El petróleo es un combustible fósil de origen orgánico utilizado en muchas aplicaciones debido a su poder calorífico. Al tratarse de un recurso limitado se considera una fuente de energía no renovable.
El petróleo se forma mediante procesos físicos y químicos sometidos a altas temperaturas y presión de manera muy similar a la formación del carbón. Los restos de animales y plantas muertas que se transforman en petróleo se depositan en el fondo de los océanos o pantanos acelerando el proceso. A diferencia del carbón que necesita millones de años para formarse, el petróleo crudo únicamente necesita un millón de años para su formación.
El origen del petróleo se remonta a antiguos materiales orgánicos fosilizados, como el zooplancton, las algas y otros elementos de origen vegetal. Grandes cantidades de estos restos se depositaron en el fondo del mar o del lago donde estaban cubiertos de agua estancada (agua sin oxígeno disuelto) o sedimentos como barro y limo más rápido de lo que podrían descomponerse aeróbicamente.
A medida que otras capas se asentaron en el lecho marino o lacustre, se acumuló un intenso calor y presión en las regiones bajas. Inicialmente se transformó en un material ceroso conocido como querógeno. Posteriormente se transformó, con más calor, en hidrocarburos líquidos y gaseosos a través de un proceso conocido como la catagénesis.
La composición del petróleo varía dependiendo del yacimiento del que se extrae, ya que se trata de una mezcla de hidrocarburos con otros compuestos oxigenados, nitrogenados y compuestos orgánicos con otros elementos químicos.
La historia del petróleo y su uso empieza en los pueblos de Mesopotamia que comerciaban con los asfaltos. Sin embargo, los primeros pozos modernos no se construyeron hasta 1859 dondo inicio a la era del “oro negro”.
El proceso de formación del petróleo se divide en las siguientes etapas:
1. Descomposición anaeróbica
En ausencia de oxígeno abundante, se impidió que las bacterias aeróbicas pudrieran los compuestos orgánicos después de ser enterrados bajo una capa de sedimento o agua. Sin embargo, algunas bacterias anaeróbicas fueron capaces de reducir sulfatos y nitratos.
Debido a tales bacterias anaeróbicas, al principio comenzó a separarse principalmente por hidrólisis: los polisacáridos y las proteínas se hidrolizaron en azúcares y aminoácidos simples respectivamente. Estos fueron oxidados de forma anaeróbica a un ritmo acelerado por las enzimas de las bacterias.
Los monosacáridos a su vez finalmente se descomponen en CO2 y metano.
2. Formación de querógeno
Algunos compuestos fenólicos producidos a partir de reacciones anteriores funcionaron como bactericidas. Así, la acción de las bacterias anaerobias cesó a unos 10 m por debajo del agua o el sedimento. La mezcla a esta profundidad contenía ácidos fúlvicos, grasas y ceras sin reaccionar y parcialmente relacionadas, lignina ligeramente modificada, resinas y otros hidrocarburos.
A medida que más capas de materia orgánica se asentaron en el lecho marino, se acumuló un intenso calor y presión en las regiones bajas.
Como consecuencia, los compuestos comenzaron a combinarse para formar querógeno.
3 Transformación del querógeno en combustibles fósiles
La formación de querógeno continuó hasta la profundidad cercana a 1 km de la superficie de la Tierra. En este punto, las temperaturas pueden alcanzar alrededor de 50 grados Celsius.
La formación de querógeno representa un punto intermedio entre la materia orgánica y los combustibles fósiles. Es decir, el querógeno puede exponerse al oxígeno y por lo tanto perderse o podría enterrarse más profundamente dentro de la corteza terrestre. Las condiciones físicas en las capas más profundas le permiten transformarse en combustibles fósiles como petróleo o gas natural.
Esto último ocurrió a través de la catagénesis en la que las reacciones fueron en su mayoría reordenamientos radicales de querógeno. Estas reacciones tomaron de miles a millones de años y no hubo reactivos externos involucrados.
Debido a la naturaleza radical de estas reacciones, el querógeno reaccionó dando lugar a dos clases de productos: aquellos con una baja relación de átomos de hidrógeno y átomos de carbono (H/C) y aquellos con una alta relación H/C.
Debido a que la catagénesis se cerró a partir de reactivos externos, la composición resultante de la mezcla de combustible dependía de la composición del querógeno a través de la estequiometría de reacción.
La catagénesis fue pirolítica a pesar del hecho de que ocurrió a temperaturas relativamente bajas de 60 a varios cientos de grados kelvin. La pirólisis fue posible debido a los largos tiempos de reacción involucrados.
