Energi Panas Bumi

Wilayah Indonesia mempunyai potensi panasbumi yang sangat besar. Hal ini merupakan dampak positif dari letak Indonesia yang dilalui oleh jalur gunungapi (ring of fire). Sedangkan keberadaan sistem panas bumi umumnya berkaitan erat dengan kegiatan vulkanisme dan magmatisme. Dimana sistem panas bumi biasanya berada daerah busur vulkanik (volcanic arc) dari sistem tektonik lempeng.

Gambar 1. Geothermal Resources

Daerah vulkanik mempunyai lithologi dominan berupa batuan beku, selain itu pula daerah vulkanik mempunyai struktur geologi yang kompleks. Batuan beku merupakan batuan yang mempunyai permeabiliatas primer yang kecil. Karena proses deformasi yang menyebabkan adanya rekahan, batuan beku yang awalnaya mempunyai permeabilitas total yang kecil akan menjadi mempunyai permeabilitas total yang lebih besar.

Secara umum medan panasbumi di Indonesia berasosiasi dengan daerah magmatik dan vulkanik. Karena pada daerah tersebut tersedia sumber panas bumi. Negara Indonesia yang berada di jalur ring of fire atau jalur gunungapi merupakan suatu wilayah yang memiliki potensi panas bumi.

Gambar 2. World High Temperature Geothermal Provinces (Sumber: Geothermal Energy, 1998, University of Utah)

Jalur gunungapi sepanjang pantai barat Pulau Sumatera menerus ke daerah selatan Pulau Jawa, memanjang hingga ke Pulau Bali dan Nusa Tenggara, kemudian berbelok ke arah utara ke Pulau Sulawesi, Kepulauan Maluku dan Kepulauan Filipina. Pembentukan busur vulkanik menjadi landasan terhadap besarnya potensi panas bumi, sekaligus peluang untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga panas bumi di Indonesia (Iim dkk, 2006).

Sampai saat ini telah teridentifikasi sebanyak 251 lokasi prospek panasbumi yang tersebar di berbagai daerah (Ditjen GSDM, 2004). Sampai saat ini di Indonesia terdapat 7 (tujuh) lapangan panasbumi yang telah berproduksi yaitu Kamojang, Gunung Salak, Derajat, Wayang Windu (Jawa Barat), Dieng (Jawa Tengah), Lohendong (Sulut), serta Sibayak (Sumut) (Dwikorianto, 2006).

Gambar 3. Indonesian geothermal resources

Proses-proses yang terjadi pada daerah panasbumi Indonesia yang terletak disekitar jalur ring of fire sangat berhubungan erat dengan sistem tektonik lempeng. Dan biasanya pada daerah yang sangat terpengaruh dengan tektonik lempeng akan mempunyai struktur geologi yang sangat kompleks.

Sistem Panas Bumi

Energi panas bumi merupakan energi yang tersimpan dalam bentuk air panas atau uap pada kondisi geologi tertentu pada kedalaman beberapa kilometar di dalam kerak bumi (Santoso, 2004).

Daerah panasbumi (geothermal area) atau medan panasbumi (geothermal field) ialah daerah dipermukaan bumi dalam batas tertentu dimana terdapat energi panas bumi dalam suatu kondisi hidrologi-batuan tertentu (Santoso, 2004).

Sistem panasbumi ialah terminologi yang digunakan untuk berbagai hal tentang sistem air-batuan dalam temperatur tinggi di laboratorium atau lapangan (Santoso, 2004).

Komponen  utama pembentuk suatu sistem panasbumi (Dwikorianto, 2006) adalah:

1. Sumber panas (heat source)
2. Batuan reservoir (permeable rock)
3. Batuan penutup (cap rock)
4. Serta aliran fluida (fluida circulation)

Gambar 4. Skema Sebuah Sistem Geothermal yang Ideal (Sumber : Dickson, 2004)

Gambar 5. Profil Kurva Temperatur Titik Didih Untuk Air Murni dan Profil Temperatur Air Pada Sirkulasi Sistem Panasbumi (Sumber : Dickson, 2004)

Manifestasi Panasbumi di Permukaan

­­Menurut Saptaji (2002) Kenampakan panasbumi dipermukaan dikontrol oleh:

1. Input panas total (Qin) pada bagian dasar reservoar.
2. Permeabilitas terutama permeabilitas vertikal yang merupakan jalannya fluida ke permukaan.
3. Densitas, Viscositas, temperatur, dan asal fluida panas tersebut.
4. Faktor-faktor masuknya fluida dari luar kedalam sistem hidrologi daerah tersebut.
5. Faktor-faktor yang mempengaruhi fluida panas pada kedalaman yang dalam.

