regs|duimnael|250px| 'n Perdekoppomp wat olie uit 'n boorgat naby Sarnia, Ontario pomp, 2001
Petroleum (vanuit Latyn petrus – rots en oleum – olie), minerale olie of ruolie is 'n dik, donkerbruin of groenerige vlambare vloeistof wat in die boonste strata van die aarde se kors voorkom. Dit bestaan uit 'n komplekse mengsel van verskeie koolwaterstowwe, hoofsaaklik uit die metaanreeks, maar mag verskil in voorkoms, samestelling en suiwerheid.
Geskiedenis
Die eerste oliebronne is in die 4de eeu of dalk vroeër in China ontgin. Die olie is verbrand om soutwater te laat verdamp ten einde sout te vervaardig. Teen die 10de eeu is op groot skaal van bamboespyplyne gebruik gemaak om boorgate met die soutbronne te verbind.
duimnael|Olieveld in Kalifornië, 1938
Die vader van die moderne petroleumbedryf was 'n afgetrede Amerikaanse spoorwegkondukteur met die naam Edwin Drake. Hy het in die 1850's naby Titusville, Pennsilvanië, onverwags 'n oliebron raakgeboor toe hy eintlik op soek was na onderaardse soutwater om sout te maak. Binne 'n ommesientjie het fortuinsoekende prospekteerders van heinde en ver hul verskyning gemaak. Desondanks het die bedryf in die 1800's stadig gegroei en eers vroeg in 20ste eeu van internasionale belang geword. Die bekendstelling van die binnebrandenjin het die vraag na olie geskep wat die bedryf tot vandag toe onderhou. Vroeë vondste soos dié in Pennsilvanië en Ontario is vinnig uitgeput wat tot die "oliestormlope" in Texas, Oklahoma en Kalifornië gelei het. Ander lande het oliereserwes besit as deel van hul koloniale besittings en het dit tot 'n industriële vlak begin ontwikkel.
Steenkool was selfs tot in 1955 die primêre bron van brandstof, waarna olie begin oorneem het. Vandag voorsien olie in 90% van die wêreld se brandstofbehoefte. Ná die energiekrisis van 1973 en 1979 was daar beduidende mediadekking oor die vlakke van ruolie-voorsiening. Kommer oor die feit dat olie 'n beperkte hulpbron is en uiteindelik sal opraak (as ekonomies lewensvatbare bron) is op die spits gedryf. Die vooruitskattings van oorblywende voorrade was destyds baie droewig. Toe die voorspellings onwaar blyk te wees, is die debat hieroor in baie kringe met veel minder angsvalligheid voortgesit. Die toekoms van petroleumbrandstowwe bly egter steeds 'n omstrede onderwerp. Baie mense meen die swartgallige voorspellings oor die petroleumvoorraad nog waar sal word en dat die datum slegs uitgestel is. Ander reken egter dat tegnologiese vooruitgang sal verseker dat goedkoop koolwaterstowwe beskikbaar gemaak kan word en dat die aarde nog ontsaglike onkonvensionele petroleumbronne bevat in die vorm van teersand, bitumenvelde, olieskaal en metielhidraat, wat sal meebring dat petroleum nog tot ver in die toekoms gebruik sal kan word.
Petroleum is van onskatbare waarde as 'n vervoerbare, hoë-energiedigtheid-bron. Die meeste voertuie gebruik petroleumbrandstof en petroleum vorm die basis van baie industriële chemikalieë. Dit maak petroleum een van die wêreld se belangrikste kommoditeite. Toegang tot die hulpbron het 'n belangrike rol gespeel in verskeie militêre konflikte, insluitende die Tweede Wêreldoorlog en die Golfoorlog. Die wêreld se grootste reserwes is in die Midde-Ooste, 'n polities onstabiele gebied, geleë.
Olienywerhede se teenwoordigheid het 'n betekenisvolle impak op die samelewing en die omgewing, wat strek van ongelukke en besoedeling as gevolg van aktiwiteite wat seismiese eksplorasie, boor en raffinering insluit. Olie-ontginning is duur en dikwels skadelik vir die omgewing. Ontginning kan aktiwiteite insluit soos baggerwerk wat die seebodem omdolwe en die plantlewe daar vernietig waarop baie seediere staatmaak vir oorlewing. Ruolie en geraffineerde brandstof lek uit olietenkskepe na ongelukke en was al verantwoordelik vir grootskaalse skade aan ekostelsels in Alaska, die Galapagos-eilande, Spanje, en vele ander plekke. Alternatiewe hernubare energiebronne bestaan wel, maar die mate waartoe hulle petroleum kan vervang en die moontlike omgewingskade wat hulle kan veroorsaak, is 'n omstrede kwessie.
