Aceite de roca

Es la primera vez que hago esto en mi vida. Un blog sobre el petróleo y además con CEPSA, una compañía petrolífera. El acabóse. Yuri debe haberse vendido al oro negro, y tal. Sin embargo... el caso es que, una vez más, nadie me ha sugerido lo que puedo o no puedo escribir. Ya, yo tampoco me lo creía al principio, pero va en serio. Y bien... lo cierto es que es un tema interesante.

Qué demonios, es un tema muy interesante, incluso crucial. El petróleo, los hidrocarburos mueven nuestro mundo hasta extremos de los que muchas veces no nos damos ni cuenta. No son sólo los combustibles y la energía: son también los plásticos, los lubricantes y un montón de cosas más, hasta los detergentes o los cosméticos. Sí, los cosméticos. Gran parte de nuestra forma de vida depende directa o indirectamente del petróleo. Nos enfrenta a algunos de los grandes desafíos de nuestra era. Y además, sus intríngulis son muy poco conocidos. Pero para muchos, el petróleo es sólo ese líquido contaminante y cada vez más escaso por el que la gente va a la guerra para que ellos puedan echárselo al coche una vez destilado o cosa así, y poco más. Está pidiendo divulgación a gritos. ¿Qué más quieres para que un tipo como yo acepte el desafío?

Petra-óleum

La palabra "petróleo" viene del latín petra-óleum, y éste del griego petra-élaion, todo lo cual significa "aceite de roca." Sin embargo, estas palabras son inventos medievales. Los verdaderos griegos y romanos antiguos hablaban más bien de nafta, seguramente algo más parecido a lo que ahora llamamos betún, pez o brea, si bien Salustio (siglo I a.C.) sugiere un estado más aceitoso. Según la Real Academia, el término nafta tiene un origen acadio, cuyo imperio ocupaba hace cuatro milenios y pico territorios conocidos hoy en día por su monumental producción petrolífera (como Iraq o Kuwait.) En numerosas lenguas modernas, la nafta ha cambiado de sentido hasta hacer referencia a distintos derivados del crudo, según idioma. En castellano, técnicamente, define al éter de petróleo, un destilado algo más ligero que el queroseno de los aviones.

¿Pero qué es el petróleo? Pues, básicamente, un cierto revoltijo de hidrocarburos que, en condiciones ambientales estándar, son líquidos. Hay alquenos, alquinos, alcanos (parafinas) naftenos (cicloalcanos), dienos, aromáticos e incluso otras moléculas orgánicas que ni siquiera son hidrocarburos. Esto de que en el petróleo haya tantas cosas distintas aumenta aún más su importancia, porque se aprovecha todo, como en el cochino. Por ejemplo, en el gas natural más del 90% suele ser metano y etano, que sólo sirven... para lo que sirven el metano y el etano. Pero en el petróleo hay de todo y para todos los gustos.

Bueno, y... ¿qué son los hidrocarburos? Son aquellas moléculas que están compuestas exclusivamente de hidrógeno y carbono. Recordarás, seguro, que toda la materia que somos existe en forma de átomos, y que estos átomos se combinan entre sí para formar moléculas. La forma como lo hacen es lo que estudia la Química.

La trama universal

Por ejemplo: los humanos como tú y como yo estamos constituidos al 99,1% por tan solo cuatro átomos: hidrógeno (62%), oxígeno (24%), carbono (12%) y nitrógeno (1,1%). Esto no tiene nada de raro: junto con el helio y el neón, que son gases nobles y los muy engreídos no se juntan con casi nadie, ni nada, hablamos de cuatro de los siete elementos más abundantes de nuestro sistema solar y nuestra galaxia. O sea, que somos polvo de estrellas vulgar y corriente. El 0,9% restante de lo que nos constituye es el calcio, el fósforo, el hierro y esas otras cosillas que nos hacen falta a veces.

Pero claro, esos átomos no van sueltos por ahí por dentro del pellejo. Están combinados en forma de estas moléculas, desde las más simples como el agua (hidrógeno y oxígeno, que suma aproximadamente el 60% del peso de un adulto y el 75% de un bebé) hasta auténticos monstruos como los cromosomas del ADN, que tienen decenas de miles de millones de átomos en estructuras complejísimas.

