata a idrocarburi gassosi (gas) e solidi (bitumi) in quantità minori.

Tutte le molecole degli idrocarburi esistenti sono costituite da due soli tipi di atomi: atomi di carbonio e atomi di idrogeno.

In base alla quantità di atomi di carbonio presenti nella molecola, gli idrocarburi sono gassosi (fino a 4 atomi di C), liquidi (da 5 a 16 atomi) o solidi (oltre 16 atomi).

Gli idrocarburi costituiscono un’ampia categoria di sostanze, dal momento che il carbonio ha molte possibilità di legarsi ad altri atomi di carbonio e idrogeno in catene aperte (lineari o ramificate), chiuse (ad anelli, gli idrocarburi ciclici come il benzene ne hanno uno solo) o miste (con parti aperte e parti ad anello).

Esistono migliaia d’idrocarburi con la stessa composizione chimica ma con una diversa struttura molecolare (isomeri strutturali).

Vi sono idrocarburi con legami semplici (gli alcani o idrocarburi saturi, come il propano), doppi (gli alcheni, come il propilene) o tripli (gli alchini, come l’acetilene).

Trattando a caldo e in assenza d’aria gli idrocarburi più pesanti (questo processo è chiamato cracking), è possibile romperne i legami e ottenere molecole più leggere e versatili con le quali si compone l’infinita gamma dei prodotti petrolchimici.

Origine del petrolio

Gli ambienti più favorevoli alla formazione di idrocarburi sono le aree marine con scarsa circolazione sui fondali e continui apporti di detriti da parte dei fiumi (antichi mari o laghi), bacini sedimentari dove la crosta terrestre si abbassa in modo graduale o accelerato in seguito a processi geologici naturali.

Qui vivono numerosi organismi, che dopo la morte si depositano sul fondo e vengono continuamente ricoperti da detriti (terrosi e minerali).

Gli strati di fango ricchi di sostanza organica (roccia-madre) sprofondano lentamente sotto il peso di nuovi sedimenti.

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“Il Petrolio”

A determinate profondità e temperature la materia organica “matura”, trasformandosi prima in “kerogene” (intorno ai 1000 metri e 50 gradi centigradi) e poi in idrocarburi veri e propri.

La durata del processo varia da 10 a 100 milioni di anni a seconda che le temperature siano più o meno alte.

Se la sostanza organica è abbondante, si possono avere notevoli giacimenti di carbone e metano.

Se il kerogene non matura, ma lo si trova concentrato a percentuali superiori all’8%, è possibile produrre petrolio liquido riscaldandolo artificialmente.

Alle profondità maggiori si producono metano e idrocarburi leggeri.

A diversi chilometri dalla superficie e con temperature tra i 150 e i 200 gradi centigradi, il kerogene si trasforma in grafite, carbonio puro cristallizzato.

I giacimenti di petrolio

Una volta formato, il petrolio viene “strizzato” fuori dalla roccia-madre (compressa dagli strati sovrastanti) muovendosi prima attraverso le sue micro-fratture (migrazione primaria) e poi nei canalini delle rocce permeabili adiacenti (migrazione secondaria).

In certi casi, gli idrocarburi possono raggiungere la superficie terrestre e disperdersi.

In altri, la loro migrazione viene bloccata da rocce impermeabili.

In questo caso gli idrocarburi sono in trappola e si accumulano fino a formare un giacimento.

Una trappola è composta da due elementi: in basso, una roccia serbatoio contiene il petrolio, e in alto, una roccia di copertura lo trattiene.

Le rocce di copertura hanno forma convessa verso l’alto e sono impermeabili per meglio trattenere gli idrocarburi.

Al contrario, le rocce serbatoio devono essere permeabili e porose come spugne per permettere agli idrocarburi di muoversi al loro interno, venendo così estratti con facilità.

