石油
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/05/25 00:14 UTC 版)
概要
「石油」は沈括の『夢溪筆談』からの言葉[1]。英語で石油は「Petroleum」という。これはラテン語のPetra（岩石）とOleum（油）を語源とする。狭義には天然の原油（crude oil）のことを指すが、より広い意味では天然ガスや固体のアスファルトなどを含める。さらに、原油を原料として製造された石油製品や石油化学製品をも含めることがある。また、日常生活では灯油を「石油」と呼ぶことも多い。
古くは石脳油（せきのうゆ）とも呼ばれた。
また、石油製品は連産品と呼ばれる。これは原油を精製してガソリンや灯油などを作る場合、ある特定の製品のみを作ることは出来ず、必ず全部の種類の油が生産されてしまうため、こう呼ばれている。石油の精製とは、油を性質の違いで分ける事（分留）なので、精製する元の原油の種類によって、生産される製品の割合（留分）が異なってくる。留分の中でも需要の多いガソリンは、より重い油を改質することで作ることができる[2]。
主に化石燃料として、世界中でさまざまな用途で使用されており、現代人類文明を支える重要な物質であるが、膨大な量が消費されており、いずれ枯渇すると危惧されている。
近年では、シェールオイルやオイルサンドなどに代表される、非在来型資源と呼ばれる資源が注目を集めている。存在自体は古くから知られていたものの、これまでは掘削技術や採算性の面から、開発が行われてこなかった。近年の掘削技術の進展や原油価格の高騰により、採算が取れる見通しとなったことから、2010年頃から北アメリカを中心に開発が進められている。シェールオイルの資源自体は世界中に遍在し、埋蔵資源量も在来型の石油資源を上回ると見込まれていることから、石油のさらなる安定供給や資源の偏在の解消が期待されている一方で、在来型の石油資源と比べ掘削費用が高く、石油価格の低迷時には油田開発が低迷する傾向がある。
起源
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石油の起源についての論争は、生物由来説（有機成因論）と非生物由来説（無機成因論）の大きく２つに分かれる。論争の起源は古く、確認できる範囲ではともにルネッサンス期にまでさかのぼる[3]。今日では生物由来説が広く受け入れられている。非生物由来の石油（炭化水素）もわずかながら存在はしているが、全体からすると極めて少量と推定される[4]。
生物由来説（有機成因論）
現在の学説の主流である。百万年以上の長期間にわたって厚い土砂の堆積層に埋没した植物や藻などの生物遺骸は、高温・高圧下で油母 （ケロジェン） という物質に変わり、次いで液体やガスの炭化水素へと変化する[5]。これらは岩盤内の隙間を移動し、貯留層と呼ばれる砂岩や石灰岩など多孔質岩石に捕捉されて油田を形成する。この由来から、石炭とともに化石燃料とも呼ばれる。
有機成因論の根拠の一つとして石油中に含まれるバイオマーカーの存在がある。光合成生物の葉緑体に由来するポルフィリン、真核生物が生産するステロール（コレステロールなど）に由来するステラン、同様に細菌が生産するホパノイドに由来するホパン、あるいは酵素の関与しない化学反応では生成が困難な光学活性をもつ有機化合物などがバイオマーカーとして石油に含まれている[5][6]。これらバイオマーカーの組成と石油の熟成度には関連性が見出されている。また、石油中に含まれる炭化水素の炭素同位体比に関して、炭素数の少ない炭化水素ほど質量の軽い炭素同位体を含む割合が多くなるという傾向が、熱分解による炭化水素の生成の傾向と同じであることが知られている[要出典]。この結果は、メタンのような炭素数の少ない炭化水素の重合によって石油が生成したとする無機成因説とは矛盾する。
地球物理学者の石井吉徳は「2.25億年前に超大陸パンゲアが次第に分離、現在の姿になるまでの過程で2億年前の三畳紀（Triassic）以後に存在したテチス海(Tethys)が地球史上の石油生成に極めて特異だった。中生代は二酸化炭素の濃度が今より10倍も高く、気温は10℃も高かった。つまり地球温暖化で、植物の光合成は極めて活発であった。しかもこのテチス海は赤道付近に停滞し、海水は攪拌されず長く酸欠状態が続いた。このため有機物は分解されず、石油熟成に好条件であったことが中東油田の始まりである。石油は探せばまだまだあるという単純な発想は地球史から見て正しくない。」と有限性を強調している[7]。
また、2021年に石油と同等の炭化水素を合成する植物プランクトンのDicrateria rotunda (D. rotunda)が発見された。このプランクトンの合成する一連の飽和炭化水素の炭素数は10から38までであり、これはガソリン（炭素数10-15）、ディーゼル油（炭素数16-20）、燃料油（炭素数21以上）に相当する[8][9]。
非生物由来説（無機成因論）
石油「無機」由来説は、1940年代にBP（ブリティッシュペトロリアム）の研究所内では、無機生成物であることが主要理論であったが、市場戦略的な理由で機密扱いにしていた[要出典]。1850年代以降ロシア帝国の化学者メンデレーエフなどが提唱して、旧東側諸国では従来から定説とされていた学説である[要出典]。旧西側諸国でも、天文物理学者であるトーマス・ゴールドなどが無機由来説を唱えた[10]。
