Panas Bumi (Geothermal)

  Kata geothermal berasal dari bahasa yunani yaitu geo yang berarti bumi dan therme yang berarti panas. Secara istilah, geothermal dapat diartikan sebagai sumber energi panas yang terkandung di dalam air panas, uap air dan batuan bersama mineral ikutan dan gas lainnya yang secara genetik semuanya tidak dapat dipisahkan dalam suatu sistem panas bumi dan untuk pemanfaatannya diperlukan proses penambangan (Undang-undang Nomor 27 Tahun 2003 pasal 1 ayat 1).

  Terbentuknya daerah-daerah panas bumi yang memiliki temperatur tinggi mengacu pada teori tektonik lempeng, dimana teori ini menjelaskan bahwa di bumi terdapat pergerakan lempeng (crust). Pergeseran lempeng ini yang menentukan karakteristik dari sumber-sumber energi panas bumi yang ada. Untuk daerah panas bumi bertemperatur tinggi (lebih dari 180 ˚C) terdapat pada sistem magmatik volkanik aktif. Sistem magmatik volkanik aktif umumnya berada disekitar pertemuan lempeng samudra dan benua. Disini proses yang terjadi yaitu akibat adanya tumbukan antara lempeng samudra dan lempeng benua, lempeng samudra menunjam ke bawah (subduksi) lempeng benua. Temperatur yang tinggi di kerak bumi mengakibatkan lempeng samudra meleleh. Densitas lelehan biasanya lebih rendah dari sumber asalnya sehingga lelehan tersebut cenderung naik ke atas menjadi magma.  Sementara itu kandungan H₂O yang tinggi pada batas antara lempeng benua dan lempeng samudera memicu terjadinya partial melting yang mengakibatkan adanya fluida panas bumi. Fluida panas bumi ini kemudian bergerak ke atas melewati kerak bumi sambil terus bereaksi dengan batuan yang dilewatinya sehingga makin menambah komponen fluida panas bumi tersebut. Ketika fluida ini semakin bergerak ke atas maka akan mendidih dan mengeluarkan gelembung-gelembung gas di boiling zone. Disinilah terjadi pemisahan antara fase liquid dan fase gas pada fluida panas bumi. Fluida gas ini akan lebih mudah menerobos menuju permukaan bumi menjadi furnaroles disekitar puncak dan lereng gunung api. Sisa fluida panas bumi yang masi di dalam akan mengalir secara lateral dimana akan bercampur dengan air tanah dan keluar di permukaan sebagai mata air (Suparno 2009). Gambaran mengenai sistem panas bumi di suatu daerah biasanya dibuat dengan memperlihatkan sedikitnya lima komponen yaitu sumber panas,  reservoir dengan temperaturnya, sumber air serta manifestasi panas bumi permukaan yang terdapat di daerah tersebut (Saptadji 2001).

Gambar. Pergerakan Lempeng Tektonik

 

Gambar. Sistem Panas Bumi

 

Jenis-jenis Energi dan Sistem Panas Bumi

   Energi panasbumi diklasifikasikan kedalam lima kategori. Energi dari sistim hidrotermal (hydrothermal system) yang paling banyak dimanfaatkan karena pada sistim hidrotermal, pori-pori batuan mengandung air atau uap, atau keduanya, dan reservoir umumnya letaknya tidak terlalu dalam sehingga masih ekonomis untuk diusahakan. Berdasarkan pada jenis fluida produksi dan jenis kandungan fluida utamanya, sistim hidrotermal dibedakan menjadi dua, yaitu sistim satu fasa atau sistim dua fasa.

Gambar. Jenis-jenis Energi Panas Bumi

  Pada sistim satu fasa, sistim umumnya berisi air yang mempunyai temperatur 90° - 180°C dan tidak terjadi pendidihan bahkan selama eksploitasi. Contoh dari sistim ini adalah lapangan panasbumi di Tianjin (Cina) dan Waiwera (Selandia Baru).

Ada dua jenis sistim dua fasa, yaitu:

1. Sistim dominasi uap atau vapour dominated system, yaitu sistim panasbumi di mana sumur-sumurnya memproduksikan uap kering atau uap basah karena rongga-rongga batuan reservoirnya sebagian besar berisi uap panas. Dalam sistim dominasi uap, diperkirakan uap mengisi rongga-rongga, saluran terbuka atau rekahan-rekahan, sedangkan air mengisi pori-pori batuan. Karena jumlah air yang terkandung di dalam pori-pori relatif sedikit, maka saturasi air mungkin sama atau hanya sedikit lebih besar dari saturasi air konat (Swc) sehingga air terperangkap dalam pori-pori batuan dan tidak bergerak.

2. Sistim dominasi air atau water dominated system yaitu sistim panasbumi dimana sumur-sumurnya menghasilkan fluida dua fasa berupa campuran uap air. Dalam sistim dominasi air, diperkirakan air mengisi rongga-rongga, saluran terbuka atau rekahan-rekahan. Lapangan Awibengkok termasuk kedalam jenis ini, karena sumur-sumur umumnya menghasilkan uap dan air. Pada sistim dominasi air, baik tekanan maupun temperatur tidak konstant terhadap kedalaman.

  Dibandingkan dengan temperatur reservoir minyak, temperatur reservoir panasbumi relatif sangat tinggi, bisa mencapai 350°C. Berdasarkan pada besarnya temperatur, Hochstein (1990) membedakan sistim panasbumi menjadi tiga, yaitu:

1.Sistim panasbumi bertemperatur rendah, yaitu suatu sistim yang reservoirnya mengandung fluida dengan temperatur lebih kecil dari 125°C.

2.Sistim/reservoir bertemperatur sedang, yaitu suatu sistim yang reservoirnya mengandung fluida bertemperatur antara 125°C dan 225°C.

3.Sistim/reservoir bertemperatur tinggi, yaitu suatu sistim yang reservoirnya mengandung fluida bertemperatur diatas 225°C.

  Sistim panasbumi seringkali juga diklasifikasikan berdasarkan entalpi fluida yaitu sistim entalpi rendah, sedang dan tinggi. Kriteria yang digunakan sebagai dasar klasifikasi pada kenyataannya tidak berdasarkan pada harga entalphi, akan tetapi berdasarkan pada temperatur mengingat entalphi adalah fungsi dari temperatur.

Geothermal di Indonesia

Gambar. Persebaran Potensi Panas Bumi di Indonesia (ESDM 2008)

  Posisi Indonesia yang tepat berada di batas antara lempeng Eurasia, Indo-Australia dan Pasifik mengakibatkan Indonesia termasuk daerah yang mempunyai sistem magmatik volkanik aktif. Hal ini terbukti dari 128 gunung berapi aktif yang tersebar di seluruh Indonesia (Zen 2008). Setelah dilakukan survey pendahuluan terkait dengan potensi geothermal di 256 daerah didapatkan kandungan energi geothermal di Indonesia senilai 27.601 MWe atau terbesar di dunia. Namun baru 1042 MWe yang telah diproduksi dari energi geothermal tersebut (ESDM 2008).

Tabel. Potensi Panas Bumi Indonesia Tahun 2008 (ESDM, 2008)

Pemanfaatan Panas Bumi

  Secara umum pemanfaatan energi geothermal terbagi menjadi tiga yaitu untuk menggerakkan pembangkit listrik, penggunaan secara langsung (direct use) dan pemanasan /pendinginan bangunan dengan pompa-pompa panas geothermal. Energi listrik yang dihasilkan dari memanfaatkan energi geothermal diperoleh dengan menggunakan peralatan turbin uap dan generator. Uap dari geothermal digunakan untuk memutarkan turbin untuk menghasilkan energi listrik. Untuk penggunaan langsung yaitu air panas dari sumber geothermal mampu menyediakan panas untuk kegiatan industri, rumah kaca pengeringan hasil panen, pemanas ruangan, balneology (pengobatan) atau mencairkan salju pada negara-negara yang beriklim dingin. Penggunaan langsung disini dengan cara mengalirkan uap panas dengan sistem mekanik berupa pemompaan dengan pipa-pipa, pengatur panas dan pengontrol-pengontrol kemudian dialirkan ke tempat yang menggunakannya. Biasanya pemanfaatan secara langsung ini suhu yang dipakai adalah 50˚C-150˚C. Untuk Indonesia pemanfaatan yang ada masih sebatas pada pemanfaatan sebagai energi listrik dan untuk area hot springs sebagai pariwisata (Sumintadiredja 2005). 

