نفت: طلای سیاه چگونه شکل می‌گیرد؟
از موجودات ریز تا نفت خام: یک سفر میلیون‌ساله
نفت در واقع نتیجه یک فرآیند طبیعی بسیار طولانی است که از میلیون‌ها سال پیش آغاز شده است. تصور کنید اقیانوس‌های قدیمی مملو از موجودات ریز و میکروسکوپی به نام پلانکتون بودند. پس از مرگ این موجودات، اجساد آن‌ها در کف دریاها و اقیانوس‌ها جمع می‌شد و توسط لایه‌هایی از رسوب۳ (مانند گل و لای و ماسه) پوشیده می‌شد.
با گذشت زمان، این لایه‌های رسوبی ضخیم و ضخیم‌تر شدند. فشار و گرمای ناشی از این لایه‌های فوق‌العاده سنگین، به همراه نبود اکسیژن، باعث شدند که اجساد این موجودات ریز به تدریج تجزیه شوند. در این فرآیند که دیاژنز۴ نام دارد، مواد آلی۵ آن‌ها به مولکول‌های بزرگ‌تری به نام کروژن۶ و در نهایت به هیدروکربن‌ها تبدیل شدند. هیدروکربن‌ها ترکیبات شیمیایی هستند که از اتم‌های کربن (C) و هیدروژن (H) تشکیل شده‌اند و اجزای اصلی نفت و گاز طبیعی هستند.
انواع نفت خام و ویژگی‌های آن
همه نفت‌ها شبیه به هم نیستند. آن‌ها از نظر غلظت، رنگ و ترکیب شیمیایی با یکدیگر تفاوت دارند. این تفاوت‌ها بستگی به منشاء اولیه (نوع پلانکتون‌ها) و شرایط دما و فشاری دارد که در طول میلیون‌ها سال تجربه کرده‌اند. نفت خام معمولاً بر اساس دو معیار اصلی دسته‌بندی می‌شود: چگالی و محتوای گوگرد.
| نوع نفت | چگالی (سبک/سنگین) | محتوای گوگرد (شیرین/ترش) | مثال معروف |
|---|---|---|---|
| نفت سبک شیرین | سبک (جریان‌پذیر) | کم (شیرین) باارزش‌تر | برنت (اقیانوس اطلس) |
| نفت سنگین ترش | سنگین (غلیظ) | زیاد (ترش) پالایش سخت‌تر | مایا (مکزیک) |
کشف و استخراج: چگونه نفت را از اعماق زمین بیرون می‌کشیم؟
نفت در مخازن۷ زیرزمینی که مانند سنگ‌های اسفنجی هستند، گیر می‌افتد. برای پیدا کردن این مخازن، زمین‌شناسان از روش‌های مختلفی مانند مطالعه سنگ‌ها، عکس‌برداری هوایی و مهم‌تر از همه، لرزه‌نگاری۸ استفاده می‌کنند. در روش لرزه‌نگاری، امواج صوتی به داخل زمین فرستاده می‌شود و با تحلیل بازتاب این امواج، می‌توان ساختار لایه‌های زیرزمین و محل احتمالی مخزن نفت را تشخیص داد.
پس از شناسایی مخزن، حفاری آغاز می‌شود. یک دکل حفاری بزرگ، چاهی را تا عمق چندین کیلومتری حفر می‌کند. اگر مخزن تحت فشار طبیعی کافی باشد، نفت خود به سطح زمین می‌آید. در غیر این صورت، از پمپ‌ها (مانند پمپ‌های گاوی معروف) برای بالا کشیدن نفت استفاده می‌شود.
پالایش نفت: از خام تا محصولات مفید
نفت خام به خودی خود قابل استفاده نیست. آن باید به یک پالایشگاه۹ فرستاده شود تا به محصولات مفید تبدیل گردد. در پالایشگاه، نفت خام حرارت داده می‌شود و به اجزای مختلفش تفکیک می‌شود. این فرآیند «تقطیر جزء به جزء»۱۰ نام دارد.
در این فرآیند، از تفاوت در نقطه جوش اجزای مختلف نفت استفاده می‌شود. وقتی نفت داغ می‌شود، مولکول‌های سبک‌تر (مانند گازهای پتروشیمی) زودتر بخار می‌شوند و در بالای برج تقطیر جمع می‌شوند. مولکول‌های سنگین‌تر (مانند قیر) که نقطه جوش بالاتری دارند، در پایین برج باقی می‌مانند. یک فرمول ساده برای یک هیدروکربن پارافینی مانند متان این است: $CH_4$.
| محصول | تعداد اتم کربن | کاربردهای رایج |
|---|---|---|
| گاز مایع (LPG) | C3 - C4 | سوخت پخت‌وپز (گاز خانگی) |
| بنزین | C5 - C12 | سوخت خودروها |
| نفت سفید | C10 - C16 | سوخت هواپیما (سوخت جت) |
| قیر | > C20 | آسفالت جاده‌ها |
نفت در زندگی روزمره ما: فراتر از سوخت
اگر فکر می‌کنید نفت فقط برای حرکت دادن ماشین‌هاست، سخت در اشتباهید! محصولات پتروشیمی۱۱ که از نفت مشتق می‌شوند، در ساخت هزاران کالای مورد استفاده ما نقش دارند. از پلاستیک اسباب‌بازی‌ها و بطری‌های آب گرفته تا الیاف پارچه‌هایمان، لوازم آرایشی، لاستیک خودروها، حلال‌های رنگ و حتی در تولید داروها و کودهای شیمیایی برای کشاورزی.