Oorsprong
Biogeniese teorie Die meeste geoloë beskou ruolie, asook steenkool en aardgas, as die produk van die samepersing van antieke plantmateriaal oor verskeie geologiese tydperke. Volgens die teorie is dit gevorm vanuit die verrottende oorblyfsels van prehistoriese see- en landdiere. Oor baie eeue heen is die organiese materie, gemeng met modder, onder dik sedimentêre lae begrawe. Die gevolglike hoë vlakke van hitte en druk het veroorsaak dat die oorblyfsels 'n metamorfose ondergaan het, eers tot 'n wasagtige materiaal bekend as kerogeen, en dan na vloeibare en gasagtige koolwaterstowwe. Die stowwe het dan self gemigreer deur die omliggende rotslae totdat hulle vasgevang is in poreuse rotslae (bekend as reservoirs) om sodoende 'n olieveld te vorm, waaruit die vloeistof verwyder kan word deur met masjienerie te boor en te pomp.
Alternatiewe teorieë 'n Paar wetenskaplikes, waarvan die vernaamste Thomas Gold, het ander teorieë voorgestel, nl. die abiogeniese teorieë vir die oorsprong van ruolie. Die teorie stel voor dat groot hoeveelhede koolstof natuurlik in die planeet voorkom, sommige in die vorm van koolwaterstowwe. Koolwaterstowwe is ligter as rotse, dus is hulle geneig om boontoe te dryf. Diep mikrobiese lewe skakel hulle dan om na die verskillende tipes koolwaterstof neerslae.
Daar bestaan ook 'n nuwe teorie wat in die Scientific American in 2003 gepubliseer is, wat voorstel dat die koolwaterstowwe ontstaan as gevolg van aktiewe kernaktiwiteit in die aardkors.
Daar bestaan baie teorieë oor die vorming van aardolie, wat wissel van 'n suiwer anorganiese oorsprong tot 'n ontstaan uit landplante of seediere. Omdat aardolie 'n vloeistof is en dus maklik verplaas kan word, word dit gewoonlik in 'n ander soort gesteente aangetref as dié waarin dit ontstaan het. Dit lewer natuurlik probleme met ondersoek na die omgewing waarin die olie gevorm is. Ook die chemiese samestelling van ru-olie, wat baie kan varieer, gee geen duidelike inligting oor die oorspronklike materiaal waaruit dit bestaan het nie.
Daar is wel 'n aanduiding dat olie byna uitsluitlik in sedimentêre gesteentes in die see voorkom, óf waar daar vroeër, miljoene jare gelede, 'n see was. Op ondersoekplekke waar slegs een moontlike brongesteente in aanmerking kom, blyk dit altyd slik of kalk te wees, met 'n oorvloed van oorblyfsels van see-lewende organismes.
Samestelling Die chemikalieë wat die komponente van petroleum uitmaak word geskei deur distillasie. Produkte gebaseer op geraffineerde ruolie sluit in: keroseen, benseen, petrol, paraffienwas, asfalt ens.
Streng gesproke bestaan petroleum geheel en al uit koolwaterstowwe wat verbindings van waterstof en koolstof is.
Die vier ligste koolwaterstowwe — CH4 (metaan), C2H6 (etaan), C3H8 (propaan) en C4H10 (butaan) — is almal gasse, met kookpunte van -107 °C, -67 °C, -43 °C, en -18 °C onderskeidelik.
Die C5-7 koolstofkettingsreeks is almal ligte naftas wat maklik verdamp. Hulle word hoofsaaklik as oplosmiddels, droogskoonmaakmiddels en vir ander vinnig-drogende produkte gebruik. Die C6H14 tot C12H26 koolwaterstowwe word vermeng om petrol vervaardig. Keroseen (paraffien) bestaan uit die C10 tot C15 koolstofkettings. Diesel en brandolies bestaan uit die C10 tot C20 reeks koolstofkettings terwyl swaarder brandolies (soos diè wat in skeepsenjins gebruik word) nog langer koolstofkettings kan bevat. Die petroleumprodukte is almal vloeibaar teen kamertemperatuur.
Smeerolies en ghries (insluitende Vaseline®) bestaan uit C16 en langer koolstofkettings.
'n Koolstofketting bo C20 vorm soliede materiale by kamertemperatuur soos onder andere paraffien, was, teer en bitumen.