Tipe utama adari manifestasi panasbumi (Santoso, 2004) adalah:

1. Mata air panas
2. Mata air khlorida mempunyai kecepatan aliran yang tinggi, umumnya berwarna bening dengan disertai endapan silika sinter.
3. Mata air sulfat umumnya kecepatan aliran rendah dan keruh dengan endapan kaolin, mineral sulfat dan residu silika.
4. Mata air campuran khlorida dan sulfat, dipermukaan umumnya mempunyai sifat keduanya, dan pH : 2,2 -5 . dapat berwarna bening atau keruh, dengan kecepatan aliran rendah.
5. Hembusan uap/gas
6. Alterasi hidrotermal dengan kenampakan khas di lapangan banyak dijumpai batuan yang berubah akibat aliran fluida hidrotermal.

Gambar 6. Beberapa Tipe Manifestasi Panasbumi Di Permukaan (Sumber: http://taman.blogsome.com)

Sifat Batuan Panasbumi

Sebagian besar reservoir panasbumi terdapat pada batuan vulkanik dengan aliran utama melalui rekahan. Seperti halnya diperminyakan, sifat batuan yang penting menerangkan sifat batuan reservoir panasbumi adalah porositas, permeabilitas dan densitas batuan. Beberapa parameter lain yang penting untuk menerangkan sifat batuan reservoir panasbumi adalah panas spesifik dan konduktivitas panas (Saptadji, 2002).

Porositas (Φ)

Reservoar panasbumi umumnya ditemukan pada batuan rekah alami, di mana batuannya terdiri dari rekahan-rekahan dan rongga-rongga atau pori-pori. Fluida panasbumi, terkandung tidak hanya dalam pori-pori tetapi juga dalam rekahan-rekahan. Volume rongga-rongga atau pori-pori batuan tersebut umumnya dinyatakan sebagai fraksi dari volume total batuan dan didefinisikan sebagai porositas (Φ). Secara matematis porositas dapat dinyatakan sebagai berikut:

Φ=V_p/V_b

dimana V_p adalah Volume pori dan V_b adalah volume total batuan (Saptadji, 2002).

Porositas batuan reservoir panasbumi biasanya dibedakan menjadi dua, yaitu pororsitas rekahan dan porositas antar butir atau porositas matriks batuan. Hingga saat ini baru porosiitas matriks yang dapat diukur di laboratorium. Reservoir panasbumi umumnya mempunyai matriks 3 sampai 25%, sedangkan rekahannya sama dengan  100% (Saptadji, 2002).

Permeabilitas (k)

Permeabilitas suatu batuan merupakan ukuran kemampuan batuan untuk mengalirkan fluida. Permeabilitas merupakan parameter yang penting untuk menentukan kecepatan aliran fluida di dalam batuan berpori dan batuan rekah alami. Permeabilitas biasanya dinyatakan dalam satuan mD (mili Darcy), dibidang geothermal seringkali dinyatakan dalam m² , dimana 1  Darcy besarnya sama dengan 10^-12 m². Besarnya permeabilitas batuan tidak sama kesegala arah (anisotropy), umumnya permeabilitas pada arah horizontal jauh lebih besar dari permeabilitas pada arah vertikal (Saptadji, 2002).

Batuan reservoir panasbumi umumnya mempunyai permeabilitas matriks batuan sangat kecil, dimana reservoir mempunyai permeabilitas antara 1 sampai 100 mD dan transmisivitas (hasil kali permeabilitas dan ketebalan) antara 1 sampai 100 Dm (Darcy meter) (Saptadji, 2002).

