Bisakah Pengelolaan Mikroorganisme Meningkatkan Jejak Lingkungan dalam Operasi Minyak dan Gas?
Dalam beberapa tahun terakhir, isu-isu terkait perubahan iklim, keberlanjutan, dan energi terbarukan menjadi topik utama dalam diskusi publik, gerakan aktivis, maupun agenda politik di seluruh dunia. Perubahan iklim kini sudah dianggap sebagai fakta, meskipun penyebab pastinya dan sejauh mana kontribusi manusia terhadap hal itu masih diperdebatkan. Namun demikian, di kalangan ilmuwan secara luas diakui bahwa pelepasan karbon dioksida akibat aktivitas manusia telah memberikan dampak besar terhadap perubahan iklim.
Sebuah studi terbaru pada tahun 2021 menunjukkan bahwa 99% publikasi ilmiah menyatakan manusia adalah penyebab perubahan iklim.¹ Pembakaran bahan bakar fosil (minyak bumi, gas alam, batu bara) untuk menghasilkan energi merupakan salah satu aktivitas manusia yang paling banyak disalahkan atas terjadinya perubahan iklim, dan industri minyak serta gas turut dianggap sebagai penyumbang pemanasan global. Seiring pertumbuhan populasi dan meningkatnya akses masyarakat terhadap fasilitas kehidupan modern, kebutuhan energi juga meningkat untuk menjaga aktivitas ekonomi dan kesejahteraan manusia. Emisi karbon dioksida dari bahan bakar fosil telah naik hingga tujuh kali lipat sejak tahun 1950-an, sebagian besar didorong oleh kebutuhan transportasi, pemanas, dan listrik.²
Dilema antara tingginya kebutuhan energi dan dampaknya terhadap iklim bumi telah memicu seruan berulang untuk melakukan transisi energi, yaitu beralih dari pembakaran bahan bakar fosil menuju sumber energi yang lebih berkelanjutan dan lebih ramah lingkungan. Pada tahun 2020, sekitar 79% energi dunia masih berasal dari bahan bakar fosil, sementara hanya 21% yang berasal dari sumber non-fosil (seperti angin, biofuel, tenaga air, dan sumber energi terbarukan lainnya).³
Meskipun kesepakatan publik dan kebijakan pemerintah terus berkembang, banyak tanda yang menunjukkan bahwa transisi energi — atau setidaknya portofolio energi yang lebih seimbang — memang akan terjadi dalam dekade mendatang. Perusahaan-perusahaan besar, termasuk produsen minyak utama, telah membuat janji untuk sepenuhnya menghilangkan emisi karbon (dekarbonisasi) dari operasional mereka, atau setidaknya memberikan kontribusi signifikan dalam mengurangi dampak negatif dari pembakaran bahan bakar fosil, sambil mencari sumber energi alternatif.⁴,⁵ Meski begitu, secara umum dipahami bahwa transisi ini harus dilakukan secara bertahap, tidak mendadak, dan tidak sampai menghabiskan pasokan energi yang ada. Kekurangan pasokan energi dapat menimbulkan dampak negatif besar bagi ekonomi global, seperti meningkatnya pengangguran jangka panjang, habisnya sumber daya, dan melemahnya keamanan nasional.
Belum dapat dipastikan berapa lama transisi energi ini akan berlangsung, tetapi banyak perusahaan minyak dan gas kini mencari cara untuk meminimalkan jejak lingkungan dari operasi mereka. Misalnya, dalam beberapa tahun terakhir, banyak perusahaan yang mengelola sumur minyak serpih beralih dari penggunaan air bersih menjadi menggunakan air hasil balik (flow-back water) atau air produksi (produced water), atau mencampurnya untuk proses fracking (rekahan hidrolik) sumur baru.⁶ Jika air hasil produksi tidak cocok untuk digunakan kembali dalam kegiatan eksplorasi minyak, beberapa upaya dokumentasi menunjukkan air tersebut dapat dimanfaatkan kembali di sektor lain, seperti pertanian.⁷ Selain itu, perusahaan minyak besar juga telah menetapkan pedoman yang lebih ketat bagi operasional mereka di seluruh dunia untuk mengurangi risiko tumpahan minyak, emisi gas beracun, dan pembuangan bahan kimia ke laut.
Pada bab ini, fokus akan diberikan pada pengendalian mikroba dalam proses produksi minyak dan gas, dengan menyoroti tahapan di mana pengelolaan mikroorganisme yang tepat dapat membantu memberikan dampak positif terhadap lingkungan. Menjaga integritas dan keselamatan operasi minyak serta gas dapat berperan penting dalam meminimalkan dampak negatif terhadap lingkungan, sembari transisi energi berlangsung dan sumber energi terbarukan terus dikembangkan lebih lanjut.
Korosi pada pipa transmisi dan peralatan di lapangan minyak merupakan salah satu penyebab utama tumpahan minyak, sekaligus menjadi tantangan besar dalam mengurangi pencemaran lingkungan dari industri perminyakan. Walaupun korosi akibat mikroba bisa terjadi di bagian mana pun dari fasilitas produksi, kerusakan yang muncul di peralatan permukaan (topside vessels) biasanya lebih mudah dideteksi dan diatasi sehingga dapat mencegah kebocoran besar. Sebaliknya, kebocoran pada jalur pipa transmisi — yang sering kali berada di lokasi terpencil — bisa menimbulkan dampak lingkungan yang signifikan sebelum berhasil dikendalikan.
