III Liceo Classico Tradizionale Materia Scienze della Terra

• III Liceo Classico Tradizionale • Materia: Scienze della Terra • Ore/settimana: 2 Petrolio e gas naturale: origine, ricerca e produzione Gloria Schiavon

PERCHÉ QUESTA UNITÀ DIDATTICA? • legame con il vissuto degli studenti e la quotidianità • dare spazio ad un argomento che normalmente non verrebbe affrontato, approfittando dell’esperienza pregressa del docente • possibilità di un approccio storico • possibilità di sviluppare un pensiero critico a fronte dell’apprendimento • possibilità di effettuare uscite didattiche e/o intervento di esperti • multidisciplinarietà (inquinamento, sviluppo sostenibile, questioni storiche e geopolitiche – filosofia, diritto, storia, inglese) • multimedialità (filmati, internet: www. api. com, www. spe. org, siti compagnie petrolifere) PREREQUISITI • Basi di chimica organica/fisica • Rocce sedimentarie e processo sedimentario • Propagazione e registrazione delle onde sismiche • Stratigrafia e tettonica

TEMPISTICHE ORE 1 CONTENUTO - Rilevazione di rappresentazioni mentali erronee - Utilizzi del petrolio e del gas naturale - Cenni storici METODOLOGIA - Lavoro di gruppo su domande predisposte e discussione collettiva -Lezione frontale 1 - Porosità e Permeabilità - Origine degli idrocarburi: elementi e processi necessari - Lezione frontale con l’ausilio di immagini (ppt o lucidi) 1 - Ciclo petrolifero: esplorazione, sviluppo, produzione, raffinazione e stoccaggio - Gli idrocarburi nel mondo e in Italia - Visione di filmati esplicativi e/o lezione frontale - Eventuale discussione 1 - Verifica scritta (domande aperte) Possibilità di visita in campo con un esperto

RAPPRESENTAZIONI MENTALI ERRONEE Dove si trovano gli idrocarburi? A che profondità? Tutte le aree geografiche possono produrre idrocarburi? Quali sono gli utilizzi quotidiani di petrolio e gas naturale? - Benzina e carburanti - Cucine a gas, riscaldamento Gli idrocarburi nel sottosuolo si trovano in cavità - Utilizzi degli idrocarburi - Il ciclo petrolifero: produzione e raffinazione - Porosità e permeabilità - Origini di un sistema petrolifero - Il ciclo petrolifero: la ricerca petrolifera Dov’è “conservato” il gas d’estate, quando non serve per il riscaldamento? - In bombole o serbatoi - Il ciclo petrolifero: lo stoccaggio del gas naturale - Produzione mondiale di gas naturale

UTILIZZI DEL PETROLIO E DEL GAS NATURALE UTILIZZI PETROLIO: PETROLIO • combustibili (benzina, gasolio e derivati del petrolio) • materie plastiche • imballaggi, oggetti stampati e rivestimenti (PE) • profumi, cosmetici, pitture, saponi, coloranti, fibre tessili e materie plastiche (alcol etilico) • tessuti impermeabili (PVC) • imballaggi e altri manufatti resistenti (polipropilene) • gomme sintetiche (butadiene) • coloranti, fibre, resine, materie plastiche, gomme sintetiche, prodotti farmaceutici, insetticidi, detersivi, fibre tessili (benzene) API – American Petroleum Institute (www. api. com) “There’s a lot of life in a barrel of oil” UTILIZZI GAS NATURALE: NATURALE • settore residenziale/commericale (cucine a gas, riscaldamento, acqua calda) • settore industriale (industria alimentare, metallurgica, laterizi e ceramica, vetro, oreficeria, tessitura, carta) • autotrazione • produzione di energia elettrica (centrali a vapore, a turbogas, cogenerazione)

