Minyak Bumi

Kompetensi Dasar
Setelah mempelajari materi ini, diharapkan siswa dapat memahami materi mengenai pembentukan minyak bumi hingga penggunaannya
Materi
Pendahuluan
Minyak Bumi merupakan bahan bakar yang dihasilkan oleh alam dari fosil-fosil yang terpendam berjuta-juta tahun. Fosil adalah sisa tulang-belulang binatang atau sisa tumbuhan zaman purba yang telah membatu dan tertanam di bawah lapisan tanah. Minyak mentah (petroleum) adalah campuran yang kompleks, terutama terdiri dari hidrokarbon bersama-sama dengan sejumlah kecil komponen yang mengandung sulfur, oksigen, dan nitrogen dan sangat sedikit komponen yang mengandung logam.
Struktur hidrokarbon yang ditemukan dalam minyak mentah adalah alkana (parafin), sikloalkana (napten), dan aromatik. Proporsi dari ketiga tipe hidrokarbon sangat tergantung pada sumber minyak bumi.Pada umumnya alkana merupakan hidrokarbon yang terbanyak tetapi kadang-kadang mengandung sikloalkana sebagai komponen yang terbesar, sedangkan aromatik selalu merupakan komponen yang paling sedikit. Untuk memisahkan fraksi-fraksi dalam minyak bumi dapat dilakukan dengan cara distilasi bertingkat. Setelah melalui distilasi bertingkat minyak bumi akan terpisah menjadi gas, bensin, kerosin, solar dan lain-lain. Hasil distilasi tersebut digunakan untuk menggerakan berbagai mesin, seperti: mobil, pesawat, mesin diesel dan lain-lain, untuk keperluan industri, aspal dan sebagainya.
Pembentukan Minyak Bumi
Ada tiga jenis bahan bakar fosil yaitu: gas alam, minyak bumi, dan batu bara. Fosil adalah sisa tulang-belulang binatang atau sisa tumbuhan zaman purba yang telah membatu dan tertanam di bawah lapisan tanah. Minyak bumi dan Gas Alam berasal dari pelapukan sisa kehidupan purba yang terpendam bersama air laut dan masuk ke dalam batuan pasir, lempung, atau gamping. Minyak bumi terbentuk sekitar 2 juta tahun lalu. 


Minyak bumi dikenal dengan sebutan petroleum atau minyak mentah. Kata "Petroleum" berasal dari bahasa latin yaitu: Petro, berarti "Batuan" dan Oleum, berarti "Minyak". 

Proses pembentukan minyak bumi terjadi karena endapan sisa zat organik dari hewan laut dan mikroorganisme yang masuk kerongga pori-pori batuan yang berisi air laut. Tekanan dan suhu yang tinggi serta adanya bakteri memecah sisa zat organik menjadi molekul hidrokarbon sederhana berupa minyak bumi akan terpisah dan terdorong untuk bergerak mencari tempat lain. Minyak dapat terperangkap dalam batuan sedimen yang kedap atau kadang-kadang merembes keluar permukaan bumi.
Pada umumnya minyak bumi terperangkap dalam bebatuan yang tidak berpori dalam pergerakannya ke atas. Untuk memperoleh minyak bumi atau petroleum ini dilakukan pengeboran.
 
Bagaimana para ahli menemukan lokasi minyak bumi?
  1. Awalnya mereka melihat petunjuk di permukaan bumi. Minyak bumi biasanya ditemukan di bawah permukaan yang berbentuk kubah (lihat Gambar 6).
  2. Melakukan survei seismik untuk menentukan struktur batuan di bawah permukaan tersebut.
  3. Kemudian mereka melakukan pengeboran kecil untuk menentukan ada tidaknya minyak (Gambar 7). Jika ada, maka dilakukan beberapa pengeboran untuk memperkirakan apakah jumlah minyak bumi tersebut ekonomis untuk diambil atau tidak.
Cara kerja seismologi untuk mencari minyak bumi.
Seismologi bisa digunakan untuk mencari cadangan minyak bumi baik di darat maupun di laut. Bagian utama seismologi yaitu pemicu getaran dan penerima sinyal. Pemicu getaran ada seperti Compressed-air gun (khusus di gunakan untuk ekplorasi lepas pantai), Thumper truck (untuk esplorasi minyak di daratan) dan bahan peledak
Bunyi atau getaran yang dihasilkan oleh Thumper truck memancarkan sinyal atau gelombang bunyi, sinyal akan kembali dipantulkan kembali oleh batas antar lapisan batuan yang berbeda ditangkap oleh geophone, data kemudian dikirim ke truk yang berfungsi sebagai pusat kendali. Dengan mendeteksi pantulan tersebut para ahli bisa menggambarkan peta susunan batuan di bawah permukaan bumi untuk menemukan cadangan minyak
Jika cadangan minyak bumi positif pada suatu lokasi maka proses pengeboran mulai dilakukan. Berikut ini bagian-bagian peralatan Rig yang digunakan untuk mengebor di daratan
  1. Hoist attachment (1), Derrick (2), Traveling block (3), Hook (4), Injection head (5), Mud injection column (6), Turntable driving the drilling pipes (6), Winches (7), Motors (8), Mud pump (9), Mud pit (10), Drilling pipe (11), Cement retaining the casing (12), Casing (13), Drill string (14), Drilling tool (15).
  2. Rig digunakan untuk mengebor dengan kedalaman 2000- 4000 meter tapi ada juga yang sampai 6000 meter. Rig dilengkapi mata bor dengan diameter 20-50 sentimeter. Mata bor ini yang berputar menembus perut bumi.

