Il PETROLIO Corso di Fonti Energetiche e Università degli Studi di Cagliari PAS Percorsi Abilitanti Speciali (ai sensi del D.M. 249 del 10/09/2010 mod. con D.M. 25/03/2013) A.A. 2013-2014 Classe di concorso A033 Corso di Fonti Energetiche e Produzione di Energia Elettrica Docente Vittorio Tola Il PETROLIO

Cosa è il petrolio? Il petrolio è una miscela di idrocarburi (composti costituiti da idrogeno + carbonio + altri) Questa miscela è denominata petrolio greggio e si presenta sottoforma di liquido denso e viscoso, di colore nerastro. È tanto prezioso che viene chiamato “oro nero” Campioni di petrolio greggio provenienti dal mare del Nord

Da che cosa deriva? Esso deriva dalla lenta decomposizione di vegetali e animali (per lo più marini) rimasti imprigionati in sacche sotterranee delimitate da rocce impermeabili La decomposizione è avvenuta per mezzo di batteri che hanno lavorato in assenza di ossigeno (anaerobici)

Dove si trova il petrolio? Lo troviamo in giacimenti terrestri e marini che si sono formati circa 65 milioni di anni fa Si trova in sacche sotterranee dette giacimenti ad una profondità che arriva fino a 10.000 metri sotto terra

Componenti del petrolio greggio

Quali sono gli impieghi del petrolio? Gli impieghi del petrolio sono tanti, soprattutto dei suoi derivati. Lo usiamo per il riscaldamento degli edifici pubblici e privati, per produrre energia elettrica. Lo usiamo nei mezzi di trasporto come carburante ma è anche una enorme fonte di energia chimica (materie plastiche, medicinali, cosmetici, fabbricazione di tessuti …)

La ricerca dei giacimenti di petrolio è detta prospezione geologica di superficie Carotaggio Questo metodo consiste nel trivellare il terreno e fare dei prelievi di campioni di terreno (carote) Apparecchiatura per il prelievo di carote in profondità

La ricerca dei giacimenti di petrolio è detta prospezione geologica di superficie Per trovare un giacimento bisogna sapere se il sottosuolo è costituito da rocce sedimentarie e se tra queste ce ne sono che possono contenere idrocarburi. Ma non è sufficiente, bisogna anche aver identificato una trappola con l’approssimazione di poche centinaia di metri

Per trovare le trappole si usano diversi sistemi Il carotaggio del terreno in superficie e in profondità si prelevano dei campioni e si esaminano in laboratorio Il metodo sismico a riflessione (si provocano nel suolo delle micro vibrazioni per mezzo di detonazioni. Le onde sismiche prodotte e riflesse e vengono studiate e per mezzo di calcolatori elettronici si formano le immagini geometriche del sottosuolo) Si realizza un pozzo (6-9 mila mt) esplorativo (per avere la certezza se in quel luogo c’è una trappola di idrocarburi) Si inizia la perforazione e estrazione

Come si estrae il petrolio? L’estrazione del petrolio consiste nello scavare dei pozzi nel terreno per mezzo di una torre di trivellazione

Estrazione Si scavano un certo numero di pozzi per sfruttare al massimo il giacimento Le rocce vengono perforate da uno scalpello rotante collegato ad un motore da un sistema di aste cave (il sistema di aste viene allungato man mano che il pozzo diventa più profondo). Le aste sono rette da una torre derrick alta 40 metri e poggiante su una piattaforma.

Scalpello rotante Scalpello rotante collegato ad un sistema di aste cave che serve per scavare i pozzi estrattivi

Per effetto combinato della pressione degli strati superiori e della temperatura, lo strato argilloso si trasforma gradualmente in roccia impregnata di petrolio (detta roccia madre), che successivamente viene compressa e “spremuta” rilasciando liquido denso, oleoso, gassoso, che penetra, attraversa le rocce permeabili fino a trovare ostacoli in rocce impermeabili. roccia impermeabile roccia impermeabile 1 2 1. erogazione naturale dovuta alla pressione del gas 2. erogazione naturale dovuta alla pressione del petrolio

Estrazione Attraverso le aste cave viene iniettato un fango lubrificante che serve a far uscire i detriti scavati Quando il pozzo raggiunge il giacimento le aste vengono tolte e sostituite da un tubo da cui sgorga il petrolio greggio Sull’estremità del tubo viene messo un sistema di valvole e rubinetti detto albero di Natale

Estrazione del petrolio e del gas

Trivellazione ed estrazione dal fondo marino

Pozzi petroliferi in terra ferma Esplosione rilevamento sismico Impianto petrolifero in Arabia Saudita

Il petrolio in Italia Nel 2012 l'Italia ha avuto una produzione giornaliera media di petrolio di 105.000 barili al giorno, collocandosi al quarto posto in Europa, fra le nazioni produttrici, dietro Norvegia(1.913.000 bbl/g), Regno Unito (950.000 bbl/g), Danimarca (201.000 bbl/g) e davanti allaRomania (89.000 bbl/g); la stima di 599 milioni di barili di riserve provate di petrolio la colloca sempre al quarto posto nella graduatoria europea assieme alla Romania[78], dietro Norvegia (5366 milioni di barili), Regno Unito (3122 milioni di barili), Danimarca (805 milioni di barili).

Il petrolio in Italia Il rapporto fra produzione giornaliera e riserve petrolifere mostra che la produzione italiana e' al di sotto del trend che caratterizza le tre nazioni europee (Regno Unito, Germania e Francia) che precedono l'Italia come maggiori consumatori europei di petrolio. Da notare che l'Italia risulta all'undicesimo posto fra i paesi importatori di petrolio nel mondo con 1.646.000 di barili/giorno di petrolio importati, pari al 2.4% del volume totale di petrolio importato dalle nazioni nel mondo. Bitume che cola attraverso fratture in una galleria di una miniera in Abruzzo

Consumo petrolio in Italia

Il trasporto del petrolio e del gas

Trasporto via mare Petroliere mentre hanno in atto un carico di petrolio greggio off- shore e scarico a terra.

Piattaforma su mare aperto

Trasporto via terra Il trasporto del petrolio via terra avviene tramite lunghissimi tubi detti oleodotti . Questi trasportano petrolio e gas.

Raffinazione del petrolio Il Petrolio Sophie Pourroy

Distillazione frazionata Il petrolio greggio subisce un processo di raffinazione che consente di ottenere molti prodotti La raffinazione si avviene mediante il processo di distillazione frazionata

Processo di distillazione frazionata

Distillazione frazionata temperature gas

Il petrolio si trasforma Gas 20°C

Il petrolio si trasforma benzine 70/120°C cherosene e petrolio 170°C

Il petrolio si trasforma Gasolio 270°C Residui 360°C Cracking Distillazione che sfrutta la diversa temperatura di ebollizione degli idrocarburi

riassumendo

Petrolio e impatto ambientale Il Petrolio Sophie Pourroy

L’inquinamento dell’aria I prodotti petroliferi sono la fonte principale di inquinamento nel mondo. La combustione della benzina emette il monossido di carbonio, molto tossico, idrocarburi non bruciati e composti dell’azoto. La combustione del gasolio emette il particolato, composto dalle particelle liquide e solide molto tossiche, e i composti dello zolfo, che causano le piogge acide. Questi processi liberano nell’atmosfera anche 290 g di CO2 per kW prodotto.

L’inquinamento del mare Incidenti alle navi cisterne o alle piattaforme off-shore possono causare la fuoriuscita di petrolio e lo sversamento in mare e sulle coste, provocando disastri eco-ambientali.

L’inquinamento del mare I principali incidenti che hanno causato, con la perdita del greggio in mare, gravissimi danni ambientali sono stati : Anno Luogo Petroliera o piattaforma off-shore Megagrammi 1967 Cornovaglia (Regno Unito) Petroliera Torrey Canyon 120 000 1989 Alaska (USA) Petroliera Exxon Valdez 38 000 1991 Genova (Italia) Petroliera Haven 50 000 1992 La Coruna (Spagna) Petroliera Aegeum Sea 80 000 1996 Milford Heaven (Regno Unito) Petroliera Sea Empress 70 000 2002 Galizia (Spagna) Petroliera Prestige 77 000 2010 Golfo del Messico Piattaforma off-shore Deep Water Horizon 600 000

L’inquinamento del mare Le navi cisterna, o petroliere, hanno generalmente una capacità di migliaia di megagrammi e sono le più usate per le grandi distanze. Il trasporto con le petroliere rappresenta un grosso rischio per l’ecosistema marino perché si sono verificati incidenti con conseguente perdita del carico in mare. Per evitate il ripertersi di disastri ambientali, una normativa internazionale stabilisce che le petroliere costruite dal 1996 in poi dovranno essere dotate di un doppio scafo che permette al petrolio di rimanere chiuso all’interno della nave anche in presenza di una falla esterna. Petroliera Haven

