Geleneksel Enerji Kaynakları Dersi 5. Ünite Özet

Giriş

Ülkelerin gelişmişlik düzeyinin en önemli göstergelerinden birisi enerji tüketim miktarıdır. Hızla gelişen ve nüfusu artan dünyada, sınırlı yenilenmeyen petrol ve kömür birincil enerji kaynaklarına güneş ve rüzgâr gibi yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının da eklenmesini sağlamıştır. Çeşitlenen ve gelişen enerji kaynaklarına rağmen petrol en yüksek kullanım oranı ile liderlik konumunu sürdürmektedir. Dünya nüfusunun 2035’te 8,7 milyara ulaşacağı ve 2015 yılına göre 1,6 milyar kişi için ek enerji ihtiyacının doğacağı düşünülmektedir. Petrol kullanımının, yenilenebilir enerji kaynaklarının varlığına rağmen, yakın gelecekte de, artarak devam edeceği öngörülmektedir.

Latince petra (taş) ve oleum (yağ) kelimelerinin birleşmesi sonucu oluşan petrol kelimesi, taş yağı ya da bazı kaynaklarda kaya yağı olarak isimlendirilmiştir. Petrol doğal olarak oluşmuş hidrokarbon karışımıdır. Yerin derinliklerinden yeryüzüne çıkarıldıklarında, atmosferik basınç ve sıcaklık koşullarında sıvı hâlde bulunan hidrokarbonlar ham petrol olarak adlandırılır. Yarı katı ve katı hâlde bulunan hâli ise ağır hidrokarbonlar içerir ve bileşimlerine göre asfalt, parafin veya bitüm olarak adlandırılır. Gaz hâlinde bulunan petrol ise doğal gaz adını almaktadır.

Petrolün Oluşum Teorileri

Petrolün oluşumu konusunda farklı teoriler olsa da petrolün kökeninin organik olduğu ve denizlerde yaşayan organizmaların petrolün oluşumunda rol oynadığı çoğunlukla kabul görmektedir. Bu teoriler organik ve inorganik teori olarak iki gurupta ele alınır. İnorganik teoriye göre petrol yeraltındaki kimyasal reaksiyonlar ve volkanik olaylarla oluştuğu varsayılır. Ancak petrol yataklarının çoğunun magmatik faaliyet alanından uzakta ve çökel kayalar içerisinde bulunması bu teoriyi zayıflatmaktadır.

Doğal hidrokarbonların organik maddelerin bozunması ile oluştuğu düşünülmektedir. Günümüzden milyonlarca yıl önce yerkürenin büyük bölümünü oluşturan denizler ve göllerde yaşayan canlıların (yosunlar, mantarlar, bakteriler, planktonlar, algler vs.) kalıntıları da deniz dibindeki çökellere karışmıştır. Bu organizmaların öldükten sonra hızlı bir şekilde, bakteriler tarafından tüketilmeden gömülmüş olmaları ve üzerlerinde tabakalaşma meydana gelmesi, tabakalaşma gözeneklerinde petrolün oluştuğu kaynak kayaçları meydana getirmektedir. Tabakalaşmanın devam etmesiyle yüksek sıcaklık ve basınç altında kalan alt tabakalarda, killi şist ile grey denilen tabakalar oluşmaktadır. Gözenekler içindeki ölmüş organizmalar, ortamda bulunan bakterilerin aktiviteleri, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık etkileri sonucunda petrole dönüşmektedir. Zaman içerisinde, yer kabuğunun hareket etmesi ve kıvrılması sonucu kayaç içindeki petrol, oluştuğu ortamı terk ederek, daha sığ derinliklerdeki gözenekli ve geçirgen bölgelere doğru göç ederek hazne (rezervuar) kayaçlarda birikmektedir.

Petrolün Tarihçesi

Petrolün insanlar tarafından ilk ne zaman kullanılmaya başlandığı tam olarak bilinmese de, arkeolojik sahalarda toplanan bitüm örneklerinin MÖ 6000 ile 600 arasında olması ve MÖ 7000 civarındaki Erken Neolitik Dönem’de zift kullanımına dair bulguların varlığı, petrol kullanımının binlerce yıl önce başladığını söylemektedir. MÖ 3000’li yıllara gelindiğinde bitüm ve asfaltın ticari bir meta olarak kullanıldığı görülmektedir. Doğu Roma İmparatorluğunda kullanılan “Rum Ateşi” devrinin en büyük silahıydı. Tarihin bilinen petrol için yapılmış ilk savaşı ise Suriyeliler ile Araplar arasında MÖ 312’de dünyanın hemen her köşesinde tıbbı ve tarımsal amaçlarla kullanılan Ölü Deniz Asfaltları için yapılmıştır. Petrol üretimi Orta Çağ Arap dünyasında kanunlarda yer bulmuş, Arap bilimciler petrolün oluşumu konusunda incelemeler yapmışlar ve petrol ve tuz arasındaki ilişkiyi o zamanın koşullarında bulmuşlardır.