Densitas (ρ)

Densitas Batuan adalah perbandingan antara berat batuan dengan volume batuan tersebut (Saptadji, 2002).

Konduktifitas Panas (K)

Konduktifitas panas suatu batuan merupakan parameter yang menyatakan besarnya kemampuan batuan tersebut untuk menghantarkan panas dengan cara konduksi apabila pada batuan tersebut ada perbedaan temperatur (gradien temperatur). Secara matematis konduktivitas dinyatakan sebagi berikut:

K = Q/(dT/dz)

Dimana Q adalah laju aliran panas per satuan luas dan dT/dz adalah gradien temperatur. Satuan dari konduktivitas pada batuan adalah W/m.°K, penyederhanaan dari satuan (Energi/waktu/luas) (temperatur/jarak) (Saptadji, 2002).

Tabel Konduktivitas Panas Bebrapa jenis Batuan (Sumber : Saptadji, 2002)

Jenis Batuan	Konduktivitas (W/m.K)
Limestone	2.2-2.8
Slate	2.4
Sandstone	3.2
Bitaminous Coal	0.26
Rock salt	5.5
Gneiss	2.7
Granite	2.6
Gabro	2.1
Peridotite	3.8

Konduktivitas panas tidak sama untuk setiap batuan. Konduktivitas panas suatu batuan tidak hanya ditentukan oleh jenis batuan atau mineral-mineral penyusunnya, tetapi juga ditentukan oleh struktur kristal  yang membentuk batuan tersebut. Mungkin inipulalah yang menyebabkan harga konduktivitas berlainnan ke semua arah. Hal ini menyebabkan panas merambat dengan laju yang berbeda ke arah yang berlainan (Saptadji, 2002).

Keanekaragaman sifat konduktivitas panas batuan diperkirakan tidak hanya karena susunan ion dari suatu struktur kristal tetapi juga orientasi dari masing-masing butiran mineral. Kwarsa misalnya, adalah konduktor panas yang baik, sehingga konduktivitas panas batuan yang mengandung kuarsa umumnya sangat ditentukan oleh fraksi dari kuarsa didalam batuan tersebut. Sebagai contoh adalah batuan granit; konduktivitasnya berkisar antara 2,5 sampai 4 W/m.°K, bila batuan tersebut mengandung kuarsasebanyak 20 – 35%. Adanya mineral plagioklas akan menurunkan konduktivitas batuan karena mempunyai konduktivitas panas yang rendah (Saptadji, 2002).

Panas Spesifik Batuan (Cp)

Panas spesifik batuan adalah suatu parameter yang menyatakanbanyaknya panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu satuan massa batuan tersebut 1°C (Saptadji, 2002).

Satuan dari panas spesifik batuan adalah J/Kg.K. Panas spesifik batuan umumnya mempunyai harga sebagai berikut:

• Pada temperatur rendah    0,75 – 0,85 kJ/kg°C
• Pada temperatur sedang   0,85 – 0,95 kJ/kg°C
• Pada temperatur tinggi       0,95 – 1,10 kJ/kg°C

Pemetaan struktur Geologi

Kebanyakan medan panasbumi terjadi pada struktur yang kompleks meskipun dengan usia batuan reservoir yang masih muda. Selama pemetaan, kedudukan batuan (jurus dan kemiringan) dari unit lithologi harus dicatat sehingga struktur deformasinya adapata dikenali (Santoso, 2004).

Meskipun demikian, pada sebagian medan panasbumi, sesar adalah hal yang lebih umum dibanding dengan lipatan, dan hal ini lebih penting dalam pemahaman hidrologi panasbumi (Santoso, 2004).

Sesar-sesar dapat diinterpretasikan melalui photogeologi yang didukung oleh hasil geologi lapangan. Sesar adalah media yang dapat merupakan jalan keluarnya panas ke permukaan (Santoso, 2004).