L’inquinamento del mare In passato l’unico metodo conosciuto per arginare l’inquinamento del mare dovuto agli idrocarburi era l’uso degli emulsionanti più pericolosi del petrolio stesso. Oggi si utilizzano nuove tecnologie: Barriere galleggianti per il contenimento del materiale versato, con speciali imbarcazioni che ripuliscono la superficie del mare dalla macchia oleosa. Sono in fase sperimentale : Biotecnologie con la scoperta di batteri BIC o batteri idrocarburoclastici. Gli studi, condotti da una équipe italiana, sono ancora in fase di sperimentazione. I BIC, in presenza di nutrienti come azoto e fosforo, agiscono divorando voracemente il greggio, ristabilendo così le originali condizioni dell’ecosistema. Durante tale processo si formano alcuni prodotti residui dovuti alla degradazione del petrolio, come CO2, H2O e biomassa. Rimane da risolvere il problema dei nutrienti, attualmente nocivi per l’ecosistema marino.

Un caso di studio : Piattaforma Deepwater Horizon Stato  Stati Uniti Luogo Golfo del Messico al largo della costa della Louisiana (28.736667°N 88.386944°W) Data iniziato il 20 aprile 2010 Tipo disastro petrolifero

Piattaforma Deepwater Horizon La Deepwater Horizon era una piattaforma semisommergibile di perforazione di proprietà della Transocean, una società di servizi per il mondo petrolifero, sotto contratto con la compagnia inglese British Petroleum. Storia Le principali attività della Deepwater Horizon furono nei campi petroliferi Atlantis e Thunder Horse dove vennero perforati dei pozzi di produzione. Inoltre tra i lavori di rilievo ci sono da segnalare i pozzi di esplorazione nel campo Kaskida, realizzati nel 2006 e quelli nel campo Tiber nel 2009. Il 2 settembre 2009 la Deepwater Horizon terminò la perforazione di un pozzo nel campo Tiber, realizzando il più profondo pozzo di gas e petrolio mai perforato. La profondità misurata sulla verticale del pozzo è di 10680 metri per una lunghezza complessiva di 10685 metri poiché la traiettoria della trivella durante la perforazione era leggermente curvilinea. Durante questa operazione la distanza tra la linea di galleggiamento della piattaforma e il fondale era di 1259 metri. http://www.ecy.wa.gov/programs/spills/special_focus/bp_la_oilspill

Piattaforma Deepwater Horizon L'incidente La piattaforma deve la sua fama all'incidente del 20 aprile 2010, quando durante le fasi finali di realizzazione di un pozzo nelle acque profonde del Golfo del Messico (28.736667°N 88.386944°W), si è verificata un'esplosione che ha provocato un incendio ed innescato un'immensa fuoriuscita di idrocarburi dal fondale marino, che ha portato a gravissime conseguenze ambientali nel Golfo del Messico, particolarmente per le coste della Louisiana. In seguito all'esplosione, 115 dei 126 uomini a bordo sono riusciti ad evacuare l'impianto (17 di loro hanno riportato ferite) mentre 11 (contati come dispersi e non più ritrovati, nonostante tre giorni di pattugliamento dell'area, da parte della guardia costiera) sono deceduti. http://www.quickiwiki.com/it/Deepwater_Horizon

Piattaforma Deepwater Horizon Nonostante gli sforzi profusi dei soccorritori per spegnere l'incendio, è risultato impossibile domare le fiamme e il 22 aprile 2010 la struttura della Deepwater Horizon è collassata mentre una seconda esplosione ne ha causato l'affondamento. La piattaforma giace ora a circa 400 metri di profondità. http://www.repubblica.it/ambiente/2010/05/18/foto/marea_nera-4154676/1/

Piattaforma Deepwater Horizon L’incidente alla Piattaforma off-shore Deep Water Horizon nel 2010 ha suscitato un vivissimo interesse internazionale per l’estensione del disastro, il più grande mai avvenuto. Gli interventi per arginare il disastro ambientale hanno coinvolto scienziati di tutto il mondo, con uno dispiegamento di mezzi mai visto prima. http://www.ecy.wa.gov/programs/spills/special_focus/bp_la_oilspill

Piattaforma Deepwater Horizon Dopo l’affondamento della piattaforma, le valvole di sicurezza presenti all'imboccatura del pozzo sul fondale marino non hanno funzionato correttamente e il petrolio greggio, spinto dalla pressione del giacimento petrolifero ha iniziato a uscire senza controllo, in parte risalendo in superficie per via della minor densità rispetto all'acqua. Il 7 maggio 2010 la BP ha poi tentato col progetto Top Kill di arginare la falla utilizzando una cupola di cemento e acciaio dal peso di 100 tonnellate, ma la perdita non si è arrestata ed il tentativo di ridurre il danno è fallito. http://www.quickiwiki.com/it/Disastro_ambientale_della_piattaforma_petrolifera_Deepwater_Horizon

