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combustíveis fósseis.
Extração do petróleo

Formação de petróleo

Formação de petróleo

O petróleo é um combustível fóssil usado em muitas aplicações devido ao seu valor calorífico. Por ser um recurso limitado, é considerado uma fonte de energia não renovável.

O petróleo é um derivado de antigos materiais orgânicos fossilizados, como o zooplâncton e as algas. Grandes quantidades desses restos foram depositadas no fundo do mar ou lago, onde foram cobertas com água estagnada (água sem oxigênio dissolvido) ou sedimentos como lama e lodo mais rapidamente do que podiam decompor aerobicamente. Aproximadamente 1 m abaixo deste sedimento ou a concentração de oxigênio na água era baixa, abaixo de 0,1 mg / l e havia condições anóxicas. As temperaturas também permaneceram constantes.

À medida que outras camadas se estabeleceram no fundo do mar ou no lago, calor e pressão intensos se acumularam nas regiões inferiores. Esse processo alterou a matéria orgânica gerada por processos como fotossíntese e energia solar. Inicialmente, foi transformado em um material ceroso conhecido como querogênio. O querogen é encontrado em vários folhelhos de óleo ao redor do mundo. Posteriormente, foi transformado, com mais calor, em hidrocarbonetos líquidos e gasosos através de um processo conhecido como catagênese.

A formação de petróleo ocorre a partir da pirólise de hidrocarbonetos em uma variedade de reações termodinâmicas, principalmente endotérmicas, a alta temperatura ou pressão, ou ambas. Essas fases da formação de óleo são descritas em detalhes abaixo.

Primeira fase da diagênese: decomposição anaeróbica

Na ausência de oxigênio abundante, as bactérias aeróbicas foram impedidas de apodrecer a matéria orgânica após serem enterradas sob uma camada de sedimentos ou água. No entanto, algumas bactérias anaeróbicas foram capazes de reduzir sulfatos e nitratos entre a matéria para H2S e N2, respectivamente, pelo uso da matéria como fonte de outros reagentes.

Devido a essas bactérias anaeróbias, no início essa questão começou a ser separada principalmente por hidrólise: os polissacarídeos e proteínas foram hidrolisados ​​em açúcares simples e aminoácidos, respectivamente. Estes foram oxidados anaerobicamente a uma taxa acelerada pelas enzimas das bactérias: por exemplo, os aminoácidos foram submetidos à desaminação oxidativa dos aminoácidos, que por sua vez reagiram ainda mais aos ácidos amônia e cetoácidos.

Monossacáridos vire finalmente decomposto em CO 2 e metano. Produtos de decomposição anaeróbica de aminoácidos, monossacarídeos, fenóis e aldeídos combinados com ácidos fúlvicos. Gorduras e ceras não hidrolisaram amplamente sob essas condições amenas.

Segunda fase da diagênese: formação de querogênio

Alguns compostos fenólicos produzidos a partir de reações anteriores funcionavam como bactericidas e a ordem das bactérias actinomicetais produzia compostos antibióticos (por exemplo, estreptomicina). Assim, a ação das bactérias anaeróbicas cessou cerca de 10 m abaixo da água ou dos sedimentos. A mistura a essa profundidade continha ácidos fúlvicos que não reagiram e reagiram parcialmente, gorduras e ceras, lignina levemente modificada, resinas e outros hidrocarbonetos. À medida que mais camadas de matéria orgânica se instalavam no fundo do mar ou no lago, calor e pressão intensos se acumulavam nas regiões inferiores.

Como conseqüência, os compostos nessa mistura começaram a se combinar de uma maneira pouco conhecida para formar querogênio. A combinação ocorreu de maneira semelhante à reação das moléculas de fenol e formaldeído às resinas de uréia-formaldeído, mas a formação de querogênio ocorreu de maneira anaeróbia mais complexa devido a uma maior variedade de reagentes. O processo total de formação de querogênio desde o início da decomposição anaeróbica é chamado de diagênese, uma palavra que significa transformação de materiais por dissolução e recombinação de seus constituintes.