Bien, pues los hidrocarburos son mucho más sencillos que nosotros. Como te digo, están compuestos solamente por dos átomos: hidrógeno y carbono. El hidrógeno es el más simple y común de todos: la inmensa mayor parte existe en forma de protio (o hidrógeno-1, o ¹H), es decir, un único protón con un triste electrón alrededor. No lo puede haber más sencillo. Ni más corriente: el 73,9% de la materia bariónica (la "normal", la que nos forma a ti y a mí) del universo conocido es hidrógeno-1. Hasta donde sabemos hoy en día, todo el hidrógeno del cosmos se formó con el Big Bang, que fue un suceso demasiado básico como para constituir nada mucho más complicado (bueno, si descontamos cosillas como el espaciotiempo...). A este fenómeno que dio lugar a los primeros átomos de este universo (casi todos ellos hidrógeno y helio, los más simples de todos, junto con una gotita de berilio y litio) lo llamamos la nucleosíntesis primordial.

Y luego tenemos el carbono. El carbono es un átomo un poquito más peculiar, de esos que están tó buenorros y llaman la atención, entre otras cosas porque parece ser la clave de la vida terrestre (y de los hidrocarburos). Tampoco es que sea un tipo raro, ¿eh? A escalas cósmicas, es el cuarto más corriente. Y aunque resulte algo más complejo y grandullón que el hidrógeno, no está ni cerca de colosos atómicos como el plomo o el uranio. Su forma más común contiene tan sólo seis protones y seis neutrones en el núcleo, así que lo llamamos carbono-12 o ¹²C (porque 6 + 6 = 12; sí, esto del número atómico y el número másico es así de fácil.) Otra variante (isótopo) muy conocida es el carbono-14 (6 protones + 8 neutrones), que es radiactivo y te sonará de eso de saber cómo de antiguas son las cosas. Pero para el tema que nos ocupa, da igual: mientras tenga seis protones en el núcleo, todo es carbono. Al igual que ocurre con el hidrógeno-1, la inmensísima mayoría del carbono es carbono-12 (98,89%) y carbono-13 (1,1%), ambos estables (no radiactivos.)

¿Por qué te digo que es un tipo tan atractivo, hasta el punto de que sus fans se dan al chovinismo del carbono? Bien, pues porque además de que al apretujarlo forma diamantes y otras cosas chulas como el grafeno, que es la última moda en ciencia, tiene un comportamiento químico un tanto especial. Con su relativa abundancia, su capacidad para formar cuatro enlaces covalentes y su afinidad a hacerlo con otros átomos pequeños e igualmente abundantes (como el hidrógeno...) e incluso consigo mismo, se dedica a todo lo contrario que los presuntuosos gases nobles: el carbono es tan sociable y ligón que puede formar más de diez millones de compuestos distintos. De hecho, la inmensa mayoría de todos los compuestos químicos que existen contienen carbono, incluyendo todas las moléculas que nos dan la vida y las que forman los hidrocarburos. Así de simpático que es el condenado.

Oye, ¿y de dónde ha salido un tipo tan majo? Pues del mismo lugar que todos los demás átomos que son demasiado complejos como para que los formara el Big Bang: de las estrellas. Como habrás oído, las estrellas, o sea los soles, son inmensos reactores de fusión nuclear autocontenidos gracias a su propia (y monumental) gravedad –en vez de por confinamiento magnético o inercial como nosotros pretendemos–. Es que las estrellas hacen trampa, ¿sabes? Como son tan grandes, tienen toda esa gravedad para confinar la reacción, que es lo que a nosotros nos está volviendo locos. Si dispusiésemos de algo parecido, hace ya mucho que la energía nuclear de fusión sería una realidad. Por el momento, sólo sabemos hacerlo con una bomba atómica y entonces lo llamamos bomba termonuclear, encender una estrella sobre una ciudad y esas pesadillas de la Tercera Guerra Mundial.

En fin. El caso es que en el corazón de las estrellas, los núcleos atómicos se juntan y revuelven en bacanales extremadamente energéticas hasta crear elementos nuevos, como soñó el alquimista (y lo logró cuando aprendió física atómica y se convirtió en ingeniero nuclear.) Pero las estrellas lo hacen mucho más a lo bestia, a escalas enormes. A estos festivales sin fin que se dan en el núcleo de los soles los llamamos la nucleosíntesis estelar (para distinguirla de la primordial que vimos más arriba, la del Big Bang.)

