Il petrolio, una fonte energetica fondamentale

Scopri perché il petrolio, come fonte energetica, è definito l’oro nero.

Il petrolio, il cui nome significa letteralmente olio di roccia, è un combustibile fossile liquido, viscoso e infiammabile, con una colorazione che varia dal giallo al nero. Dal punto di vista chimico è costituito da una miscela complessa di idrocarburi, molecole formate principalmente da atomi di carbonio e idrogeno, con la presenza di piccole quantità di ossigeno, azoto e zolfo. Per oltre un secolo ha rappresentato la principale risorsa energetica mondiale ed è tuttora una materia prima fondamentale per l’industria petrolchimica, da cui derivano prodotti di uso quotidiano come materie plastiche, fibre sintetiche, concimi chimici e farmaci.

Origine e formazione del petrolio

La formazione del petrolio è il risultato di un processo naturale estremamente lungo, che ha richiesto milioni di anni. Tutto ebbe origine dalla decomposizione di minuscoli organismi vegetali e animali marini, come il plancton, che si depositarono sui fondali oceanici e furono progressivamente ricoperti da strati di sedimenti. In ambienti poveri di ossigeno, sottoposta a forti pressioni e temperature elevate, questa materia organica si trasformò prima in una melma chiamata sapropel e successivamente in idrocarburi. Proprio a causa dei lunghi tempi geologici necessari alla sua formazione, il petrolio è classificato come fonte di energia non rinnovabile.

Una volta formatosi nella cosiddetta roccia madre, il petrolio tende a risalire attraverso rocce permeabili finché incontra uno strato impermeabile, detto roccia trappola, che ne arresta la risalita permettendo la formazione dei giacimenti.

Ricerca, estrazione e raffinazione

L’individuazione dei giacimenti avviene grazie a tecniche di ricerca avanzate, come il rilevamento aerofotografico, lo studio del magnetismo terrestre e il metodo sismico a riflessione, che consente di ricostruire la struttura del sottosuolo tramite onde d’urto. L’estrazione del petrolio avviene mediante la perforazione di pozzi, realizzati con una torre metallica chiamata derrick, dotata di uno scalpello rotante. I pozzi possono essere scavati sia sulla terraferma sia in mare, dove si utilizzano piattaforme offshore capaci di operare anche a grandi profondità.

Dopo la perforazione del pozzo, il petrolio può risalire spontaneamente grazie alla pressione del giacimento oppure essere estratto mediante sistemi di pompaggio. Sulla terraferma si utilizzano spesso pompe a cavalletto, mentre nelle estrazioni in mare il sollevamento avviene tramite sistemi interni al pozzo, più complessi e automatizzati.

Il petrolio estratto, detto greggio, non è utilizzabile direttamente. Viene quindi trasportato tramite oleodotti o navi petroliere verso le raffinerie, dove subisce il processo di distillazione frazionata. Riscaldato all’interno di una torre di frazionamento, il greggio si separa in diversi prodotti in base alla temperatura di ebollizione: gas, benzine, kerosene, gasolio e oli combustibili. I residui più pesanti vengono ulteriormente trattati per ottenere bitumi oppure sottoposti a processi come il cracking.

Il petrolio come fonte energetica

Grazie all’elevata densità energetica e alla facilità di trasporto, il petrolio ha sostenuto lo sviluppo industriale moderno. Viene utilizzato direttamente come combustibile nei trasporti e nel riscaldamento, oppure indirettamente per la produzione di energia elettrica. Tuttavia, la sua distribuzione geografica non uniforme e il forte impatto ambientale rendono questa risorsa sempre più problematica.

NOTA: Oggi l’uso dei derivati del petrolio per il riscaldamento è in forte calo ed è progressivamente sostituito da soluzioni più efficienti e meno inquinanti, come:

• il metano;
• le pompe di calore;
• il teleriscaldamento;
• le fonti rinnovabili.

Centrali elettriche che utilizzano derivati del petrolio

Nelle centrali termoelettriche a petrolio vengono impiegati principalmente olio combustibile e, in misura minore, gasolio. Il funzionamento è basato sulla combustione del combustibile, che produce calore utilizzato per trasformare l’acqua in vapore. Il vapore ad alta pressione mette in rotazione una turbina collegata a un alternatore, che genera energia elettrica. In alcuni impianti, detti turbogas, il combustibile viene invece bruciato direttamente per azionare una turbina a gas collegata al generatore.

Impatto ambientale e considerazioni finali

La combustione dei derivati del petrolio provoca l’emissione di anidride carbonica, principale responsabile dell’effetto serra, oltre a ossidi di carbonio, anidride solforosa e polveri sottili. A questi problemi si aggiungono i rischi legati al trasporto e all’estrazione, come gli sversamenti accidentali in mare che possono compromettere gravemente gli ecosistemi. Per queste ragioni, pur restando ancora oggi una risorsa centrale per l’economia mondiale, il petrolio è progressivamente affiancato e sostituito da fonti energetiche meno inquinanti, segnando l’avvio di una necessaria transizione energetica.

