Petrol ve Doğal Gazın Kökeni

1. İnorganik Teori
2. Organik Teori

İnorganik teori; eski bir teoridir ve hidrokarbonların, şu inorganik kaynaklardan oluştuğunu belirtir:

• volkanlar,

• metal karbürleri,

• karbon dioksit, su ve güneş ışığı katalizörünün reaksiyonuyla.

Organik teori ise; gaz ve petrolün kaynağının, sedimanter kayalarda bulunan organik madde olduğunu belirtir.

• Petrol ve gazın büyük çoğunluğunun organik malzemeden türediğini söyler.

Petrol ve Doğal Gazın Oluşumu

Sedimanterler depolanırken, hem inorganik mineral taneleri (kum ve çamur gibi) hem de organik madde (ölü bitkiler ve hayvanlar) karışır.

• Organik maddelerin bir kısmı yüzeyde çürüme yoluyla yani oksidasyon süreciyle kaybolur. 
• Ancak, bazı organik maddeler ise korunur. Bu maddeler;
  • Çürümeden önce diğer sedimanlar tarafından gömülmüştür.
  • Durgun, oksijen içermeyen bir denizin dibine çökeltilmiştir.

Bu kadar çok petrol ve gazı var olması için yeterli kütleye sahip tek organizmalar, okyanusların oksijen içeren yüzey sularında yaşayan çeşitli mikroskobik plankton ve alglerdir.

Bu canlıların petrol oluşturması için iki koşul gereklidir:

1. Bu canlıların eşzamanlı ölmesi.
2. Ölen organizmaların bakteriler tarafından tüketilmesini engellemek için hızla gömülmesi.

Sıcaklık, ham petrolün organik maddeden üretilmesinde en önemli faktördür.

• Tipik sediment havzası koşullarında petrol üretimi için yaklaşık 150 °F (65 °C) minimum sıcaklık gereklidir.
• Bu sıcaklık, organik zengin çökeltilerin gömülmesiyle elde edilir.
• Derinlik arttıkça, sıcaklık da artar.

Sığ derinliklerde, sıcaklık petrol üretimi için yeterli değildir.

• Yüzeyin birkaç metre altında, bakterilerin organik madde üzerindeki etkisi, biyojenik veya mikrobiyal gazı oluşturur.
• Biyojenik gazın üretimi, derinlikle sıcaklığın artmasından dolayı bakteri etkisinin azalmasıyla azalır.

Tipik bir sediment havzasında, petrol oluşumu yaklaşık 150 °F (65 °C) civarında başlar ve 300 °F (150 °C) civarında sona erer.

• Kaynak kayaç (Source Rock) daha derinde, sıcaklıkların 300 °F (150 °C) üzerinde olduğu yerlerde, kaynak kaya içinde kalan organik maddeden termogenik gaz oluşur.
• Petrolün oluştuğu yer dünya kabuğundaki bölgeye “petrol penceresi” denir.
• 300 °F (150 °C) üzerindeki sıcaklıklarda, ham petrol geri dönüştürülemez bir hal alır ve grafit (karbon) ve doğal gaza dönüşür.

Petrol ve Doğal Gazın Taşınımı

Şeyl kaynak kaya içinde gaz ve petrol oluştuktan sonra, bunların bir kısmı geçirgen olmayan şeylden dışarı çıkar.

• Bir sıvı (ham petrol) veya gazın (doğal gaz) bir katıdan (organik madde) oluşması, hacimde büyük bir artışa neden olur. Bu, kaynak kayayı çatlatır.
• Hidrokarbonlar çatlamalar boyunca yukarı doğru kaçar. Basınç geri çekilince çatlaklar kapanır ve şeyl tekrar geçirgen olmayan haline döner.

Petrolün kaynak kaya ile rezervuar kaya arasındaki akışına “migrasyon” denir.

• Migrasyon rotasında bir tuzak (trap) yoksa, petrol yüzeye akar.
• Migrasyon rotası boyunca bir tuzak varsa, gaz ve petrol tuzakta(trap) birikir.

