النفط ، الذي يشار إليه غالبًا بالنفط الخام، هو وقود أحفوري طبيعي كان مصدرًا أساسيًا للطاقة لعدة عقود. يشكل تكوينها وتكوينها واستخراجها واستخدامها رحلة رائعة من تحت سطح الأرض إلى مجموعة واسعة من التطبيقات في عالم اليوم.
يتكون البترول من بقايا الكائنات البحرية القديمة مثل الطحالب والعوالق الحيوانية. وعلى مدى ملايين السنين، تستقر هذه الكائنات في قاع البحار والمحيطات، وتختلط بالرمال والطمي. ثم تغطيها طبقات من الصخور الرسوبية، مما يخلق ظروف ضغط ودرجة حرارة عالية. تؤدي هذه الظروف، بالإضافة إلى غياب الأكسجين، إلى بدء سلسلة من العمليات الكيميائية التي تحول هذه البقايا تدريجيًا إلى بترول. ومعادلة هذا التحول ليست واضحة ولكنها تتضمن كيمياء عضوية وعمليات جيولوجية معقدة.
البترول عبارة عن خليط معقد من الهيدروكربونات - وهي مركبات تتكون من ذرات الهيدروجين والكربون - ومواد عضوية أخرى. يختلف التركيب المحدد اعتمادًا على موقع مصدر البترول وعمره ولكنه يشتمل بشكل عام على البارافينات والنفثينات والعطريات والأسفلت. تحدد هذه المكونات جودة البترول واستخداماته المحددة.
ويتم استخراج البترول من تحت سطح الأرض عن طريق حفر الآبار. بمجرد استخراجه، يخضع النفط الخام لعمليات تكرير لفصله إلى منتجات مفيدة. وتتم عملية التكرير بعدة خطوات من بينها التقطير، حيث يتم تسخين النفط الخام، وفصل مكوناته على أساس نقاط الغليان. تشمل المنتجات الأساسية لتكرير النفط البنزين والديزل ووقود الطائرات وزيت التدفئة والبتروكيماويات المستخدمة في صناعة البلاستيك والمواد الأخرى.
يعد البترول مصدرًا أساسيًا للطاقة على مستوى العالم. فهو يزود مركبات النقل بالوقود، ويدفئ المنازل والمباني، ويعمل كمادة خام في إنتاج المواد الكيميائية والمواد الاصطناعية. تشمل الاستخدامات المحددة ما يلي:
إن استخراج النفط ومعالجته واستخدامه له آثار بيئية كبيرة. وتشمل هذه تلوث الهواء والماء، وتدمير الموائل، والمساهمة في تغير المناخ بسبب انبعاث الغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون \(CO_2\) والميثان \(CH_4\) . يمكن تمثيل معادلة احتراق الهيدروكربون في البترول على النحو التالي: \(C_xH_y + \frac{{(4x + y)}}{4}O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O\) توضح هذه المعادلة إنتاج \(CO_2\) و \(H_2O\) عند احتراق الهيدروكربون في وجود الأكسجين، وهو أمر شائع أثناء احتراق المنتجات البترولية.
ونظراً للمخاوف البيئية المرتبطة بالنفط، هناك تركيز متزايد على إيجاد مصادر بديلة للطاقة. يُنظر إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والوقود الحيوي على أنها بدائل قابلة للتطبيق يمكنها تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. تلعب التطورات في تكنولوجيا المركبات الكهربائية والتحسينات في كفاءة استخدام الطاقة أيضًا أدوارًا حاسمة في هذا التحول. ومع ذلك، من المرجح أن يظل النفط مصدرًا مهمًا للطاقة في المستقبل القريب بسبب تطبيقاته الواسعة وبنيته التحتية الحالية.
يستمر النفط، وهو مادة هيدروكربونية معقدة، في لعب دور محوري في المجتمع الحديث. رحلتها منذ التكوين وحتى الاستخراج والتكرير والاستخدام تسلط الضوء على أهميتها بالإضافة إلى التحديات التي تطرحها. وعلى الرغم من كونه مصدرًا حيويًا للطاقة، إلا أن الآثار البيئية لاستخدامه تدفع إلى البحث عن بدائل مستدامة. يعد فهم العلوم والآثار المترتبة على استخدام البترول أمرًا ضروريًا لمواجهة تحديات الطاقة والبيئة في المستقبل.
