Kajian Pengaruh Permeabillitas Batuan terhadap Tingkat Intrusi
Airtanah pada Reaktor Underground Coal Gasification (UCG) di Spot
2
Study Effect of Rock Permeability Against Groundwater Influx Level on Underground Coal Gasification (UCG) Reactor on Spot 2
1
Ismaria Endah Wulandari, 2Nendaryono Madiutomo, 3Dudi Nasrudin Usman
1,2,3Prodi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik, Universitas Islam Bandung,
Jl. Tamansari No.1 Bandung 40116 email: [email protected]
Abstract. Coal required for the application of UCG technology has requirements such as having a thickness of >5 m at a depth of 100 m - 600 m and must be isolated from the aquifer layer worthwhile. Spot 2 was found coal at 10.5 m thick at a depth of 246.05 m - 258.4 m and has a form of claystone rock flanking the top and bottom of the coal seam. Based on the type of coal litology claystone in the form clamp akuiklud, which is the ability of the rock to store water but it can not pass water. Mudstone permeability values are classified very low permeability, so that the layer would be so bad in the drain water. Claystone in the upper layers of coal are at a depth of 246.05 m - 262.50 m with a thickness of 16.45 m. The claystone have permeability values are k1 5,260E-07 cm/s. Rock permeability value is as a parameter in determining the level of intrusion of groundwater or groundwater influx of UCG in the reactor. Groundwater level of intrusion is expressed in m3/s flow to the lining of the coal tongs.
Keywords: UCG, Permeability, Spot 2.
Abstrak. Batubara yang diperlukan untuk penerapan teknologi UCG ini memiliki persyaratan diantaranya memiliki ketebalan >5 m pada kedalaman 100 m - 600 m dan harus terisolasi dari lapisan akuifer yang berharga. Spot 2 ditemukan batubara dengan tebal 10,5 m pada kedalaman 246,05 m – 258,4 m dan memiliki batuan pengapit berupa batulempung pada atas dan bawah lapisan batubara tersebut. Berdasarkan jenis litologinya batulempung pada pengapit batubara ini berupa akuiklud, yang merupakan kemampuan batuan untuk menyimpan air akan tetapi tidak dapat meloloskan air. Nilai permeabilitas batulempung tersebut diklasifikasikan very low permeability, sehingga lapisan tersebut akan sangat buruk dalam mengalirkan air. Batulempung pada lapisan atas batubara terdapat pada kedalaman 246,05 m – 262,50 m dengan ketebalan 16,45 m. Batulempung tersebut memiliki nilai permeabilitas yaitu k1 5,260E-07 cm/s. Nilai permeabilitas batuan merupakan sebagai salah satu parameter dalam penentuan tingkat intrusi airtanah atau masuknya airtanah didalam reaktor UCG. Tingkat intrusi airtanah ini dinyatakan dalam bentuk m3/s yang mengalir pada lapisan pengapit batubara tersebut.
A. Pendahuluan
Underground coal gasification (UCG) atau gasifikasi batubara bawah tanah merupakan salah satu teknologi batubara bersih (clean coal technology) dimana teknologi ini mengkonversi batubara menjadi gas secara in-situ. Untuk mendukung kegiatan teknologi UCG ini ada beberapa parameter yang harus diperhatikan salah satunya adalah permeabilitas dari batuan pengapit dan batubaranya itu sendiri, dimana permeabilitas ini menunjukan besaran nilai kemampuan suatu batuan untuk meloloskan suatu fluida.
Pengaruh nilai permeabilitas dalam aliran airtanah pada penerapan teknologi UCG ini mulai dari pra-pelaksanaan teknologi UCG untuk penentuan lokasi, saat pelaksanaan teknologi UCG untuk mencegah terjadinya intrusi airtanah dan pada saat pasca teknologi UCG untuk menganalisis dampak lingkungan yang terjadi akibat penerapan teknologi ini. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengkajian mengenai pengaruh permeabilitas batuan terhadap tingkat intrusi airtanah pada reaktor UCG ini. Intrusi airtanah disini merupakan masuknya air pada reaktor UCG atau sering juga disebut sebagai rembesan airtanah.
