ปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม (ละติน: petroleum, petra (หิน) + oleum (น้ำมัน)  รวมหมายถึง "น้ำมันที่ได้จากหิน") หรือ น้ำมันดิบ เป็นของเหลวไวไฟที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ประกอบด้วยสารผสมซับซ้อนระหว่างไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน กับสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นของเหลวอื่น ๆ ซึ่งพบในชั้นธรณีวิทยาใต้ผิวโลก เป็นเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ เกิดได้จากซากสิ่งมีชีวิต (มักเป็นแพลงก์ตอนสัตว์และสาหร่าย) จำนวนมากทับถมกันใต้หินตะกอนและได้รับความร้อนและความดันน้อยมากจนไม่สามารถมองเห็นได้เลย การขุดเจาะน้ำมันเป็นวิธีการส่วนใหญ่ในการได้มาซึ่งปิโตรเลียม ซึ่งเป็นขั้นตอนหลังการศึกษาโครงสร้างธรณีวิทยา การวิเคราะห์แอ่งตะกอน และลักษณะหินกักเก็บปิโตรเลียม หลังขุดเจาะขึ้นมาแล้ว ปิโตรเลียมจะถูกกลั่นและแยกเป็นผลิตภัณฑ์บริโภคหลายชนิด ตั้งแต่แก๊สโซลีนและน้ำมันก๊าด ไปจนถึงยางมะตอยและตัวทำปฏิกิริยาเคมีซึ่งใช้ในการทำพลาสติกและเภสัชภัณฑ์ นอกจากนี้ ปิโตรเลียมยังใช้ในการผลิตวัสดุอีกหลายชนิด ปิโตรเลียมมีธาตุองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอนและไฮโดรเจน และอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่นปนอยู่ด้วย เช่น กำมะถัน ออกซิเจน และไนโตรเจน ทั้งนี้ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ รวมถึงความร้อนและความดันของสภาพแวดล้อมในการเกิดและการกักเก็บปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะได้เป็นสองชนิดหลัก คือ น้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ โดยแก๊สธรรมชาตินั้น ประกอบด้วยคาร์บอนตั้งแต่ 1-4 จูลภาพ คำว่า petroleum พบในแหล่งอังกฤษโบราณสมัยคริสต์ศตวรรษที่ 10 (โดยสะกดว่า "petraoleum")  และพบใช้ในศาสตรนิพนธ์ De Natura Fossilium ตีพิมพ์ใน ค.ศ. 1546 โดยนักแร่วิทยาชาวเยอรมัน จอร์จ เบาเออร์ (Georg Bauer) หรือที่รู้จักกันว่า จอเจียส อกริโคลา (Georgius Agricola)  ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 คำว่า petroleum พบใช้บ่อยโดยหมายถึงน้ำมันแร่ที่ผลิตโดยการกลั่นจากของแข็งอินทรีย์ที่ขุดขึ้นมา อย่างถ่านหินเทียน (cannel coal) หรือที่ภายหลังเรียกว่า หินน้ำมัน และน้ำมันกลั่นซึ่งผลิตขึ้น ในสหราชอาณาจักร การเก็บรักษา (และภายหลังรวมถึงการขนส่ง) น้ำมันเหล่านี้ถูกวางระเบียบโดยชุดของพระราชบัญญัติปิโตรเลียม นับตั้งแต่พระราชบัญญัติปิโตรเลียม ค.ศ. 1862 เป็นต้นมา การชื้อขายน้ำดิบ นั้นได้เริ่มมีการซื้อขายกันวันแรกในตลาดอนุพันธ์ของประเทศไทยในวันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2552 โดยในช่วงแรกนี้ การลงทุนในการชื้อขายน้ำดิบ นี้อาจมีผู้ลงทุนจำนวนน้อย เพราะผู้ลงทุนโดยทั่วไปยังไม่เข้าใจเกี่ยวกับกลไกการทำงานของการซื้อขายตราสารอนุพันธ์มากเท่าใดนัก แต่ในอนาคตอันใกล้ เครื่องมือทางการเงินชนิดใหม่นี้จะมีผู้ที่เข้ามาลงทุนในจำนวนที่มากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยความสะดวกในการลงทุน และจำนวนเงินเริ่มต้นในการลงทุนไม่สูงมากนัก การชื้อขายน้ำดิบ จึงเป็นอีกทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับผู้ลงทุนในตลาดทุน