Un barile, mille usi: gli innumerevoli prodotti del petrolio

Il petrolio è un po’ come il maiale: non si butta via niente. Il grande successo di questa risorsa, che ha portato la nostra società ad un balzo in avanti mai visto prima, consiste proprio nell’essere precursore di un’infinità di prodotti, che spaziano negli ambiti più disparati. Se pensi che dal petrolio si ottengano solamente benzina e diesel ti sbagli di grosso! L’articolo di oggi si prefigge il compito di stilare una piccola enciclopedia dei prodotti petroliferi, per farci comprendere meglio la grande rilevanza che questa risorsa ha nelle nostre vite quotidiane.

Tutto inizia dal petrolio greggio

Il petrolio estratto dai giacimenti si chiama greggio. È un liquido viscoso composto da una grande varietà di idrocarburi, composti organici di carbonio ed idrogeno, uniformemente emulsionati tra loro. Ha una densità relativa minore di uno, quindi galleggia sull’acqua: difficile dimenticare le immagini degli sversamenti petroliferi in mare, dove uccelli e pesci rimangono impantanati in pozze scure che affiorano sulla superficie degli oceani.

In questo stato il petrolio non è granché utilizzabile. Deve infatti subire un lungo processo di raffinazione, per separare gli idrocarburi che lo compongono. Gli impianti addetti ad effettuare questo processo sono le raffinerie. Il primo passo consiste nel riscaldare il greggio nella fornace: un gigantesco scambiatore di calore che può raggiungere temperature fino ai 1200°C. A queste temperature il petrolio diventa un mix di vapori, pronto per il prossimo passo: la torre di distillazione.

Figura 1: spaccato di una fornace da raffineria petrolifera (fonte: XRG Technologies).

Torre di distillazione: dove avviene la magia

Come suggerisce il nome, la torre di distillazione è un’alta torre cilindrica in acciaio, suddivisa all’interno in varie sezioni separate da piatti forati. La miscela entra nella torre e, a mano a mano che i vapori salgono al suo interno, si raffredda. Ognuno dei componenti del petrolio ha una differente temperatura di condensazione (più atomi di carbonio contiene e più questa temperatura sarà alta), quindi raffreddandosi ritornerà allo stato liquido a una certa altezza della torre: più è bassa la sua temperatura di condensazione, più in alto diventerà liquido. I vari prodotti si depositano sui piatti, posti a diverse altezze nella torre, da dove vengono estratti per essere successivamente lavorati. Così facendo il greggio viene suddiviso nelle sue varie componenti: per questo motivo la torre di distillazione viene anche chiamata colonna di frazionamento.

Almanacco dei prodotti del petrolio

Analizziamo ora i vari prodotti estratti dalla torre di distillazione, partendo dal basso per poi salire verso componenti sempre più leggeri e con meno atomi di carbonio.

Residui: le molecole più dense e pesanti, si depositano quasi subito sul fondo della torre. Da qui si ricava il bitume, il precursore dell’asfalto stradale.
Dai 20 ai 70 atomi di carbonio: siamo sui primi piatti della torre. Anche questi composti sono molto pesanti e vengono utilizzati per produrre oli lubrificanti, cere e carburanti per le industrie o per le navi. I combustibili navali sono così densi da essere a temperatura ambiente allo stato solido: devono essere portati a temperature molto elevate e talvolta insufflati con dei gas per poter essere utilizzati.
Dai 14 ai 20 atomi di carbonio: questa è la fascia da cui deriva il gasolio pesante, meglio conosciuto come diesel. Si utilizza per far girare gli omonimi motori e anche nel settore del riscaldamento.
Da 10 a 16 atomi di carbonio: è il turno del cherosene. L’utilizzo di questa miscela ha radicalmente stravolto il nostro stile di vita, in primis perché ha sostituito il grasso di balena nelle lampade ad olio e poi perché funge da combustibile per gli aeroplani. Il carburante aereo è completamente all’opposto di quello per le navi: leggero e purissimo, la sua composizione deve essere rigorosamente controllata per permettere ai velivoli di solcare i cieli.
Da 5 a 10 atomi di carbonio: da qui si estrae la benzina, il combustibile per i motori a scoppio delle nostre automobili. Prima di poter essere utilizzata però, la benzina deve subire un processo di reforming catalitico per aumentarne il numero di ottani (un indicatore delle capacità antidetonante della miscela). In questa fase la benzina assume il suo caratteristico odore pungente, che si può soltanto amare oppure odiare senza mezze misure! Un’altra famiglia di componenti che ha lo stesso intervallo di carbonio è quella delle nafte. Si tratta dei precursori di un’infinità di articoli: plastiche, pesticidi, fertilizzanti, solventi e farmaci. Vi ricordate il tipico odore degli armadi di vostra nonna? Era dato dalle palline antitarme di naftalina, uno dei derivati della nafta.
Prodotti di testa: si tratta di composti da 1 a 4 atomi di carbonio, così leggeri da non condensare nella torre di distillazione. Vengono estratti ancora allo stato gassoso dalla sommità della torre e consistono in una miscela di metano, etano, propano e butano. Questi ultimi due compongono il GPL: gas di petrolio liquefatto. Prima che il gas naturale entrasse nelle nostre case le persone si rifornivano di bombole GPL per far funzionare le cucine ed il riscaldamento, essendo questo composto l’unica valida alternativa al metano per la combustione domestica.

Quanti prodotti derivano dallo stesso barile di petrolio greggio!

Quantità e prezzi: facciamo due conti

Facciamo ora finta di essere il proprietario di una raffineria. Ciò che ci sta più a cuore è comprendere le quantità di prodotti estratti ed il loro valore sul mercato: ecco un piccolo excursus a riguardo. Quasi il 50% di ogni barile di petrolio diventa benzina. Aggiungendo anche la frazione di diesel e di combustibile aereo, quasi l’80% dei prodotti è legato al settore dei trasporti. Il restante 20% circa è composto da prodotti chimici intermedi. Nonostante siano in minoranza, il loro valore è così alto che da soli riescono a ripagare in gran parte l’intero processo di raffinazione!

Questo perché, come abbiamo visto prima, sono i precursori di una grande varietà di prodotti, quindi sono richiestissimi dalle industrie petrolchimiche, aumentandone il valore. In generale, la richiesta di mercato è più alta per i prodotti leggeri del petrolio, quelli con un numero minore di carbonio. Ecco perché una porzione dei prodotti pesanti subisce, a valle della distillazione, un processo di cracking, per frammentare le molecole pesanti con l’obiettivo di trasformarli in composti leggeri, molto più appetibili a livello economico.

Versatilità: risorsa o problematica?

Forse dopo questa lettura vi sarà più chiaro perché il petrolio venga definito oro nero. La quantità di derivati ottenibili da questa risorsa è sbalorditiva e spazia tra i più disparati campi della vita umana. Questa grande versatilità è però un’arma a doppio taglio: in un futuro in cui ci auspichiamo di smettere di fare affidamento sulle fonti fossili, riusciremo a trovare un sostituto sostenibile per tutti i prodotti ad oggi provenienti dal petrolio? Noi e il pianeta Terra ci auguriamo di sì.

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