Las dos fiestas favoritas de las estrellas jóvenes se llaman la cadena protón-protón y el ciclo CNO, que mayormente fusionan hidrógeno para producir grandes cantidades de helio. El ciclo CNO, en particular, genera bastante nitrógeno y un poquito de carbono y oxígeno residuales. Pero cuando las estrellas se hacen viejitas y se les va acabando el hidrógeno, terminan bebiéndose también este helio que acumularon de jóvenes. Para eso necesitan procesos distintos como el triple-alfa, que une tres núcleos de helio, con dos protones y dos neutrones cada uno, creando así muchísimos átomos de seis protones y seis neutrones: nuestro estimado carbono-12. A veces, un paso alfa adicional añade otro núcleo de helio y da lugar a un átomo con ocho protones y ocho neutrones: a eso lo llamamos oxígeno. Y con otros más, el resto de elementos que conocemos, hasta el hierro. A esta secuencia de fusiones del helio que va constituyendo átomos cada vez más grandes y complejos, gran parte de la realidad material que conocemos, la llamamos los procesos alfa o la escalera alfa de la nucleosíntesis estelar.

De ahí venimos. Porque, si te das cuenta, ya tenemos todos los ladrillos básicos de la vida: hidrógeno (procedente de la nucleosíntesis primordial) más carbono, nitrógeno y oxígeno (generados por la nucleosíntesis estelar.) Y también del agua (hidrógeno y oxígeno.) Y de los hidrocarburos (hidrógeno y carbono.) Y, por tanto... del petróleo.

Mares cósmicos de hidrocarburos

Como son átomos tan comunes, y reacciones químicas tan fáciles, los hidrocarburos están por todas partes (y algunos de nosotros, ejem, esperamos que la vida también... ). Mediante espectroscopía, nuestros instrumentos más poderosos –como el telescopio espacial Spitzer– han detectado inmensas masas de hidrocarburos en lugares tan lejanos como el centro de la Vía Láctea o incluso en las Nubes de Magallanes, que son otras galaxias distintas, a unos 200.000 años-luz de aquí (eso es casi un dos seguido de dieciocho ceros de kilómetros.) Y no hablamos de cosas sencillotas como el metano o algo así; me refiero a cosas como los hidrocarburos aromáticos policíclicos, que son ya algo más complicadito y se encuentran, por ejemplo... sí, también en el petróleo. En cuanto a los básicos, tipo metano, parecen estar por todas partes. Simplemente, cada vez que somos capaces de construir un instrumento más potente, los detectamos más lejos. Todo apunta a que este universo está lleno de hidrocarburos, hasta en regiones de baja metalicidad, lo que no es totalmente asombroso, pero se le acerca.

Sin salirnos de nuestro sistema solar, tenemos confirmadas al menos trazas de metano en las atmósferas de Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Plutón y hasta Tritón. Los criovolcanes de Encélado (Saturno II) emiten también otros hidrocarburos como propano y acetileno. Y luego, por supuesto, está el caso de Titán.

La luna Titán de Saturno (o Saturno VI) no es que tenga trazas de hidrocarburos en su atmósfera. Es que tiene malditos mares enteros en su superficie. De momento conocemos tres: el Mar del Kraken (mayor que el Caspio de la Tierra), el Mar de Ligeia (más grande que nuestro Lago Superior) y el Mar de Punga (que sobrepasa al Lago Victoria terrestre.) Además, hay numerosos lagos. Y los todos ellos están compuestos casi íntegramente de metano y etano, lo que vendría siendo gas natural licuado (licuado porque la temperatura media en la superficie de Titán ronda los ciento ochenta grados bajo cero.) Sí, mares enteros de GNL ahí en superficie, como si tal cosa, con una extensión total parecida a la de Ucrania y hasta 300 metros de profundidad (que sepamos por ahora). Me sé yo de alguna que otra compañía a la que le encantaría tirar una manguerita si nos pillara un poco más cerca o supiésemos ya llegar un poco más lejos, más barato.

