Ropa naftowa to podstawowy surowiec energetyczny wykorzystywany na całym świecie. Bez niej trudno sobie wyobrazić funkcjonowanie na co dzień. Wydobywana była już w średniowieczu, a największy wzrost jej zastosowań i powstanie przemysłu naftowego przypadło na wiek XIX.

Powstawanie

Niektórzy naukowcy twierdzą, że ropa naftowa powstała w wyniku wielu skomplikowanych reakcji chemicznych zachodzących w jądrze ziemi pomiędzy węglikami metali a wodą. Reakcje te miały prowadzić do powstania różnego rodzaju węglowodorów. Twórcą tej teorii był rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew. Znaczna większość naukowców wyjaśnia powstanie ropy naftowej zakładając inną, bardziej prawdopodobną hipotezę. Mówi ona, że procesy, które w konsekwencji doprowadziły do powstania ropy naftowej zachodziły wiele milionów lat temu. Szczątki obumarłych organizmów (głownie żyjących w wodach) zostały pogrzebane pod mułem i iłem na dnie mórz. Ogromne ciśnienie i wysoka temperatura przekształciła muł i ił w litą skałę. Tak przykryta materia organiczna ulegała stopniowemu rozkładowi i zamieniała się w ropę. Z tego właśnie powodu ropa naftowa i towarzyszący jej z reguły gaz ziemny występują prawie zawsze w skałach osadowych, głównie piaskowcach. W szczelinach tych skał może występować ropa i gaz. Żeby mogło powstać złoże ropy lub gazu, musi istnieć jeszcze warstwa skał nieprzepuszczalnych pokrywająca warstwę skał przepuszczalnych.

Skład

Z chemicznego punktu widzenia, ropa naftowa stanowi mieszaninę przede wszystkim węglowodorów  głównie nasyconych (parafiny), cyklicznych (nafteny), oraz nienasyconych (olefiny), a także aromatycznych. Oprócz węglowodorów występują również w ropie naftowej inne związki organiczne, zawierające między innymi tlen, siarkę lub azot oraz związki nieorganiczne takie jak chlorek sodu, amoniak, siarkowodór, czy woda. W skład ropy naftowej wchodzą również niewielkie ilości związków takich pierwiastków jak nikiel, mangan, chrom, żelazo, rtęć. Skład ropy jest zmienny, zależny od miejsca wydobywania. Naukowcy wydobyli z niej już ok. 600 związków, a ich całkowitą ilość szacuje się nawet na kilka tys.

Wydobycie i występowanie

Ropa naftowa najczęściej występuje pod dnem morskim, bardzo często na dużej głębokości, czasami w pobliżu wybrzeży. Należy mieć świadomość, że nie wszystkie złoża zostały odkryte, a także nie wszystkie odkryte mogą być eksploatowane przede wszystkim z przyczyn technicznych. W Polsce ropa wydobywana jest w zagłębiu Pomorskim, Karpackim, a także w pobliżu przylądka Rozewie z dna Bałtyku. Ropa naftowa czasami może wydostawać się na powierzchnię z odwiertu samoczynnie, na skutek ogromnego ciśnienia. Czasami niezbędne jest zastosowanie specjalnych pomp o dużej wydajności. Do wydobycia ropy z dna morza służą zwykle tzw. platformy wiertnicze.

65% złóż ropy naftowej znajduje się na terenach krajów Bliskiego Wschodu, szczególnie tych leżących w rejonie Zatoki Perskiej. Za krajem o największych złożach uważa się powszechnie Arabię Saudyjską. W Ameryce Północnej największe złoża ropy naftowej znajdują się w okolicach Zatoki Meksykańskiej, w okolicach Los Angeles, a także w Morzu Arktycznym na północ od Kanady. W Ameryce Południowej bogate tereny roponośne odkryte zostały miedzy innymi w Brazylii, Kolumbii, Wenezueli i Peru. Duże pokłady ropy znajdują się również w Rosji, na terenach Kazachstanu, Turkmenistanu i Azerbejdżanu, a także w Indonezji i Chinach. Z dna Morza Północnego ropę wydobywa między innymi Wielka Brytania i Norwegia. W Afryce największymi producentami ropy naftowej są Nigeria, GhanaGabon. Ropa występuje również w wodach przybrzeżnych Konga, Wybrzeża Kości Słoniowej, Egiptu a także Tunezji. Przybrzeżne pola naftowe eksploatowane są również w Australii i Nowa Zelandii.