CENNI STORICI • 3000 a. C. , a. C. in Mesopotamia: ritrovamenti nelle rovine di Ur testimoniano che l’asfalto era utilizzato come legante nella costruzione di edifici • VI secolo a. C, a. C in Azerbaijan: esistono resoconti accreditati di eruzioni naturali di gas e olio a Baku (qui Zaratustra stabilì il suo culto e Baku divenne uno dei santuari più sacri) • Persiani e Romani impiegavano il petrolio per l’illuminazione e la costruzione di armi incendiarie • 250 d. C. , d. C. in Cina: i cinesi scoprirono petrolio e gas mentre eseguivano pozzi per il sale e li utilizzavano per cuocere e per illuminare • Marco Polo (1298): 1298 nel Milione, testimonia i vari usi che venivano fatti del petrolio in Armenia (per cuocere e per ungere gli animali contro le malattie) • nel Medioevo, Medioevo in Europa: il petrolio iniziò ad essere utilizzato in campo medico come farmaco per curare di tutto, fino alla prima metà del XIX secolo • 1847, 1847 in Azerbaijan: perforazione dei primi pozzi moderni per la ricerca del petrolio • 27 Agosto 1859, 1859 Pennsylvania: data convenuta della nascita dell’industria del petrolio (Colonnello Edwin Drake) • 1859– 1900: 1859– 1900 il petrolio è utilizzato principalmente come fonte di illuminazione • 1900 -oggi: 1900 -oggi estensione dell’utilizzo dei prodotti petroliferi in moltissimi settori (trasporti, industria, petrolchimica, uso civile)

ORIGINE DEGLI IDROCARBURI Porosità e Permeabilità Porosità: Porosità grandezza fisica che definisce il rapporto percentuale tra il volume dei pori interconnessi e quello totale di una roccia. Permeabilità: indica la facilità o meno con cui un fluido riesce a muoversi attraverso i pori intercomunicanti di una roccia.

ORIGINE DEGLI IDROCARBURI L’origine di un sistema petrolifero è legata alla presenza simultanea di elementi e processi necessari per la formazione e l’accumulo degli idrocarburi. Trappola Copertura BACINO SEDIMENTARIO Serbatoio Roccia madre Elementi: Elementi - la presenza di una roccia madre - la presenza di una roccia serbatoio - la presenza di una roccia di copertura - la formazione di trappole di struttura idonea Processi: Processi - generazione degli idrocarburi (condizioni di raggiungimento della "finestra ad olio") - espulsione e migrazione degli idrocarburi dalla roccia madre verso la roccia serbatoio - accumulo degli idrocarburi in una roccia serbatoio all'interno di trappola

ORIGINE DEGLI IDROCARBURI L’accumulo ed il mantenimento della materia organica, insieme ad altri materiali di natura minerale, determina la genesi di un sedimento ricco in materia organica che costituisce una potenziale roccia madre (1). - argille, calcari, marne (alta porosità, bassa permeabilità) - condizioni per la deposizione e conservazione della S. O: a) alta disponibilità di S. O. (> 0, 5% in peso) b) ambienti anossici ambienti di mare poco profondo a circolazione ristretta (Es. calcari e marne in Arabia Saudita) Gli idrocarburi sono il prodotto della degradazione termica (2) della materia organica, sia vegetale che animale, contenuta nella roccia madre. La S. O. della roccia madre, con il tempo comincia a subire delle trasformazioni ad opera di batteri anaerobi che la trasformano in kerogene, precursore degli idrocarburi. A temperature basse si ha produzione di idrocarburi liquidi pesanti (bitume). A temperature più alte, si producono idrocarburi liquidi sempre più leggeri e sempre più ricchi in gas. Al limite dei 180° C circa, si ha produzione solo di metano. T