Petrolün endüstriyel anlamda asıl büyük tanınırlığı 19. yüzyılın ikinci yarısı ile 20. yüzyılda gerçekleşir. 1846 yılında Kanadalı Abraham Gesner’in kömürden damıtma yolu ile gaz yağı elde edilmesi için geliştirdiği yöntem petrol endüstrisinin başlangıcının simgesi olmuştur. George Bissel ve iki ortağının petrolü Amerika’da Yale Üniversitesi’nde Profesör Benjamin Silimon’a inceletmesi sonunda, petrolden iyi kalitede gaz yağı üretilebileceği belgelenmiş, halkın etkilenmesi ve kurdukları şirketin büyümesi sağlanmıştır.Petrolün endüstriyel anlamda asıl büyük tanınırlığı 19. yüzyılın ikinci yarısı ile 20. yüzyılda gerçekleşir. 1846 yılında Kanadalı Abraham Gesner’in kömürden damıtma yolu ile gaz yağı elde edilmesi için geliştirdiği yöntem petrol endüstrisinin başlangıcının simgesi olmuştur. George Bissel ve iki ortağının petrolü Amerika’da Yale Üniversitesi’nde Profesör Benjamin Silimon’a inceletmesi sonunda, petrolden iyi kalitede gaz yağı üretilebileceği belgelenmiş, halkın etkilenmesi ve kurdukları şirketin büyümesi sağlanmıştır.

Petrolün bol miktarda temin edilememesi sorunu ise Edwin L. Drake’in girişimleri sonucu çözülmüştür. Drake tuz arama yöntemi ile 27 Ağustos 1859’da, 21 m derinliğine ulaşan kuyuda siyah bir sıvıya ulaşır ve kuyuya yerleştirilen bir tulumba ile petrolün yeraltından üretimini ilk kez gerçekleştirmiş olur. Bunu takiben, gaz yağı üretimi için kurulan rafinerilerin artışı ile bu alandaki yatırım ve üretim 1860 yılına gelindiğinde hızla artar. John D. Rockefeller 1862 yılında küçük bir rafineri ile işe başlar ve 10 Ocak 1870 tarihinde başta Rockefeller ve Flagler olmak üzere diğer beş ortakla birlikte Standard Oil Company nin kurulması, Petrolün üretiminden, rafinasyonuna ve dağıtımına kadar bu alandaki faaliyetlerin büyük oranda kontrol altına alınmasını sağlamıştır. Böylece piyasada ihtiyaç fazlası ürünün oluşması önlenmesi ve ürünlerin belirli bir kaliteye sahip olması sağlanmıştır.

Rus hükümetinin 1870’lerin başında, devlet tekelinde olan petrol sanayisini, özel teşebbüse ve rekabete açması ve 1873 yılında Robert Nebel’in girişimleri ile Rus petrolünü Amerikan petrolüyle rekabet edebilir hâle gelmiştir.

Petrol sevkiyatında yaşanan sorunların çözümündeki yoğun çabalar aşamasında, Samuel kardeşlerin (Marcus ve Samuel) yeni ve emniyetli tanker tasarımları, petrolün denizaşırı taşınmasında bir devrim yaratmıştır. Samuel kardeşler tarafından kurulmuş olan Shell Taşımacılık ve Ticaret Şirketi, 1907 yılında Hollanda Kraliyet şirketi ile birleşen ve bugün Shell olarak bilinen petrol şirketidir.

1880 yılında elektrik ampulünün kullanıma girmesi ve çabuk gelişmesi, petrol sanayini tehdit etmeye başlamış, 1905 yılı sonrası benzin ile çalışan arabalar ile otomotiv sektörünün hızla gelişmesi ise, gaz yağı edilmesi aşamasında bir yan ürün olarak görülen benzin için kârlı bir kullanım alanı doğurmuştur.

Winston Churchill’in 1908 yılında İngiliz donanmasını Orta Doğu’da petrol keşfi için ikna etmesi, birinci dünya savaşında petrolün kritik rolü, ikinci dünya savaşı sonrası Orta Doğu’daki bölgelerde petrol üretimini arttırmıştır. Orta Doğu petrolleri tıpkı dünyanın diğer bölgelerindeki petrol sahalarında olduğu gibi batılı büyük petrol şirketleri tarafından kontrol edilmektedir

Petrol Rezervleri

Petrol rezervi teknik ve ekonomik olarak geri kazanılabilir petrol miktarı olarak tanımlanabilir. Rezervlerin sınıflandırılması derecelerine bağlı olup, temelde kanıtlanmış ve kanıtlanmamış olarak ikiye ayrılır. Kanıtlanmamış rezervler muhtemel ve olası olarak sınıflandırılırlar. Petrol endüstrisinde izlenecek yol kanıtlanmış rezerv değerlerine göre belirlenir.