Tumpahan minyak dan gas dapat memberi dampak jangka panjang terhadap lingkungan. Kerusakannya bisa bertahan bertahun-tahun setelah kejadian. Dalam banyak kasus, pemulihan lingkungan memakan waktu antara 2 hingga 10 tahun, bahkan bisa mencapai beberapa dekade jika yang terdampak adalah ekosistem rawa asin (salt marshes) atau hutan bakau (mangrove swamps).⁸ Pada tahun 2015, sebuah kegagalan yang dikaitkan dengan MIC menyebabkan lebih dari 100.000 ton metana terlepas dari casing sumur di sebuah lapangan penyimpanan di Aliso Canyon, California, AS. Peristiwa ini menyoroti besarnya dampak lingkungan akibat pengendalian mikroba yang buruk dalam produksi gas.⁹ Tidak hanya minyak mentah dan gas (gas alam, karbon dioksida, hidrogen sulfida) yang berbahaya saat bocor, tetapi upaya pembersihan dan remediasi setelah tumpahan juga dapat menimbulkan kerusakan ekologi berskala besar.¹⁰
Di Amerika Serikat, biaya akibat korosi diperkirakan mencapai 170 miliar dolar per tahun, dengan industri minyak dan gas menanggung lebih dari separuh jumlah tersebut.¹¹ Karena MIC bersifat kompleks dan mekanismenya terus ditemukan seiring waktu, sulit dipastikan berapa besar kontribusinya terhadap total masalah korosi yang dihadapi industri perminyakan. Namun, beberapa perkiraan menyebutkan MIC menyumbang hingga 20% dari kasus kegagalan korosi di seluruh dunia.¹²
Dari sisi lingkungan, penggunaan pipa sebagai sarana transportasi hidrokarbon memiliki jejak karbon lebih rendah dibandingkan dengan angkutan berbasis bahan bakar seperti truk, tongkang, kapal tanker, atau kereta tangki. Pipa bisa dirancang agar tidak melewati area sensitif, bisa ditanam di bawah tanah, dan jika dirawat dengan baik, dapat mengalirkan fluida dengan risiko tumpahan yang rendah. Seiring meningkatnya produksi gas alam di AS, permintaan pembangunan pipa baru juga terus bertambah.¹³ Namun, pipa lepas pantai memiliki risiko kebocoran dan dampak lingkungan yang lebih tinggi dibanding pipa darat, meskipun teknologi material pipa dan sistem monitoring telah banyak berkembang. Karena jaringan pipa diproyeksikan makin luas sebagai cara untuk mengurangi jejak karbon, integritas pipa dan pengendalian MIC akan menjadi isu penting ke depan.
Korosi mikroba pada pipa biasanya terjadi akibat penumpukan air yang tergenang di area dengan aliran rendah sepanjang jalur pipa. Pada area ini, mikroorganisme anaerob dapat tumbuh dan membentuk biofilm di permukaan dalam pipa logam, yang kemudian menimbulkan pitting corrosion (korosi berbentuk lubang kecil). Lubang ini dapat terus berkembang hingga menembus dinding luar pipa dan mengganggu integritasnya. Karena sebagian besar pipa transmisi bertekanan, satu lubang atau beberapa titik korosi saja dapat menyebabkan pecahnya pipa.
Proses korosi akibat mikroba ini sangat kompleks, melibatkan banyak mekanisme dan jenis mikroorganisme. Detail mekanismenya terlalu teknis untuk dibahas di bab ini, tetapi literatur menyediakan banyak data terkait.¹⁴–¹⁶ Dua mekanisme utama yang umum terjadi di sistem perminyakan adalah:
Jenis mikroba yang sering ditemukan pada pipa terkorosi dengan dugaan MIC meliputi:
Mengendalikan MIC di pipa sangat menantang karena kurangnya metode pemantauan yang tepat.²² Pipa darat biasanya dilengkapi dengan corrosion coupon/probe di sepanjang jalurnya untuk memantau biofilm (jika dipasang di fase air dengan benar). Untuk pipa lepas pantai, coupon ini umumnya hanya ada di platform produksi atau fasilitas pemrosesan darat. Sayangnya, pengecekan rutin sulit dilakukan karena keterbatasan akses, kurangnya personel, dan kesulitan menjaga sampel tetap utuh untuk analisis.²³
Pengendalian MIC pada pipa dan peralatan permukaan sangat bergantung pada biocide. Pipa juga bisa dibersihkan secara mekanis dengan sikat otomatis (dikenal sebagai pigging), meskipun praktik ini belum banyak diterapkan di semua jaringan pipa karena perbedaan diameter dan tidak semua pipa memiliki fasilitas launching/receiving untuk pig. Idealnya, kombinasi pigging dan perlakuan kimia digunakan agar hasil lebih optimal: menjaga pipa tetap bersih dari padatan dan endapan, serta mencegah terbentuknya biofilm di area beraliran lambat. Di peralatan permukaan seperti kepala sumur, bejana separator, dan tangki, pembersihan mekanis jarang dilakukan dan biasanya hanya saat ada jadwal shutdown.
Banyak produk biocide tersedia secara komersial, biasanya terdiri dari:
Berdasarkan data laboratorium dan lapangan, kombinasi surfaktan + polimer non-permukaan aktif dengan glutaraldehyde atau THPS terbukti meningkatkan kinerja biocide, karena mampu menembus biofilm lebih baik dan memperlambat korosi (Gambar 3.1).²⁴–²⁶
Secara umum, kombinasi pigging mekanis dan pembersihan kimia dianggap sebagai pendekatan terbaik untuk mengendalikan endapan padat dan pembentukan biofilm yang memicu MIC dalam pipa. Namun, pigging sangat mahal. Perkiraan biaya pembersihan mekanis pipa sekitar 35.000 dolar per mil.²⁷ Jika dihitung untuk seluruh jaringan pipa di AS hanya sekali pembersihan, biayanya mencapai sekitar 50 miliar dolar. Karena itu, sebagian besar pengendalian mikroba di pipa saat ini masih mengandalkan penggunaan biocide kimia.