Una roccia serbatoio impregnata di idrocarburi costituisce un giacimento le cui dimensioni dipendono dalla quantità di riserve originarie: dagli oltre 11 miliardi di tonnellate del giacimento di Ghawar (Arabia Saudita) a qualche centinaio per i giacimenti più piccoli.

Fig. 1

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“Il Petrolio”

Il petrolio è stato trovato in tutti i Continenti.

Le regioni petrolifere più importanti sono nel Medio Oriente (coste del Golfo Persico, Arabia, Iran, Irak), nell’Africa settentrionale (Algeria, Tunisia, Libia), negli Stati Uniti del Sud-Ovest (Texas/Oklahoma, Louisiana) e dell’Ovest (California), in Venezuela, nell’URSS (Mar Caspio, Asia Centrale).

Petrolio in quantità meno rilevante è prodotto in molte altre regioni della Terra.

L’Italia dispone di giacimenti di petrolio in Basilicata, in Sicilia (Gela, Ragusa) e più piccoli in Abruzzo ed Emilia.

Le riserve accertate ammontano a circa 95 Gt.

La ripartizione geografica ed i consumi sono riportati nella figura seguente.

Si valuta che tutto il petrolio recuperabile esistente sulla Terra ammonti a circa 500 miliardi di t.

È però certo che il petrolio non si forma con lo stesso ritmo con cui viene consumato.

I giacimenti di petrolio si trovano a profondità variabili da poche decine di metri a oltre 8000 metri, in rocce del Paleozoico o più recenti.

Estrazione del petrolio

Perché il petrolio grezzo (e con esso il gas naturale) possa essersi conservato sono considerate essenziali le seguenti condizioni:

• Presenza di rocce-serbatoio, porose e fessurate, in grado di trattenere il petrolio (sabbie, arenarie, calcari).
• Presenza di rocce di copertura, impermeabili, al disopra delle rocce-serbatoio; il cosiddetto “arco anticlinale” ha una cima compressa ed ha densità maggiore rispetto alle rocce circostanti.
• Configurazione «chiusa» degli strati di roccia, tale da impedire la fuga dei fluidi. Queste condizioni definiscono una «trappola» potenziale, nella quale si può accumulare petrolio (assieme ad acqua o a gas).

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“Il Petrolio”

Quando viene estratto, è bene che la portata di estrazione sia bassa, per mantenere il pozzo in pressione e quindi risparmiare energia nel pompaggio.

Il gas naturale e la CO₂ fuoriusciti possono essere addirittura reimmessi nel pozzo per ripressurizzarlo.

In queste condizioni (bassa portata e riciclo a 9,6 Mpa) si recupera il 70% del grezzo presente nel pozzo.

L’aria non sarebbe adatta per la ripressurizzazione in quanto deteriora il prodotto.

Quando il materiale è troppo pesante e necessita di fluidificazione per la estrazione, si può iniettare vapore o addirittura introdurre aria in modo da bruciare una piccola parte del grezzo presente con generazione di calore e quindi renderlo più fluido.

Serbatoi di stoccaggio del greggio

L’economia intorno al petrolio

È noto che i prezzi delle materie prime e dei lavorati seguono le leggi del mercato, basate sulla domanda e sull’offerta.

Tuttavia quando la produzione è controllata da un ridotto numero di attori è facile che questi ultimi possano condizionare il mercato sia per fini meramente speculativi (per ottenere il massimo del guadagno) sia per fini politici.

La storia ci può fornire a questo proposito numerosi esempi.

Il petrolio per l’importanza che riveste come fonte energetica e come materia prima per l’industria chimica, è stato, è, e probabilmente lo sarà, oggetto di dispute tra i popoli.

I paesi industrializzati ne hanno bisogno per far funzionare il loro sistema produttivo mentre i paesi produttori spesso come risorsa economica possiedono solo il petrolio.

I Paesi produttori di petrolio si sono associati per meglio sfruttare il loro potere contrattuale, costituendo l’OPEC.