Smarter Indonesia

Istilah minyak bumi berasal dari Bahasa latin petroleum yang artinya petrol (batuan) dan oleum (minyak). Nama ini diberikan kepada fosil hewan atau tumbuhan yang ditemukan pada kulit bumi, baik berupa gas alam, batubara, dan minyak bumi.

Pembentukan minyak bumi
Minyak bumi terbentuk dari fosil-fosil hewan dan tumbuhan yang sudah tertimbun berjuta-juta tahun. Saat hewan atau tumbuhan mati, fosil mereka ini tertimbun oleh pasir dan lumpur pada dasar laut. Ribuan tahun kemudian, akibat pengaruh tekanan dan suhu bumi, lapisan-lapisan lumpur dan pasir ini berubah menjadi batuan. Akibat tekanan dan panas bumi, fosil yang terjebak pada batuan ini menjadi minyak mentah dan gas alam.

Tahap pertama dalam eksplorasi minyak bumi adalah mencari petunjuk dari permukaan bumi seperti lipatan-lipatan batuan. Lipatan-lpatan ini terjadi akibat tekanan gas dan minyak bumi yang merembes ke dalam bantuan sehingga minyak bumi naik ke permukaan, tetapi tidak sampai ke permukaan bumi karena tertutup lapisan batuan yang lain.

Untuk mengetahui lokasi minyak bumi ini dilakukan dengan gelombang seismik. Gelombang seismik diciptakan dengan menggunakan ledakan kecil. Ledakan ini menghasilkan gelombang dan akan merambat sampai kedalaman tertentu. Jika ada batuan yang menggelembung, gelombang ini dipantulkan kembali. Pantulan ini dideteksi oleh sensor sehingga posisi akurat minyak bumi dapat diketahui.

Langkah berikutnya adalah mengeluarkan minyak bumi dari lapisan-lapisan batuan tersebut. Untuk melakukan hal ini, diperlukan pengeboran sampai ke dasar lapisan yang mengandung minyak bumi. Setelah dibor, minyak bumi akan memancar sendiri akibat perbedaan tekanan. Akan tetapi, tekanan ini semakin ke atas semakin melemah sehingga diperlukan tekanan dari luar. Tekanan ini biasanya berupa pompa air atau udara.

Komposisi minyak bumi
Gas alam memiliki komposisi yang berupa campuran alkana bergantung pada sumbernya. Pada umumnya, gas alam terdiri dari 80% metana, 7% etana, 6% propana, 4% butana dan isobutana, dan 3% pentana. Gas yang dipasarkan dan sudah diolah dalam bentuk cair disebut LNG (liquid natural gas).

Minyak bumi hasil pertambangan yang belum diolah dinamakan minyak mentah atau crude oil. Minyak mentah memiliki campuran yang sangat kompleks, yaitu 50-95% hidrokarbon, terutama alkana dengan berat molekul di atas 100-an, sikloalkana, aromatik, senyawa mikro seperti asam-asam organik, dan unsur anorganik seperti belerang.

Hidrokarbon dalam minyak mentah terdiri atas hidrokarbon jenuh, alifatik, dan alisiklik. Hidrokarbon jenuh adalah komponen terbesar dalam minyak mentah yang terdiri dari alkana dan sikloalkana.

Di Indonesia, minyak bumi terdapat di bagian utara pulau Jawa, bagian timur Kalimantan dan Sumatra, daerah Papau dan bagian timur pulau Seram. Minyak bumi di Indonesia banyak menganduk senyawa hidrokarbon siklik, sikloalkana dan aromatik. Minyak bumi dari negara-negara Arab banyak mengandung alkana. Minyak bumi dari Rusia banyak mengandung sikloalkana.

Minyak yang baru ditambang merupakan minyak mentah yang memiliki campuran yang sangat kompleks. Minyak ini perlu diolah terlebih dahulu melalui distillation atau penyulingan bertingkat.