Petróleo

Y sin embargo, petróleo, lo que se dice petróleo... pues hasta este día de hoy, sólo conocemos aquí, en la vieja Tierra. Más que nada porque, por mucho que los átomos que lo constituyen vengan directamente del Big Bang o del corazón de las estrellas, a nuestro petróleo le pasa lo mismo que a al oxígeno del aire que respiramos: tiene un origen biológico, y por tanto requiere un planeta con vida para formarse. Sí, sí, ya sé que hay una hipótesis que dice que no. Y, cosa rara en estos casos, no es ni una estupidez completa ni la magufada de turno. Algunas de sus proposiciones tienen la entidad suficiente como para merecer discusión. Y de hecho, algunos cientificos del petróleo –científicos verdaderos, no de esos que llaman "científicos" quienes tú ya sabes– siguen defendiéndola, al menos en parte.

Sin embargo, hoy por hoy ya casi nadie duda de que por lo menos el petróleo con interés comercial tiene un origen biológico (y ya explicaré las razones más adelante.) De la misma forma que la vida liberó el oxígeno al aire, destrozando la antigua atmósfera terrestre y seguramente provocando una de las peores catástrofes climáticas de todos los tiempos, fue también la vida –al morir– quien formó el petróleo que conocemos... quizá contribuyendo a causar otro desastre climático de envergadura, sólo que más a largo plazo. Y es que la vida cambia todo lo que toca, a veces a gran escala. Eso nos incluye a nosotros.

La teoría generalmente aceptada, la única que dispone de abundantes pruebas geológicas y geoquímicas, y la única que explica algunas características importantes del petróleo (como digo, ya hablaremos...), es la del origen biológico. Como resulta sabido, los seres vivos, cuando nos morimos, no solemos acabar muy lejos (o al menos no lo hacíamos antes de que se pudiesen facturar ataúdes por avión.) En la naturaleza, donde caemos, ahí nos quedamos, al menos hasta que venga algún carroñero a convertirnos en su cena.

En el mar y en los lagos, lo que hacemos las cosas vivas que la espichamos es ir a parar al fondo, matarilerilerile. No, el cuerpo humano tampoco es más ligero que el agua: nos hundimos a plomo. Algunos cadáveres regresan a la superficie y flotan después de que se formen los gases de la putrefacción, pero en cuanto éstos escapan, si nada nos retiene, nos volvemos al fondo otra vez.

Y al igual que nosotros, todas las cosas que pueblan el mar. Lo que es mucho decir, porque la vida terrestre fue un fenómeno exclusivamente marino durante cinco sextas partes de toda su larga existencia. Durante los primeros 3.000 millones de años de vida, las tierras emergidas eran un desierto rocoso e inhóspito sin aliento alguno mientras que todas las cosas divertidas ocurrían en el agua. Hubo que esperar hasta hace unos 530 millones de años para que algunos bichejos empezaran a salir del mar. A las primeras plantas les costó como otros cincuenta o cien millones de años más. Ahora la situación ha cambiado bastante, con la mayor parte de la biomasa no bacteriana concentrada en los bosques terrestres, pero el mar siempre ha estado lleno de vida, seguirá estándolo y el día en que deje de estarlo, será porque hasta ahí llegó el planeta azul.

Y como todo lo que vive acaba muriéndose, los fondos marinos son un depósito de cadáveres permanente desde que existió algo a lo que llamar "cadáver", en el sentido más amplio posible. Para esto, no sólo aceptamos pulpo como animal de compañía. Aceptamos todo lo que pueda formar querógeno. O sea, prácticamente cualquier cosa viva que al morir acabe mezclada con sedimentos en el fondo de una masa de agua.

Pero las que más nos gustan (porque hacen mejor petróleo) son las cianobacterias, las algas de agua dulce y el plancton marino, del que hubo y hay cantidades enormes, junto a las resinas de las plantas terrestres. Cuando todas estas cosas empiezan a degradarse, los grandes biopolímeros de sus proteínas y carbohidratos se transforman en cosas más simples, mediante un proceso que algunos describen como una fotosíntesis al revés. Conforme se les van depositando sedimentos (y más material biológico muerto) encima, la presión y la temperatura aumentan en un entorno que es fuertemente anóxico (o sea, sin oxígeno, enterrados como están ahí abajo.) Acaba de comenzar la diagénesis.

No hace falta mucha presión ni temperatura. El proceso se inicia a los 30-40ºC, a poca profundidad. El carbono y el hidrógeno empiezan a separarse del resto de elementos que forman las cosas vivas. La compactación, la acción de los microbios y diversas reacciones químicas transforman toda esta masa biológica muerta en querógeno y betún. El querógeno es una sustancia cerosa constituida por estos compuestos orgánicos degradados y el betún es... eso, betún. También se produce metano, debido a la putrefacción bacteriana, que luego dará lugar a una parte del gas natural que se encuentra en todos los yacimientos petrolíferos.