Catagênese: transformação de querogênio em combustíveis fósseis

A formação de querogênio continuou a uma profundidade de aproximadamente 1 km da superfície da Terra, onde as temperaturas podem atingir cerca de 50 graus Celsius. A formação de querogênio representa um ponto intermediário entre a matéria orgânica e os combustíveis fósseis: o querogênio pode ser exposto ao oxigênio, oxidado e, portanto, perdido ou pode ser enterrado mais profundamente dentro da crosta terrestre e sofrer condições que permitem a transformação lenta em combustíveis fósseis como o petróleo.

Este último ocorreu através da catagênese, na qual as reações foram principalmente rearranjos radicais do querogênio. Essas reações levaram milhares a milhões de anos e não houve reagentes externos envolvidos. Devido à natureza radical dessas reações, o querógeno reagiu a dois tipos de produtos: aqueles com baixa razão H / C (antraceno ou produtos similares) e aqueles com alta taxa H / C (metano ou produtos similares); isto é, produtos ricos em carbono ou hidrogênio.

Como a catagênese foi fechada a partir de reagentes externos, a composição resultante da mistura de combustível dependia da composição do querogênio por meio da estequiometria da reação. Existem 3 tipos principais de querogênio: tipo I (algas), II (lipídios) e III (húmicos), formados principalmente a partir de algas, plâncton e plantas lenhosas. (Este termo inclui árvores, arbustos e cipós), respectivamente.

A catagênese foi pirolítica, apesar do fato de ocorrer em temperaturas relativamente baixas (comparadas às plantas comerciais de pirólise) de 60 a várias centenas de graus Kelvin. A pirólise foi possível devido aos longos tempos de reação envolvidos. O calor para a catagênese veio da decomposição de materiais radioativos do córtex, especialmente 40 K, 232 Th, 235 U e 238 U. O calor variou com o gradiente geotérmico e estava tipicamente a 10-30 ° C por km de profundidade. Superfície da terra. No entanto, intrusões incomuns de magma poderiam ter criado um aquecimento mais localizado.

Os geólogos costumam se referir à faixa de temperatura na qual o óleo é formado como uma "janela de óleo". Abaixo da temperatura mínima, o óleo permanece preso na forma de querogênio. Acima da temperatura máxima, o óleo é convertido em gás natural através do processo de craqueamento térmico. Às vezes, o óleo formado em profundidades extremas pode migrar e ficar preso em um nível muito mais superficial. As areias betuminosas de Athabasca são um exemplo disso.

Óleo Abiogênico

Cientistas russos propuseram um mecanismo alternativo ao descrito acima em meados da década de 1850, a hipótese da origem abiogênica do petróleo (óleo formado por meios inorgânicos), mas isso está em contradição com as evidências geológicas e geoquímicas. Fontes abiogênicas de petróleo foram encontradas, mas nunca em quantidades comercialmente lucrativas. "A controvérsia não é sobre se existem reservas de petróleo abiogênicas", disse Larry Nation, da Associação Americana de Geólogos do Petróleo. "A controvérsia é sobre o quanto eles contribuem para as reservas gerais da Terra e quanto tempo e esforço os geólogos devem dedicar a procurá-las."

Qual é o querogen?

A química é uma mistura de compostos químicos orgânicos que constituem parte da matéria orgânica nas rochas sedimentares. É insolúvel em solventes orgânicos normais devido ao enorme peso molecular (mais de 1.000 daltons) dos compostos constituintes. A porção solúvel é conhecida como betume. Quando aquecidos às temperaturas corretas na crosta terrestre, alguns tipos de cherogênios liberam petróleo ou gás natural, que são combustíveis fósseis específicos usados, entre outras coisas, na geração de energia não renovável. Quando esses querógenos estão presentes em alta concentração em rochas como folhelhos, eles formam possíveis rochas-mãe. Os folhelhos ricos em querogênio que não foram aquecidos a altas temperaturas para liberar seus hidrocarbonetos podem formar depósitos betuminosos de folhelho.

O nome "querogênio" foi introduzido pelo químico orgânico escocês Alexander Crum Brown em 1912.

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Data de publicação: 14 de janeiro de 2020
Última revisão: 14 de janeiro de 2020