Permasalahan Utama dalam Sistem Geotermal-Scaling

Oleh Nur Abdillah Siddiq – Definisi dari scale adalah endapan padatan pada permukaan logam, batu, atau material lain. Pada sistem geothermal, scale terbentuk dari fluida geotermal yang berfase liquid (air). Terdapat 3 kelas mineral pada fluida geothermal yang dapat menyebabkan terjadinya scaling, yakni:

  1. Silika dan silikat
  2. Karbonat dari kalsium dan besi
  3. Sulfida dari besi dan logam berat

Air merupakan pelarut universal sehingga air selalu berada dalam proses melarutkan atau mengendapkan mineral tersebut menjadi scale. Fenomena tersebut menentukan batas kelarutan.

Tingkatan dari scaling mineral pada air tidak sepenuhnya tergantung pada komposisi kimia air itu sendiri atau mineral yang larut, melainkan disebabkan oleh derajat saturasi dari air terhadap mineral yang nilainya berbeda-beda, perubahan temperature, perubahan tekanan, perubahan potensial redoks, perubahan konsentrasi relatif terhadap mineral lainnya, dan perubahan pH.

Mekanisme terbentuknya scale secara sederhana sama seperti dengan proses pengendapan pada umumnya. Pengendapan terjadi dikarenakan nilai Qc (hasil kali ion-ion yang bereaksi) lebih besar dibandingkan nilai Ksp (hasil kali kelarutan ketika ion-ion setimbang). Perhitungan kesetimbangan menunjukkan bahwa air geotermal dapat jenuh dengan mineral-mineral tertentu. Perhitungan hasil kali kelarutan ion-ion dapat dilakukan menggunakan software AquaChem, software tersebut digunakan untuk menghitung indeks saturasi sehingga dapat memprediksi potensi terjadinya scaling.

Scaling mineral kalsit (CaCO3) atau Silika (SiO2) merupakan permasalahan utama dalam banyak sistem geotermal. Pada sistem geothermal bertemperatur rendah dan menengah, beberapa peneliti melaporkan bahwa terbentuk scale kalsit. Kristmanndottir (1989) juga mencatat bahwa scale kalsit dijumpai pada sistem geotermal bertemperatur rendah di Iceland. Metode pencegahan dari pengendapan scale pada sistem geothermal bertemperatur rendah dikendalikan oleh tingkat pelepasan gas (degassing) CO2 dan perubahan pH yang menyebabkan perubahan nilai hasil kali konsentrasi ion-ion mineral.

Arnorsson mereview secara teoritis mengenai pengendapan mineral kalsit dari air geotermal. Hasil studi tersebut menjelaskan bahwa fluida geothermal di reservoir berbagai tempat didunia adalah jenuh dengan kalsit. Kalsit dibawah jenuh (undersaturated) mungkin ada dibeberapa tempat dikarenakan rendahnya kadar karbon dioksida.

Proses kimia dari scaling kalsit

Kelarutan dari kalsit secara signifikan diakibatkan oleh pH dan kelarutan karbon dioksida di air geotermal. Pada beberapa nilai temperatur yang diberikan, kelarutan dari kalsit berada dalam kesetimbangan dengan meningkatnya fase vapour dan dengan meningkatnya konsentrasi karbon dioksida mencapai 1 mol karbon dioksida per kg. Pada berbagai macam tekanan karbon dioksida, kelarutan dari kalsit menurun dengan meningkatnya temperatur.

Endapan kalsium karbonat dapat terbentuk dari air geotermal oleh Adanya  karbon dioksida di di kondisi tekanan menengah dan tinggi di reservoir geothermal meningkatkan kelarutan kalsit. Reaksi penguraian/pelarutan digambarkan sebagai berikut:

CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)       Ca2+ (aq) + 2HCO3 (aq)

Hampir dari semua sistem geotermal berisi karbon dioksida yang larut. Fakta terpenting dari pengendapan kalsit adalah

  1. Endapan dapat terurai, larut, terbawa, dan terendapkan kembali di air.
  2. Karbon dioksida dan air memainkan peranan penting di siklus penguraian, pengangkutan, dan pengendapan kembali.
  3. Scale kalsit adalah permasalahan paling umum dalam scaling di sistem geotermal.
  4. Pengendapan kalsit dapat dicegah dengan penyesuaian pH dan tekanan.

Referensi:

  • Rizky Ayu Trisnaningtyas. 2012. Analisa Desain Sistem Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) pada Offshore Pipeline milik JOB Pertamina-Petrochina East Java. Jurusan Teknik Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
  • Douglas P. Riemer. 2005. A Mathematical Model For the Cathodic Protection of Tank Bottoms. Jurnal Corrosion Science hal. 849-868.
  • Power Generation University. Cathodic Protection for Power Plant Piping- Protecting People and the Environment.
  • Subir K. Sanyal. 2005. Classification Of Geothermal System – A Possible Scheme. Thirtieth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University. California
  • Per Olav Gartland. 2004. Internal Corrosion Of Dry Gas Pipelines During Upsets. Paper No. 04199 NACE.
  • Kevin Rafferty. 1999. SCALING IN GEOTHERMAL HEAT PUMP SYSTEMS. U.S. Department of Energy Idaho Operations Office

Bacaan lebih lanjut Potensi Geothermal dan Kemandirian Energi Indonesia

Bacaan lebih lanjut: Korosi pada Sistem Geothermal

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Nur Abdillah Siddiq

Nur Abdillah Siddiq

Mahasiswa S3 Fisika ITS, menekuni bidang Optoelektronik dan Elektromagnetika Terapan. Sangat mencintai aktivitas membaca dan mendesain. Profil lebih lengkap dapat dilihat di www.facebook.com/fisrek

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar