Je li nafta fosilno gorivo?

Malo je i kemičara koji znaju da se otac elemenata periodnog sustava Dmitrij Ivanovič Mendeljejev nije bavio anorganskom nego organskom kemijom, i da ga je baš to, bavljenje kemijom ugljikovih spojeva dovelo do otkrića periodnog zakona koji čini temelj anorganske, a ne organske kemije. Kako to? Mendeljejev je istraživao naftu, ugljikovodike, pa se pitao, kada je naumio pisati udžbenik anorganske kemije, ne bi li se i ta kemija mogla prikazati na isti način kao organska. Znao je naime da porastom „atomske težine“ (relativne molekulske mase) vrelišta alkana (metan, etan, propan, butan… ) monotono rastu (20 – 40 ^oC za svakih novih 14 atomskih jedinica mase, tj. za svaku skupnu CH₂), pa bi se nešto takvo moglo očekivati ​​i za kemijske elemente. Znamo kako je završilo: za razliku od molekula, kod atoma se svojstva s porastom mase mijenjaju periodički.

No bavljenje ugljikovodicima dovelo je Mendeljejeva do još nečega. Godine 1877. ruski je kemičar iznio hipotezu da su ugljikovodici što ih nalazimo u prirodi, a to su prije svega oni u nafti, nastali. anorganskim procesima, poglavito reakcijom vodene pare s karbidima. Za taj proces očito nisu bila potrebna živa bića, ni živa ni mrtva. Nafta nije dakle fosilno nego geokemijsko gorivo.

Koliko god ta 150 godina stara teorija čudno zvučala, ona i danas ima svoje sljedbenike. Zanemariv je broj znanstvenika, posebno među geolozima, koji će nijekati biogeno porijeklo nafte, mnogo je onih koji ne vjeruju u njezino abiogeno porijeklo, no ima i onih, poput profesora Roberta Robinsona sa Sveučilišta u Oxfordu, koji kažu da postoji biogeni ali i abiogena nafta.

Da je nafta doista nastala od biljaka i životinja uvjerljivo nam pokazuje njezin sastav. Prije svega u nafti se nalaze porfirini, tj. porfirin i njegovi derivati ​​i kompleksi s vanadijem i niklom. To su kemijski spojevi s inertnim prstenastim molekulama koje su – poput fosiliziranih kostiju i ljuštura – zaostale nakon raspadaklorofila i druge slične tvari iz biljaka i životinja. Još jedan snažan dokaz je da u ulju dominiraju alkani neparnim brojem atomi ugljika. Zašto? Najjednostavniji odgovor je da su nastale reakcijom dekarboksilacije masnih kiselina (R-COOH → RH + CO₂), a kako alkilna skupina R masnih kiselina uvijek ima neparan broj ugljikovih atoma, jasno je da će iu molekuli od njenog nastalog ugljikovodika, RH, broj atoma ugljika biti neparan.

Još su uvjerljiviji geološki dokazi. Nafta se nalazi u slojevima sedimentnih stijena, škriljevaca. Škriljevci sadrže organsku tvar, kerogenod kojeg potom djelovanjem tlaka i temperature nastaje nafta.

To bi sve bilo lijepo da je sva nafta takva. Ali nije. Petnaest milijuna barela nafte godišnje vadi se iz pukotina u magmatskim stijenama. Kako je tamo dospjela? Mogla je, razumije se, nastati u sedimentnim stijenama koje se nalaze iznad magmatskih, no zašto je izabrala put prema dolje umjesto prema gore? Najlogičniji odgovor je da nafta iz magmatskih stijena (koja čini samo 1 % pronađene nafte) nije nastala u sedimentnim stijenama. Nastala je geokemijskim procesima u dubinama Zemljine kore.

Danas teorija o abiogenom porijeklu nafte ima još jače uporište nego u doba Mendeljejeva. Prvi život je morao nastati od ugljikovih spojeva, pa i ugljikovodika kojih je na Zemlji sigurno bilo prije postanka života. U meteoritima, ugljičnim hondritima, pronađeni su organski spojevi, koji očito ne potječu od svemirskih mikroba (ni od svemirskih čudovišta). Među njima preteže kerogen (80 %) – tvar koja se ne razlikuje mnogo od kerogena u škriljevcima od kojeg nastaje nafta!

Štoviše, nafta koja se nalazi u pukotinama magmatskih stijena razlikuje se od nafte u drugim nalazištima. Iz njezina se sastava može zaključiti da je najvjerojatnije nastala djelovanjem vodika na grafit ili na proizvode Fischer-Tropschove sinteze (reakcije vodika i ugljikova monoksida pri čemu nastaju ugljikovodici). Među osobnim sastojcima te nafte nalazi se i adamantanzasićeni ugljikovodik spojenih prstenova kojeg je – da navedemo povijesni kuriozitet – prvi sintetizirao u Zagrebu naš budući nobelovac Vladimir Prelog.

Što je od svega toga istina teško je reći. Teorije u geologiji trebaju dugo vremena da budu općenito prihvaćene ili odbačene, jer se nalaze mogu različito interpretirati. No jedno je sigurno: nafta je sigurno biološkog porijekla, a možda je ima – vrlo vrlo malo – koja to nije. Stoga je nafta (ipak!) fosilno gorivo.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnom zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još se od studentskih dana bavi popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 15 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima je i upravo izašla “Kemičar u kući – Kemija svakodnevnog života”. .