Piattaforma Deepwater Horizon Dopo 86 giorni dall'inizio dello sversamento di petrolio, il 15 luglio 2010 la BP dichiarava di essere riuscita a tappare la perdita del greggio, per la prima volta dal 20 aprile, giorno dell'esplosione, pur non essendo ancora sicura di quanto tempo avrebbe potuto resistere quest'ultima soluzione. Secondo le stime della BP stessa erano già stati riversati in mare, al 15 luglio, tra i 3 e i 5 milioni di barili di petrolio, ovvero tra i 506 e gli 868 milioni di litri (che, convertiti con un fattore di 0,920 che rappresenta in media il peso specifico del greggio, fanno 460.000-800.000 tonnellate).

Piattaforma Deepwater Horizon Dopo 100 giorni dall'inizio delle perdite - e a due settimane dal nuovo tappo che chiude il pozzo in attesa di una soluzione definitiva - presumibilmente grazie alla tempesta tropicale che si è abbattuta sulla zona per più giorni, la macchia di petrolio che prima galleggiava sull'acqua è praticamente scomparsa. Rimane visibile solo il catrame spiaggiato sulle coste. Quanto manca - a eccezione di quanto aspirato nelle operazioni di pulizia (circa 800.000 barili - corrispondenti a 127 milioni di litri) o date alle fiamme in incendi controllati - si presume sia in parte evaporato, in parte dissolto (sono stati impiegati 7 milioni di litri di solventi rovesciati sulla macchia nera nelle prime settimane dell'emergenza), in parte digerito dai batteri; ma si ipotizza che la maggior parte sia finita sul fondale marino formando laghi di petrolio destinato a solidificarsi. Un terzo delle acque degli stati USA che si affacciano sul Golfo del Messico sono state chiuse, la pesca sta morendo e il turismo registra la chiusura del 20% delle spiagge. http://www.eoearth.org/view/article/161185/ Oil from the Deepwater Horizon spill pools against the Louisiana coast along Barataria Bay. Associated Press

Piattaforma Deepwater Horizon Le conseguenze Conseguenze sulla salute umana Il disastro della piattaforma petrolifera Deepwater Horizon avrà nel breve e medio periodo effetti sulla popolazione locale in termini di intensificazione di malattie respiratorie e patologie della pelle (follicoliti cutanee) e, nel lungo periodo, gravi effetti in termini di aumento statistico dell'incidenza di tumori. Gli effetti nel lungo periodo comprendono anche aumenti statistici degli aborti spontanei, neonati di basso peso alla nascita o pretermine. Il petrolio e le sostanze chimiche disperdenti rilasciate sul luogo del disastro contamineranno la popolazione locale nel breve e medio termine per via inalatoria; nel lungo termine per via orale, come conseguenza dell'accumulo degli idrocarburi nella catena alimentare. Conseguenze ambientali su fauna e flora Le prime specie animali vittime del disastro sono state quelle di dimensioni più piccole e alla base della catena alimentare, come ad esempio il plancton. Sono seguite le specie di dimensioni via via maggiori che sono state contaminate direttamente (dagli idrocarburi e dalle sostanze chimiche dispersanti) oppure indirettamente (per essersi alimentate di animali contaminati). Fra le specie coinvolte: numerose specie di pesci, tartarughe marine, squali, delfini e capodogli, tonni, granchi e gamberi, ostriche, menhaden, varie specie di uccelli delle rive, molte specie di uccelli migratori, pellicani. Gli agenti disperdenti (fra i quali il prodotto commercializzato come corexit), cioè le sostanze chimiche utilizzate per disperdere gli idrocarburi in parti più piccole e per farli precipitare sul fondale del mare hanno consentito di nascondere la marea nera della superficie; tuttavia tali sostanze non hanno ridotto la quantità di greggio ma l'hanno solo nascosta alla vista, ad oltre 1600 metri di profondità, dove continua ad esercitare i suoi effetti nefasti sulla catena alimentare a tutti i livelli, uomo compreso. Di grande importanza anche i timori che si concentrano sulle specie già a rischio per le quali l'estinzione potrebbe essere accelerata. Il danno economico I danni del disastro ambientale sono impossibili da calcolare, tuttavia è possibile farne una stima.

Sostenibilità ambientale Per tutelare l’ambiente in cui viviamo e di conseguenza la nostra salute è importante incentivare lo sfruttamento delle risorse inesauribili – sole, vento e acqua – per produrre energia che non inquina. Bisogna incentivare comportamenti responsabili, volti al risparmio energetico.

Grazie per l’attenzione