Penentuan Potensi Panas Bumi

  Adanya sumberdaya geothermal di bawah permukaan terkadang ditunjukkan dengan adanya manifestasi permukaan sebagai akibat dari adanya energi dari dalam bumi yang keluar. Manifestasi permukaan adalah tanda-tanda alam yang nampak di permukaan tanah sebagai petunjuk awal adanya aktifitas  panas bumi di bawah permukaan bumi. Manifestasi panas bumi ini dapat berupa tanah hangat (warm ground), permukaan tanah beruap, mata air panas atau hangat, telaga air panas, fumarole, geyser, kubangan lumpur panas, silika sinter, batuan yang mengalami alterasi (Saptadji 2001). Karakteristik kondisi geomorfologi juga menandakan adanya sumberdaya geothermal di dalam permukaan. Adanya patahan di daerah vulkanisme tua dapat dijadikan indikator tersebut (Utama dkk. 2012). Selain itu, besarnya potensi cadangan suatu lapangan panas bumi dapat digambarkan dengan beberapa parameter reservoir seperti temperatur, tekanan, dan entalpi yang merepresentasikan energi termal yang terkandung di dalam fluida reservoir tersebut (Singarimbun dkk. 2011).

1. Tanah Hangat

Adanya sumber daya panasbumi di bawah permukaan dapat ditunjukkan antara lain dari adanya tanah yang mempunyai temperatur lebih tinggi dari temperatur tanah disekitarnya. Hal ini terjadi karena adanya perpindahan panas secara konduksi dari batuan bawah permukaan ke batuan permukaan. Berdasarkan besarnya gradien temperatur, area di bumi dibagi menjadi area tidak panas dan area panas (thermal area). Suatu area diklasifikasikan sebagai area tidak panas apabila gradien temperatur di area tersebut sekitar 10-40°C/km. Sedangkan area panas terdapat area semi thermal dan area hyperthermal. Area semi thermal, yaitu area yang mempunyai gradien temperatur sekitar 70-80°C/km. Area hyperthermal, yaitu area yang mempunyai gradien temperatur sangat tinggi. Contohnya adalah di Lanzarote (Canary Island) besarnya gradien temperatur sangat tinggi sekali hingga besarnya tidak lagi dinyatakan dalam °C/km tetapi dalam °C/cm.

2. Permukaan Tanah Beruap

Di beberapa daerah terdapat tempat-tempat di mana uap panas (steam) nampak keluar dari permukaan tanah. Jenis manifestasi panasbumi ini disebut steaming ground. Diperkirakan uap panas tersebut berasal dari suatu lapisan tipis dekat permukaan yang mengandung air panas yang mempunyai temperatur sama atau lebih besar dari titik didihnya (boiling point). Besarnya temperatur di permukaan sangat tergantung dari laju aliran uap (steam flux).

3. Mata Air Panas atau Hangat

Mata air panas/hangat ini terbentuk karena adanya aliran air panas/hangat dari bawah permukaan melalui rekahan-rekahan batuan. Istilah “hangat” digunakan bila temperatur air lebih kecil dari 50°C dan istilah “panas” digunakan bila temperatur air lebih besar dari 50°C. Mata air panas yang bersifat asam biasanya merupakan manifestasi permukaan dari suatu sistim panasbumi yang didominasi uap. Sedangkan mata air panas yang bersifat netral biasanya merupakan manifestasi permukaan dari suatu sistim panasbumi yang didominasi air. Mata air panas yang bersifat netral, yang merupakan manifestasi permukaan dari sistim dominasi air, umumnya jenuh dengan silika. Apabila laju aliran air panas tidak terlalu besar umumnya di sekitar mata air panas tersebut terbenntuk teras-teras silika yang berwarna keperakan (silica sinter terraces atau sinter platforms). Bila air panas banyak mengandung Carbonate maka akan terbentuk teras-teras travertine (travertine terrace). Namun di beberapa daerah, yaitu di kaki gunung, terdapat mata air panas yang bersifat netral yang merupakan manifestasi permukaan dari suatu sistim panasbumi dominasi uap.

