อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ: รากฐานของเศรษฐกิจและความมั่นคงทางพลังงานกว่าหนึ่งศตวรรษ

น้ำมันและแก๊สถูกนำมาใช้ในตะเกียงหรือวัสดุก่อสร้างมานานหลายพันปี โดยบ่อน้ำมันที่เก่าแก่ที่สุดถูกขุดในประเทศจีนเมื่อปี ค.ศ. 347 อุตสาหกรรมน้ำมันและแก๊สเริ่มต้นขึ้นในปี ค.ศ. 1847 จากการค้นพบของ James Young นักเคมีชาวสกอตแลนด์ ซึ่งสังเกตเห็นน้ำมันปิโตรเลียมซึมตามธรรมชาติในเหมืองถ่านหิน Riddings และสามารถกลั่นเป็นน้ำมันที่เหมาะสำหรับใช้ในตะเกียง และน้ำมันที่ใช้เป็นสารหล่อลื่น นอกจากนี้เขายังสามารถกลั่นของเหลวชนิดอื่นได้ และในปี ค.ศ. 1850 เขาได้จดสิทธิบัตรน้ำมันเหล่านี้รวมถึงขี้ผึ้งพาราฟิน ในปีเดียวกันนั้น เขาได้ร่วมมือกับ Edward William Binney นักธรณีวิทยา เพื่อก่อตั้งโรงกลั่นน้ำมันเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก และโรงงานผลิตน้ำมันและพาราฟิน โดยใช้ถ่านหินที่ขุดได้จากพื้นที่ใกล้เคียงเป็นวัตถุดิบ

ในปี ค.ศ. 1846 Abraham Pineo Gesner นักธรณีวิทยาชาวแคนาดา ได้กลั่นของเหลวจากถ่านหิน หินน้ำมัน (oil shale) และบิทูเมน (bitumen) ซึ่งมีราคาถูกกว่าและเผาไหม้สะอาดกว่าน้ำมันชนิดอื่น เขาตั้งชื่อของเหลวนี้ว่า “เคโรซีน (kerosene)” และก่อตั้งบริษัท Kerosene Gaslight Company ในปี ค.ศ. 1850 โดยใช้น้ำมันนี้ในการให้แสงสว่างตามท้องถนนในเมือง Halifax และต่อมาในสหรัฐอเมริกา

บ่อน้ำมันสมัยใหม่แห่งแรก

จากการค้นพบเหล่านี้ ธุรกิจใหม่ ๆ ก็ได้เกิดขึ้น โดยอุตสาหกรรมถ่านหินเองก็เริ่มมุ่งพัฒนาน้ำมันตามแบบที่ Young และ Gesner คิดค้นขึ้น Ignacy Łukasiewicz วิศวกรชาวโปแลนด์ ได้พัฒนาวิธีของ Gesner ให้สามารถกลั่นเคโรซีนและปิโตรเลียมได้ง่ายขึ้นในปี ค.ศ. 1852 และเปิดเหมือง “น้ำมันหิน (rock oil)” แห่งแรกที่เมือง Bóbrka ประเทศโปแลนด์ ในปี ค.ศ. 1854

ในปี ค.ศ. 1857 บ่อน้ำมันถูกขุดเจาะแห่งแรกตั้งอยู่ในเมือง La Brea ประเทศ Trinidad โดยบริษัทอเมริกัน Merrimac Company โดยต้องขุดลึกลงไปถึง 280 ฟุต

ในปี ค.ศ. 1859 บ่อน้ำมันสมัยใหม่แห่งแรกในสหรัฐอเมริกาถูกขุดโดย Edwin Drake ที่เมือง Titusville รัฐเพนซิลเวเนีย การค้นพบปิโตรเลียมที่ Titusville ทำให้น้ำมันกลายเป็นหนึ่งในสินค้าโภคภัณฑ์ที่มีค่าที่สุดในอเมริกา

ยุคของบริษัทยักษ์ใหญ่ด้านน้ำมัน (Big Oil)

ช่วงปลายศตวรรษที่ 18 และต้นศตวรรษที่ 19 เป็นยุคที่บริษัทน้ำมันรายใหญ่หลายแห่งถือกำเนิดขึ้น และยังคงครองอุตสาหกรรมน้ำมันและแก๊สจนถึงปัจจุบัน