Die kookpunt intervalle van atmosferiese petroleum distillasie fraksies in °C is as volg:
petrol eter: 40 - 70 °C (gebruik as oplosmiddel) ligte petrol: 60 - 100 °C (voertuigbrandstof) swaar petrol: 100 - 150 °C (voertuigbrandstof) ligte keroseen: 120 - 150 °C (huishoudelike brandstof (paraffien) en oplosmiddel) keroseen: 150 - 300 °C (stralerenjinbrandstof) gasolie: 250 - 350 °C (Diesel brandstof/ verhitting) smeerolie: > 300 °C (enjinolie) oorblywende fraksies: teer, asfalt en residu brandstof
Ru-olie kan nie sommer net so gebruik word nie. Selfs in die Oudheid is dit al gekook en verhit om dit bruikbaar te maak. Die ru-olie van Pennsilvanië het aanvanklik 'n baie eenvoudige distillasieproses ondergaan. Vuur is gemaak onder 'n ketel vol ru-olie en dan het die verskillende bestanddele van die olie afgekook ooreenkomstig hulle onderskeie kookpunte. Heel eerste het daar 'n baie gevaarlike, ligte spiritus afgekook, wat later as petrol bekend sou staan, en daarna die gesogte lampolie en smeerolies.
Gedurende die eerste veertig jaar is die ligte spiritus as baie lastig beskou en is dit gewoonlik na 'n dam gelei waar dit aan die brand gesteek is om van ontslae te raak. Namate die aantal motors op die paaie toegeneem het en daar steeds meer binnebrandenjins in fabrieke en nywerhede in gebruik geneem is, het die vraag na petrol en stookolie gestyg. Om hieraan te kon voldoen, moes daar oral enorme raffinaderye opgerig word.
Die vroeë metodes van distillering het geleidelik verbeter en die oliebedryf het die fraksioneerkolom, wat al jare lank in die brandewynbedryf bekend was, in gebruik geneem. Hiermee kon die nyweraars die bestanddele van ru-olie beter van mekaar skei. Maar dit was ook al wat hulle aanvanklik kon doen: hulle het net geskei wat daar in die olie was, of hulle nou die verskillende produkte kon gebruik of nie, en vir baie van die produkte was daar destyds geen mark nie, of daar was geen aanvraag daarna nie.
Aardolie bestaan grotendeels uit koolwaterstowwe, dit wil sê verbindinge tussen die elemente koolstof (C) en waterstof (H). Daar is 'n wye verskeidenheid koolstofverbindinge moontlik, omdat die ketting van koolstofatome op baie maniere gerangskik kan word. Die samestelling van aardolie verskil ook van bron tot bron. Daar is dikwels 'n hoeveelheid suurstof aanwesig, asook stikstof en veral swawel. Hierdie laaste drie elemente word as onsuiwerhede beskou.
Voordat daar tot die eintlike verwerking oorgegaan kan word, word die ru-olie eers gewas om skadelike bestanddele te verwyder. Dit is 'n ingewikkelde proses en water speel 'n belangrike rol in dié wasproses. Swaelsuur word ook in 'n stadium as wasmiddel gebruik, wat op sy beurt dan weer met water uit die olie gespoel word. In 'n laaste wasstadium word die water en die olie deeglik van mekaar geskei. Hierna begin die distillasieproses.
Die koolstofverbindinge wat in hulle molekules net 'n paar koolstofatome bevat, kook by 'n lae temperatuur en hulle is ligkleurige vloeistowwe met 'n lae gewig. Die koolstofverbindings met baie koolstofatome kook by 'n hoër temperatuur af en is veel swaarder en donkerder van kleur. Op dié manier kan die bestanddele van olie gerangskik word van lig tot swaar, met gas, propaan, butaan en petrol aan die ligte kant en smeerolies, stookolie en asfalt-bitumen aan die swaar kant. In die fraksioneerkolom word die ru-olie verhit en die verskillende bestanddele van lig tot swaar afgekook.
'n Baie belangrike verdere ontwikkeling in die raffinering van olie was die kraakproses. Wetenskaplikes het gevind dat as die olieproduk tot bokant sy normale kookpunt verhit word, terwyl dit onder druk gehou word sodat dit nie kan kook en begin verdamp nie, die koolwaterstofmolekules sal begin splyt en nuwe groepe molekules sal vorm.
Deur hiervan gebruik te maak, kon die nyweraars van die swaarder olies, waarvan hulle altyd te veel gehad het, ligter olies maak.