Sin embargo, conforme van pasando millones y millones de años, se acumulan más sedimentos encima, con lo que la presión y temperatura siguen aumentando. Cuando pasa de 50-60ºC y va acercándose a los 80-100ºC, esta diagénesis deja paso a un fenómeno nuevo: la catagénesis. La catagénesis es un proceso de craqueo químico (cracking) mediante el que las grandes cadenas moleculares de las cosas que estuvieron vivas, aún presentes en el querógeno, se parten y pasan a formar otras más simples, ligeras y líquidas.

El petróleo acaba de nacer.

Lo llamamos petróleo crudo porque, como vimos, está compuesto por un mezcladillo de cosas distintas que luego habrá que "cocinar" en las refinerías para obtener todo lo que obtenemos de él. Pero todas estas cosas (esos alcanos, alquenos, alquinos, naftenos y demás que te conté al principio) no son más que eso: hidrocarburos, moléculas compuestas por el hidrógeno primordial y el carbono estelar que han llegado hasta ahí gracias a la vida. Según la composición del querógeno original y las temperaturas de "cocción" que se den durante la catagénesis, forma distintos tipos de petróleo, desde el pesado y sulfuroso hasta el ligero o el cotizadísimo crudo dulce, que contiene muy poco azufre (el azufre nos molesta.) Uno de los más conocidos crudos ligeros y dulces es el Brent, que quizá te suene porque es el que se utiliza para marcar los precios de referencia en Europa (como en "barril de Brent".)

Si la temperatura sigue aumentando, a partir de los 180ºC aproximadamente, la catagénesis se ve sustituida por otro fenómeno nuevo: la metagénesis. Entonces, estas moléculas del petróleo se parten y forman otras más pequeñas y sencillas todavía, como el metano o el etano. O sea, nuestro crudo acaba de desaparecer y convertirse en gas natural. Si la temperatura sube aún más y pasa de los 300ºC, los hidrocarburos se vuelven inestables, el hidrógeno se separa y básicamente sólo nos queda carbono en forma de grafito. Este rango de temperaturas a las que se puede formar crudo líquido (aprox. 60-180ºC) se llama la ventana del petróleo. El proceso completo necesita muchos millones de años.

Bien, pues ya tenemos petróleo. Pero aún no tenemos un yacimiento petrolífero. Si no hay nada que lo contenga, termina regresando a la superficie y evaporándose (sí, el petróleo se evapora solo, y además bastante deprisa, lo que representa un problema a la hora de almacenarlo.) Tampoco puede formar grandes lagos subterráneos, como algunos imaginan, porque la Tierra está llena de... bien, de tierra. No hay muchos huecos ahí abajo.

Para que pueda formarse un yacimiento petrolífero, todos estos procesos deben ocurrir de tal modo que el crudo quede atrapado en alguna clase de roca porosa (como la arenisca o la caliza) que a su vez quede cubierta por un material impermeable (como la arcilla.) El largo tiempo de generación del petróleo y el gas natural permite que se den procesos geológicos capaces de formar estas configuraciones. Pero ya vamos comprendiendo por qué no hay yacimientos por todas partes: el crudo sólo se forma a partir de ciertos organismos, en determinadas condiciones de temperatura y presión, y además debe hacerlo en lugares donde los desarrollos geológicos sean favorables (como el pliegue de anticlinales.) Por ejemplo, se cree que en el valle del Río Ohio pudo formarse tanto petróleo como en el Golfo Pérsico, pero la ausencia de este sello o "tapa" impermeable impidió que se fijara y terminó disipándose. A los lugares donde el crudo (y el gas) pueden quedar atrapados, constituyendo así los yacimientos, se les llama trampas petrolíferas.

Por fin, después de todo este larguísimo proceso que comenzó con el Big Bang y en el corazón de las estrellas, pasando por la vida (y la muerte) terrestres, tenemos nuestros deseados yacimientos petroleros. Pero ahora nos enfrentamos a otro pequeño problema: se encuentran debajo de la tierra y del mar, lejos de nuestra vista, y algunos a considerable profundidad. ¿Cómo los vamos a encontrar?

Próxima: Buscando oro negro.