Nelle ultime settimane si è tornato a parlare molto di petrolio come asset strategico e di leva geopolitica. La storia moderna ci ha più volte dimostrato come l’oro nero sia in grado di muovere le economie e di scatenare conflitti. Ma perché è così importante? Si tratta solo di carburante oppure il vero valore è da ricercare nella sua complessa composizione?
Il petrolio è una sostanza complessa e ricca di costituenti. Fornisce all’industria chimica la materia prima per eccellenza: una fonte di carbonio organico pronto per essere trasformato in sostanze sempre più complesse, indispensabili per produrre e lavorare quasi tutti prodotti di consumo.
Di seguito andiamo a esplorare la composizione chimica del petrolio. E poi tutto il petrolio è uguale? Il futuro ci riserva delle alternative più green?
Prendiamo un barile di greggio e andiamo a vedere cosa c’è dentro.
Uno sguardo alle frazioni del petrolio
Il petrolio proviene dal sottosuolo. Si tratta del prodotto della decomposizione anaerobica (in assenza di aria) di materia organica. E prima che ve lo chiediate: no, non ci sono resti di dinosauri nella vostra benzina, ma principalmente resti di biomasse come alghe e plancton. Il petrolio è una miscela di sostanze chimiche a base di carbonio e idrogeno, i cosiddetti idrocarburi. Questi idrocarburi possono essere definiti in base al loro peso, ovvero da quanti atomi di carbonio contengono e dalla struttura: ne troviamo di lineari, ramificati, ciclici e aromatici, saturi ed insaturi.
Facciamo un esperimento mentale: costruiamo la nostra distilleria immaginaria per dividere il petrolio in frazioni. Prendiamo in prestito un grosso pentolone e cominciamo a scaldare questa brodaglia chimica, condensando i vari vapori che vengono liberati all’aumentare della temperatura.
La prima frazione è la più leggera. Contiene gas composti da pochi atomi di carbonio e di idrogeno. Tra questi troviamo l’etilene (uno dei più importanti punti di partenza per la filiera petrolchimica), il propano e il butano (i principali componenti del GPL).
Osservate la molecola di etilene qui sopra. Presenta una grande differenza rispetto al butano e al propano: contiene un doppio legame, detto anche insaturazione. Questo dettaglio fa una grande differenza, dato che permette alla molecola di reagire con tantissime specie chimiche differenti oltre che con sé stessa, diventando un punto di partenza eccezionale per la sintesi.
Aumentiamo ancora un po’ la temperatura del pentolone
La seconda frazione è chiamata etere di petrolio e contiene idrocarburi con 5-7 atomi di carbonio. Potreste averne fatto uso come diluente per vernici o come solvente.
La terza frazione è più famosa. Si tratta di idrocarburi lineari e ciclici fino a 10 atomi di carbonio ed è detta benzina. Con 10 atomi di carbonio si possono fare veramente una grande quantità di molecole. Infatti pensate che la miscela di benzina con cui rifornite la vostra vettura contiene più di 150 composti unici. Alcuni hanno tendenza esplosiva (male: sprigionano poca potenza) altri bruciano lisci come l’olio (bene: sprigionano molta potenza). Avrete sicuramente sentito parlare di “numero di ottani”.
Ma di cosa si tratta nello specifico? Uno dei componenti che troviamo in miscela, è l’eptano. Questo idrocarburo lineare ha un pessimo temperamento: preferisce esplodere piuttosto che bruciare. Non ci piace, quindi gli assegniamo numero di ottani = 0. Al contrario il 2,2,4-trimetilpentano ha un ottimo comportamento antidetonante. Numero di ottani = 100. Dire che la benzina ha 95 ottani vuol dire che si comporta come una miscela che contiene 95% di 2,2,4-trimetilpentano e 5% di eptano. Adesso lo sapete.
Le temperature si sono fatte elevate. La quarta frazione contiene catene con più di 12 atomi di carbonio. Qui troviamo il cherosene ed il gasolio (diesel). Piccola microstoria: avreste mai detto che l’introduzione del cherosene sul mercato ha probabilmente salvato le balene dall’estinzione? Infatti ha sostituito l’uso dell’olio di balena come principale fonte di combustibile per le lampade ad olio, diffusissime tra il 1700 e il 1850. Più in generale i derivati del petrolio hanno reso la sanguinosa caccia alla balena obsoleta, offrendo alternative migliori e più economiche a tutti i prodotti ricavati da questi magnifici e vessati animali.
Torniamo a noi. Il riscaldamento è al massimo, però dal pentolone non sta più uscendo niente. Tutto ciò che rimane è un fondo nero, pastoso e super viscoso. Rimangono solamente lunghe catene che contano fino a centinaia di migliaia di unità di carbonio. Si tratta di oli lubrificanti ed asfalti.
Ognuna di queste frazioni contiene dei mattoncini chimici indispensabili per la società moderna. Li usiamo come carburante per muoverci e per riscaldarci, ma soprattutto per produrre farmaci, plastiche, strade e infrastrutture, circuiti elettronici, abbigliamento tecnico e non, pannelli solari e pale eoliche, prodotti per l’igiene, cosmetici, prodotti per l’agricoltura e molti altri ancora.
Il petrolio è tutto uguale?
Ogni zona del mondo ha giacimenti con caratteristiche uniche. Alcuni petroli sono migliori di altri. Tra i più famosi ci sono il Brent, estratto nel mare del Nord ed il WTI estratto negli Stati Uniti.
Questi petroli vengono definiti light and sweet: leggeri e dolci. Purtroppo non stiamo parlando di dessert fit, ma di densità e quantità di zolfo presente nel petrolio. Un petrolio leggero (bassa densità) e dolce (che contiene poco zolfo) sarà più facile da estrarre e lavorare. Essendo più leggero conterrà inoltre una frazione molto alta di benzine e pochi residui bituminosi. Il preferito dall’industria.
Mentre in Venezuela troviamo enormi giacimenti di petrolio, che al contrario sono heavy and sour. In pratica un pastone viscoso e carico di zolfo. Lavorare questo petrolio è molto più difficile, complesso e costoso rendendolo di fatto poco appetibile per il mercato.
Esiste qualche alternativa al petrolio?
Liberarsi del petrolio oggi può sembrare una sfida colossale, e probabilmente è così. Oggi sappiamo produrre molti dei “mattoni chimici” fondamentali partendo dalla CO2. L’idea di sottrarre l’anidride carbonica dannosa dall’atmosfera per produrre qualcosa di nuovo e utile è affascinante. Il problema, come spesso accade in chimica, non è tanto se si possa fare, ma con quale energia. Convertire CO2 in molecole utili richiede enormi quantità di elettricità. Finché questa energia arriverà in larga parte da fonti fossili, il bilancio ambientale resterà sempre sfavorevole. Il proverbiale cane che si morde la coda. La vera sfida non è quindi chimica, ma energetica. Un nuovo sguardo favorevole al nucleare in concerto con le energie rinnovabili potrebbe dare una grande mano al riguardo.
L’elettrificazione dei trasporti e dei processi industriali da un lato e le tecnologie di cattura e riutilizzo della CO2 dall’altro, potrebbero essere un binomio con cui potremmo lasciarci alle spalle il petrolio, muovendoci verso una direzione più sostenibile e responsabile nei confronti del nostro pianeta. In altre parole, passare da un’economia che estrae e brucia, a una che ricicla atomi.