E. Hambali ¹⁾, M. Rivai¹⁾, P. Suarsana ²⁾, Sugiharjo³⁾, E. Zulchaidir⁴⁾, H. Handoko⁵⁾      

1)      Surfactant and Bioenergy Research Center (SBRC)-LPPM IPB

2)      Pertamina EP

3)      Lemigas

4)      PT Findeco Jaya

5)      PT Mahkota Indonesia

Indonesia menduduki posisi sebagai produsen sawit terbesar dunia. Luas areal perkebunan kelapa sawit di Indonesia pada tahun 2008 mencapai 6,6 juta ha, dengan total produksi CPO mencapai sekitar 17 juta ton. Dari total produksi CPO nasional tersebut, sekitar 38,2% dikonsumsi untuk kebutuhan domestik dan sisanya sebesar 61,8% diekspor dalam bentuk CPO. Karena ekspor produk sawit Indonesia sebagian besar masih dalam bentuk CPO menyebabkan nilai tambah yang diperoleh Indonesia dari sawit masih rendah.  Peningkatan nilai tambah minyak sawit Indonesia dapat dilakukan melalui pengembangan produk hilirnya. Salah satu produk hilir sawit bernilai tambah tinggi adalah surfaktan.   

Surfaktan juga sangat bermanfaat bagi industri perminyakan nasional. Hal ini mengingat produksi minyak Indonesia sejak tahun 1999 terus mengalami penurunan, yaitu dari 1,5 juta barel/hari pada tahun 1999 menjadi 900.000 barel/hari pada tahun 2008. Dengan kebutuhan minyak nasional tahun ini sebesar 1.300.000 barel/hari, sementara kemampuan pasokan dalam negeri hanya mencapai 900.000 barel/hari, maka terdapat kekurangan sekitar 400.000 barel/hari yang harus dipenuhi melalui impor. Dengan demikian, negara harus mengeluarkan USD 11,68 milyar/tahun (400.000 barel/hari x 365 hari/tahun x USD 80/barel; asumsi harga minyak bumi saat ini USD 80/barel) untuk biaya impor minyak bumi demi memenuhi kebutuhan minyak nasional. Dapat dibayangkan jumlah devisa negara yang harus dikeluarkan bila harga minyak bumi mencapai USD 145/barel sebagaimana terjadi pada tahun 2008. 

Rendahnya kemampuan produksi minyak bumi Indonesia disebabkan karena lapangan minyak Indonesia yang berjumlah sekitar 14.000 buah (dimana satu lapangan minyak memiliki sekitar 100-200 sumur minyak) pada umumnya sudah merupakan sumur-sumur tua (mature fields), sehingga produksi minyaknya rendah dengan water cut tinggi mencapai 98-99%. Sumur-sumur tua tersebut pada umumnya telah melewati masa puncak produksi, dimana proses produksi minyak yang dilakukan masih pada tahap primary recovery dan belum menerapkan teknologi secondary recovery ataupun tertiary recovery. Berdasarkan data Dirjen Migas (2007), hingga tahun 2007 total original oil in place (OOIP) Indonesia mencapai 64.211 BSTB (Billion Stock-Tank Barrels), dimana 31,80% berhasil diproduksikan secara kumulatif, dan diperkirakan remaining reserves hanya sebesar 5,72%, sedangkan sisanya sebesar 62,49% merupakan minyak sisa (residual oil) yang merupakan target enhanced oil recovery (EOR) menggunakan surfaktan. Oleh karenanya, untuk meningkatkan produksi minyak bumi nasional, maka metode EOR yaitu secondary dan tertiary recovery mendesak untuk segera dilaksanakan pada sumur-sumur minyak Indonesia. Metode EOR yang dapat diterapkan pada sumur minyak tua tersebut dapat berupa thermal recovery (steam, in situ combustion), chemical flooding (alkaline, surfactant, alkaline/surfactant/polymer - ASP), miscible flooding (CO₂, inert gas, enriched gas), chemical stimulation dan huff and puff.

Surfaktan MES

Surfaktan merupakan senyawa kimia yang memiliki aktivitas pada permukaan yang tinggi. Sifat-sifat surfaktan dipengaruhi oleh adanya bagian hidrofilik dan hidrofobik pada molekul surfaktan. Kehadiran gugus hidrofobik dan hidrofilik yang berada dalam satu molekul, menyebabkan pembagian surfaktan cenderung berada pada antar muka antara fasa yang berbeda derajat polaritas dan ikatan hidrogen seperti minyak/air atau udara/air. Pembentukan film pada antar muka ini mampu menurunkan energi antar muka dan menyebabkan sifat-sifat khas pada molekul surfaktan (Georgiou et al., 1992).

