Petróleo

Introdução: O Motor do Mundo Moderno

No capítulo anterior, classificamos as fontes de energia.

Nesse capítulo, vamos falar apenas de uma fonte de energia: o petróleo.

Nós usamos o petróleo para uma infinidade de coisas.

Combustível do carro, gás da cozinha, asfalto da rua, plástico da garrafa de água, da cadeira, do seu celular, as fibras de muitas das suas roupas... a lista é quase infinita.

O petróleo é, sem dúvida, o recurso orgânico mais importante da atualidade.

Mas de onde ele veio? E como transformamos essa "gosma" preta em tantos produtos úteis?

O objetivo do nosso capítulo é responder essas duas perguntas.

1. Como o petróleo se formou

O petróleo é uma mistura (e muito complexa por sinal). São milhares de substâncias.

Mas existe um componente principal dentre todas, que são os hidrocarbonetos (moléculas feitas de carbono e hidrogênio) de todos os tamanhos e formas.

A teoria mais aceita sobre sua origem é que ele é um "suco" de vida pré-histórica.

A receita levou milhões de anos para ser finalizada e foi “mais ou menos” assim:

Ingredientes

Plâncton, algas e outros microrganismos marinhos que morreram e se acumularam no fundo de antigos oceanos e lagos.

Modo de Preparo

Ao longo de milhões de anos, essa camada de matéria orgânica foi soterrada por sedimentos (areia e rochas).

Cozimento

Longe do oxigênio e sob altíssimas pressões e temperaturas, essa matéria orgânica foi lentamente "cozida" e quimicamente transformada na mistura de hidrocarbonetos que conhecemos como petróleo e gás natural.

2. Extração do Petróleo (em busca do tesouro)

Beleza, entendemos que o petróleo se forma de baixo de rochas, mas ele não fica lá em forma de “lago” subterrâneo.

Ele fica aprisionado nos poros de rochas, como água em uma esponja.

Então, para tirar esse petróleo lá do fundo é muito difícil, é preciso perfurar quilômetros de rocha até atingir esses reservatórios.

As Camadas do Reservatório

Dentro desses reservatórios subterrâneos, as substâncias não ficam todas misturadas aleatoriamente.

Por terem densidades diferentes, a gravidade se encarrega de organizá-las em camadas bem definidas, como um drink bem montado.

• No topo: Fica o gás natural, por ser o menos denso de todos.

• No meio: Encontramos o petróleo líquido, menos denso que a água.

• Na base: Fica a água salgada (que estava presente no antigo ambiente marinho), por ser a mais densa.

É por isso que, quando um poço é perfurado, a primeira coisa que sai sob alta pressão é o gás natural, que estava "empurrando" tudo de cima.

3. Pré-Sal

Você com certeza já ouviu falar do pré-sal. Mas o que ele é, exatamente?

A primeira coisa que você precisa colocar na sua cabeça é que pré-sal não é um tipo de petróleo.

Ele é um endereço extremamente profundo e de difícil acesso, mas muito valioso.

O nome vem da sua localização. "Pré" significa "antes".

E aí que gigantescas reservas de petróleo foram formadas geologicamente antes de uma colossal camada de sal se depositar por cima delas.

Ou seja, o pré é com relação ao tempo!!! O petróleo se formou antes da camada de sal, então o petróleo está embaixo dessa camada.

Como se formou?

Imagine a separação dos continentes, América do Sul e África, há mais de 100 milhões de anos.

Nesse processo, formaram-se grandes lagos e, com o tempo, o Oceano Atlântico começou a surgir.

A matéria orgânica foi se depositando no fundo, e o oceano que invadia essa área evaporava, depositando uma camada de sal que chegou a ter mais de 2 km de espessura.

Essa camada de sal funcionou como uma "tampa de panela" perfeita, selando e "cozinhando" a matéria orgânica sob alta pressão e temperatura, transformando-a em um petróleo de altíssima qualidade.

É esse o diferencial do pré-sal: petróleo de ótima qualidade.

O que fez com que o Brasil se tornasse um dos maiores produtores de petróleo do mundo.

Mas qual o problema do pré-sal?

A extração é difícil D E M A I S !

As reservas estão a profundidades que podem chegar a 7 km (somando a lâmina d'água, as rochas pós-sal e a própria camada de sal).

É como encontrar um tesouro dentro de um cofre (a rocha reservatório), que está debaixo de um colchão de 2 km de espessura (o sal), no fundo de uma piscina olímpica de 2 km de profundidade (o oceano).

4. Tipos de Petróleo

O petróleo não é todo igual. Dependendo da predominância de certos tipos de hidrocarbonetos, ele pode ser classificado em:

• Parafínico: Rico em alcanos de cadeia linear. Bom para produzir diesel e óleos lubrificantes.

