Нефть

Атомы углерода и водорода способны образовывать всевозможные сочетания, вследствие чего сырая нефть состоит из самых разных углеводородов. Чем больше атомов углерода входит в молекулу, тем тяжелее углеводород: от газообразных метана и этана с одним и двумя атомами углерода соответственно через жидкий бензин (7–10 атомов углерода на молекулу) до чрезвычайно вязкого битума, в котором на одну молекулу приходится более 35 атомов углерода. Сырая нефть содержит и другие вещества, включая серу, азот, металлы и соли. Поскольку она является природным веществом, чьи свойства связаны с условиями, в которых оно формировалось, то качество нефти очень сильно различается от одного месторождения к другому. В число наиболее значимых свойств, подверженных различиям, входят: плотность (нефть с более высоким содержанием водорода легче и имеет более низкий удельный вес); содержание серы (нефть с более высоким содержанием серы называется кислой в отличие от малосернистой сладкой нефти); вязкость (величина, характеризующая текучесть нефти); кислотность и наличие металлов. Нефть – это жидкий углеводород. Тот довольно очевидный факт, что нефть текуча, играет весьма важную роль, так как он позволяет перемещать нефть на большие расстояния, затрачивая относительно мало энергии и труда – в отличие от газа или угля. Нефть можно перекачивать через континенты, закачивать в резервуары, заливать в топливные баки. Под землей нефть нередко находится под большим давлением и при наличии соответствующих условий может сама собой подниматься на поверхность. С другой стороны, текучесть нефти порой делает ее неуправляемой – способной самопроизвольно разливаться, – и борьба с такими утечками требует средств, специального оборудования и особых навыков.

На протяжении тысячелетий люди извлекали пользу из этих физических и химических свойств нефти, используя ее для просмолки лодок, как смазку для механизмов и в качестве медицинской мази. В наши дни сырая нефть играет главным образом роль химического сырья и топлива. Разнообразие углеводородных молекул – и относительная легкость, с которой они могут расщепляться, соединяться друг с другом и образовывать различные комбинации – позволяет создавать из них всевозможные нефтехимические вещества, применяемые для получения новых материалов, включая пластмассы, синтетические волокна и разнообразные химикалии. В качестве сырья для нефтехимического производства используется каждый пятнадцатый баррель (т. е. 6 %) сырой нефти.

Однако основная доля сырой нефти идет на топливо. При соединении углеводородных молекул с кислородом – например, в процессе сгорания – выделяется большое количество энергии в виде тепла и света. Нефть является более эффективным энергоносителем по сравнению с углем и природным газом: содержанием энергии она почти вдвое превосходит равное по весу количество угля и примерно на 50 % больше равного по объему сжиженного природного газа. Благодаря повышенному удельному содержанию энергии нефть обладает непревзойденными свойствами в качестве топлива для транспорта. Нефть обеспечивает возрастание мобильности и более гибкую географию перевозок, поскольку для того, чтобы переместить тонну груза или проехать тысячу километров, ее требуется меньше, чем других видов топлива. Замена угля (на котором работали паровые машины) нефтью (в виде дизельного топлива, бензина, керосина и судового топлива) на транспорте, произошедшая в основном в первой половине XX в., была связана с тем обстоятельством, что нефть более удобна в качестве энергоносителя. Более высокая удельная энергия нефти изменила экономию за счет масштаба, необходимую для преодоления пространства, обеспечив снижение размеров транспортных средств – от поездов и трамваев до автомобилей – и рост мощности при заданном размере или весе двигателя. Высокая удельная энергия нефти открыла путь к развитию двигателей внутреннего сгорания (в которых окисление/сгорание малых доз топлива приводит к высвобождению энергии, достаточной для того, чтобы привести в движение поршень), в противовес значительно более громоздким двигателям внешнего сгорания, использующим энергию пара. Нефть была не первым ископаемым топливом, существенно сократившим расстояния: внедрение работавших на угле пароходов во второй половине XIX в. снизило стоимость морских перевозок и способствовало росту дальней торговли такими объемными грузами, как пшеница и шерсть. Однако нефть способствовала углублению этого процесса и его продолжению – от автомобилей и самолетов к дизельному топливу и флотскому мазуту. В наше время в США три четверти всей нефти используется как топливо для транспорта. В качестве топлива нефть применяется в самых разных видах. Самые легкие из них – бензин и авиационное топливо, более тяжелые – дизельное топливо, котельное топливо и флотский мазут, используемый в судоходстве, а самым тяжелым является нефтяной кокс, применяемый как топливо в сталеплавильной отрасли и при производстве цемента.