Dünyanın kanıtlanmış petrol rezervi 2014 yılı sonu itibari ile 1700,1 milyar varildir. Büyük bölümü Orta Doğu ülkelerinde, ikinci büyük rezervler ise Güney Amerika’dır. Bölgelere göre Rezerv/Üretim Oranı, petrolün kalan ömrünü tahmin etmek için kullanılan bir gösterge olup, mevcut veriler, Güney ve Orta Amerika’nın diğer bölgelere göre oldukça yüksek (100 yılın çok üzerinde) rezerv/üretim oranına sahip olduğunu göstermektedir. Avrupa&Avrasya ile Asya Pasifik bölgeleri, yaklaşık 30 yıl ile ömrün en kısa olduğu bölgelerdir. Orta Doğu bölgesinin ise sahip olduğu rezervler nedeniyle yaklaşık 80 yıl daha 2014 yılı üretim hızını sürdürebileceği düşünülmektedir.

Petrol tüketiminde, 2014 verilerine göre, Asya Pasifik, Kuzey Amerika ve Avrupa&Avrasya ülkelerinin en büyük payı aldığı, buna karşılık üretimde en büyük payı sağlayan Orta Doğu ülkelerinin tüketimin çok küçük bir kısmına sahip oldukları görülmektedir.

Petrolün Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Petrolün fiziksel ve kimyasal özellikleri çıkartıldığı bölgeye bağlı olarak değişir, çıkarım, üretim ve taşınma süreçlerini ve aynı zamanda ekonomik değerini belirler.

Fiziksel özellikleri arasında yoğunluk (gravite) ve akmazlık (viskozite) öne çıkan özelliklerdir, çıkarıldığı bölgeye göre değişiklik gösterirler ve petrolün çıkartılması, taşınması ve depolanması aşamalarında belirleyici öneme sahiptirler. Amerikan Petrol Enstitüsü (American Petroleum Institute) gravitesi veya API gravitesi ham petrolün ticari olarak fiyatını belirlemede kullanılır. Dünyada genelde 27-35 API gravitesi değerinde petrole rastlanmaktadır.

Ham petrolün API değeri ve viskozitesi ham petrolün sınıflandırılmasında önemli parametrelerdir. Ham petrol özeliklerinin karakterizasyonunda kullanılan diğer iki fiziksel parametre ise refraktif indeks ve donma noktasıdır. Bu parametrelerin önemi jet yakıtları vb. gibi özel kullanım alanlarında farklı derecede önem kazanmaktadır.

Kimyasal özellikleri ise, ham petrolün oldukça karmaşık kimyasal bileşimi, özellikle petrol ürünlerin eldesi, safsızlıkların belirlenmesi ve kalitesinde kritik önem arz etmektedir. Ham petrol farklı hidrokarbon grupları içeren kimyasal maddelerden oluşur. Petrolü oluşturan hidrokarbonlar içerdikleri karbon bağlarının durumuna göre temelde , doymuş, doymamış ve aromatik hidrokarbonlar olmak üzere üç gruba ayrılırlar. Doymuş hidrokarbonlar grubu, karbon-karbon tekli bağ içerirler. Bu grupta parafinler (alkanlar) ve naftenler (sikloalkanlar) bulunur. Doymamış hidrokarbonlar karbon-karbon çoklu bağlar içerirler ve olefinler olarak bilinirler. Aromatikler ise, bir veya daha fazla benzen halkası içeren doymamış bileşiklerdir.

Ham petroldeki kükürt gibi safsızlık içeriği ağırlıkça %0,05’den daha az veya %10’dan daha yüksek olabilir ancak genellikle %1 ile 4 arasında değişir. Ham petrolün kükürt içeriği %1’den az ise düşük kükürtlü veya tatlı, kükürt içeriği %1’den büyük ise yüksek kükürtlü ya da ekşi olarak sınıflandırılır. Korozyona neden olması nedeniyle kükürt istenmeyen bir bileşen olup yüksek kükürt oranına sahip petroller aynı API gravitesindeki ancak düşük kükürtlü petrollerden daha ucuzdurlar.

Ham petrolin kimyasal bileşenleri, safsızlıkların oranı da dahil olmak üzere, petrol kullanım alanlarını ve ekonomik değerini belirlemektedir. Ham petrolden rafinerilerde, gelen talep doğrultusunda 2000’den fazla ürün elde edilmektedir (bkz. sayfa 97, Çizelge 5.6).