• Naftênico: Rico em ciclanos (hidrocarbonetos de cadeia fechada).

• Aromático: Rico em hidrocarbonetos aromáticos (como o benzeno).

Os petróleos naftênicos e aromáticos são ótimos para produzir gasolina de alta qualidade (alta octanagem).

5. O Refino do Petróleo

O petróleo que sai do poço, chamado de petróleo bruto, é praticamente inútil.

É uma mistura suja e complexa.

Para que ele se torne os produtos que conhecemos, ele precisa passar por um processo de separação e transformação em uma refinaria.

E, se você lembrar do nosso capítulo de separação de misturas, saberá que utilizamos da destilação fracionada para refinar esse petróleo.

Destilação Fracionada (Separando por massa molar e PE)

A ideia é separar os milhares de hidrocarbonetos do petróleo em grupos (frações) com propriedades semelhantes.

O processo se baseia em uma propriedade simples: quanto maior a molécula, maior o seu ponto de ebulição.

O petróleo bruto é aquecido em uma fornalha a cerca de 400°C, vaporizando a maior parte de seus componentes.

Essa mistura de vapores é injetada na base de uma torre alta, chamada torre de fracionamento.

Os vapores sobem, as moléculas muito grandes e pesadas (alto ponto de ebulição) já se condensam (viram líquido) nos "andares" mais baixos e são coletados.

Os vapores mais leves continuam subindo até encontrarem um "andar" com uma temperatura baixa o suficiente para eles se condensarem.

É simples, os hidrocarbonetos de menor massa molar saem em forma de vapor nas partes de cima da torre e os de maior massa molar saem na forma líquida (ou até sólida) na parte de baixo da torre.

Principais Frações do Petróleo (do topo para a base)

Gases (GLP)

Moléculas menores (1 a 4 carbonos). Usado como gás de cozinha.

Gasolina:

Moléculas de 5 a 10 carbonos. Combustível para carros.

Querosene

Moléculas de 11 a 16 carbonos. Combustível de avião.

Óleo Diesel

Moléculas de 15 a 18 carbonos. Combustível para caminhões e ônibus.

Óleos Lubrificantes

Moléculas de 17 a 20 carbonos.

Resíduo

Moléculas muito grandes (> 20 carbonos). Usado para fazer piche, asfalto e parafina.

6. Melhorando a Gasolina por Processos Químicos

Mas a destilação sozinha não produz gasolina suficiente para atender à demanda mundial.

E ainda assim a qualidade nem sempre é boa. O que a gente fez foi só separar a misutra, nós não otimizamos nada ainda.

Por isso, as refinarias usam processos químicos para otimizar a produção.

Vou falar sobre quatro processos que a gente costuma fazer com o petróleo, pois eles são frequentemente envolvidos em questões de Química Orgânica.

Vamos ver os detalhes de cada um para finalizar nosso capítulo:

Craqueamento Catalítico (Cracking)

É o processo de "quebrar" moléculas grandes e de pouco valor (como as de frações mais pesadas) em moléculas menores e mais valiosas, como as da gasolina.

É como pegar um tronco grande de madeira e quebrá-lo em pedaços menores para usar na lareira.

$C_{12}H_{26} \underset{catalisador}{\rightarrow} C_{10}H_{22} + C_{2}H_{4}$

$C_{12}H_{26} \underset{catalisador}{\rightarrow} C_{8}H_{18} + C_{4}H_{8}$

$C_8_H_{18}$ é o isoctano, um dos hidrocarbonetos de melhor qualidade para a gasolina.

Diferente do heptano, o isoctano tem altíssima resistência à compressão do combustível.

Isso faz com que sua qualidade seja muito maior e faz com que ele seja o hidrocarboneto de referência para o cálculo de índice de octanagem da gasolina.

Por exemplo, a gasolina do Brasil costuma ter índice de octanagem de 87%, sendo 87% da mistura de isoctano e 13% de heptano.

Isomerização e Reforma Catalítica

Esses processos querem "rearranjar" as moléculas para melhorar a qualidade da gasolina.

A gente não vai quebrar ou somar moléculas, a gente vai só modificá-las.

A qualidade de uma gasolina é medida pela sua octanagem.

Gasolinas de alta octanagem resistem melhor à compressão no motor sem detonar antes da hora.

Então a isomerização é transformar alcanos de cadeia linear em alcanos de cadeia ramificada, que têm maior octanagem.

E a reforma catalítica é transformar alcanos de cadeia linear em hidrocarbonetos aromáticos, que também têm altíssima octanagem.