Pendefinisian Sesar

Sesar adalah rekahan dimana terjadi pergeseran masa batuan secara relatif satu bagian terhadap yang lainnya. Letaknya yang dahulu telah mengalami dislokasi atau perpindahan. Sesar terdiri dari berbagai macam bergantung dari penyebabnya, seperti kompresi, tarikan atau torsi. Sesar biasanya terbatas namun dapat berukuran dari bebrapa milimeter sampai ratusan kilometer. Pergeseran biasanya terbesar terjadi di bagian tengah sesar. Jika sesar dijumpai permukaan, akan dihasilkan garis sesar atau jejak sesar yang dapat dipetakan. 

Masalah penting adalah dislokasi yang sering kali berulang pada posisi yang sama. Pengenalan sesar pada saat pemetaan panasbumi tidak selalu mudah meskipun terdapat beberapa kriteria yang bermanfaat yaitu:

• Cermin sesar dengan striasi
• Pergeseran yang tampak dari korok pada sisi-sisi yang berlawanan tetapi biasanya hanya terlihat pada skala kecil.
• Breksi sesar
• Lipatan seretan sesar (Drag fold)
• Perulangan lapisan
• Penghilangan lapisan
• Penghentian yang tiba-tiba dari trend struktur.

Kenampakan Sesar Pada Medan Panasbumi

Kenampakan sesar pada medan panasbumi biasanya terlihat secara baik dan jelas dengan foto udara. Bukti itu berupa:

• Pemotongan kontinuitas lereng
• Pergeseran sungai/aliran
• Kelurusan mata air dan zona alterasi hydrothermal
• Lineasi permukaan

Proses daur hidrologi dan aliran fluida pada sistem panasbumi berawal dari adanya air hujan (rain water) turun dan ketika tiba di permukaan bumi air hujan akan merembes ke dalam tanah melalui saluran pori-pori atau rongga-rongga diantara butir-butir batuan. Bila jumlah air hujan yang turun cukup deras, maka air tersebut akan mengisi rongga-rongga antar butiran sampai penuh atau jenuh. Kalau sudah tidak tertampung lagi, maka air hujan yang masih dipermukaan akan mengalir ke tempat yang lebih rendah. 

Daya serap (permeabilitas) masing-masing batuan atau lapisan batuan bervariasi tergantung jenis batuannya.Di daerah gunungapi, dimana terdapat potensi panas bumi, seringkali ditemukan struktur sesar (fault) dan kaldera (caldera) sebagai akibat dari letusan gunung maupun aktifitas tektonik lainnya. 

Keberadaan struktur tersebut tidak sekedar membuka pori-pori atau rongga-rongga antar butiran menjadi lebih terbuka, bahkan lebih dari itu mereka menciptakan zona rekahan (fracture zone) yang cukup lebar dan memanjang secara vertikal atau hampir vertikal dimana air tanah dengan leluasa menerobos turun ke tempat yang lebih dalam lagi sampai akhirnya dia berjumpa dengan batuan panas (hot rock). Air tersebut tidak lagi turun ke bawah, sekarang dia mencari jalan dalam arah horizontal ke lapisan batuan yang masih bisa diisi oleh air.  

Seiring dengan berjalannya waktu, air tersebut terus terakumulasi dan terpanaskan oleh batuan panas (hot rock). Akibatnya temperatur air meningkat, volume bertambah dan tekanan menjadi naik. Sebagiannya masih tetap berwujud air panas, namun sebagian lainnya telah berubah menjadi uap panas. Tekanan yang terus meningkat, membuat fluida panas tersebut menekan batuan panas yang melingkupinya seraya mencari jalan terobosan untuk melepaskan tekanan tinggi. Kalau fluida tersebut menemukan celah yang bisa mengantarnya menuju permukaan bumi, maka akan dijumpai sejumlah manifestasi. 

Namun bila celah itu tidak tersedia, maka fluida panas itu akan tetap terperangkap disana selamanya. Lokasi tempat fluida panas tersebut dinamakan reservoir panas bumi (geothermal reservoir). Sementara lapisan batuan dibagian atasnya dinamakan cap rock yang bersifat impermeabel atau teramat sulit ditembus oleh fluida.