Penyulingan minyak bumi
Minyak mentah agar dapat digunakan sebagai bahan bakar dan aplikasi lain perlu diolah di kilang-kilang minyak minyak melalui penyulingan bertingkat dengan teknik fraksionasi. Prinsip dasar dari penyulingan bertingkat adalah perbedaan titik didih.

Hidrokarbon dengan titik didih terendah akan terpisah terlebih dahulu disusul dengan hidrokarbon dengan titik didih yang lebih tinggi. Jadi intinya, hidrokarbon ini terpisah secara bertahap dari campuran minyak mentah.

Fraksi yang pertama kali keluar dari penyulingan adalah hidrokarbon dengan senyawa terendah, kurang dari 70 satuan massa atom. Fraksi ini dimasukkan ke dalam tabung bertekanan tinggi sehingga berbentuk cair. Fraksi ini dikenal dengan LPG (liquid petroleum gas).

Fraksi yang berikutnya adalah hidrokarbon dengan jumlah atom karbon 5-10 pada suhu 40-200 ^oC. Fraksi ini dipakai sebagai bensin untuk kendaraan bermotor. Berikutnya adalah kerosin untuk bahan bakar pesawat dan kompor. Selanjutnya adalah untuk bahan bakar diesel. Kemudian pelumas dan lilin alam. Sisa dari penyulingan adalah aspal berwarna hitam pekat.

Perengkahan minyak bumi
Untuk memenuhi keperluan tertentu, hidrokarbon dengan rantai panjang bisa dipecah menjadi rantai yang lebih pendek dengan proses perengkahan atau cracking. Kebalikannya, hidrokarbon rantai pendek dapat digabungkan untuk menjadi rantai yang lebih panjang dengan proses reforming.

Untuk meningkatkan fraksi bensin, hidrokarbon dengan rantai panjang seperti kerosin C₁₂H₂₆ bisa direngkahkan menajadi fragmen yang lebih pendek (heksana dan heksena) dengan proses perengkahan termal. Proses ini dilakukan pada suhu 500 ^oC dan tekanan 25 atm.
Keberadaan heksena dapat meningkatkan bilangan oktan sampai sebesar 10 satuan. Akan tetapi, produk dari perengkahan ini kurang stabil. Oleh karena ini teknik perengkahan termal ini sekarang diganti dengan perengkahan katalitik yang menggunakan katalis pada suhu dan tekanan tinggi. Pada perengkahan katalitik, alkana dengan rantai panjang direaksikan dengan campuran silikon SiO₂ dan alumina Al₂O₃ ditambah gas hidrogen dan katalis tertentu.

Kebalikan dari perengkahan adalah reforming, yaitu hidrokarbon yang kecil digabungkan untuk menjadi hidrokarbon yang lebih besar. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan produk bensin. Misalnya butana dan propana bisa direaksikan untuk menghasilkan heptana.

Bilangan oktan
Dalam mesin bertegangan tinggi, pembakaran bensin dengan rantai lurus tidak merata dan menimbulkan gelombang kejut dapat menyebabkan ketukan pada mesin. Jika ketukan ini dibiarkan akan menyebabkan mesin cepat panas dan rusak.

Untuk menentukan kualitas bensin digunakan istilah bilangan oktan. Bilangan oktan didefinikan sebagai bilangan perbandingan antara nilai ketukan bensin terhadap nilai ketukan dari campuran hidrokarbon standar. Campuran hidrokarbon yang dipakai sebagai standar adalah isooktana (2,2,4-trimetilpentana) dan n-heptana. Bilangan oktan untuk isooktana adalah 100. dan untuk n-heptana adalah 0. Jadi jika ada campuran 85% isooktana dan 15% n-heptana maka nilai oktannya adalah 85.

