Apa Kaitan Antara Varises, Minyak Bumi, dan Gelembung Sabun?

Oleh: Denny Vitasari

Benda apakah yang tersusun dari lebih dari 99% gas dan kurang dari 1% cairan, tapi bersifat seperti benda padat? Gas dan cairan akan berubah bentuk mengikuti wadahnya, juga akan mengalir jika menerima gaya. Sebaliknya, benda padat akan bertahan dengan bentuk aslinya, meskipun dikenai gaya. Di dunia ini, ada satu benda yang memenuhi ketentuan sifat benda padat meskipun terdiri dari sebagian besar gas dan sedikti cairan, yaitu gelembung dan busa sabun. Meskipun terlihat sederhana, sesungguhnnya sifat-sifat gelembung sabun sangat menarik dan rumit jika ditinjau dari hukum-hukum fisika dan kimia. Dari sifat-sifatnya yang unik tersebut, banyak sekali manfaat yang dapat kita ambil darinya, mulai dari aplikasi untuk kehidupan sehari-hari hingga aplikasi untuk industri, pertambangan, pertanian, lingkungan, bahkan di bidang kesehatan.

Gelembung dan busa kita temui sehari-hari, ketika kita mandi, mencuci, juga terdapat pada alat pemadam kebakaran dan cappuccino yang kita nikmati di pagi hari.  Busa terdiri dari gelembung udara yang dilingkupi oleh cairan yang mengandung sabun. Gelembung yang terbentuk tidak akan dapat bertahan lama tanpa penambahan sabun atau surfaktan yang berfungsi menurunkan tegangan permukaan cairan. Karena sebagian besar terdiri dari gas (biasanya terdiri dari udara), dan hanya sedikit cairan, busa dan gelembung menjadi material yang murah dan ramah lingkungan untuk proses pemisahan. Berbagai aplikasi misalnya untuk memisahkan bijih logam di pertambangan, juga pemisahan lemak dan protein dalam industri makanan. Akhir-akhir ini, busa sabun juga populer digunakan untuk pengobatan varises juga untuk pengambilan deposit minyak bumi, untuk mengambil sisa cadangan minyak yang tidak dapat ditambang dengan metode konvensional. Menariknya, pengobatan varises dan penambangan minyak bumi dengan busa sabun ini, terlepas dari skalanya yang jauh berbeda (dalam sentimeter dan dalam kilometer) menggunakan prinsip yang sama. Prinsipnya, ketika busa bersifat seperti padatan dia dapat mendorong cairan keluar, baik dari pembuluh darah maupun dari pori-pori batuan tempat cadangan minyak, tanpa bercampur dengan cairan yang didorongnya.

Varises terjadi karena ada sumbatan pada pembuluh darah vena akibat sel-sel darah yang menumpuk pada pembuluh darah dan menyebabkan pembengkakan pembuluh darah yang terdampak. Prinsip kerja pengobatan varises dengan gelembung sabun ini adalah dengan menyuntikkan busa yang terdiri dari larutan surfaktan atau sabun dan gelembung-gelembung gas yang sangat kecil guna  mendorong sel-sel yang menyumbat pembuluh darah sehingga sumbatan terbuka dan darah mengalir dengan lancar [1]. Kelebihan penggunaan gelembung-gelembung busa sabun ini adalah ketika sumbatan sudah dapat diatasi, gelembung dapat dengan mudah dihilangkan dengan memilih gas yang mudah larut di dalam cairan darah. Ketika gas di dalamnya larut, gelembung akan semakin mengecil dan kemudian hilang. Selain itu, penggunaan gelembung ini tentunya sangat menghemat penggunaan bahan kimia yang diperlukan untuk pengobatan, karena cairan yang diperlukan sangat sedikit. Bagian terbesar bahan yang diperlukan adalah gas yang harganya jauh lebih murah [2].