無機成因論の根拠としては「石油の分布が生物の分布と明らかに異なる」「化石燃料では考えられないほどの超深度から原油がみつかる」「石油の組成が多くの地域でおおむね同一である」「ヘリウム、ウラン、水銀、ガリウム、ゲルマニウムなど、生物起源では説明できない成分が含まれている」などが挙げられる[要出典]。また、生物起源論が根拠としている、炭素数の少ない炭化水素ほど質量の軽い炭素同位体を含む割合が多くなるという傾向は、地下から炭化水素が上昇する過程で、分子の熱運動により重い同位体が分離されたと解釈する[要出典]。この無機由来説に基づけば、一度涸れた油井もしばらく放置すると、再び原油産出が可能となる現象を説明することができる[要出典]。また超深度さえ掘削できれば、日本はもちろん世界中どこでも石油を採掘できる可能性があることになる。
石油の大部分が非生物由来であるとする仮説は、多くの地質学的および地球化学的証拠と矛盾しており、今日では認められていない[11]。非生物起源の炭化水素自体は存在するが、その量については商業的に有益な量ではまったくない[4]。米国石油地質学者協会のラリー・ネイションは「論争は、非生物起源の石油埋蔵量が存在するかどうかについてではありません」「論争は、それらが地球の全体的な埋蔵量にどれだけ貢献するか、そして地質学者がそれらを探すためにどれだけの時間と労力を費やすべきかについてです。」と述べている[12]。
石油分解菌説
無精製でも内燃機関を動かす事が出来る程、世界的にも稀な軽質油を産出する[要出典]、静岡県の相良油田では、有機成因論とも無機成因論とも異なる、第三の仮説が唱えられている[要検証]。1993年、当時京都大学大学院の今中忠行により相良油田から採取した石油分解菌「Oleomonas sagaranensis HD-1株」が嫌気性条件下で炭化水素を作り出すことを報告した[13]。この際生成された石油は、相良油田産の軽質油と性質が酷似しており、相良油田が形成された一因として唱えられている[要出典]ほか、今中忠行らはこの石油分解菌が、メタンハイドレートに関係していると指摘した[要出典]。
しかし2002年の論文では、この菌株の嫌気性条件での生育はむしろ否定されている[14]。また、相良油田の起源については有機物の熱分解とする結論が2006年に出されている[15]。ちなみに、微生物による炭化水素の合成自体は珍しいことではなく、広く知られている[16][17]。
成分
石油の成分のほとんどは炭化水素であり、色々な炭化水素の混合物から構成されている。その他、硫黄化合物、窒素化合物、金属類も含まれている。工業的に有用な石油製品を作るためには、分留によって成分を分ける。精製することにより、天然ガス、ナフサ（ガソリン）、灯油、軽油、重油、潤滑油、アスファルトなどが製品として得られる。
天然ガス
天然ガスは、沸点が30℃位までであり、常温よりも沸点が低いため、ガスとして分離する。主な構成成分は、メタン・エタン・プロパン・ブタン・ペンタンなど。但しプロパン及びブタンは、液化石油ガス（LPG）として販売される。
- CH4 （メタン、 methane） － 沸点 -108℃
- C2H6 （エタン、 ethane） － 沸点 -67℃
- C3H8 （プロパン、 propane） － 沸点 -43℃
- C4H10 （ブタン、 butane） － 沸点 -18℃
ナフサ
ナフサは沸点が30 - 200℃程度の炭化水素であり、粗製ガソリンとも呼ばれる。主成分は炭素数5 - 12のアルカンである。 炭素数5 - 7のナフサは、軽質ナフサと呼ばれ、透明で蒸発しやすく、溶媒やドライクリーニングの溶剤、あるいはその他の速乾性の製品に用いられる。炭素数が6 - 12のナフサは、重質ナフサと呼ばれ、水素化精製、接触改質などを経てから配合調整されガソリンとして精製される。ベンジンやホワイトガソリンはナフサから作られる石油製品である。
灯油・軽油
炭素数10 - 15の範囲の炭化水素からケロシンが作られジェット燃料に用いられる。炭素数10 - 20の範囲からディーゼル燃料（軽油）と灯油が精製される。
重油
沸点320℃以上の蒸留で、船舶のエンジンやボイラーに用いられる重油が精製される。これらの石油製品は、常温で液体である。
残油
常圧蒸留で蒸留できない残油は、減圧蒸留（真空蒸留）する。潤滑油と半固体の油脂（ワセリンを含む）は、炭素数16から炭素数20の範囲である。
炭素数20以上の鎖状炭化水素は固体であり、パラフィンワックスを皮切りに、タール、アスファルトの順である。
常圧蒸留留分の名称と沸点（℃）を示す：
- 石油エーテル (petrol ether) ：40 - 70℃ （溶媒用）
- 軽ガソリン (light petrol) ：60 - 100℃ （自動車燃料）
- 重ガソリン (heavy petrol) ：100 - 150℃ （自動車燃料）
- 軽ケロシン (light kerosene) ：120 - 150℃ （家庭用溶媒・燃料）
- ケロシン (kerosene)：150 - 300℃ （ジェット燃料）
- ガス油 (gas oil)：250 - 350℃ （ディーゼル燃料/軽油/灯油）
- 潤滑油：> 300℃ （エンジン・オイル）
- 残留分：タール、アスファルト、残余燃料
注釈
出典
- ^
沈括 (中国語), 『夢渓筆談』巻二十四 雑誌一, ウィキソースより閲覧。：鄜・延境内有石油、旧説「高奴県出脂水」、即此也。
- ^ 甘利重治・山岡博士著 河村幹夫監修 『石油価格はどう決まるか』 時事通信社 2007年12月20日第一刷発行 ISBN 978-4-7887-0768-9
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