Przetwarzanie

Wydobyta bezpośrednio ze złoża ropa naftowa nie znajduje żadnego praktycznego zastosowania. W celu otrzymania produktów, które można później wykorzystać w różnych dziedzinach konieczne jest przeprowadzenie rozdziału surowej ropy na poszczególne składniki (frakcje). Wydobyta ropa transportowana jest różnymi sposobami do zakładów przetwórczych zwanych rafineriami. Tam w procesie zwanym destylacją frakcyjną lub rektyfikacją dokonuje się rozdziału składników ropy. Po wydobyciu ze złoża, ropa zostaje poddana procesowi odwodniona. W wyniku tego procesu zmniejsza się również zawartość niektórych soli. Pozostała substancja jest stabilizowana, poprzez wydzielenie z niej najlżejszych węglowodorów. Tak przygotowana ropa przenoszona jest do odpowiednich instalacji, w których poddawana jest procesowi wspomnianej powyżej destylacji frakcyjnej. Proces ten wykorzystuje się fakt, że pary wrzącej mieszaniny mają inny skład niż sama mieszanina ciekła. Skraplanie par wydzielających się z wrzącej mieszaniny cieczy powoduje otrzymanie kilku frakcji destylatu o składzie różniącym się od składu cieczy wyjściowej. Aby uzyskać produkty o większej czystości  stosuje się proces wielokrotnej destylacji, tzw. rektyfikację. Ogrzana do wystarczająco wysokiej temperatury ropa jest wpompowywana do dolnej części instalacji. Wówczas zaczyna się ona rozdzielać na pary i ciecze. Cząsteczki duże i ciężkie zmieniają się pod wpływem wysokiej temperatury w gęstą ciecz o dużej lepkości, pozostającą w dolnej części wieży destylacyjnej. Z innych cząsteczek, pod wpływem temperatury powstaje para, która unosi się w górę, a następnie ochładza się zmieniając się z powrotem w ciecz. W ten sposób, na kolejnych półkach, znajdujących się coraz wyżej, następuje skraplanie coraz mniejszych i lżejszych cząsteczek. W wyniku tego procesu można otrzymać następujące frakcje:

  •   Eter naftowy – mieszanina węglowodorów o pięciu lub sześciu atomach węgla w cząsteczce, wykorzystywana między innymi jako środek czyszczący, paliwo do zapalniczek, rozpuszczalnik do farb i lakierów.
  •   Benzyna –mieszanina węglowodorów alifatycznych o 6-12 atomach węgla w cząsteczkach. Występują w nich także śladowe ilości węglowodorów nienasyconych oraz aromatycznych. Wyróżnia się kilka gatunków benzyn w zależności od składu mieszaniny.
  •   Nafta – mieszanina węglowodorów, których cząsteczki zawierają pomiędzy 9 a 16 atomów węgla. Naftę przerabia się czasem na inne produkty (między innymi benzynę) w procesach krakingu i reformingu. Wykorzystywana jest również jako paliwo (przede wszystkim do silników odrzutowych), a także jako rozpuszczalnik. Dawniej wykorzystywana była w lampach naftowych do oświetlania pomieszczeń, co jako pierwszy zastosował Ignacy Łukasiewicz.
  •   Oleje – frakcja, z której wydziela się między innymi oleje opałowe, oleje napędowe a także tzw. oleje ciężkie.
  •   Mazut – jest czarna, bardzo gęsta substancją, wykorzystywaną jako paliwo oraz przede wszystkim jako substrat do produkcji asfaltu.