Yapısal Tuzaklar

Yapısal tuzaklar, yatay kayaçların yatay basınç kuvvetler tarafından kıvrılması veya kırılması sonucunda oluşur.

• Bu tuzaklar arasında yukaçlar(anticline) ve faylar bulunmaktadır.
• Yukaç, sedimanter kayaların büyük, yukarı doğru kavisli bir yayıdır, ineç ise kayaların büyük, aşağı doğru kavisli bir yayıdır.

Başka bir yaygın yapısal tuzak türü, fay tuzaklarıdır.

• Faylar, kayaçlarda bir tarafın diğerine göre hareket ettiği kesintilerdir.

• Her bir tarafın göreceli hareketi, fayları sınıflandırmak için kullanılır.

Stratigrafik tuzaklar

Stratigrafik tuzaklar, kayaçların deformasyonu sonucu değil biriktirme ile oluşan tuzaklardır.

• Örneğin, bir geçirgen kumtaşı yatağı eğimli bir şekilde şeyl’e dönüştüğünde, geçirgen olmayan şeyl tabakası bir kap taşı gibi işlev görür.

Karma Tuzaklar

Her ikisi de yapısal ve stratigrafik özelliklere sahip olan tuzak türüdür. 

• Bunlar hem deformasyonel hem de biriktirme mekanizmalarını içerir.

Petrol kaynağının oluşması için gereken faktörler

Kaynak Kayaç (Source Rock)

Ana organik madde bakımından zengin ve etkili sıcaklıklara ulaşmak için derinlemesine gömülmüş kayaç türü.

Migrasyon Yolu

Şeylden çıkan petrolün tercih edilen bir yönde göç etmesine olanak tanır.

Rezervuar Kayaç

Petrolü büyük miktarlarda biriktirmek için yeterince geçirgen ve gözenekli kayaç türü.

Tuzak (Trap)

Petrolü tutmak ve sızdırmayan yapı.

Örtü Kayaç (Caprock)

Tüm tuzak türlerinin ortak özelliği, tuzakların üst kısmını oluşturan sızdırmaz örtü kayaçtır.

Petrolün rezervuardan sızmasını önler.

Jeotermal kaynakların özellikleri

Dünya Kabuğu, Mantosu ve Çekirdeği

Isı, bir enerji formudur ve jeotermal enerji Dünya’nın içinde bulunan ısıdır. Kabukta bulunan ısı, varsayılan bir yüzey sıcaklığı olan 15 °C’de 5.4×1021 MJ’dir.

Plakalar

Litosfer (Lithosphere):

Kabuk ve manto üst tabakasıdır.

Katı bir madde gibi davranır

Astenosfer (Asthenosphere):

 Kalınlığı 200-300 km civarındadır.

‘Daha az katı’ ve ‘daha plastik’ bir sıvı gibi davranır.

Astenosferin farklı bölgeleri arasındaki sıcaklık farkı nedeniyle, derinde bulunan ve daha sıcak, çevresindeki malzemeden daha az yoğun ve daha hafif olan kaya hacimleri yükselirken; yüzeye daha yakın soğuyan, daha yoğun ve daha ağır kayalar batar, tekrar ısınır ve yüzeye çıkar.

Litosferin daha ince olduğu bölgelerde, litosfer astenosferden yükselen çok sıcak, erimiş malzeme tarafından itilir, kırılır ve bu da genişleme sırtları oluşturur.

Yayılma sırtları, transform fay hatları ve subdüksiyon bölgeleri, gezegenimizi 6 büyük ve birçok küçük litosferik alan veya plaka olarak bölen geniş bir ağ oluşturur.

Bu plakalar, sürekli olarak birbirlerine karşı kayarak ve konumlarını değiştirerek yavaşça hareket eder.