Tujuan dilakukan penelitian mengenai kajian permeabilitas Spot 2 untuk menunjang penerapan teknologi UCG ini yaitu:
1. Mengetahui jenis akuifer pada Spot 2
2. Mengetahui karakteristik nilai permeabilitas Spot 2
3. Pengaruh nilai permeabilitas terhadap tingkat intrusi airtanah
B. Landasan Teori
Gasifikasi batubara bawah tanah atau Underground coal gasification (UCG) ini merupakan salah satu teknologi batubara bersih (clean coal). Teknologi UCG ini dilakukan dengan cara membakar batubara yang masih terdapat didalam tanah tanpa harus membuka lapisan overburdennya terlebih dahulu. Pada proses UCG ini akan menghasilkan gas yang disebut dengan gas sintetik (syngas) yang diubah dari hidrokarbon pada suhu dan tekanan tinggi. Gas hasil teknologi UCG ini dapat digunakan untuk listrik, bahan baku kimia, bahan bakar cair dan hidrogen.
Untuk melakukan teknologi UCG terdapat beberapa persyaratan yang harus dipenuhi, adapun persyaratan tersebut dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini:
Tabel 1. Persyaratan Penerapan Teknologi UCG
No. Persyaratan Penerapan UCG
1 Batubara memiliki kedalaman lebih dari 100 - 600 m
2 Batubara memiliki ketebalan minimal 5 m
3 Batuan pengapit batubara harus kuat 4 Batubara memiliki total moisture 60%
5 Minimal discontinuities
6
Terisolasi dari lapisan akuifer yang berharga
Batubara pada kedalaman 100 – 600 m dianggap lebih efektif untuk menjadi reaktor UCG, karena jika dilakukan pada kedalaman <100 m maka akan mudah terjadi subsidence (runtuh) dan jika dilakukan pada >600 m kemungkinan terjadinya tekanan tinggi sangat besar yang akan mempengaruhi proses pembakaran pada UCG.
Kedua batubara target harus memiliki ketebalan minimal 5 m, jika batubara <5 m maka kemungkinan terbakarnya batuan pengapit batubara akan lebih besar dan akan mempermudah terjadinya intrusi airtanah dan gas losses.
(Sumber: Peter Sallans, 2010)
Gambar 1. Proses Penerapan Teknologi UCG
Sistem airtanah ini terdiri dari air dan batuan, dimana air sebagai fluida mengisi rongga pada batuan. Tidak semua batuan dapat meluluskan dan menyimpan air. Oleh karena itu, jenis batuan berdasarkan sifatnya terhadap air dapat dibagi menjadi 4 (C.W Fetter, 2001) yaitu:
1. Akuifer, merupakan lapisan batuan yang dapat menyimpan dan meluluskan air dalam jumlah yang banyak, sehingga mempunyai nilai porositas dan permeabilitas yang tinggi. Contoh batuan yang bersifat akuifer ini adalah batuan pasir.
2. Akuitar, merupakan lapisan batuan yang dapat menyimpan dan memeluluskan air dalam jumlah yang terbatas, contoh batuan ini adalah batuan pasir-lempungan.
3. Akuiklud, merupakan lapisan batuan yang dapat menyimpan akan tetapi tidak dapat meluluskan air, dimana batuan ini mempunyai permeabilitas yang rendah. Contoh batuan yang bersifat akuiklud ini adalah batuan lempung.
4. Akuifug, merupakan lapisan batuan yang tidak dapat menyimpan air dan tidak dapat meluluskan air (impermeable). Contoh batuan yang bersifat akuifug ini adalah batuan beku.
Selain itu, akuifer juga dibagi lagi menjadi tiga jenis berdasarkan batuan pengapit (C.W Fetter, 2001) pada akuifer tesebut yaitu:
1. Akuifer tertekan (confined aquifer), akuifer ini memiliki lapisan akuiklud yang mengapit pada lapisan bawah dan atas akuifer, sehingga air akan tertahan pada akuifer.
kemampuan suatu batuan untuk meloloskan air (fluida). Fluida tersebut diloloskan melalui rongga pori – pori batuan yang kontinu atau saling berhubungan satu dengan yang lain sehingga bersifat permeable, disini air akan dialirkan dari titik energi tertinggi ketitik energi terendah.