ในการทำกำไรและกระจายความเสี่ยงของกลุ่มหลักทรัพย์ลงทุน และผู้ลงทุนที่เดิมเคยลงทุนในการเก็งกำไรในราคาน้ำมันดิบระบบตลาดปกติ ซึ่งจะต้องใช้เงินจำนวนมากในการซื้อ หรือลงทุนเมื่อเปรียบเทียบกับการลงทุนในสัญญาประเภทนี้ โดยผู้ลงทุนสามารถซื้อขายน้ำมันดิบได้ง่าย สะดวก ผ่านระบบซื้อขายของตลาดอนุพันธ์ (TFEX ) โดยมีบริษัท สำนักหักบัญชี (ประเทศไทย) จำกัด (TCH) เป็นผู้ประกันการชำระราคาจากการซื้อขาย และมีสำนักงานคณะกรรมการกำกับหลักทรัพย์และตลาดหลักทรัพย์ (ก.ล.ต.) เป็นผู้กำกับดูแลการดำเนินงานของ ตลาดอนุพันธ์ ในความหมายอย่างแคบที่สุด ปิโตรเลียมความหมายถึงเฉพาะแต่น้ำมันดิบ แต่ในความหมายทั่วไป คำว่า "ปิโตรเลียม" รวมไปถึงสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นทั้งของแข็ง ของเหลวและแก๊ส ภายใต้ความดันพื้นผิวและสภาพอุณหภูมิ ไฮโดรคาร์บอนที่เบากว่าอย่างมีเทน อีเทน โพรเพน และบิวเทน อยู่ในสถานะแก๊ส ขณะที่เพนเทนและไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าอยู่ในรูปของเหลวหรือของแข็ง อย่างไรก็ดี ภายใต้แอ่งกักเก็บน้ำมันใต้พิภพ สัดส่วนของแก๊ส ของเหลวและของแข็งขึ้นอยู่กับสภาพใต้พิภพและแผนภาพของภาค (phase diagram) ของสารผสมปิโตรเลียม บ่อน้ำมันผลิตน้ำมันดิบได้มากกว่าปิโตรเลียมอย่างอื่น ขณะที่มีแก๊สธรรมชาติละลายอยู่บ้าง เพราะความดันที่พื้นผิวน้อยกว่าใต้พิภพ แก๊สบางชนิดจึงหลุดออกจากสารละลายและสามารถนำกลับคืนหรือเผาไหม้เป็นแก๊สธรรมชาติที่พบร่วมกับน้ำมัน (associated gas) หรือแก๊สธรรมชาติที่ละลายปนอยู่ใน้ำมันดิบ (solution gas) บ่อแก๊สผลิตแก๊สธรรมชาติเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ด้วยอุณหภูมิและความดันใต้พิภพสูงกว่าที่พื้นผิว แก๊สจึงอาจมีไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าอย่างเพนเทน เฮกเซน และเฮปเทนในสถานะแก๊สด้วย ที่สภาพพื้นผิว สารเหล่านี้จะควบแน่นออกจากแก๊ส และเกิดเป็นแก๊สธรรมชาติเหลว ซึ่งแก๊สธรรมชาติเหลวเหล่านี้มีลักษณะภายนอกคล้ายแก๊สโซลีนและมีองค์ประกอบคล้ายคลึงกับน้ำมันดิบเบาที่ระเหยง่ายบางชนิด สัดส่วนของไฮโดรคาร์บอนเบาในสารผสมปิโตรเลียมมีความแตกต่างกันมากตามแหล่งน้ำมันต่าง ๆ มีตั้งแต่ 97% โดยน้ำหนักในน้ำมันเบา ไปจนถึง 50% โดยน้ำมันในน้ำมันหนักและยางมะตอย ไฮโดรคาร์บอนในน้ำมันดิบส่วนใหญ่เป็นแอลเคน ไซโคลแอลเคน และไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกหลายชนิด ขณะที่สารประกอบอินทรีย์อื่นมีไนโตรเจน ออกซิเจนและกำมะถัน และมีโลหะอยู่บ้าง เช่น เหล็ก นิกเกิล และวานาเดียม องค์ประกอบโมเลกุลที่แม่นยำแตกต่างกันอย่างมากตามรูปแบบของไฮโดรคาร์บอน แต่สัดส่วนของธาตุเคมีองค์ประกอบแตกต่างกันคอ่นข้างน้อยดังตารางด้านล่าง มีโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแตกต่างกันสี่แบบพบในน้ำมันดิบ สัดส่วนร้อยละของแต่ละแบบนั้นแตกต่างกันไปในน้ำมันแต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำมันชนิดนั้น ๆ  น้ำมันดิบมีลักษณะปรากฏแตกต่างกันมากโดยขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมัน ส่วนใหญ่มีสีดำหรือน้ำตาลเข้ม แม้อาจจะมีสีออกเหลือง ออกแดง หรือออกเขียวบ้าง ในแหล่งกักเก็บ น้ำมันดิบมักพบร่วมกับแก๊สธรรมชาติ ซึ่งเบากว่า เกิดเป็นแหล่งปิโตรเลียมที่มีทั้งแก๊สและน้ำมัน (gas