El petroli és un combustible fòssil d'origen orgànic utilitzat en moltes aplicacions degut al poder calorífic. Com que es tracta d'un recurs limitat, es considera una font d'energia no renovable.
El petroli es forma mitjançant processos físics i químics sotmesos a altes temperatures i pressió de manera molt semblant a la formació del carbó. Les restes d'animals i plantes mortes que es transformen en petroli es dipositen al fons dels oceans o pantans accelerant el procés. A diferència del carbó que necessita milions d'anys per formar-se, el petroli cru només necessita un milió d'anys per formar-lo.
L'origen del petroli es remunta a antics materials orgànics fossilitzats, com ara el zooplàncton, les algues i altres elements d'origen vegetal. Grans quantitats d'aquestes restes es van dipositar al fons del mar o del llac on estaven coberts d'aigua estancada (aigua sense oxigen dissolt) o sediments com a fang i llim més ràpid del que podrien descompondre's aeròbicament.
A mesura que altres capes es van assentar al llit marí o lacustre, es va acumular una intensa calor i pressió a les regions baixes. Inicialment es va transformar en un material cerós conegut com a querogen. Posteriorment es va transformar, amb més calor, en hidrocarburs líquids i gasosos a través d'un procés conegut com la catagènesi.
La composició del petroli varia depenent del jaciment del que s'extreu, ja que és una barreja d'hidrocarburs amb altres compostos oxigenats, nitrogenats i compostos orgànics amb altres elements químics.
La història del petroli i el seu ús comença als pobles de Mesopotàmia que comerciaven amb els asfalts. No obstant això, els primers pous moderns no es van construir fins al 1859 i van iniciar l'era de l'“or negre”.
El procés de formació del petroli es divideix en les etapes següents:
1. Descomposició anaeròbica
En absència d'oxigen abundant, es va impedir que els bacteris aeròbics podressin els compostos orgànics després de ser enterrats sota una capa de sediment o aigua. No obstant això, alguns bacteris anaeròbics van ser capaços de reduir sulfats i nitrats.
A causa d'aquests bacteris anaeròbics, al principi va començar a separar-se principalment per hidròlisi: els polisacàrids i les proteïnes es van hidrolitzar en sucres i aminoàcids simples respectivament. Aquests van ser oxidats de forma anaeròbica a un ritme accelerat pels enzims dels bacteris.
Els monosacàrids finalment es descomponen en CO2 i metà.
2. Formació de querogen
Alguns compostos fenòlics produïts a partir de reaccions anteriors van funcionar com a bactericides. Així, l'acció dels bacteris anaerobis va cessar a uns 10 m per sota de l'aigua o el sediment. La barreja a aquesta profunditat contenia àcids fúlvics, greixos i ceres sense reaccionar i parcialment relacionades, lignina lleugerament modificada, resines i altres hidrocarburs.
A mesura que més capes de matèria orgànica es van assentar al llit marí, es va acumular una intensa calor i pressió a les regions baixes.
Com a conseqüència, els compostos van començar a combinar-se per formar querogen.
3 Transformació del querogen en combustibles fòssils
La formació de querogen va continuar fins a la profunditat propera a 1 km de la superfície de la Terra. En aquest punt, les temperatures poden assolir al voltant de 50 graus Celsius.
La formació de querogen representa un punt intermedi entre la matèria orgànica i els combustibles fòssils. És a dir, el querogen pot exposar-se a l'oxigen i per tant perdre's o es podria enterrar més profundament dins de l'escorça terrestre. Les condicions físiques a les capes més profundes li permeten transformar-se en combustibles fòssils com ara petroli o gas natural.
Això últim va passar a través de la catagènesi en què les reaccions van ser majoritàriament reordenaments radicals de querogen. Aquestes reaccions van prendre de milers a milions d'anys i no hi va haver reactius externs involucrats.
A causa de la naturalesa radical d'aquestes reaccions, el querogen va reaccionar donant lloc a dues classes de productes: aquells amb baixa relació d'àtoms d'hidrogen i àtoms de carboni (H/C) i aquells amb una alta relació H/C.
Com que la catagènesi es va tancar a partir de reactius externs, la composició resultant de la barreja de combustible depenia de la composició del querogen a través de l'estequiometria de reacció.
La catagènesi va ser pirolítica malgrat el fet que va passar a temperatures relativament baixes de 60 a diversos centenars de graus kelvin. La piròlisi va ser possible a causa dels llargs temps de reacció involucrats.