Gambar 7. Geothermal Reservoir dan Daur Hidrologi (Sumber: http://taman.blogsome.com)

Lapangan panasbumi yang biasanya berasosiasi dengan bentang alam vulkanik merupakan salah suatu area yang biasanya mempunyai batuan penyusun berupa batuan beku serta memiliki struktur geologi yang kompleks. Dalam kaitan struktur geologi yang berhubungan dengan geothermal, struktur geologi yang penting diperhatikan adalah struktur rekahan terutama struktur sesar.

Struktur rekahan sangat penting diperhatikan dikarenakan struktur ini erat hubunganya dengan pelolosan fluida hidrotermal dan siklus hidrologi. Dimana sesar akan menjadikan batuan beku yang memiliki permeabilitas primer yang kecil akan mempunyai permeabilitas sekunder yang besar. Sehingga karena pengaruh rekahan akan menyebabkan permeabilitas totalnya menjadi besar. 

Secara matematis dapat ditulis dengan rumus:

kt = kp + ks

dimana kt  = permeabilitas total; kp = permeabilitas primer; ks = permeabilitas sekunder

Selanjutnya apabila dikaji mengenai manifestasi geothermal dihubungkan dengan struktur geologi. Perlu diketahui bahwa timbulnya suatu manifestasi panasbumi dipermukaan erat dengan struktur rekahan dan kaldera didaerah vulkanik tersebut. Hal ini dikarenakan proses pelolosan fluida panasbumi membutuhkan permeabilitas yang tinggi. Permeabilitas tersebut dapat meloloskan fluida dari bawah menuju ke permukaan. Permeabilitas batuan beku biasanya terdapat pada zona rekahan. 

Permeabilitas rekahan (faracture permebility) berdasarkan arahnya dibagi atas dua yaitu permeabilitas vertikal (vertikal permeability) dan permeabilitas horizontal (horizontal permeability). Sesar sangat mendukung terbentuknya permeabilitas vertikal, sehingga melalui bidang sesarnya dapat meloloskan fluida panasbumi ke permukaan. Sehingga dipermukaan nampak adanya suatu manifestasi panasbumi. Sedangkan permeabilitas horizontal pada batuan beku baisanya terbentuk oleh adanya kekar.

Hubungan antara sesar dan manifestasi panasbumi dapat dilihat dilapangan yaitu berupa suatu pola kelurusan antara suatu lokasi manifestasi panasbumi dengan lokasi lainnya pada satu sistem sesar.

Batuan pada medan panasbumi biasanya merupakan batuan vulkanik. Batuan ini merupakan batuan beku yang mempunyai permeabilitas primer kecil. Dan akibat adanya rekahan, maka batuan akan mempunyai permeabilitas sekunder, sehingga permeabilitas totalnya menjadi lebih besar. Sesar merupakan suatu rekahan yang akan membantu batuan memiliki permeabilitas total yang besar. 

Hubungan lain antara sesar dengan panasbumi adalah sesar sebagai penyebab adanya permeabilitas vertikal suatu batuan. Sehingga di lapangan panasbumi biasanya terdapat pola kelurusan antara lokasi suatu menifestasi dengan lokasi manifestasi lainnya dalam satu sistem sesar yang sama.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim .2007. Catatan Kuliah Panasbumi. Retrieved 26 Desember 2007 from http://taman.blogsome.com/

Dickson Mary H. dan Fanelli Mario. 2004. What is Geothermal Energy? Prepared on February 2004. From http://iga.igg.cnr.it/index.php

Dwikorianto. Tavip. dan Ciptadi. 2006. Exsplorasi, Exsploitasi & Pengembangan Panasbumi di Indonesia. Seminar Nasional HM Teknik Geologi UNDIP 2006.

Iim, Dede. Dkk. 2006. Penyelidikan Geologi Dan Geokimia Panasbumi Dolog Marawa, Kabupaten Simalungun, Sumut. Proceeding Pemaparan Hasil-Hasil Kegiatan Lapangan Dan Non Lapangan Tahun 2006. Pusat Sumberdaya Geologi.

Santoso, Djoko. 2004. Catatan Kuliah ”Eksplorasi Energi Geothermal”. Bandung: Penerbit ITB.

Saptadji, N. M. 2002. Catatan Kuliah ”Tenik Panas Bumi” .  Bandung: Penerbit ITB.

http://ptbudie.wordpress.com