ในปี ค.ศ. 1865 John D. Rockefeller ซึ่งก่อตั้งบริษัท Standard Oil กลายเป็นเจ้าพ่อน้ำมัน (oil baron) คนแรกของโลก Standard Oil เติบโตอย่างรวดเร็วและกลายเป็นบริษัทที่ทำกำไรสูงที่สุดในรัฐโอไฮโอ ควบคุมกำลังการกลั่นน้ำมันของสหรัฐฯ ประมาณ 90% รวมถึงระบบท่อส่งและโครงสร้างพื้นฐานอื่น ๆ จำนวนมาก ปัจจุบัน ExxonMobil ซึ่งเป็นหนึ่งในบริษัทที่เกิดขึ้นหลังการยุบ Standard Oil ในปี 1911 เป็นบริษัทที่มีรายได้สูงเป็นอันดับ 9 ของโลก

ในรัสเซีย ตระกูล Rothschild ได้ว่าจ้าง Marcus Samuel พ่อค้าชาวอังกฤษ ให้สร้างเรือบรรทุกน้ำมันเพื่อขยายการส่งออกน้ำมันไปยังลูกค้าต่างประเทศ เรือของ Samuel ลำแรกชื่อ Murex ซึ่งตั้งชื่อตามหอยทะเล กลายเป็นเรือบรรทุกน้ำมันลำแรกที่ผ่านคลอง Suez เชื่อมทะเลเมดิเตอร์เรเนียนกับทะเลแดง

Murex กลายเป็นเรือหลักของบริษัท Shell Transport and Trading ซึ่งต่อมาควบรวมกับ Royal Dutch Petroleum กลายเป็น Royal Dutch Shell ปัจจุบัน Royal Dutch Shell เป็นบริษัทที่ใหญ่เป็นอันดับ 5 ของโลก และเป็นหนึ่งในหกบริษัทหลักด้านน้ำมันและแก๊สของโลก

การค้นพบน้ำมันที่เมือง Masjed Soleyman ประเทศอิหร่าน โดย William Knox D’Arcy นำไปสู่การก่อตั้งบริษัท Anglo-Persian Oil Company (APOC) ในปี ค.ศ. 1907 โดยในปี 1914 รัฐบาลอังกฤษได้ซื้อหุ้น 51% ของบริษัท เพื่อจัดหาน้ำมันให้กองทัพเรือในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ในปี 1954 APOC ได้เปลี่ยนชื่อเป็น British Petroleum หรือ BP ซึ่งปัจจุบันเป็นบริษัทน้ำมันและแก๊สที่ใหญ่เป็นอันดับ 6 ของโลก

ยุคสมัยใหม่

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 การเปลี่ยนแปลงในตลาดน้ำมันทำให้อิทธิพลย้ายจากประเทศผู้บริโภคน้ำมัน เช่น สหรัฐฯ และยุโรป ไปสู่ประเทศผู้ผลิตน้ำมัน

อิหร่าน อิรัก คูเวต เวเนซุเอลา และซาอุดีอาระเบีย ได้ก่อตั้งองค์การกลุ่มประเทศผู้ส่งออกน้ำมัน (Organization of the Petroleum Exporting Countries) หรือที่รู้จักกันในชื่อ OPEC ในปี ค.ศ. 1960 เพื่อตอบโต้บรรษัทข้ามชาติในกลุ่ม Seven Sisters เช่น ExxonMobil (ซึ่งในเวลานั้นแยกเป็น Esso และ Mobil) Shell และ BP ซึ่งตั้งอยู่ในประเทศผู้บริโภคน้ำมัน ปัจจุบัน OPEC มีสมาชิก 15 ประเทศ คิดเป็นประมาณ 44% ของการผลิตน้ำมันทั่วโลก และ 81.5% ของปริมาณสำรองน้ำมันของโลก

ทศวรรษ 1980 เกิดภาวะน้ำมันล้นตลาดอย่างรุนแรงหลังวิกฤตพลังงานปี 1970 การผลิตปิโตรเลียมพุ่งสูงสุดในช่วงทศวรรษ 1970 ทำให้ราคาน้ำมันพุ่งสูงและความต้องการลดลงตามมา ประเทศผู้ผลิตน้ำมันได้รับผลกระทบอย่างหนักจากภาวะล้นตลาดนี้ โดย OPEC พยายามรักษาราคาน้ำมันให้สูงด้วยการลดกำลังการผลิต การล่มสลายของสหภาพโซเวียตก็มีสาเหตุส่วนหนึ่งจากการสูญเสียอิทธิพลในฐานะผู้ผลิตน้ำมัน ภาวะล้นตลาดนี้กินเวลานาน 6 ปี ราคาน้ำมันเริ่มฟื้นตัวในปี 1986 แต่ภาวะน้ำมันล้นตลาดลักษณะเดียวกันก็เกิดขึ้นอีกครั้งในปี 2014 และยังคงส่งผลต่อราคาน้ำมันโลกจนถึงปัจจุบัน