4. Kolam Air Panas

Kolam air panas ini terbentuk karena adanya aliran air panas dari bawah permukaan melalui rekahan-rekahan batuan. Bila air tersebut berasal dari reservoar panasbumi maka air tersebut hampir selalu bersifat netral. Disamping itu air tersebut umumnya jemih dan berwarna kebiruan. Bila air tersebut berasal dari air tanah yang menjadi panas karena pemanasan oleh uap panas maka air yang terdapat di dalam kolam air panas umumnya bersifat asam. Sifat asam ini disebabkan karena tejadinya oksidasi H₂ didalam uap panas. Kolam air panas yang bersifat asam (acid pools) umumnya berlumpur dan kehijau-hijauan. Kolam air panas yang bersifat asam mungkin saja terdapat diatas suatu reservoar air panas. Jika luas permukaan dari kolam air panas ini lebih dari 100m² biasanya disebut telaga air panas.

 Gambar. Kolam Air Panas

5. Fumarole

Fumarole adalah lubang kecil yang memancarkan nap panas kering (dry steam) atau uap panas yang mengandung butiran-butiran air (wet steam). Apabila uap tersebut mengandung gas H₂S maka manifestasi permukaan tersebut disebut solfatar. Fumarole yang memancarkan uap dengan kecepatan tinggi kadang-kadang juga dijumpai di daerah tempat terdapatnya sistim dominasi uap. Uap tersebut mungkin mengandung S0₂ yang hanya stabil pada temperatur yang sangat tinggi (>500°C). Fumarole yang memancarkan uap dengan kandungan asam boric tinggi umumnya disebut soffioni.

6. Geyser

Geyser didefinisikan sebagai mata air panas yang menyembur ke udara secara intermitent (pada selang waktu tak tentu) dengan ketinggian air sangat beraneka ragam, yaitu dari kurang dari satu meter hingga ratusan meter. Geyser merupakan manifestasi permukaan dari sistim dominasi air.

Gambar. Geyser

7. Kubangan Lumpur Panas

Kubangan lumpur panas umumnya mengandung non-condensible gas (CO₂) dengan sejumlah kecil uap panas. Lumpur terdapat dalam keadaan cair karena kondensasi uap panas. Sedangkan letupan-letupan yang tejadi adalah karena pancaran C0₂.

Gambar. Kubangan Lumpur

8. Silika Sinter

Silika sinter adalah endapan silika di permukaan yang berwarna keperakan. Umumnya dijumpai disekitar mata air panas dan lubang geyser yang menyemburkan air yang besifat netral. Apabila laju aliran air panas tidak terlalu besar umumnya disekitar mata air panas tersebut terbentuk teras-teras silika yang berwarna keperakan (silica sinter teraces atau sinter platforms). Silika sinter merupakan manifestasi pernukaan dari sistim panasbumi yang didominasi air.

Gambar. Silika Sinter

9. Batuan Yang Mengalami Alterasi

Alterasi hidrothermal merupakan proses yang terjadi akibat adanya reaksi antara batuan asal dengan fluida panasbumi. Batuan hasil alterasi hidrotermal tergantung pada beberapa faktor, tetapi yang utama adalah temperatur, tekanan, jenis batuan asal, komposisi fuida (hususnya pH) dan lamanya reaksi. Mineral hidrothermal yang dihasilkan di zona permukaan biasanya adalah kaolin, alutlite, sulphur, residue silika dan gypsum.