یک مثال ملموس: اتیلن ($C_2H_4$) یکی از مهم‌ترین محصولات پتروشیمی است که از آن برای ساخت پلی‌اتیلن، یعنی پلاستیک رایج کیسه‌های نایلونی و بطری‌ها، استفاده می‌شود.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
این یک باور نادرست اما بسیار رایج است. منشاء اصلی نفت، موجودات ریز دریایی (پلانکتون‌ها و جلبک‌ها) هستند، نه دایناسورهای بزرگ. اگرچه بقایای برخی جانوران بزرگ نیز ممکن است در تشکیل نفت نقش داشته باشند، اما سهم آن‌ها در مقایسه با تریلیون‌ها موجود ریز دریایی ناچیز است.
خیر. نفت یک سوخت فسیلی و یک منبع انرژی تمام‌شدنی است. سرعت تشکیل آن (میلیون‌ها سال) به مراتب کمتر از سرعت مصرف آن توسط انسان‌ها (چند دهه) است. به همین دلیل است که محققان به دنبال توسعه منابع انرژی جایگزین مانند انرژی خورشیدی و بادی هستند.
نفت یکی از مهم‌ترین کالاهای تجاری در جهان است. قیمت آن بر هزینه حمل‌ونقل، تولید برق و قیمت تمام‌شده کالاهای پتروشیمی تاثیر مستقیم دارد. کشورهای دارنده منابع بزرگ نفت، نقش مهمی در بازار جهانی انرژی و اقتصاد سیاسی جهان ایفا می‌کنند.
نفت، این سیال ارزشمند، حاصل یک فرآیند طبیعی طولانی و پیچیده است که از تجزیه موجودات ریز دریایی در اعماق زمین تحت فشار و دمای بالا به وجود می‌آید. این ماده نه تنها به عنوان سوخت، بلکه به عنوان ماده اولیه برای ساخت تعداد بی‌شماری از محصولات مورد استفاده بشر، نقشی حیاتی در تمدن صنعتی ایفا کرده است. درک چگونگی تشکیل، استخراج و تبدیل نفت به ما کمک می‌کند تا هم ارزش این موهبت طبیعی و هم ضرورت مدیریت خردمندانه و یافتن منابع انرژی پایدار برای آینده را بهتر درک کنیم.
پاورقی
۱ نفت (Petroleum): از ترکیب دو کلمه لاتین "Petra" به معنای سنگ و "Oleum" به معنای روغن گرفته شده است.
۲ پلانکتون (Plankton): موجودات ریز گیاهی و جانوری که در آب شناورند و پایه بسیاری از زنجیره‌های غذایی دریایی هستند.
۳ رسوب (Sediment): مواد جامدی که در اثر فرسایش سنگ‌ها به وجود می‌آیند و توسط آب یا باد جابه‌جا و ته‌نشین می‌شوند.
۴ دیاژنز (Diagenesis): مجموعه تغییرات فیزیکی و شیمیایی که رسوبات پس از ته‌نشینی و قبل از دگرگونی متحمل می‌شوند.
۵ مواد آلی (Organic Matter): مواد شیمیایی بر پایه کربن که معمولاً در موجودات زنده یافت می‌شوند.
۶ کروژن (Kerogen): ماده آلی نامحلول و پراکنده در سنگ‌های رسوبی که پیش‌ساز نفت و گاز طبیعی است.
۷ مخزن (Reservoir): لایه‌ای از سنگ متخلخل و نفوذپذیر در زیر زمین که نفت و گاز در آن جمع می‌شود.
۸ لرزه‌نگاری (Seismology): روشی برای کاوش زیرزمین با استفاده از انتشار امواج لرزه‌ای مصنوعی و ثبت بازتاب آن‌ها.
۹ پالایشگاه (Refinery): مجتمع صنعتی که در آن نفت خام به محصولات مفیدتر تصفیه و تبدیل می‌شود.
۱۰ تقطیر جزء به جزء (Fractional Distillation): فرآیند جداسازی یک مخلوط به اجزای تشکیل‌دهنده آن بر اساس تفاوت در نقطه جوش.
۱۱ پتروشیمی (Petrochemical): مواد شیمیایی که از نفت یا گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه به دست می‌آیند.