Z otrzymanych tą metodą produktów, zwłaszcza tych mniej przydatnych, można uzyskać produkty bardziej użyteczne. W tym celu przeprowadza się w rafineriach procesy zwane krakingiem i reformingiem. Kraking jest to proces polegający na rozrywaniu długich łańcuchów węglowodorowych i utworzeniu produktów o mniejszych ilościach atomów węgla w cząsteczkach. Procesowi krakingu poddaje się więc przede wszystkim produkty o wyższych temperaturach wrzenia np. mazut, w wyniku czego można uzyskać dodatkowe ilości przydatnych składników jak np. benzyny. Kraking można podzielić na. Wyróżnia się kraking termiczny (prowadzony w wysokiej temperaturze pod wysokim ciśnieniem), oraz kraking katalityczny (prowadzony przy użyciu odpowiedniego katalizatora). Powstała w tym procesie mieszanina, jest z powrotem kierowana do kolumny rektyfikacyjnej, gdzie następuje ponowna destylacja. Otrzymuje się dodatkowe ilości przydatnych produktów (np. benzyn, olejów itp.), niekiedy o wysokiej jakości. Lekkie frakcje poddaje się również procesowi tzw. reformingu katalitycznego, który polega na ogrzewaniu do wysokich temperatur lekkich produktów destylacji frakcyjnej, w wyniku czego otrzymuje się paliwa o wysokiej jakości, oraz także węglowodory aromatyczne.

Zastosowanie

Ropę naftową wykorzystywana była już od bardzo dawna. Używano ją między innymi do balsamowania zwłok, wyrobu pochodni, leków, a przede wszystkim jako środek zapalający w różnego rodzaju machinach wojennych. Obecnie najwięcej ropy w postaci wyodrębnionych z niej produktów zużywają niemal wszystkie gałęzie przemysłu. Otrzymywane z ropy naftowej benzyny i oleje napędowe wykorzystywane są w niemal wszystkich silnikach spalinowych. Produkty destylacji służą również do produkcji olejów, smarów, tworzyw sztucznych, środków dezynfekujących, gumy, leków, kosmetyków, barwników, a nawet syntetycznych tkanin. Również asfalt produkowany jest ze składników wydzielonych z surowej ropy.

Zagrożenia

Największe zagrożenia dla środowiska związane z wykorzystywaniem przez człowieka ropy naftowej są oczywiście związane z niekontrolowanym wyciekiem tej substancji, szczególnie do środowiska wodnego. Najczęstszą przyczyną katastrof tego typu są zderzenia lub zatonięcia tankowców. Dostająca się do wody ropa, tworząc ogromnej wielkości plamy, które często ulegają zapłonowi (ropa ma mniejszą gęstość niż woda i unosi się na jej powierzchni). Największy wylew w historii spowodowany był przez działania wojenne prowadzone w Zatoce Perskiej. Plamy ropy na wodzie powodują wielkie spustoszenie w środowisku. Wykorzystywane produkty wyodrębnione z ropy naftowej zagraża również atmosferze. Wszelkiego rodzaju procesy spalania produktów ropopochodnych powoduję wydzielenie do atmosfery wielu szkodliwych substancji. Są wśród nich niespalone węglowodory, tlenek i dwutlenek węgla, tlenki azotu i siarki, oraz związki metali ciężkich np. ołowiu.

Należy zdawać sobie sprawę, że złoża ropy naftowej nie są nieskończone. Oczywiste jest, że kiedyś ulegną wyczerpaniu. W związku z tym w ostatnich latach obserwuje się w wielu krajach, zwłaszcza tych bardziej uprzemysłowionych, wzmożony wzrost zainteresowania tzw. alternatywnymi źródłami energii. Do jej produkcji wykorzystuje się coraz częściej materiały promieniotwórcze, a także siły natury, jak Słońce, wiatr, pływy morskie. Pełne wykorzystanie tych źródeł nie jest jeszcze niestety możliwe dlatego konieczne jest w miarę oszczędne gospodarowanie dostępnymi zasobami ropy. Prowadzi się również działania mające na celu wykrycie nowych złóż tego cennego surowca, a także umożliwiające eksploatacje pokładów znajdujących się nawet w trudnym terenie. Najmniejszy kryzys związany z wydobyciem ropy naftowej (nawet działania polityczne oraz wojny w okolicach krajów wydobywających duże ilości „czarnego złota”) przyczynia się do gwałtownych wzrostów cen i ma wpływ na gospodarkę w większości krajów Świata.