10. Geomorfologi

Geomorfologi adalah kajian yang menguraikan tentang bentuk lahan yang menyusun permukaan bumi baik di atas maupun di bawah permukaan laut, proses-proses yang menyebabkan pembentukannya dan menyelidiki hubungan antara bentuk lahan dengan proses tersebut dalam tatanan keruangannya (Lihawa 2009). Aspek-aspek dalam geomorfologi (Verstappen 1983)  meliputi:

1. Aspek morfologi, dimana mencakup ukuran-ukuran dan bentuk unsur-unsur penyusun bentuk lahan.

2. Aspek Morfogenesa, dimana asal usul pembentukan lahan dan perkembangannya. Proses ini dapat dibedakan berdasarkan tenaga geomorfologi pembentuk bentuk lahan. Proses-proses tersebut membentuk konfigurasi bentuk permukaan bumi yang berbeda-beda.

3. Aspek Morfo-kronologi, dimana urutan bentuk lahan yang ada di permukaan bumi sebagai hasil proses geomorfologi.

4. Aspek Morfo-asosiasi, dimana merupakan kaitan antara bentuk lahan satu dengan bentuk lahan lainnyadalam susunan keruangan dan sebarannya di permukaan bumi. Morfo-asosiasi ini sangat penting karena bentuk lahan yang ada di permukaan bumi pembentukannya sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor antara lain topografi, iklim, batuan, proses, vegetasi, organisme dan waktu.

  Ketinggian, sudut kemiringan (slope angle) dan aspek kemiringan (slope aspect) adalah variabel-variabel yang sering digunakan dalam menentukan orientasi lokal dari suatu landscape (Walsh dkk. 1997).

  Beberapa metode yang digunakan dalam penentuan estimasi potensi panas bumi adalah metode estimasi volumetrik dan metode estimasi simulasi numerik. Metoda estimasi volumetrik dibagi menjadi metode perbandingan dan model lumped parameter. Metode perbandingan, yaitu menyetarakan suatu daerah panas bumi baru yang belum diketahui potensinya dengan lapangan yang diketahui berpotensi, dimana keduanya memiliki kemiripan kondisi geologi. Metoda ini digunakan untuk menghitung potensi energi panas bumi dengan klasifikasi sumber daya spekulatif. Model lumped parameter, didasarkan pada anggapan bahwa reservoir panas bumi berupa bentuk kotak sehingga perhitungan volume = luas sebaran x ketebalan; dengan syarat bahwa : (a) kandungan energi panas dalam bentuk fluida berada dalam batuan; dan (b) kandungan massa fluida terdapat dalam resrvoir. Metode ini digunakan untuk menghitung potensi energi panas bumi dengan kategori sumber daya hipotesis, cadangan terduga, mungkin dan terbukti. Sedangkan metode estimasi simulasi numerik digunakan pada kondisi dimana pada suatu lapangan panas bumi telah tersedia beberapa sumur eksplorasi dengan semburan fluida panas. Data sumur dibuat simulasi, yang selanjutnya digambar dalam sistem kisi (grid) dan bentuk tiga dimensi. Dengan metode ini dapat dihitung potensi cadangan terbukti dari suatu reservoir, termasuk umur, optimasi produksi dan sistem distribusi panasnya (Saptadji 2001).

  Menurut Badan Standardisasi Nasional (1998) estimasi potensi geothermal didasarkan pada kajian ilmu geologi, geokimia, geofisika dan teknik reservoar. Kajian geologi ditekankan pada sistem, vulkanis, struktur geologi, umur batuan, jenis dan tipe batuan ubahan dalam kaitannya dengan sistem panas bumi. Kajian geokimia ditekankan pada tipe dan tingkat maturasi air, asal mula air panas, model hidrologi dan sistem fluidanya. Kajian geofisika menghasilkan parameter fisis batuan dan struktur bawah permukaan dari sistem panas bumi. Kajian teknik reservoar menghasilkan fase teknik yang mendefinisikan klasifikasi cadangan termasuk sifat fisis batuan dan fluida serta pemindahan fluida dari reservoar. Dari banyaknya kajian yang ada juga memerlukan sistem yang mampu mengintegrasikan antara hasil kajian satu dengan lainnya sehingga nantinya dapat diketahui mengenai penyebaran batuan, struktur geologi, daerah alterasi hidrotermal, geometri cadangan panas bumi, hidrologi, sistem panas bumi, temperature reservoir, potensi sumber daya serta potensi listriknya.