Approfondimenti…

Rilevamento aerofotografico

Il rilevamento aerofotografico è una tecnica di ricerca indiretta che consiste nell’osservazione del territorio dall’alto, tramite fotografie aeree o immagini satellitari. Lo scopo non è individuare direttamente il petrolio, che si trova nel sottosuolo, ma riconoscere strutture geologiche superficiali che possono indicarne la possibile presenza.

Alcune forme del terreno, come pieghe, fratture o particolari disposizioni degli strati rocciosi, sono spesso collegate a strutture sotterranee in grado di intrappolare il petrolio. L’analisi delle immagini consente quindi ai geologi di individuare aree promettenti su cui concentrare indagini più approfondite.

Studio del magnetismo terrestre

Lo studio del magnetismo terrestre si basa sul fatto che le rocce presenti nel sottosuolo possono avere proprietà magnetiche diverse. Alcuni tipi di rocce influenzano leggermente il campo magnetico naturale della Terra.

Misurando queste variazioni con strumenti specifici, è possibile individuare anomalie magnetiche che segnalano la presenza di determinate strutture geologiche. Anche in questo caso non si individua direttamente il petrolio, ma si raccolgono indizi utili per comprendere la struttura del sottosuolo e la possibile presenza di giacimenti.

Metodo sismico a riflessione

Il metodo sismico a riflessione è una delle tecniche più importanti per la ricerca del petrolio. Consiste nel generare onde sismiche artificiali nel terreno, mediante piccole esplosioni controllate o appositi dispositivi vibranti.

Queste onde si propagano nel sottosuolo e vengono riflesse quando incontrano strati di roccia con caratteristiche diverse. Analizzando il tempo impiegato dalle onde per tornare in superficie, è possibile ricostruire una sorta di immagine della struttura geologica sotterranea. Questo metodo permette di individuare con buona precisione le rocce trappola e ridurre il rischio di perforazioni inutili.

Processo di distillazione frazionata

La distillazione frazionata è il processo principale con cui il petrolio greggio viene separato nei suoi derivati. Il greggio viene riscaldato fino a temperature molto elevate, tali da trasformarlo completamente in vapori, che salgono all’interno di una torre di frazionamento.

La torre non ha una temperatura uniforme: è molto calda alla base e diventa progressivamente più fredda salendo verso l’alto. Poiché le diverse sostanze che compongono il petrolio hanno temperature di ebollizione differenti, esse condensano a diverse altezze della torre. Le sostanze più pesanti, che condensano a temperature più alte, si separano nelle zone inferiori; quelle più leggere, che condensano a temperature più basse, risalgono più in alto prima di liquefarsi.

Per chiarire il meccanismo, si può immaginare un greggio composto da tre sostanze A, B e C, con temperature di condensazione rispettivamente di 100 °C, 200 °C e 300 °C. Il greggio viene riscaldato oltre i 300 °C, così che tutte le sostanze diventino vapore. Salendo nella torre, il miscuglio di vapori si raffredda: quando si raggiungono i 300 °C, la sostanza C condensa e viene raccolta; più in alto, a 200 °C, condensa la sostanza B; infine, a 100 °C, condensa anche la sostanza A. In altre parole, ogni componente “scende dalla giostra” quando la temperatura non gli consente più di restare allo stato di vapore.

Attraverso questo processo si ottengono gas, benzine, kerosene, gasolio e oli combustibili. Non avviene alcuna trasformazione chimica: si tratta di una separazione fisica, basata esclusivamente sulle diverse temperature di ebollizione delle sostanze.

Processo di cracking

Il cracking è un processo successivo alla distillazione frazionata e serve a trattare le frazioni più pesanti del petrolio, come il gasolio e gli oli combustibili, che vengono prodotte in grandi quantità durante la raffinazione.

Attraverso l’uso di alte temperature e forti pressioni, le molecole più grandi e complesse vengono spezzate in molecole più piccole. In questo modo è possibile trasformare parte delle frazioni pesanti in prodotti più leggeri e più richiesti, come benzine e gas. Il cracking consente quindi di riequilibrare la produzione della raffineria e di sfruttare in modo più efficiente il petrolio estratto.

Impianti a turbogas

Negli impianti a turbogas l’energia elettrica viene prodotta sfruttando direttamente la combustione di combustibili come gasolio o metano. La combustione produce gas ad alta temperatura e pressione che mettono in rotazione una turbina a gas.

La turbina è collegata a un alternatore, che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica. Rispetto alle centrali termoelettriche tradizionali a vapore, gli impianti a turbogas sono più compatti e possono essere avviati più rapidamente, pur restando impianti basati sull’uso di combustibili fossili.

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