Petrolün Doğadaki Durumu

Petrol, yeraltında kayaçların süngerimsi yapıları içinde yani gözeneklerinde bulunur. Petrolün içinde oluştuğu, organik maddelerce zengin kayaçlara kaynak kayaç adı verilmektedir. En önemli kaynak kayaçlar deniz ortamındaki killi kayaçlar ve deltaik ortamdaki humuslu killi kayaçlardır.

Petrolün Aranması ve Üretilmesi

Petrolün aranması çok disiplinli meslek gruplarının birlikte çalışmasıyla gerçekleştirilir ve birçok jeolojik, jeokimyasal ve jeofizik yöntemler olası yeraltı kapan yapılarının tespitinde kullanılır. Kapanlar petrolün son olarak yerleştiği ve hareket edemeyecek şekilde sıkıştığı yerlerdir. Jeologlar daha çok gözlemlerine dayanarak, jeolojik kurallara bağlı kalarak yüzeyin altı için uygun modeller geliştirir. Yapay olarak oluşturulan ses dalgalarından yararlanılan jeofizik (sismik) yöntemler yeraltında rezervuarın durumu hakkında bilgi verir. Jeolojik ve jeokimyasal çalışmaların sonuçları yeterli bulunursa o bölgede petrol aramaları için sondaj işlemi uygulanır.

Petrol aramaları karada olduğu gibi denizlerde de yapılmaktadır. Deniz sondajı, kara sondajı ile karşılaştırıldığında çok daha pahalıdır. Yerin derinliklerinde petrol amacıyla açılan kuyularda eğer petrol bulunursa ekonomik olup olmadığına bakılır. Üretim için yapılacak yatırımı karşılayacağı düşünülürse petrolün üretimi için sahanın geliştirme aşamasına geçilir. Eğer kuyu yeterince ekonomik bulunmazsa üretime geçilmez, kuyu kapatılır ve ekonomik koşulların değişip üretimin kârlı hâle gelmesi beklenir.

Petrolün Taşınması ve Depolanması

Genellikle ham petrol ile birlikte çıkan su ile petrol ayrıştırılmakta, petrol dinlenme tanklarında bekletildikten sonra, üretim sahalarından rafinerilere ve rafinerilerde elde edilen ürünler de kullanım alanlarına ulaştırılmaktadır. Çıkarılan petrol, boru hatları, tankerler, demir yolu ve kara yolu ile rafinerilere ulaştırılmaktadır. Ham petrol ve ürünler yüksek kapasiteli tanklarda depolanmaktadır.

Türkiye’deki petrol boru hattı taşımacılığı ile ilgili faaliyetler BOTAŞ tarafından yürütülmektedir. Şu an faaliyette olan boru hatları aşağıdaki gibi sayılabilir:

• Irak-Türkiye ham petrol boru hattı,
• Ceyhan-Kırıkkale ham petrol boru hattı,
• Batman-Dörtyol ham petrol boru hattı,
• Bakü-Tiflis-Ceyhan ham petrol boru hattı.

Petrol Fiyatlarının Belirlenmesi ve Petrol Fiyatlarının Yıllar İçindeki Değişimi

Ham petrol fiyatı Brent petrolü, West Teksas Intermediate, Dubai, Western Canadian Select veya OPEC sepeti gibi faklı petroller için üretildiği bölgeye göre değişmektedir. Fiyat değişikliğinin sebebi petrolün üretildiği bölgeye bağlı olarak değişen API gravitesi, kükürt içeriği gibi özellikleridir.

Üretilmeye başlandığı günden günümüze kadar ham petrol fiyatları, arz talep dengesine, dünyanın farklı bölgelerinde yaşanan politik sorunların etkilerine bağlı olarak yükselmeler ve düşüşler göstermiştir. Bunlar arasında şu çarpıcı örnek özetle verilebilir. OPEC üyesi ülkeler dünya petrol ihtiyacının tümünü karşılayabilecek üretim kapasitesine sahip olmalarına rağmen, ham petrol fiyatlarını hedeflediği seviyede tutmak için üyelerine üretimleri için üst limit (üretim kotası) koymaktadır. Örneğin 1999’dan 2008’in ortalarına kadar ham petrol fiyatları önemli ölçüde yükselmiştir. Bu yükselişin sebebinin Orta Doğu’daki gerginlik, Çin ve Hindistan gibi ülkelerdeki artan ham petrol ihtiyacı ve finansal spekülasyonlar olarak açıklanmıştır. Bu değişimlerin tarihsel gelişimi Şekil-5.18’de verilmiştir (bkz. sayfa 104).