ORIGINE DEGLI IDROCARBURI Accumulo di petrolio La migrazione (3) degli idrocarburi nelle rocce serbatoio consta di due fasi: a) espulsione dalla roccia madre dovuta alla pressione litostatica verso rocce più permeabili (migrazione primaria) b) spostamento degli idrocarburi all’interno delle rocce permeabili (migrazione secondaria) Roccia permeabile Roccia madre Migrazione primaria Migrazione secondaria L’accumulo di idrocarburi (4) è riconducibile alla concomitanza di tre condizioni fondamentali: - rocce serbatoio (o reservoir): - 60% sabbie, arenarie, conglomerati - 40% rocce carbonatiche (calcari e dolomie) - rocce di copertura (depositi a grana fine): - argille, marne, gesso, sale - trappole - strutturali - stratigrafiche - miste Trappole strutturali Trappole stratigrafiche 1: Anticlinale 2: Chiusura contro faglia 3: Chiusura contro duomo salino 4: Pinch-out 4 1 1 2 3 3

ORIGINE DEGLI IDROCARBURI Esempi di trappole affioranti

CICLO PETROLIFERO Esplorazione Le operazioni esplorative iniziano con la prospezione geofisica mirata all'individuazione dei serbatoi di rocce che consentono l'accumulo di idrocarburi. Viene di norma utilizzato un rilevamento sismico a riflessione che è in grado di ricostruire l'assetto stratigrafico delle rocce che costituiscono il sottosuolo e in casi favorevoli, di fornire, tramite ulteriori elaborazioni, anche informazioni sulla loro struttura litologica e sulla natura dei fluidi in essa contenuti. I pozzi esplorativi hanno il compito di accertare se la trappola contiene idrocarburi, di che tipo e in quale quantità, e di verificare se il modello geologico del sottosuolo che è stato adottato sia effettivamente quello previsto. Le informazioni necessarie vengono ricavate dall'esame diretto delle rocce e fluidi (carote e fanghi di perforazione)

CICLO PETROLIFERO Sviluppo e Produzione Per recuperare gli idrocarburi occorre mettere in produzione il giacimento, perforando un numero ottimale di pozzi di produzione ed installando le attrezzature necessarie per liberare il gas e l'olio dalle componenti indesiderate (particelle solide, acqua, sali, ecc. ) e per separare la fase liquida del petrolio da quella gassosa Una volta completato lo sviluppo, iniziano le attività di produzione attraverso le quali, gli idrocarburi sono estratti dal giacimento, trattati negli impianti e inviati al mercato tramite pipeline o navi. Durante la vita produttiva, che può durare anche decenni, il giacimento è continuamente monitorato, vengono effettuati interventi nei pozzi per ottimizzare la produzione e , in alcuni casi, si procede a progetti di recupero avanzati, con l'iniezione di gas o di acqua, per aumentare la quantità di idrocarburi recuperabili.

CICLO PETROLIFERO Stoccaggio del gas naturale e Raffinazione del greggio In alcuni casi il gas naturale prodotto viene stoccato in giacimenti depletati, appositamente predisposti, da dove verrà utilizzato successivamente per modulare la quantità di gas da erogare in funzione dei picchi di consumo stagionali. La raffinazione è il processo con cui i vari idrocarburi vengono separati in base alla diversa temperatura di ebollizione, secondo un processo di distillazione frazionata. Si ottengono: • oli, lubrificanti, paraffine e bitumi • gasolio • kerosene • nafta • benzine • prodotti gassosi (metano, propano e butano)

NEL MONDO IN ITALIA 1860: 1860 vengono eseguiti i primi due pozzi petroliferi (32 e 45 m) 1869: 1869 Salsomaggiore è la prima città illuminata a gas A partire dagli anni ’ 40 sono stati rinvenuti oltre 300 giacimenti di idrocarburi Olio e gas termogenico - roccia madre argillosa e carbonatica - roccia serbatoio: carbonatica Produzione mondiale annua di petrolio (2002) Gas biogenico - roccia madre argillosa - roccia serbatoio: sabbie e arenarie Giacimento Villafortuna-Trecate - prime esplorazioni negli anni ‘ 70 - scoperto nel 1984 - circa 6000 mt. (uno dei più profondi al mondo) Giacimento della Val d’Agri - ricerca iniziata ai primi del ‘ 900 - scoperto tra il 1986 e il 1994 - giacimento ad olio più importante d’Italia Produzione mondiale annua di gas naturale (2002)