Permeabilitas dan konduktivitas hidrolik, keduanya menunjukan nilai untuk kelulusan fluida pada suatu benda. Adapun perbedaan dari kedua koefisien tersebut yaitu, pada konduktivitas hidrolik ini tergantung pada media dan fluida (viskositas dan densitas fluida yang tergantung pada tekanan dan temperatur), sedangkan pada permeabilitas hanya tergantung pada sifat fisik batuan.
C. Hasil Penelitian dan Pembahasan
Analisis Jenis Akuifer, Nilai Permeabilitas dan karakteristik Nilai Permeabilitas
Lokasi pengeboran terletak di Kec. Sanga Desa, kab. Musi Banyuasin, Sumatera Selatan. Lokasi pengamtan memiliki luasan 50 ha dan dilakukan pengeboran sebanyak 8 titik bor salah satunya adalah Spot 2, dengan koordinat 319247,20 mE dan 9714042,40 pada ketinggian 78,25 mdpl. Pengeboran pada Spot 2 dilakukan dengan total kedalaman 283,05 m (Tabel 2).
Tabel 2. Hasil pengeboran Spot 2
No. Kedalaman Ketebalan (m) Litologi Dari (m) Ke (m) 1 14,00 15,55 1,55 Batulempung 2 15,55 37,00 21,45 Batulanau pasiran 3 37,20 39,00 1,80 Batulempung 4 39,30 41,10 1,80 Batubara 5 41,10 42,50 1,40 loss core 6 42,50 44,00 1,50 Batubara 7 46,20 50,05 3,85 Batulanau pasiran 8 55,25 56 0,75 Batulempung pasiran 9 57,60 58,5 0,90 Batupasir halus 10 58,50 59 0,50 Batuempung pasiran
11 59,00 61 2,00 Pasir halus lempungan
12 64,90 76,80 3,10 Batulempung
13 80,88 88,55 2,12 Batupasir lempungan
14 88,55 88,79 0,24 Batulempung
15 88,79 90,25 0,21 Batupasir
16 90,25 93,14 2,85 Batulanau sisipan pasir
Berdasarkan prasyarat untuk penerapan teknologi UCG diantaranya Hasil pengeboran menunjukan batubara dengan tebal > 5 m dan kedalaman 100 m – 600 m terdapat pada kedalaman 262,50 m – 273,00 m dengan tebal > 10,5 m, batubara tersebut diapit oleh batulempung dengan ketebalan 16,45 m. Jenis akuifer yang terdapat pada Spot 2 berupa akuifer, akuitar dan akuiklud, dengan dominasi akuiklud. Pada lapisan atas dan bawah batubara berupa lapisan akuiklud, yang berarti lapisan tersebut dapat menyimpan air akan tetapi tidak dapat meluluskan air. Selain itu, setiap lapisan akuifer ini memiliki nilai permeabilitas yang didapat dari hasil uji laboratorium berupa falling head permeameter pada coring hasil pengeboran.
Tabel 3. Nilai Permeabilitas Spot 2
No Kedalaman Sampel Permeabilitas (cm/s) Litologi Jenis Akuifer Karakteristik Nilai k Dari Ke (m) (m) 1 16,00 16,50 W-1 1,452E-06 Batulanau pasiran Akuiklud Very low permeability 2 27,31 28,00 W-2 5,876E-07 Batulanau pasiran Akuiklud Very low permeability 3 81,00 81,50 W-5 5,241E-07 Batupasir lempungan Akuitar Very low permeability 4 90,37 90,88 W-6 1,028E-06 Batupasir lempungan Akuitar Very low permeability 5 93,38 94,00 W-7 5,960E-07 Batulempung pasiran Akuiklud Very low permeability 6 97,50 98,00 W-8 6,681E-07 Batulempung lanauan Akuiklud Very low permeability
7 103,00 103,77 W-9 7,603E-07 Batulanau Akuiklud Very low
permeability
8 181,30 181,65 W-14 8,738E-07 Coaly clay Akuiklud Very low
permeability 9 207,00 207,70 W-15 7,756E-07
Batupasir halus lempungan
Akuitar Very low permeability 10 221,20 222,00 W-16 8,293E-07 Batupasir
medium Akuitar
Very low permeability
11 257,00 257,50 W-17 5,260E-07 Coaly clay Akuikud Very low
permeability
12 275,10 275,65 W-21 6,661E-07 Coaly clay Akuiklud Very low
permeability 13 280,53 281,00 W-22 2,429E-07
Batupasir lempungan
karbonasi
Akuiklud Very low permeability
Nilai permeabilitas akuifer merupakan salah satu indikasi untuk diketahui karakteristik nilai permeabilitas setiap batuan pada Spot 2. Karakteristik nilai permeabilitas pada Spot 2 hanya terdiri dari very low permeability, yang berarti semua lapisan penyusun pada Spot 2 ini memiliki kemampuan untuk mengalirkan air yang sangat buruk.