อุตสาหกรรมน้ำมันและแก๊สยังคงเติบโตได้ดีในปัจจุบัน แม้จะเผชิญการแข่งขันจากพลังงานหมุนเวียน แต่ก็อยู่ในสภาวะผันผวนมากขึ้นกว่าเดิมจากเหตุการณ์ต่าง ๆ ทั่วโลก

การกลั่นน้ำมันสมัยใหม่ในสหรัฐฯ เริ่มต้นราวปี ค.ศ. 1850 ด้วยโรงกลั่นขนาดเล็กเพียงหนึ่งบาร์เรลในเมือง Pittsburgh ซึ่งใช้ความร้อนอย่างง่ายเพื่อแยกเคโรซีนหรือน้ำมันก๊าดออกจากน้ำมันดิบ ทำให้เคโรซีนเข้ามาแทนที่น้ำมันวาฬ (whale oil) อย่างรวดเร็วในฐานะเชื้อเพลิงสำหรับแสงสว่าง

เมื่อการคมนาคมพัฒนา ผู้กลั่นน้ำมันก็ผลิตเชื้อเพลิงใหม่ ๆ เช่น น้ำมันเบนซิน ดีเซล และเชื้อเพลิงเครื่องบิน รวมถึงผลิตภัณฑ์อย่างน้ำมันหล่อลื่นและขี้ผึ้งที่ช่วยให้เครื่องจักรอุตสาหกรรมทำงานได้ดีขึ้น ในปี 1910 ความต้องการน้ำมันเบนซินสำหรับรถยนต์เพิ่มสูงจนแซงหน้าเคโรซีน โรงกลั่นจึงเริ่มใช้กระบวนการแตกตัวด้วยความร้อน (thermal cracking) และต่อมาในทศวรรษ 1920 ได้พัฒนากระบวนการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (catalytic cracking) เพื่อผลิตน้ำมันเบนซินคุณภาพสูงขึ้น โดยสงครามโลกครั้งที่ 1 ทำให้ความต้องการเชื้อเพลิงพุ่งสูงจากการใช้ยานพาหนะทางทหารจำนวนมาก และหลังสงคราม ความต้องการยังคงเพิ่มขึ้นจากการขยายตัวของรถบรรทุก รถโดยสาร รถยนต์ และเครื่องจักรกลการเกษตร

ในช่วงเวลาเดียวกัน ผลิตภัณฑ์ปิโตรเคมี ซึ่งเป็นวัสดุตั้งต้นสำหรับพลาสติก สารเคมี และผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ก็เติบโตอย่างรวดเร็วเช่นกัน หลายผลิตภัณฑ์สำคัญ เช่น สไตรีนโฟม PVC ฟิล์มยืด และแอลกอฮอล์ไอโซโพรพิล ถูกคิดค้นขึ้นในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 และยังคงเป็นส่วนสำคัญของชีวิตประจำวันมาจนถึงปัจจุบัน

อุตสาหกรรมเกิดใหม่ก้าวสู่ความสำคัญระดับชาติของสหรัฐฯ

อุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมีเติบโตอย่างรวดเร็วตั้งแต่ทศวรรษ 1940 เมื่อสงครามโลกครั้งที่สองผลักดันให้สหรัฐฯ พัฒนากระบวนการกลั่นขั้นสูง เช่น catalytic cracking และ alkylation เพื่อผลิตเชื้อเพลิงสมรรถนะสูงและวัตถุดิบปิโตรเคมีสำหรับยุทโธปกรณ์ ขณะเดียวกัน การผลิตน้ำมันจำนวนมหาศาลและโครงสร้างพื้นฐานอย่างท่อส่ง War Emergency Pipeline ทำให้สหรัฐฯ ได้เปรียบเชิงยุทธศาสตร์ หลังสงคราม ความมั่งคั่งทางเศรษฐกิจในทศวรรษ 1950–1960 ทำให้ความต้องการเชื้อเพลิงและสินค้าอุปโภคบริโภคจากปิโตรเคมีเพิ่มขึ้น โรงกลั่นจึงพัฒนาเทคโนโลยีซับซ้อนขึ้น เช่น hydrocracking และมีการขยายโครงสร้างพื้นฐาน Midstream ทั่วประเทศ ทศวรรษ 1970–1990 เป็นช่วงความปั่นป่วนจากวิกฤตน้ำมันและความผันผวนทางเศรษฐกิจ ทำให้อุตสาหกรรมต้องปรับตัวครั้งใหญ่ผ่านการควบรวมกิจการและการลงทุนในเทคโนโลยีที่ยืดหยุ่นกว่าเดิม จนก่อรูปคุณลักษณะสำคัญของอุตสาหกรรมในปัจจุบัน