Dalam hal ini, pemilihan produk biocide yang tepat, serta pengaturan jadwal aplikasi dan optimasi perawatan, menjadi faktor yang sangat krusial. Bahkan biocide yang paling ampuh sekalipun tidak bisa menghilangkan biofilm dalam satu kali perlakuan. Dibutuhkan aplikasi berulang secara konsisten untuk menurunkan jumlah mikroba menempel dari waktu ke waktu. Pertumbuhan ulang (rebound) biofilm setelah tekanan kimia sangat umum terjadi.²⁸,²⁹ Oleh karena itu, aplikasi biocide harus mengikuti jadwal ketat yang mempertimbangkan jumlah biofilm yang dihilangkan per dosis dan waktu yang dibutuhkan biofilm untuk tumbuh kembali. Aplikasi tambahan sebelum biofilm tumbuh penuh akan menyebabkan penurunan bertahap dari populasi mikroba, atau menjaga jumlahnya tetap rendah hingga akhirnya dilakukan pigging.
Dengan demikian, meskipun MIC merupakan ancaman besar bagi keamanan operasi produksi minyak dan gas, ada peluang signifikan untuk memperbaiki cara pengendaliannya. Pengembangan metode monitoring yang lebih baik, inovasi pembersihan mekanis agar lebih murah, serta aplikasi biocide yang lebih sistematis dan terkontrol dapat memberikan hasil lebih baik dalam mengendalikan biofilm. Pada akhirnya, hal ini akan menurunkan risiko MIC di jalur transmisi dan mengurangi kemungkinan terjadinya kebocoran serta tumpahan hidrokarbon ke lingkungan.
Produksi gas alam dari reservoir merupakan bagian penting dalam produksi hidrokarbon. Gas alam, yang juga disebut fossil gas, adalah campuran hidrokarbon berbentuk gas (pada kondisi atmosfer) dengan jumlah atom karbon hingga empat. Komponen terbesar gas alam adalah metana, disusul oleh etana, butana, dan propana. Pentana (C5) dan heksana (C6) juga termasuk dalam gas alam, tetapi pada suhu ruang keduanya berbentuk cairan yang sangat mudah menguap. Gas lain seperti karbon dioksida, nitrogen, hidrogen sulfida, dan helium juga ditemukan dalam gas alam, meskipun hanya dalam jumlah jejak (trace).
Gas alam terutama digunakan untuk pemanas dan pendingin rumah. Menurut US Energy Information Administration (EIA), pada tahun 2019 gas alam menyumbang 44% konsumsi energi rumah tangga di Amerika Serikat.³⁰ Dari sisi dampak lingkungan, gas alam jauh lebih bersih dibandingkan pembakaran batu bara. Untuk jumlah energi yang sama, gas alam menghasilkan sekitar 50% lebih sedikit karbon dioksida dibandingkan batu bara. Namun, perlu dicatat bahwa komponen utama gas alam, yaitu metana, merupakan gas rumah kaca yang sangat kuat. Satu molekul metana memiliki kemampuan menyerap panas 25 kali lebih besar daripada karbon dioksida.³¹ Hingga tahun 2020, metana menyumbang sekitar 11% dari seluruh gas rumah kaca di atmosfer.³²
Ketika metana terlepas ke atmosfer, ia memerangkap panas yang dapat mempercepat perubahan iklim. Meskipun waktu bertahan metana di atmosfer relatif singkat (sekitar 12 tahun) dibandingkan gas rumah kaca lain (misalnya nitrous oxide yang bertahan hingga 114 tahun), metana jauh lebih efisien dalam menjebak panas. Peningkatan emisi metana juga telah dikaitkan dengan meningkatnya kadar uap air di stratosfer, yang berpotensi mempercepat pemanasan global dan menghambat pemulihan lapisan ozon stratosfer.³³
Dampak tidak langsung metana terhadap ekosistem akibat penipisan lapisan ozon juga sudah banyak terdokumentasi. Berkurangnya ozon meningkatkan paparan radiasi UVB berbahaya di permukaan bumi. Dampaknya meliputi gangguan fisiologis dan perkembangan pada tumbuhan darat maupun akuatik, serta menurunkan kemampuan mereka berfungsi sebagai produsen dalam ekosistem. Radiasi UVB juga terbukti berbahaya bagi tahap awal perkembangan ikan, krustasea, amfibi, dan hewan laut lainnya. Efek terburuknya adalah penurunan keberhasilan reproduksi dan gangguan perkembangan larva.³⁴
Dari sisi kesehatan manusia, metana adalah gas tidak berbau yang bisa menggantikan oksigen di ruang tertutup, sehingga berbahaya sebagai asfiksian (penyebab sesak napas). Paparan metana dapat menyebabkan hilang kesadaran, kantuk, sesak, keracunan paru-paru akut, hingga kematian jika konsentrasinya tinggi. OSHA tidak memiliki batas paparan yang diizinkan (PEL) untuk metana, tetapi NIOSH merekomendasikan batas aman maksimal 1.000 ppm (0,1%) untuk pekerja selama periode delapan jam.
Metana juga berperan dalam perusakan lapisan ozon saat berubah menjadi air di stratosfer. Efek tidak langsung lain dari pelepasan metana ke atmosfer adalah meningkatnya paparan radiasi UVB akibat menipisnya lapisan ozon. Radiasi UVB diketahui dapat menyebabkan kanker kulit non-melanoma dan berhubungan dengan perkembangan melanoma ganas.³⁵
Dalam reservoir minyak mentah, biodegradasi metanogenik adalah proses utama dalam penguraian hidrokarbon. Proses ini melibatkan transformasi substrat hidrokarbon oleh bakteri sintrofik, menghasilkan senyawa yang kemudian digunakan oleh metanogen untuk menghasilkan metana.³⁶,³⁷ Peran Arkea Metanogenik (methanogenic archaea), atau metanogen, mendapat banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir, terutama karena kemampuannya menghasilkan metana dari karbon dioksida, asam lemak volatil, dan hidrogen.³⁸
Metanogen menghasilkan metana melalui reduksi karbon dioksida, hidrogen, asetat, format, metanol, metil sulfida, dan metilamina dalam kondisi anaerob ketat. Akseptor elektron yang umum meliputi nitrat, sulfat, dan besi. Enzim kunci dalam proses metanogenesis adalah methyl-coenzyme M reductase (Mcr) complex, yang mengkatalisis tahap akhir reduksi methyl-coenzyme M menjadi metana.³⁹ Akumulasi metanogen di lingkungan dapat memberi dampak besar pada perubahan iklim. Sebuah studi bahkan menyarankan bahwa metanogenesis berperan penting dalam kepunahan massal Permian sekitar 250 juta tahun lalu. Hal ini dilaporkan disebabkan oleh kemampuan Methanosarcina memanfaatkan asetat untuk menghasilkan metana, sehingga terjadi ledakan populasi organisme ini di sedimen laut, meningkatkan kadar metana di atmosfer, dan mengakibatkan kepunahan lebih dari 90% spesies di bumi.⁴⁰
Meskipun tidak mungkin untuk mengendalikan aktivitas metanogen di dalam reservoir, perusahaan minyak dan gas semakin mendapat sorotan terkait kebocoran metana selama produksi. Banyak kasus kebocoran metana telah dilaporkan media, termasuk kasus besar di Texas Barat⁴¹ dan Teluk Meksiko.⁴² Kebocoran ini meningkatkan kesadaran publik dan pengawasan dari lembaga lingkungan.