cap) เหนือปิโตรเลียม และน้ำเกลือซึ่ง หนักกว่ารูปแบบน้ำมันดิบส่วนใหญ่ โดยปกติจะจมลงข้างใต้ น้ำมันดิบอาจพบในรูปกึ่งของแข็งซึ่งผสมกับทรายและน้ำ ดังที่พบในทรายน้ำมันอธาบาสกา (Athabasca) ในแคนาดา ซึ่งมักเรียกว่าเป็น ยางมะตอยดิบ ในแคนาดา ยางมะตอยถูกมองว่าเป็นน้ำมันดิบรูปแบบที่เหนียว สีดำ คล้ายกับน้ำมันดินซึ่งหนาและหนักเสียจนกระทั่งมันต้องได้รับความร้อนหรือละลายก่อนที่จะไหลได้ เวเนซุเอลามีปริมาณน้ำมันในรูปทรายน้ำมันโอริโนโค (Orinoco) มากเช่นกัน แม้ไฮโดรคาร์บอนที่อยู่ในทรายน้ำมันดังกล่าวมีลักษณะเป็นของเหลวมากกว่าที่พบในทรายน้ำมันในแคนาดา และมักเรียกว่าเป็น น้ำมันดิบหนักพิเศษ (extra heavy oil) ทรัพยากรทรายน้ำมันเหล่านี้ถูกเรียกว่า น้ำมันไม่ใช่แบบธรรมดา (unconventional oil) เพื่อแยกแยะน้ำมันเหล่านี้จากน้ำมันที่สามารถแยกได้โดยใช้วิธีบ่อน้ำมันแบบเก่า ระหว่างทั้งสอง แคนาดาและเวเนซุเอลามียางมะตอยและน้ำมันดิบหนักพิเศษรวมกันที่ประเมินไว้ 3.6 ล้านล้านบาร์เรล (570×109 ม.3) เกือบสองเท่าของปริมาตรสำรองน้ำมันดิบแบบธรรมดา (conventional oil) ของโลก โดยปริมาตร ปิโตรเลียมส่วนใหญ่ใช้เพื่อผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงและแก๊สโซลีน ซึงทั้งสองเป็นแหล่ง "พลังงานปฐมภูมิ" ที่สำคัญ 84% โดยปริมาตรของไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในปิโตรเลียมถูกเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงที่อุดมไปด้วยพลังงาน (เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียม) รวมทั้งแก๊สโซลีน ดีเซล น้ำมันเจ็ต น้ำมันให้ความร้อน (heating oil) และน้ำมันเชื้อเพลิงอื่น ๆ ตลอดจนแก๊สปิโตรเลียมเหลว น้ำมันดิบระดับเบากว่าให้ผลผลิตผลิตภัณฑ์เหล่านี้มากที่สุด แต่แหล่งสำรองน้ำมันเบาและกลางของโลกได้หมดไปแล้ว โรงกลั่นน้ำมันจำเป็นต้องผ่านกระบวนการน้ำมันหนักและยางมะตอยเพิ่มขึ้น และใช้วิธีการอันซับซ้อนและแพงในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เพราะน้ำมันดิบที่หนักกว่ามีคาร์บอนมากเกินไปและมีไฮโดรเจนไม่พอ กระบวนการเหล่านีโดยทั่วไปแล้วมีทั้งการนำคาร์บอนออกจากหรือเพิ่มไฮโดรเจนเข้าไปในโมเลกุล และใช้การแตกโมเลกุลด้วยสารเร่งปฏิกิริยา (fluid catalytic cracking) เพื่อเปลี่ยนโมเลกุลที่ยาวและซับซ้อนในน้ำมันเป็นโมเลกุลที่สั้นกว่าและเรียบง่ายกว่าในเชื้อเพลิง ด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่สูง การขนส่งที่ง่ายและค่อนข้างอุดมสมบูรณ์ ทำให้น้ำมันกลายเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดของโลกตั้งแต่กลางคริสต์ทศวรรษ 1950 ปิโตรเลียมยังเป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์เคมีหลายชนิด รวมทั้ง เภสัชภัณฑ์ ตัวทำละลาย ปุ๋ย สารกำจัดศัตรูพืช และพลาสติก ปริมตรของไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ใช้ในการผลิตพลังงาน 16% จะถูกเปลี่ยนมาเป็นหนึ่งในวัตถุดิบเหล่านี้ ปิโตรเลียมพบในชั้นหินเนื้อพรุนในชั้นหินบนบางพื้นที่ของเปลือกโลก นอกจากนี้ยังมีปิโตรเลียมในทรายน้ำมัน ปริมาณน้ำมันสำรองที่ทราบกันประเมินไว้ที่ราว 190 กิโลเมตร3 (1.2 ล้านล้านบาร์เรล) โดยไม่คิดทรายน้ำมัน หรือ 595 กิโลเมตร3 (3.74 ล้านล้านบาร์เรล) หากคิดรวมทรายน้ำมัน การบริโภคปัจจุบันอยู่ที่ 84 ล้านบาร์เรลต่อวัน (13