Surfaktan MES yang merupakan golongan baru dalam kelompok surfaktan anionik telah mulai dimanfaatkan sebagai bahan aktif pada produk-produk pencuci dan pembersih (washing and cleaning products) (Hui, 1996e; Matheson, 1996). Pemanfaatan surfaktan MES sebagai bahan aktif pada deterjen telah banyak dikembangkan karena prosedur produksinya mudah, memperlihatkan karakteristik dispersi yang baik, sifat deterjensinya tinggi walaupun pada air dengan tingkat kesadahan yang tinggi (hard water) dan tidak adanya fosfat, mempunyai asam lemak C₁₆ dan C₁₈ yang mampu memberikan tingkat deterjensi yang terbaik, memiliki sifat toleransi terhadap ion Ca yang lebih baik, memiliki tingkat pembusaan yang lebih rendah dan memiliki stabilitas yang baik terhadap pH.  Bahkan MES C₁₆-C₁₈ memperlihatkan aktivitas permukaan yang baik, yaitu sekitar 90 persen dibandingkan linier alkil benzen sulfonat (LABS) (de Groot, 1991; Hui, 1996b; Matheson, 1996). 

Menurut Matheson (1996), metil ester sulfonat (MES) memperlihatkan karakteristik dispersi yang baik, sifat deterjensi yang baik terutama pada air dengan tingkat kesadahan yang tinggi (hard water) dan tidak adanya fosfat, ester asam lemak C₁₄, C₁₆ dan C₁₈ memberikan tingkat deterjensi terbaik, serta bersifat mudah didegradasi (good biodegradability). Dibandingkan petroleum sulfonat, surfaktan MES menunjukkan beberapa kelebihan diantaranya yaitu pada konsentrasi MES yang lebih rendah daya deterjensinya sama dengan petroleum sulfonat, dapat mempertahankan aktivitas enzim yang lebih baik, toleransi yang lebih baik terhadap keberadaan kalsium, dan kandungan garam (disalt) lebih rendah. Struktur kimia metil ester sulfonat (MES) disajikan pada Gambar 1 (Watkins, 2001).

Gambar 1.  Struktur kimia metil ester sulfonat

Proses produksi surfaktan MES dilakukan dengan mereaksikan metil ester dengan agen sulfonasi. Menurut Bernardini (1983) dan Pore (1976), pereaksi  yang dapat dipakai pada proses sulfonasi antara lain asam sulfat (H₂SO₄), oleum (larutan SO₃ di dalam H₂SO₄), sulfur trioksida (SO₃), NH₂SO₃H, dan ClSO₃H. Untuk menghasilkan kualitas produk terbaik, beberapa perlakuan penting yang harus dipertimbangkan adalah rasio mol, suhu reaksi, konsentrasi grup sulfat yang ditambahkan, waktu netralisasi, jenis dan konsentrasi katalis, pH dan suhu netralisasi (Foster, 1996). Mekanisme reaksi sulfonasi metil ester menggunakan gas SO3 disajikan pada Gambar 2.

Surfaktan untuk Industri Minyak Bumi

Untuk aplikasi surfaktan pada teknologi EOR, industri perminyakan membutuhkan karakteristik surfaktan tertentu. Karakteristik surfaktan yang dibutuhkan diantaranya, tahan pada kondisi air formasi yang mempunyai tingkat salinitas dan kesadahan yang tinggi, deterjensi baik pada air sadah, tahan pada suhu tinggi (103 – 115 ^oC), memiliki IFT 10^-3-10^-6 dyne/cm2, adsorpsi < 0,25%, Fasa III. Perlunya surfaktan yang tahan pada salinitas dan kesadahan tinggi mengingat sebagian besar air formasi (air dalam reservoir) di sumur minyak Indonesia mempunyai tingkat salinitas (5.000 – 30.000 ppm) dan kesadahan (>500 ppm) yang tinggi. Aplikasi surfaktan petroleum sulfonat pada salinitas air formasi yang tinggi dapat menyebabkan terjadinya penyumbatan pada pori-pori batuan, sehingga sumur minyak tersebut dapat mengalami kerusakan dan diperlukan biaya yang sangat mahal untuk memperbaikinya.

Menurut Mohanty (2005), beberapa reservoir secara alami bersifat padat dan memperlihatkan permeabilitas yang rendah yang diakibatkan oleh kandungan endapan lumpur dan lempung yang tinggi serta ukuran butiran yang kecil. Sebagian besar air formasi (air dalam reservoir) mempunyai tingkat salinitas dan kesadahan yang tinggi. Tentunya kondisi ini akan sangat mempengaruhi efektivitas surfaktan saat diaplikasikan pada aktivitas EOR untuk memproduksikan minyak bumi. Efektivitas surfaktan dalam menurunkan tegangan antar muka minyak-air dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya yaitu jenis surfaktan yang digunakan, konsentrasi surfaktan dan cosurfaktan yang digunakan, karakteristik air formasi (fluida), karakteristik batuan core, kadar garam larutan, dan adsorpsi larutan cosurfaktan. Jenis surfaktan yang digunakan harus disesuaikan dengan kondisi reservoir terutama terhadap kadar garam, suhu, dan tekanan karena akan mempengaruhi daya kerja surfaktan untuk menurunkan tegangan antar muka (IFT) minyak-air. Semakin tinggi kesesuaian formula surfaktan yang dihasilkan dengan kondisi reservoir (fluida dan batuan core), maka perolehan (recovery) minyak bumi juga akan makin tinggi pula (Mucharam, 2008). 