En önemli jeotermal alanlar, plaka sınırları etrafında yer almaktadır.

https://www.britannica.com/science/plate-tectonics

Hidrotermal Rezervuar

Bir jeotermal sistemin 3 ana elemanı bulunmaktadır:

Bir ısı kaynağı

Bir rezervuar, sıcak geçirgen kayaçlardan oluşan bir hacim

Bir akışkan, ısı taşıyıcı (su)

Jeotermal sistemlerin altında yatan mekanizma büyük ölçüde akışkan konveksiyonu tarafından organize edilir.

Konveksiyon, akışkanların ısınması ve termal genleşmesi nedeniyle meydana gelir.

Isınmış düşük yoğunluktaki akışkan yükselmeye eğilimlidir ve daha yüksek yoğunluktaki soğuk akışkan tarafından yerine geçer.

Asfaltik Şeyl

Silt veya kil taneciklerinin bir araya gelmesiyle oluşan şeyl, yaygın bir tortul kayaçtır.

Asfaltik şeyl, bitümen içeren bir şeyl türüdür; bu, yakıt olarak kullanılabilecek, kaplama malzemesi olarak kullanılabilecek veya bir dizi başka uygulamada kullanılabilecek hidrokarbon karışımını içerir.

Bitümen, karbon disülfidde çözünen ve katılar, sıvılar ve gazları içeren tortul organik madde fraksiyonudur.

Petrol Şeyli

Asfaltik şeylin içerisinde kerogen bulunduğunda, buna petrol şeyli denir. Bitumen, kerogenin petrol oluşumu sırasında oluşur.

Kerogen, suda çözünmeyen, alkali, oksitlenmeyen asitler ve organik çözücülerde çözünmeyen tortul organik madde olarak tanımlanır.

Kerogen, organik malzemeden türetilmiş kimyasal olarak karmaşık bir hidrokarbon karışımıdır ve ısıtıldığında petrol üretilebilen bir yapıya sahiptir.

Petrol şeyli içerisinden petrol çıkarmak, geleneksel petrol geri kazanımından daha karmaşık ve daha pahalıdır.

Petrol şeyli içindeki hidrokarbonlar katıdır ve doğrudan yeraltından çekilemez. Petrol şeyli önce madencilik yöntemleri kullanılarak çıkartılmalı ve ardından yüksek sıcaklıkta ısıtılıp sıvı elde edilmeli (bu işleme retorting denir), sonuçta elde edilen sıvı daha sonra fraksiyonlarına ayırılmalıdır.

Şeyl Petrolü

Şeyl petrolü, petrol şeyLinden farklı olarak, genellikle düşük porozite ve geçirgenlikteki kayalara sıkışmış olan petrolü içerir. Bu kayalar genellikle şeyl, silt taşı, kireçtaşı veya dolomit gibi düşük geçirgenlikli kayalardır ve tipik olarak yeryüzünün bir kilometre altında bulunur.

Bu kayalar, kerogenin bir kısmının petrol ve gaz haline dönüşmesi için yeterince derinlerde bulunur. Hidrokarbonlar o kadar sıkışık halde bulunurlar ki sadece sondaj yaparak ekonomik miktarlarda elde edilemezler; bu nedenle, şeyl kayalarında bulunan petrol rezervleri “geleneksel olmayan” olarak kabul edilir.

Şeyl kaynaklarının bu olumsuzluklarından dolayı, şeyl kaynaklarını açmak için geliştirilmiş iki teknoloji bulunmaktadır: yatay sondaj ve hidrolik çatlatma.

Yatay sondaj, genellikle petrol veya gaz içeren çok sıkı kaya katmanlarının daha geniş bir alana yayılmasını sağlar.

Hidrolik çatlatma, kaya içinde çatlakların oluşturulmasını sağlar ve hidrokarbonların kaya içinden kuyuya akma şansını artırır.

Yeraltından çıkarıldıktan sonra, petrol genellikle geleneksel petrol sahalarından elde edilen petrolle aynı şekilde rafinelenir.