Seiring itu, teknologi baru dikembangkan untuk memantau kebocoran metana, seperti sensor metana, kamera inframerah, serta citra udara dan satelit untuk mendeteksi akumulasi metana di atmosfer. Selain itu, kebijakan baru juga diterapkan untuk menekan pelepasan metana dari produksi minyak dan gas. Pada 12 Mei 2016, US Environmental Protection Agency (EPA) mengeluarkan aturan untuk memangkas emisi metana dari sumber daya minyak dan gas dengan target mengurangi emisi di sektor ini sebesar 40–45% dari level tahun 2012 pada tahun 2025. Sekitar sepertiga emisi metana akibat aktivitas manusia dilaporkan berasal dari produksi minyak, serta dari produksi, pemrosesan, transmisi, dan penyimpanan gas alam.³⁰
Reservoir souring adalah proses ketika sebuah reservoir minyak yang awalnya “manis” (tidak mengandung hidrogen sulfida, [latex]H_{2}S[/latex]) mulai menghasilkan fluida yang “asam” karena mengandung [latex]H_{2}S[/latex]. Fenomena ini sering terjadi ketika reservoir minyak secara sengaja diinjeksi dengan air laut untuk secondary recovery, tetapi souring juga bisa muncul sejak tahap awal produksi pada sumur-sumur non-konvensional, di mana jumlah air yang sangat besar digunakan untuk hydraulic fracturing dan penyelesaian sumur.43
Produksi [latex]H_{2}S[/latex] dari sulfat yang ada di air sudah terdokumentasi sebagai proses biologis sejak tahun 1864.44 Saat ini, mikroorganisme seperti sulfate-reducing bacteria (bakteri pereduksi sulfat) dan sulfate-reducing archaea umumnya diterima sebagai penyebab utama yang mereduksi senyawa belerang (sulfat, tiosulfat, dll.) menjadi [latex]H_{2}S[/latex], sehingga menimbulkan souring pada reservoir minyak.45
Reservoir souring tidak hanya berdampak pada meningkatnya biaya operasional lapangan minyak—karena harus mencegah terbentuknya kerak besi sulfida dan korosi pada peralatan—tetapi juga berbahaya bagi kesehatan manusia dan lingkungan.
Hidrogen sulfida adalah gas tidak berwarna, mudah terbakar, dan sangat beracun, dengan bau khas seperti telur busuk. Produksi [latex]H_{2}S[/latex] pada reservoir “asam” dapat menurunkan kualitas udara dan menimbulkan risiko keselamatan bagi para pekerja lapangan. Jalur utama paparan adalah melalui pernapasan, di mana gas ini cepat diserap oleh paru-paru. Efek toksisitas akut dari gas ini sudah banyak didokumentasikan, namun informasi mengenai dampak jangka panjang terhadap kesehatan manusia masih terbatas.
Beberapa lembaga regulasi, termasuk US Occupational Health and Safety Administration (OSHA), telah menetapkan batas aman paparan [latex]H_{2}S[/latex] demi keselamatan pekerja dan masyarakat. Batas PEL dari OSHA adalah 20 ppm (tidak boleh dilewati kapan pun), serta 50 ppm sebagai batas puncak maksimum yang tidak boleh dilewati dalam waktu kerja 10 menit. Batas lain yang direkomendasikan oleh NIOSH adalah 10 ppm untuk paparan udara, yang juga tidak boleh dilewati dalam periode 10 menit.46
Di dalam air, [latex]H_{2}S[/latex] terurai menjadi spesies ionik dalam kondisi kesetimbangan berikut:
$$H_{2}S \leftrightarrow H^{+} + HS^{-}$$
$$HS^{-} \leftrightarrow H^{+} + S^{2-}$$
Toksisitas hidrogen sulfida terhadap organisme air biasanya dinyatakan dalam konsentrasi molekul [latex]H_{2}S[/latex] atau jumlah total sulfida dalam air. Tingkat toksisitas ini terbukti bergantung pada pH dan suhu, dengan molekul netral [latex]H_{2}S[/latex] sebagai bentuk yang paling beracun.47
Dalam sebuah studi multi-spesies, makroinvertebrata yang terpapar sulfida mengalami peningkatan kondisi hipoksia dan anoksia.48 Secara khusus, krustasea tercatat memiliki toleransi yang lebih rendah terhadap sulfida dibandingkan invertebrata bentik lainnya.
Nilai LC50 (lethal concentration 50) selama 96 jam untuk hidrogen sulfida pada spesies ikan air tawar dilaporkan berkisar antara 20 hingga 50 μg/L, dan konsentrasi yang lebih rendah sudah terbukti meningkatkan kerentanan ikan terhadap penyakit. Dibandingkan dengan ikan air tawar, udang dan spesies laut lainnya cenderung lebih tahan terhadap hidrogen sulfida.49
Tabel 3.1 berikut menunjukkan toksisitas akut [latex]H_{2}S[/latex], yang dinyatakan sebagai [latex]H_{2}S[/latex] tidak terionisasi, terhadap berbagai organisme air:
TABLE 3.1
Toksisitas Hidrogen Sulfida pada Organisme Air
| Organisme dan Durasi Paparan | LC50 (μg/L) |
|---|---|
| Ikan Coregonus clupeaformis (48–96 jam) | 2 |
| Carassius auratus (48–96 jam) | 4 |
| Salmo trutta (48–96 jam) | 7 |
| Pimephales promelas (48–96 jam) | 710 |
| Oncorhynchus mykiss (5–29 hari) | 6–22 |
| Krustasea air tawar Branchiura sowerbyi (96 jam) | 19,500 |
| Serangga air tawar Chironomus spp. (96 jam) | 23,000–33,400 |
| Moluska air tawar Lymnaea luteola (96 jam) | 6,000 |
| Moluska laut Mytilus edulis (48 jam EC50) | 1.5 |
| Ekinoderm laut Strongylocentoatus purpuratus (48 jam EC50) | 3 |
| Krustasea laut Palaemonetes pugio, Rhepoxynius abronius, Eohaustorius estuarius (48–96 jam) | 24–112 |
Fluida yang “asam” ini bisa sangat merusak aset minyak dan gas, karena menyebabkan korosi melalui mekanisme sulfide stress cracking.50 Selain itu, proses kimia untuk menyerap gas [latex]H_{2}S[/latex] biasanya menggunakan bahan kimia berbasis triazine, yang menghasilkan produk sampingan beracun dan harus dibuang dengan aman dari sistem.
Mekanisme reservoir souring serta aspek mikrobiologi bawah permukaan yang menyebabkannya telah banyak dipelajari, dan tinjauan ilmiah yang sangat baik tentang hal ini sudah tersedia.41,51,52 Namun, solusi untuk mengatasi souring dan meminimalkan dampak negatif [latex]H_{2}S[/latex] terhadap operasi maupun lingkungan masih belum jelas, sehingga tetap menjadi fokus penelitian yang besar.
Pendekatan yang paling umum digunakan adalah injeksi nitrat sebagai bentuk competitive exclusion. Nitrat diberikan ke dalam reservoir untuk bertindak sebagai akseptor elektron dalam kondisi anaerob. Kehadiran nitrat akan merangsang pertumbuhan mikroorganisme pereduksi nitrat, yang kemudian bersaing dengan pereduksi sulfat dalam menggunakan sumber karbon. Bahkan, beberapa pereduksi sulfat dapat mereduksi nitrat lebih mudah dibandingkan sulfat karena proses ini lebih menguntungkan secara energi.
Walaupun aplikasi nitrat bisa memberikan hasil positif di beberapa lapangan,54 ada banyak faktor yang dapat membuat perlakuan ini tidak efektif, termasuk keberadaan organisme yang tahan terhadap nitrat55 serta ketersediaan sumber karbon tertentu.56
Selain itu, sejumlah inhibitor spesifik pada jalur reduksi sulfat juga telah diteliti sebagai solusi untuk menghentikan reservoir souring. Bahan-bahan tersebut meliputi perklorat,57 monofluoro fosfat,58 molibdat,59 dan garam iodonium.60 Namun, meskipun menjanjikan, molekul-molekul ini belum banyak diuji di lapangan, dan juga belum dievaluasi serta disetujui oleh lembaga lingkungan untuk penggunaan lapangan.
Bahan kimia biocides juga telah diuji untuk mengendalikan reservoir souring. Hanya sedikit produk yang terbukti mampu bertahan dalam kondisi reservoir, menembus formasi, tetap aktif selama waktu transisi, dan benar-benar mengendalikan souring pada area yang jauh dari sumur injeksi.
Salah satu contoh adalah THPS, yang terbukti bisa mengendalikan souring pada reservoir batu pasir dengan suhu 60°C di Laut Utara. THPS ini dapat bertahan hingga lima bulan di reservoir dan masih bisa terdeteksi pada sumur produksi.61 Selain itu, THPS juga terbukti bekerja sinergis dengan nitrat untuk mengendalikan souring pada reservoir bersuhu tinggi (hingga 84°C).62
Biocides (zat kimia pembunuh mikroorganisme) sering digunakan untuk mengendalikan masalah mikroba dalam operasi perminyakan. Karena volume air yang sangat besar terkumpul selama proses produksi hidrokarbon, jumlah biocides yang digunakan setiap hari dalam sistem produksi baik di darat maupun lepas pantai juga sangat besar.
Biocides pada dasarnya bersifat toksik, karena memang dirancang untuk menembus biomassa dan membunuh berbagai jenis sel mikroba yang bisa merugikan operasi industri, kesehatan manusia, maupun lingkungan jika tidak dikendalikan dengan baik. Namun, memahami sifat kimia tertentu, bagaimana nasibnya ketika dibuang, serta aturan dari lembaga pemerintah dapat membantu operator membuat keputusan yang tepat tentang cara menangani zat beracun ini. Dengan demikian, pengelolaan yang tepat terhadap penggunaan biocides selama produksi hidrokarbon dapat sangat berkontribusi pada peningkatan keberlanjutan operasi minyak dan gas.
Biocides merupakan produk yang sangat diatur penggunaannya. Pendaftaran biocides diwajibkan di banyak negara dan kawasan, seperti Amerika Serikat, Kanada, Inggris, dan Uni Eropa. Bahkan di negara dengan aturan yang lebih longgar, penggunaan biocides tetap harus mendapat persetujuan dari pejabat pemerintah dan mengikuti pedoman lokal. Di setiap yurisdiksi tersebut, label biocide ditempel pada produk untuk memberikan arahan mengenai cara penanganan, penggunaan yang benar, serta dosis yang dapat diterima. Kepatuhan terhadap persyaratan label ini ditegakkan secara hukum, dan pelanggarannya dapat diproses secara hukum.