Hasil Riset

Surfaktan merupakan salah satu chemical yang dimanfaatkan pada proses EOR untuk meningkatkan recovery minyak bumi. Surfaktan memegang peranan penting dalam proses EOR dengan cara menurunkan tegangan antar muka (IFT), mengubah kebasahan (wettability), menurunkan viskositas dan menstabilkan dispersi sehingga memudahkan proses pengaliran minyak dari reservoir ke lubang sumur. Untuk industri perminyakan dibutuhkan surfaktan spesifik yang tepat agar dapat membantu meningkatkan recovery minyak bumi. Hingga saat ini, surfaktan yang digunakan oleh industri perminyakan di Indonesia masih berupa produk impor dengan harga USD 6.000 – 10.000 per ton. Surfaktan impor ini berbasis petroleum dan beredar dengan berbagai merek dagang. Salah satu surfaktan berbasis petroleum yang banyak digunakan adalah petroleum sulfonat.  Oleh karenanya, dalam rangka mendukung pengembangan industri hilir kelapa sawit yang terintegrasi dan sekaligus juga mendukung industri perminyakan nasional maka perlu dilakukan pengembangan surfaktan lokal berbasis minyak sawit. Adapun surfaktan spesifik yang hendak dikembangkan adalah surfaktan anionik yaitu metil ester sulfonat (MES) yang memiliki sifat larut di air, tahan terhadap salinitas, tidak menggumpal pada air formasi dan sifat deterjensinya relatif stabil pada air sadah. 

Pada kegiatan penelitian yang telah dilakukan oleh Tim Peneliti, surfaktan MES dibuat dengan mereaksikan metil ester olein dengan pereaksi gas SO₃ menggunakan reaktor Singletube Film Sulfonation Reactor (STFR). Penambahan gas SO₃ dilakukan setelah suhu metil ester mencapai suhu yang ditentukan yaitu berkisar 80-100 ^oC. Proses sulfonasi dilakukan selama 2 jam dengan kecepatan alir metil ester yang masuk ke dalam reaktor adalah 100 ml/menit. Proses sulfonasi menghasilkan MESA dengan warna gelap dan memiliki derajat keasaman yang tinggi, sehingga dilakukan proses pemurnian meliputi pemucatan dan netralisasi. Pada proses pemurnian, MESA dipanaskan hingga suhu 75^oC kemudian ditambahkan metanol 31% dan H₂O₂ 4%, reaksi pemucatan dilakukan selama 1,5 jam. Netralisasi MES dilakukan dengan menambahkan larutan NaOH 50%, dan selanjutnya dilakukan penguapan metanol hingga dihasilkan MES murni dengan pH netral.

Produk surfaktan MES yang dihasilkan memperlihatkan hasil yang menggembirakan, yang terlihat pada nilai IFT yang dihasilkan. Untuk aplikasi di industri perminyakan, parameter utama yang perlu diamati adalah kompatibiliti surfaktan dengan air formasi dan nilai IFT. Pengujian pada salinitas air formasi 15.000 dan 30.000 ppm dengan konsentrasi surfaktan MES yang digunakan hanya 0,1 – 1% menghasilkan nilai IFT yang berkisar antara 10^-1 hingga 10^-2 dyne/cm. Pada Tabel 1 disajikan hasil uji kinerja nilai IFT surfaktan MES yang dihasilkan pada berbagai salinitas air formasi. Adapun beberapa tampilan droplet minyak bumi pada pengukuran IFT sampel surfaktan pada berbagai salinitas disajikan pada Gambar 3. Agar diperoleh surfaktan MES dengan nilai IFT minimal 10^-3 dyne/cm, maka perbaikan kondisi proses sulfonasi masih perlu dilakukan. 

Surfaktan MES yang diproduksi menggunakan reaktor STFR dengan reaktan gas SO₃ memperlihatkan kinerja yang cukup baik, dimana diperoleh nilai IFT 10^-2 dyne/cm pada pengujian menggunakan air formasi 15.000 ppm dan 30.000 ppm. Hal ini menunjukkan bahwa surfaktan MES yang dihasilkan berpeluang besar untuk diaplikasikan pada industri perminyakan. Untuk mendapatkan surfaktan MES dengan nilai IFT minimal 10^-3 dyne/cm sebagaimana disyaratkan oleh industri perminyakan, maka masih perlu dilakukan perbaikan kondisi proses sulfonasi.