Şeyl Gaz

Shale Gaz, doğal gazın, geçirgen olmayan kayaların derinlerinde bulunan bir tür gazdır. Kumtaşı gibi geçirgen kayaçlarda bulunan geleneksel doğal gazdan farklıdır.

Gaz, shale boyunca kolayca akamaz; bundan dolayı geleneksel doğal gaz durumunda olduğu gibi sadece bir kuyu açmak yeterli değildir. Bu nedenle hidrolik kırılma (fracking) işlemi uygulanır.

Aynı nedenle, düzenli aralıklarla büyük sayıda kuyu açmak gereklidir. Birkaç kuyu ile elde edilen geleneksel bir gaz alanındaki kadar gaz üretmek için yüzlerce veya binlerce shale gaz kuyusu gerekebilir.

Son on yıl ile yatay sondaj ve hidrolik kırılmanın varlığı, önceden ekonomik olmayan shale gazına erişimi mümkün kıldı.

Katran Kumu

Katran kumu veya petrol kumu, doğal olarak kum, kil ve su karışımlarını içeren veya kısmen konsolide olmuş kumtaşı formasyonlarını ifade eden bir terimdir. Bu kumlar, yoğun ve viskoz bir petrol türü olan bitümenle doyurulmuştur.

Katran kumu, madencilik yöntemleri kullanılarak çıkarılabilir ve işlenerek petrol zengini bitümen elde edilebilir, ardından bu bitümen rafinasyon işlemine tabi tutularak tamamen petrol haline getirilebilir.

Doğal Gaz Hidratları

Doğal Gaz Hidratları, su ve “misafir” gaz moleküllerinden oluşan katı, buz benzeri kristal yapılardır.

Yüksek basınç ve düşük sıcaklık koşulları, hidrat oluşumunu destekler.

Gaz hidratları, doğal hidrokarbon kaynaklarıdır ve geleceğin enerji kaynağı olarak görülmektedir.

Gaz hidratları, büyük bir gaz depolama potansiyeline sahiptir.

Gaz hidratları dünya genelinde, özellikle okyanus ve buzul bölgelerde bulunur. Gaz hidratlarında depolanan enerjinin, dünya genelindeki tüm hidrokarbon kaynaklarının neredeyse iki katına denk geldiği tahmin edilmektedir.

Biogaz

Organik madde; bitki artıkları, hayvan gübresi, kanalizasyon çamuru ve katı atıkların biyolojik olarak parçalanması serbest oksijenin olmadığı ortamda gerçekleştiğinde, biyogaz adı verilen bir gaz oluşturur.

Biyogaz, %40-70 metan içerir ve geri kalanı büyük ölçüde CO2’den oluşur.

Hidrojen

Hidrojen aslında bir enerji kaynağı değil, bir enerji taşıyıcısıdır. Bu, hidrojenin birincil enerji kaynaklarından üretilmesi gerektiği anlamına gelir: fosil yakıtlar, nükleer enerji, güneş enerjisi, rüzgar, biyokütle, hidrojen, jeotermal, kentsel atık kaynakları.

Dünya üzerinde hidrojen, diğer elementlerle birleşmiş halde bulunur. Örneğin, su içinde hidrojen oksijenle birleşmiştir. Fosil yakıtlarda, petrol, doğal gaz veya kömürde olduğu gibi hidrojen, karbon ile birleşmiştir.

Ancak hidrojeni diğer doğal bileşenlerden etkili ve ekonomik bir şekilde ayırmak zordur.

Hidrojen üretildikten sonra oksijenle tepkimeye girebilir veya bir yakıt hücresinde elektrik enerjisi üretmek için kullanılabilir. 

Hidrojen temel yakıttır, ancak yakıt hücreleri aynı zamanda oksijen de gerektirir. 

Referanslar

Dr. Sevtaç BÜLBÜL, Dr. Betül YILDIRIM. (2022, March 3-9). ODTUClass2022s. Retrieved from ODTUClass: https://odtuclass2022s.metu.edu.tr/