Di Amerika Serikat, semua produk biocide dilengkapi label yang bertujuan untuk mengelola potensi risiko dari penggunaannya. Label ini mengikat secara hukum, dan baik lembaga negara bagian maupun federal akan menegakkan ketentuan ini. Sebelum sebuah produk biocide mendapatkan label resmi, EPA (Environmental Protection Agency) mewajibkan adanya data ilmiah yang ekstensif terkait potensi dampak kesehatan maupun lingkungan dari penggunaan produk tersebut. Label kemudian akan menjelaskan siapa yang boleh menggunakan produk itu, di mana, dalam kondisi apa, serta berapa banyak yang boleh digunakan.63
Di Kanada, semua produk biocide harus melalui persetujuan pra-pasar dari Pest Management Regulatory Agency (PMRA).64 Sama halnya dengan EPA, PMRA juga membutuhkan bukti ilmiah dalam mengevaluasi sebuah produk sebelum diizinkan beredar dan diberi label, dengan tujuan utama melindungi kesehatan manusia dan lingkungan. Pada tahun 2012, Parlemen Eropa menetapkan Regulasi (EU) No 528/2012, yang dikenal sebagai Biocidal Products Regulation (BPR), untuk mengatur produk biocide serta melindungi kesehatan manusia, hewan, dan lingkungan.65 Regulasi ini menetapkan daftar zat yang diizinkan dalam formulasi produk biocide dan proses pendaftarannya sebelum dapat dipasarkan.
Per 1 Januari 2021, Inggris Raya (Great Britain/GB) tidak lagi menjadi bagian dari Uni Eropa, tetapi tetap menggunakan BPR untuk mengatur penggunaan biocide. Regulasi ini dikenal sebagai GB BPR. Walaupun sebagian besar aturannya sama dengan EU BPR, ada beberapa perbedaan, misalnya GB tidak lagi ikut serta dalam proses pengambilan keputusan di Uni Eropa dan tidak memiliki akses pada informasi teknis yang diajukan ke EU BPR setelah Brexit.66
Ketika memilih biocide untuk aplikasi tertentu, persyaratan label harus benar-benar diperhatikan. Selain itu, dampak terhadap kesehatan manusia, hewan, dan lingkungan juga harus dipertimbangkan sebelum memutuskan biocide mana yang akan digunakan di lapangan dan mungkin akan dibuang. Hal-hal seperti biodegradabilitas (kemampuan terurai secara hayati), bioakumulasi, persistensi dan mobilitas lingkungan, serta tingkat toksisitas bawaan harus menjadi faktor pertimbangan. Memang, sebagian besar operator biasanya lebih dulu memikirkan aspek ekonomi dan analisis biaya-manfaat dari produk biocide tertentu. Namun, tekanan publik dan dampak lingkungan yang semakin nyata mendorong operator untuk lebih memperhatikan tingkat toksisitas bahan kimia yang mereka gunakan, dibanding hanya fokus pada biaya produk.
Proses biodegradasi biocide dipengaruhi banyak faktor, seperti pH, salinitas, suhu, ketersediaan [latex]O_2[/latex], serta paparan cahaya/UV. Biocides jenis oksidatif biasanya habis cukup cepat (dalam hitungan menit hingga jam), namun beberapa dapat menghasilkan produk sampingan berbahaya seperti organochlorides, chloroform, dan asam.67 Selain itu, senyawa-senyawa ini bisa sangat kaustik (misalnya natrium hipoklorit, [latex]NaOCl[/latex]) atau asam (misalnya PAA atau peracetic acid), yang dapat menyebabkan korosi pada peralatan injeksi dan kebocoran bahan kimia jika tidak dikelola dengan baik.
Biocides jenis elektrofilik (misalnya Glutaraldehyde dan THPS) mengalami berbagai mekanisme degradasi, mulai dari hitungan menit hingga minggu, tergantung konsentrasi yang digunakan. Berdasarkan Safety Data Sheet (SDS), 2,2-dibromo-3-nitrilopropion amide (DBNPA) diklasifikasikan sebagai “tidak persisten” karena dapat terurai dalam kondisi lingkungan normal.68 Glutaraldehyde dan THPS juga diketahui mudah terurai secara hayati.69,70 Glutaraldehyde lulus uji OECD Ready Biodegradability71 dengan tingkat biodegradasi 73% setelah 9 hari. THPS juga memenuhi uji OECD dengan tingkat 70% setelah 21 hari dalam kondisi aerobik, dan 60% setelah 30 hari dalam kondisi anaerobik. Cahaya UV dapat mempercepat degradasi THPS, mengurangi waktu paruhnya sekitar 0,4 hari melalui fotolisis tidak langsung. Oleh karena itu, THPS lebih cocok digunakan dalam aplikasi bawah sumur (downhole), di mana tidak adanya oksigen dan cahaya membuat senyawa ini lebih bertahan lama.
Berbeda dengan Glutaraldehyde dan THPS, Tris(hydroxymethyl)nitromethane (THNM) yang merupakan pelepas formaldehida, tidak mudah terurai, dengan tingkat biodegradasi hanya 13,4% setelah 28 hari.72,73
Biocides jenis litik biasanya berupa surfaktan dengan rantai organik panjang yang memiliki tingkat biodegradasi berbeda-beda. Contohnya, didecyldimethylammonium chloride (DDAC)74 dan benzalkonium chlorides (BKC/ADBAC)75 memenuhi kriteria biodegradabilitas yang ditetapkan dalam Regulasi (EC) No. 648/200476 untuk deterjen, dan keduanya dianggap mudah terurai secara hayati, yaitu: 93,3% dalam 28 hari dan 95,5% dalam 28 hari. Sebaliknya, tributyl tetradecyl phosphonium chloride (TTPC) tidak memenuhi kriteria biodegradabilitas baik secara aerobik maupun untuk kategori ready biodegradability.77,78
Biodegradasi dari senyawa kimia harus dipertimbangkan ketika formulasi dirancang untuk aplikasi di area yang sensitif terhadap lingkungan. Idealnya, molekul antimikroba dan formulasi yang mengandungnya harus cukup persisten untuk menyelesaikan kebutuhan aplikasi, tetapi tidak boleh bertahan di lingkungan dalam jangka waktu lama.