Gambar 1. Pengobatan varises dengan gelembung sabun (foam sclerotherapy), diambil dari: dreamstime.com

Cadangan minyak bumi di dalam tambang hanya sekitar 30% saja yang dapat diambil dengan cara pengeboran konvensional. Sisanya terperangkap di antara pori batuan, dan harus dicarikan cara untuk mendorongnya keluar. Dengan prinsip yang sama dengan penghilangan sumbatan pembuluh darah pada penyembuhan varises, busa sabun digunakan untuk mendorong minyak bumi yang terjebak di dalam pori-pori batuan tersebut. Kelebihan penggunanaan busa ini dibanding dengan metode lain adalah busa dapat menjangkau seluruh pori, juga penggunaan bahan kimia yang minimum karena sebagaian besar busa terdiri dari udara [3]. Bahkan, metode pengambilan minyak bumi ini sekaligus bisa juga digunakan untuk mengurangi pencemaran lingkungan jika gas yang digunakan adalah karbondioksida. Gas penyebab pemanasan global ini akan ditinggalkan di dalam pori batuan dan terperangkap di sana selamanya [4], sedangkan cadangan minyak dapat terdorong keluar oleh busa yang terbentuk oleh gas tersebut.

Gambar 2. Pengambilan minyak bumi dengan gelembung sabun (foamimproved oil recovery) diambil dari: dl.sciencesocieties.org

Sabun yang ditambahkan ke dalam air mengadung surfaktan sebagai bahan utamanya. Surfaktan adalah zat cenderung berada di permukaan yang memisahkan antara cairan dan udara karena sifat molekulnya yang mengikat kedua jenis zat yang berbeda sifat tersebut. Selain itu, surfaktan akan melemahkan ikatan antar molekul air, sehingga permukaan air menjadi lebih fleksibel dan gelembung tidak mudah pecah. Dengan komposisi surfaktan dan kadar air yang tepat, kita dapat membentuk busa agar bersifat seperti padatan, meskipun tersusun dari sebagian besar gas (hingga 99,9%) dan sedikit cairan. Dengan ukuran gelembung yang kecil, kadar air sedikit, atau tegangan permukaan yang rendah, busa akan lebih kokoh, meskipun hanya terdiri dari cairan dan gas. Meskipun begitu, penambahan gaya pada busa, misalnya dengan memberikan tekanan yang mendorongnya pada kekuatan tertentu, akan menyebabkan busa mengalir, kembali mengikuti sifat sebagai benda alir, sebagaimana gas dan cairan. Dengan adanya batas di mana busa bisa bersifat padat atau mengalir, busa dari gelembung sabun ini dapat dimanfaatkan sebagai zat pendorong dalam pengobatan varises dan penambangan minyak bumi [5].

Untuk daya dorong yang lebih efektif, busa yang disuntikkan ke dalam pembuluh darah atau pori batuan harus cukup kokoh, memiliki sifat seperti padatan yang tidak mudah berubah bentuk. Untuk itu diperlukan pengetahuan yang cukup baik tentang kecepatan aliran, daya dorong, kadar air dalam busa, dan jumlah sabun yang digunakan agar busa yang dibentuk dapat menjalankan tugasnya dengan baik [6]. Untuk itu para ahli di berbagai bidang, termasuk bidang teknik, matematika, dan tentunya bidang kesehatan bekerja sama untuk mencari formula terbaik guna mendapatkan busa sabun dengan daya dorong yang optimum sesuai dengan penggunaannya.

Referensi:

[1]       https://www.bvi.uk.com/treatments/foam-sclerotherapy/ diakses pada 23 Mei 2018.

[2]       Y. L. Lam, et al., Eight-year follow-up of a randomized clinical trial comparing ultrasound-guided foam sclerotherapy with surgical stripping of the great saphenous vein, (2018) 692–698.

[3]       P. Grassia, et al., Foam front advance during improved oil recovery: Similarity solutions at early times near the top of the front, J. Fluid Mech. 828 (2017) 527–572.

[4]       D. Li, et al., CO2-sensitive and self-enhanced foams for mobility control during CO₂ injection for improved oil recovery and geo-storage, Chem. Eng. Res. Des. 120 (2017) 113–120.

[5]       T. Firoze Akhtar, et al., Rheological behavior of aqueous foams at high pressure, J. Pet. Sci. Eng. 162 (2018) 214–224.

[6]        D. Vitasari, S. Cox, A viscous froth model adapted to wet foams, Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 534 (2017) 8–15.