Untuk mengukur bilangan oktan dapat digunakan metode berikut:
• RON (research oktan number) merupakan metode yang paling sering dipakai di seluruh dunia untuk mengukur bilangan oktan. RON ditentukan dengan menggunakan mesin pada speed 600 rpm dengan compression ratio pada kondisi yang terkontrol dan hasilnya dibandingan dengan hidrokarbon standar.
• MON (motor octane number) merupakan metode lain setelah RON. Pada metode ini bilangan oktan ditentukan pada mesin dengan speed 900 rpm dengan campuran bensin yang sudah dipanaskan dan variabel waktu pembakaran bensin. Bergantung dengan komposisi bensin itu sendiri, nilai MON biasanya lebih rendah 8-12 bilangan oktan.
• Anti-Knock Index (AKI). Metode ini merupakan metode gabungan dari RON dan MON. Pada metode ini bilangan oktan itu sama dengan angka RON dan MON dibagi 2. Kebanyakan pom bensin, seperti di Indonesia dan Eropa menggunakan angka dari hasil RON. Negara yang memakai angka dari AKI adalah amerika dan kanada.

Untuk menaikkan bilangan oktan bisa ditambahkan zat aditif tertentu. Contohnya adalah tetraethyllead (TEL) dengan rumus senyawa Pb(C₂H₅)₄. Penambahan 6 mL TEL ke dalam 1 galon bensin bisa menaikkan bilangan oktan 15-20 satuan. Penggunaan TEL ini sekarang sudah dilarang karena merupakan senyawa beracun.

Metode lain untuk meningkatkan bilangan oktan adalah termal reforming. Pada teknik ini alkana rantai lurus akan berubah menjadi alkana bercabang dan sikloalkana. Teknik ini harus dilakukan pada suhu tinggi sekitar 500-600 ^oC dan tekanan tinggi 25-50 atm.

Minyak bumi kebanyakan dipakai sebagai bahan bakar tetapi masih banyak kegunaan minyak bumi yang lain. Selai bermanfaat minyak bumi juga memiliki dampak negatif terhadap lingkungan.

Aplikasi lain minyak bumi
Minyak bumi dari golongan aromatik dan alifatik tidak jenuh yang memiliki massa molekul rendah sering disebut dengan nafta. Senyawa aromatik dipakai sebagai bahan baku untuk obat-obatan, detergen, zat warna, dan kosmetik. Beberapa senyawa aromatik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari ada sakarin atau pemanis buatan, pengawet BHA, pewarna indigotin biru dan amaran merah.

Senyawa alifatik tidak jenuh banyak digunakan untuk bahan baku polimer, pelarut, karet dan fiber sintetik. Selain itu, fraksi nafta bisa juga dipakai sebagai bahan baku untuk aerosol, bahan antibeku, pigmen, alkohol, lem, peledak, dan insektisida.

Dampak lingkungan
Pembakaran bensin yang mengandung senyawa aditif tetraethylead atau TEL akan membentuk senyawa timbal oksida PbO. Senyawa ini bisa tertimbun pada mesin kendaraan. Untuk menyelesaikan hal ini, ke dalam bensin biasanya ditambahkan senyawa 1,2-dibromometana. Ketika PbO terbentuk ini akan bereaksi dengan 1,2-dibromometana untuk menghasilkan PbBr₂ yang mudah menguap ke udara. Senyawa PbBr₂ akan menjadi polutan yang beracun di udara. Karena hal ini penggunaan TEL pada bensin sudah tidak diperbolehkan lagi.

Beberapa polutan lain yang masih ada akibat pembakaran tidak sempurna dari minyak bumi adalah karbon monoksida, oksida beleran, dan partikulat hidrokarbon.

Karbon monoksida
Jika kita menghirap gas CO, kita bisa menjadi lelah dan pusing, bahkan kalau kebanyakan bisa pingsan. Hal ini disebabkan oleh reaktifitas sel darah kita terhadap CO. Jika di udara terdapat banyak gas CO dan terhirup, hemoglobin kita akan lebih mudah berikatan dengan CO daripada O₂. Akibatnya tubuh kita jadi kekurangan oksigen.

Konsentrasi CO 5% dalam darah bisa menimbulkan kelainan pada mekanisme kerja jantung dan paru-paru. Kadar CO 10 ppm di udara dapat menimbulkan penyakit untuk orang yang menghirupnya dan kadar CO 1300 ppm selama 30 menit dapat menyebabkan kematian.

Menurut badan kesehatan dunia atau world health organisation WHO merekomendasikan kadar rata-rata gas CO di udara sebesar 9 ppm selama 8 jam atau 32 ppm selama 1 jam. Artinya, udara masih dianggap sehat jika selama 8 jam kadar CO kurang dari 9 ppm, Jika kadarnya 32 ppm, maka udara tersebut hanya dinyatakan segar dalam waktu 1 jam.

Oksida belerang
Selain gas CO, ada juga gas yang beracun yaitu gas SO₂. Gas ini timbul karena di dalam bensin suka masih terdapat belerang. Belerang dioksida adalah gas yang tidak berwarna dan tidak mudah terbakar. Pada konsentrasi 0,3-1,0 ppm di udara gas ini menimbulkan bau yang tidak sedap. Gas SO₂ dapat menimbulkan reaksi fotokimia yang menyebabkan smog atau kabut asap sehingga visibilitas atau daya penglihatan menurun.

Pada konsentrasi 0,20 ppm selama 24 jam di udara terbuka dapat menimbulkan gangguan pada sistem pernapasan, seperti timbulnya penyakit kanker dan bronkitis akut. Pengaruh ini timbul karena SO₂ yang dihirup bereaksi dengan uap air pada saluran pernapasan dan terbentuk asam sulfit H₂SO₃.

Gas SO₂ juga mengganggu pertumbuhan sejumlah tanaman. Pada konsentrasi rendah dapat menyebabkan terhambatnya permbentukan klorofil. Pada konsentrasi tinggi langsung dapat menyebabkan kematian. Contohnya, kadar SO₂ sebesar 0,22-0,25 ppm dapat mematikan tanaman apel, sedangkan pada konsentrasi 0,20-0,23 ppm dapat mematikan kentang.
,br/> Ketika terjadi hujan pada udara yang tercemari dengan gas SO₂ dapat membentuk asam sulfit. Selain itu, gas SO₂ sendiri bisa teroksidasi menjadi gas SO₃ dan ketika gas ini bereaksi dengan air hujan akan membentuk asam sulfat. Peristiwa seperti ini dinamakan hujan asam.
Hujam asam bisa dideteksi dengan mengukur pH air hujan. Ambang batas pH air hujan adalah 5,5. Air hujan dengan pH dibawa 5,5 dikatakan hujam asam dan bisa mematikan mikroorganisme dan tanaman.

Asam ini juga bersifat korosif sehingga berdampak buruk untuk logam dan bangunan. Contohnya keramik memiliki bahan dasar kalsium karbonat CaCO₃ akan hancur dengan adanya hujam asam.

Hidrokarbon
Hidrokarbon seperti yang kita ketahui adalah senyawa apapun yang mengandung karbon dan hidrogen. Terdapat dua golongan besar yang berkaitan dengan pencemaran udara, yaitu deret olefin atau alkena dan aromatik.

Sumber utama polutan ini adalah pembakaran tidak sempurna dan juga proses penguapan minyak bumi. Senyawa aromatik benzena dan turunannya diduga dapat menyebabkan kanker. Sedangkang senyawa deret olefin konsentrasi rendah tidak membahayakan bagi hewarn tetapi dapat menghambat pertumbuhan tanaman.

Senyawa olefin lainnya seperti peroksiasetil nitrat (PAN), peroksibenzoil nitrat (PBzN), dan asam nitrat dapat berkerumun membentuk kabut. Kabut ini adalah hasil reaksi dengan cahaya yang disebut fotokimia sehingga kabut ini disebut kabut fotokimia.