Aspek penting lain dari jejak lingkungan biocides berkaitan dengan bioakumulasi. Sejak diterbitkannya buku Silent Spring oleh Rachel Carson pada tahun 1962,79 yang menjelaskan bagaimana DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane) masuk ke rantai makanan dan terakumulasi dalam jaringan lemak manusia dan hewan, kekhawatiran publik tentang bioakumulasi pestisida di lingkungan menjadi sangat beralasan. Namun, sebagian besar biocides yang digunakan dalam industri minyak dan gas cenderung tidak terakumulasi, baik karena kemampuannya untuk terurai menjadi produk yang lebih kecil dan lebih mudah dimetabolisme, atau karena teradsorpsi pada permukaan sehingga membatasi mobilitas dan akumulasinya. Selain itu, sebagian besar produk ini digunakan di area bawah tanah yang dalam dan jauh dari potensi lokasi yang bisa menimbulkan bahaya. Meski demikian, biocides juga diaplikasikan pada peralatan permukaan dan pipa transmisi, dan beberapa pada akhirnya dapat terbuang ke lingkungan, misalnya ke laut dari sistem produksi lepas pantai. Dalam kasus tersebut, setiap sisa biocides harus dinonaktifkan sebelum dibuang atau diencerkan ke tingkat yang dianggap tidak berbahaya saat dibuang. Dengan demikian, pengolahan air permukaan, penggunaan kembali air balik (flow-back water), dan potensi komunikasi dengan pasokan air bawah tanah menegaskan pentingnya memahami nasib lingkungan dan potensi akumulasi dari setiap biocide.
Karena degradasi yang cepat, biocides oksidator kecil kemungkinannya untuk terakumulasi di lingkungan. Namun demikian, penting untuk memahami produk sampingan dari degradasi tersebut, karena bisa bersifat persisten dan bioakumulatif.
Glutaraldehyde dan THPS keduanya memiliki potensi bioakumulasi rendah dan terurai menjadi zat yang mudah diserap dan dimetabolisme dalam lingkungan. DBNPA bereaksi cepat dalam kondisi asam maupun basa dan tidak diklasifikasikan sebagai persisten ataupun memiliki potensi bioakumulasi tinggi. Namun, mirip dengan oksidator, produk dekomposisi DBNPA dapat menimbulkan bahaya bagi lingkungan jika tidak dikelola dengan baik.
Meskipun memiliki waktu paruh tinggi, biocides berbasis surfaktan (ADBAC, DDAC, dan TTPC) hanya sedikit diserap oleh jaringan hewan dan tidak terakumulasi.80 DDAC lebih lanjut diklasifikasikan tidak memiliki zat yang dianggap persisten, bioakumulatif, dan toksik (PBT). Hal ini mungkin disebabkan mobilitasnya yang terbatas di lingkungan dan adsorpsinya pada berbagai permukaan.
Aspek terakhir dari dampak biocides terhadap lingkungan berkaitan dengan toksisitas ekologi. M-Factor (Multiplying Factor) diberikan pada zat yang memiliki Hazard Category 1, toksisitas akuatik akut atau kronis tergantung pada LC50 atau EC50, dengan nilai M-Factor yang lebih tinggi untuk zat yang lebih toksik (Regulasi CLP 1272/2008).81 Toksisitas Akut Akuatik suatu zat didefinisikan sebagai kemampuannya untuk membahayakan organisme akuatik dalam paparan jangka pendek, sedangkan Toksisitas Kronis Akuatik didefinisikan sebagai kemampuannya menyebabkan dampak buruk terhadap organisme akuatik terkait siklus hidup organisme tersebut.
Seperti ditunjukkan pada Tabel 3.2, benzyl quats menunjukkan toksisitas paling tinggi terhadap kehidupan akuatik dan harus diaplikasikan secara hati-hati pada situasi di mana ekosistem perairan permukaan dapat terdampak. Biocides lainnya yang dilaporkan pada Tabel 3.2 menunjukkan toksisitas sedang hingga tinggi dalam sistem akuatik, tetapi toksisitas kronis belum dilaporkan. Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh kemampuan degradasi tinggi dan potensi bioakumulasi rendah dari biocides tersebut.
TABLE 3.2
M-Factors Describing the Aquatic Toxicity of Common Biocides Used in the O&G Business
| Biocide | M-Factor Acute | M-Factor Chronic | Komentar |
|---|---|---|---|
| THPS | 1 | Tidak Dilaporkan | Sangat beracun bagi kehidupan akuatik dengan efek yang bertahan lama |
| Glutaraldehyde | <1 | Tidak Dilaporkan | Moderat beracun bagi kehidupan akuatik |
| THMN | 1 | Tidak Dilaporkan | Sangat beracun bagi organisme akuatik. Praktis tidak beracun bagi burung secara diet |
| ADBAC | 10 | 10 | Sangat beracun bagi kehidupan akuatik |
| DDAC | 10 | 10 | Sangat beracun bagi ikan |
| TTPC | 10 | 10 | Sangat beracun bagi kehidupan akuatik dengan efek yang bertahan lama |
Konstanta partisi karbon organik-air tanah ([latex]K_{oc}[/latex]) adalah rasio massa zat kimia yang teradsorpsi dalam tanah per satuan massa karbon organik dalam tanah terhadap konsentrasi zat kimia dalam air pada kondisi setimbang. Nilai [latex]K_{oc}[/latex] yang tinggi menunjukkan mobilitas biocide yang rendah di tanah, sementara nilai rendah menunjukkan mobilitas biocide yang lebih tinggi di tanah.