Sedangkan untuk mencari nilai intrusi airtanahnya dapat dilihat pada tabel 4 berikut,
Tabel 4. Nilai Q Spot 2
No. Sampel k (cm/s) k (m/s) b (m) ha-hb (m) L (m) w (m) Q (m3/s)
1 W-1 1,452E-06 1,020E-08 21,45
48 530 1060
2,100E-05 W-1B 5,876E-07
2 W-5 5,241E-07 5,241E-09 2,12 1,067E-06
3 W-6 1,028E-06 1,028E-08 2,85 2,813E-06
4 W-7 5,960E-07 5,96E-09 0,86 4,921E-07
5 W-8 6,681E-07 7,142E-09 24,4 1,673E-05
W-8B 7,603E-07
6 W-14 8,738E-07 8,738E-09 31,79 2,667E-05
7 W-15 7,756E-07 8,025E-09 42,29 3,258E-05
W-16 8,293E-07
8 W-17 5,260E-07 5,26E-09 12,35 6,236E-06
9 W-21 6,661E-07 6,661E-09 10,5 6,714E-06
10 W-22 2,429E-07 2,429E-09 10,05 2,343E-06
Rata-rata 6,993E-09 1,166E-05
Gambar 2. Grafik Hubungan Q dan k Pada Spot 2
Dari grafik diatas dapat diketahu bahwa nilai permeabilitas sangat mempengaruhi tingkat intrusi airtanah, hal ini terlihat dengan semakin tinggi nilai permeabilitas suatu lapisan maka akan semalin besar pula nilai Q (intrusinya).
Spot 2 memiliki nilai Q rata-rata sebesar 1,166E-05 m3/s dengan permeabilitas rata-rata (krata-rata) sebesar 6,993E-09 m/s.
0,000E+00 2,000E-09 4,000E-09 6,000E-09 8,000E-09 1,000E-08 1,200E-08 k (m /s) Q (m/s)
D. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengamatan dan pembahasan dapat disimpulkan hasil penelitian sebagai berikut:
1. Batubara pada Spot 2 memenuhi persyaratan UCG dengan ketebalan 10,5 m pada kedalaman 262,50 m – 273,00 m. Akuifer pada Spot 2 terdiri dari akuifer, akuiktar dan akuiklud, Spot 2 ini didominasi oleh lapisan akuiklud.
2. Spot 2 memiliki nilai permeabilitas 1,452E-06 cm/s – 2,429E-07 cm/s, sehingga memiliki karakteristik nilai permeabilitas berupa very low permeability, dimana lapisan akuifer ini sangat buruk untuk mengalirkan air.
3. Berdasarkan nilai permeabilitas rata-rata batuan pada Spot 2 memiliki potensi intrusi rata-rata sebesar 1,166E-05 m3/s.
Daftar Pustaka
Bhutto, Abdul Waheed, dkk. 2012. Underground Coal Gasification: From Fundamental to Applications (Article).
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128512000573. (Diakses April 2016)
Fetter, C.W. 2001. Apllied Hydrogeology 4th Edition. New Jersey: Prentice Hall, Inc. Sallans, Peter. 2010. Choosing The Best Coals In The Best Locations For UCG (Jurnal).
Laramie: University of Wyoming.