ในปี 1970 สหรัฐอเมริกาผลิตน้ำมันดิบเฉลี่ย 9.6 ล้านบาร์เรลต่อวัน แต่ภายในปี 2007 ปริมาณการผลิตลดลงเหลือเพียง 5 ล้านบาร์เรลต่อวัน อย่างไรก็ตาม การแพร่หลายของเทคโนโลยีไฮดรอลิกแฟรกเจอริง (hydraulic fracturing) ในสหรัฐฯ ได้หยุดการลดลงนี้ และเปลี่ยนทิศทางการพึ่งพาการนำเข้าน้ำมันและแก๊สธรรมชาติของประเทศ ทำให้สหรัฐฯ กลายเป็นผู้เล่นรายใหญ่ในตลาดพลังงานโลก และเป็นผู้ส่งออกผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเหลวรายสำคัญ การปฏิวัติชั้นหินดินดาน (shale revolution) ยังทำให้ผู้ผลิตปิโตรเคมีในสหรัฐฯ เข้าถึงวัตถุดิบราคาย่อมเยาได้มากขึ้น ซึ่งถูกนำไปใช้ผลิตสารตั้งต้นทางเคมีสำหรับสินค้าผู้บริโภคที่มีความต้องการเพิ่มขึ้นจากชนชั้นกลางทั่วโลกที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ปัจจุบันสหรัฐฯ เป็นหนึ่งในผู้ผลิตเอทิลีนต้นทุนต่ำที่สุดในโลก

โรงกลั่นน้ำมันของสหรัฐฯ ก็ได้รับประโยชน์จากโลกาภิวัตน์เช่นกัน โดยใช้โรงงานที่มีความซับซ้อนสูงในการแปรรูปน้ำมันดิบคุณภาพต่ำจากประเทศคู่ค้าให้เป็นผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงที่สามารถขายได้ทั้งในประเทศและต่างประเทศการขยายตัวของอุตสาหกรรมเหล่านี้เกิดขึ้นควบคู่กับการปรับปรุงด้านสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง การปล่อยสารมลพิษทางอากาศที่เป็นอันตรายจากโรงงานลดลง 66% ระหว่างปี 1990 ถึง 2013 และในปี 2016 การปล่อยมลพิษตามเกณฑ์มาตรฐานทั้งหกชนิดจากโรงกลั่นลดลงเกือบ 70% เมื่อเทียบกับปี 1990

ผู้ผลิตเชื้อเพลิงและปิโตรเคมียังคงพัฒนานวัตกรรมเพื่อรับมือกับความท้าทายในอนาคต บริษัทปิโตรเคมีลงทุนอย่างมากในเทคโนโลยีการรีไซเคิลระดับโมเลกุล ซึ่งช่วยให้พลาสติกสามารถรีไซเคิลซ้ำได้หลายครั้ง รวมถึงริเริ่มโครงการลดปัญหาขยะพลาสติกที่จัดการไม่เหมาะสม บริษัทต่าง ๆ ยังวิจัยวิธีใหม่ในการดักจับคาร์บอนในโรงงาน และพัฒนาน้ำมันเครื่องรุ่นใหม่ที่ลดแรงเสียดทานและเพิ่มระยะทางการใช้น้ำมัน พวกเขายังสร้างวัสดุที่ทนทาน น้ำหนักเบา และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการของโลกด้านบรรจุภัณฑ์ที่ถูกสุขลักษณะ การขนส่งที่ปลอดภัย และโซลูชันทางการแพทย์ยุคใหม่

ในขณะเดียวกัน โรงกลั่นในสหรัฐฯ ได้ลงทุนกว่า 100,000 ล้านดอลลาร์เพื่อทำให้โรงงานของตนมีประสิทธิภาพและความซับซ้อนสูงที่สุดแห่งหนึ่งของโลก พร้อมรองรับความต้องการเชื้อเพลิงที่สะอาดขึ้นของผู้บริโภคยุคปัจจุบัน และบริษัทปิโตรเคมีได้ลงทุน 185,000 ล้านดอลลาร์ระหว่างปี 1988-2018 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการตอบสนองความต้องการของโลก

สามารถอ่านหัวข้ออื่นๆ ได้ที่ วารสารข่าวอุดมวิทย์ฉบับเดือนกุมภาพันธ์ 2569

สามารถติดตามวารสารข่าวรายเดือนได้จาก https://www.ohesdc.org/utmostsciences