[latex]K_{ow}[/latex] adalah konstanta partisi oktanol-air, didefinisikan sebagai rasio sifat hidrofobik suatu zat terhadap sifat hidrofiliknya. Nilai ini dapat menjadi ukuran seberapa besar biocide dapat hilang ke fluida reservoir yang hidrofobik serta menjadi indikator potensi bioakumulasi. [latex]K_{ow}[/latex] yang rendah (Tabel 3.3) menunjukkan kecenderungan larut dalam fase air.82 Hal ini dapat diartikan sebagai peningkatan kelarutan biocide dalam fluida reservoir berair serta bioakumulasi yang lebih rendah dalam jaringan organik organisme.
TABLE 3.3
Mobility of Commonly Used Biocides through the Soil
| Biocide | Log [latex]K_{ow}[/latex] | Log [latex]K_{oc}[/latex] |
|---|---|---|
| THPS | −9.77 | 1 |
| Glutaraldehyde | −0.18 | 0 |
| ADBAC | 3.91 | 5.95 |
| DDAC | 4.66 | 5.69 |
| TTPC | 6.48 | 7.66 |
THPS memiliki nilai [latex]K_{ow}[/latex] paling rendah dari semua biocides yang diuji, menunjukkan bahwa ia sangat larut dan bebas bergerak melalui reservoir serta memiliki potensi bioakumulasi yang sangat rendah. Glutaraldehyde juga menunjukkan koefisien mobilitas tinggi. Meski begitu, komposisi kimia reservoir itu sendiri dapat memengaruhi adsorpsi atau migrasi biocides melalui formasi. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan biocidal menggunakan salah satu dari biocides ini akan menyebabkan penyebaran luas di area yang lebih besar dari area aplikasi, sehingga harus dipertimbangkan dosis yang tepat karena pada akhirnya akan diencerkan oleh migrasi. DBNPA memiliki mobilitas lebih tinggi dibanding THPS atau Glutaraldehyde, meskipun tidak diharapkan mencapai area yang lebih jauh karena degradasi yang tinggi dan waktu paruh yang rendah.
Sebaliknya, biocides berbasis surfaktan memiliki mobilitas rendah di tanah dan hilang karena teradsorpsi oleh reservoir. Faktanya, nilai eksperimental [latex]K_{oc}[/latex] untuk masing-masing cukup tinggi, dengan TTPC menunjukkan nilai tertinggi dari semua biocides. Hal ini menjelaskan hilangnya jumlah signifikan benzyl quats pada kondisi bawah sumur. Ada dua mekanisme utama adsorpsi surfaktan kationik pada permukaan bermuatan: pertukaran ion dengan kation yang sudah teradsorpsi dan mekanisme interaksi hidrofobik (rantai-ke-rantai) di mana semakin hidrofobik ekornya, semakin besar kemungkinan senyawa ammonium kuartener ini hilang pada permukaan.83 Selain itu, saat konsentrasi garam meningkat, kelarutan senyawa ini juga meningkat karena bersaing dengan situs ikatan ion.84 Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi garam pada fluida reservoir, semakin larut dan semakin mobil benzyl quats bergerak melalui reservoir.
Dalam beberapa dekade terakhir, sudah tidak diragukan lagi bahwa pembakaran bahan bakar fosil memberikan dampak besar terhadap perubahan iklim. Hal ini mendorong para operator minyak dan gas untuk terus mencari cara meningkatkan operasional mereka, sementara teknologi baru dan sumber energi hijau berkelanjutan terus dikembangkan dan mulai mendapat tempat dalam sektor energi.
Perusahaan-perusahaan besar penghasil minyak telah berkomitmen untuk melakukan dekarbonisasi pada operasinya, mengurangi konsumsi energi, serta meningkatkan efisiensi kerja, meskipun hal itu berarti biaya operasional menjadi lebih tinggi. Meskipun tidak ada satu pun sumber energi hijau yang mampu sepenuhnya memenuhi kebutuhan energi suatu negara, pembakaran hidrokarbon masih akan menjadi penggerak utama energi selama beberapa dekade ke depan.
Sementara itu, setiap perbaikan yang bisa mengurangi risiko terhadap lingkungan, meminimalkan pelepasan gas beracun, serta membuat operasional lebih efisien akan memberikan dampak positif pada proses dekarbonisasi.
Mikroorganisme mungkin memiliki peran yang sangat penting dalam proses ini—baik secara positif dalam menghasilkan biofuel dan hidrogen, maupun melalui pengelolaan yang lebih baik terhadap dampak negatif yang tidak diinginkan dalam proses industri. Sebagai “ahli kimia” alami di bumi, mikroorganisme bisa jadi memegang kunci untuk banyak kebutuhan masyarakat. Karena itu, memahami serta mampu mengendalikan dan mengelola mikroorganisme merupakan langkah penting menuju tujuan akhir: mengembangkan energi berkelanjutan sekaligus mengurangi dampak buruk terhadap planet ini.
Ilmu komputer teoretis (theoretical computer science) memiliki hubungan erat dengan matematika karena pemrograman menggunakan algoritma,…
https://www.youtube.com/watch?v=SuaxadRqJpM Pengantar Suara manusia adalah instrumen yang kita semua mainkan — sekaligus alat paling kuat…
https://www.youtube.com/watch?v=Ew59SKy181Y Analisis Heni Ozi Cukier mengungkap empat dimensi — sosial, ekonomi, politik, dan militer —…
https://www.youtube.com/watch?v=ZAqIoDhornk Ringkasan padat dari konsep-konsep utama fisika—dari Newton hingga mekanika kuantum—dengan contoh sehari-hari dan makna…
https://www.youtube.com/watch?v=olQh39MoJsQ Cara Cepat Mengenal Huruf Sirilik dan Logika Bahasa Rusia untuk Pemula Pendahuluan: Bahasa Asing…
https://www.youtube.com/watch?v=UJGsfLa8dmE 1. Korelasi antara Iman, Ilmu, dan Takwa UAH menjelaskan bahwa iman dan ilmu merupakan…