Komponen Penyusun Minyak Bumi
Minyak bumi merupakan campuran kompleks dari berbagai senyawa golongan hidrokarbon yaitu golongan alifatik, golongan alisiklik dan golongan aromatik. Tabel berikut menyatakan komposisi senyawa hidrokarbon dalam beberapa komponen minyak bumi

Komponen
 n.alkana siklo alkana iso alkana Aromatik
Residu
Gas
100
-
-
-
-
Bensin
38
43
20
9
-
Kerosin
23
43
15
19
-
Solar
22
48
9
21
-
Minyak Pelumas
16
52
6
24
-
Residu
13
51
1
27
8
Tabel 1. Komponen Minyak Bumi
Sumber : http://ana90.multiply.com/journal/item/5
Pengolah Minyak Bumi
Minyak bumi biasanya berada 3-4 km di bawah permukaan laut. Minyak bumi di peroleh dengan membuat sumur bor. Minyak mentah yang di peroleh ditampung dalam kapal tanker atau dialirkan melalui pipa ke stasiun tangki atau ke kilang minyak mentah (Crude Oil) berbentuk cairan kental hitam dan berbau kurang sedap. Pengolahan minyak mentah melalui beberapa proses di antaranya proses penyulingan, proses konversi, pemisahan logam dan pencampuran fraksi.
 
Gambar. Kapal tanker untuk menampung minyak bumi
Sumber:http://resources.schoolscience.co.uk/ExxonMobil/infobank/images/tanker1.jpg
Proses Penyulingan (Distilasi Bertingkat)
Proses penyulingan (fraksionasi) minyak bumi, minyak mentah (Crude Oil) yang baru diperoleh dari pengeboran tidak dapat digunakan secara langsung. Minyak mentah merupakan campuran dengan komponen utama hidrokarbon alifatik dan hidrokarbon rantai atom C sederhana hingga rantai atom C kompleks.
Dengan memperhatikan perbedaan titik didih dari komponen minyak mentah dilakukan pemisahan melalui proses distilasi bertingkat yaitu; penyulingan dengan menggunakan fraksi-fraksi pendinginan sesuai rentang titik didih senyawa yang diinginkan. Dengan cara ini, proses pengembunan terjadi dalam beberapa tahap dan disebut fraksinasi.
Proses Konversi (Conversion Processes)
Hampir 70% dari minyak mentah diproses secara konversi. Tujuan dari proses konversi untuk memperoleh fraksi-fraksi dengan kuantitas dan kualitas sesuai permintaan pasar.
Beberapa jenis konversi dalam kilang minyak adalah:
  1. Cracking (perekahan)
    Merupakan proses pemecahan molekul-molekul hidrokarbon besar menjadi molekul-molekul yang lebih kecil dengan adanya pemanasan atau katalis.
Contohnya perekahan fraksi minyak ringan/berat menjadi fraksi gas, bensin, kerosin, dan minyak solar.
  1. Reforming
    Bertujuan mengubah struktur molekul rantai lurus menjadi rantai bercabang/alisiklik, aromatik. Contohnya komponen rantai lurus dari fraksi bensin diubah menjadi aromatik.
  2. Alkilasi
    Adalah penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar Contohnya penggabungan molekul propena dan butena menjadi komponen fraksi bensin.
  3. Coking
    Adalah proses perekahan fraksi residu padat menjadi fraksi minyak bakar dan hidrokarbon intermediat.
Pemisahan Pengotor dalam Fraksi
Fraksi-fraksi mengandung berbagai pengotor antara lain senyawa organik yang mengandung S, N, O, air, logam dan garam anorganik. Pengotor dapat dipisahkan dengan cara melewatkan fraksi melalui:
  1. Berfungsi untuk memisahkan hidrokarbon tidak jenuh, senyawa nitrogen, senyawa oksigen, dan residu padat seperti aspal.
  2. Mengandung agen pengering untuk memisahkan air
  3. Berfungsi untuk memisahkan belerang/senyawa belerang

Gambar. Skema Pengolahan Minyak Bumi
Sumber:http://iekonomi-migas.blogspot.com
Pencampuran Fraksi
Pencampuran fraksi dilakukan untuk mendapatkan produk akhir sesuai yang diinginkan sebagai contoh:
  1. Fraksi bensin dicampur dengan hidrokarbon rantai bercabang/alisiklik/aromatik dan berbagai aditif untuk mendapatkan kualitas tertentu.
  2. Fraksi minyak pelumas dicampur dengan berbagai hidrokarbon dan aditif untuk mendapatkan kualitas tertentu.
  3. Fraksi nafta dengan berbagai kualitas (grade) untuk industri petrokimia. (Sumber: buku kimia eksis kelas X)

Gambar. Pencampuran Fraksi
Sumber:http://id.wiki.detik.com/wiki/Kilang minyak
Kegunaan Minyak Bumi
Pengkilangan/penyulingan (refening) adalah proses perubahan minyak mentah menjadi produk seperti:
  1. Gas Alam
    Gas dari hasil distilasi yang dipergunakan untuk keperluan bahan bakar rumah tangga atau pabrik.
     
  2. Bensin
    Bensin digunakan:
    • Sebagai bahan bakar motor (Gbr. 14)
    • Bahan ekstraksi pelarut dan pembersih.
    • Bahan bakar penerangan dan pemanasan.

Gambar. SPBU
  1. Nafta
    Nafta adalah material yang memiliki titik didih antara gasolin dan kerosin yang digunakan untuk :
    • Pelarut dry cleaning (pencuci)
    • Pelarut karet
    • Bahan awal etilen
    • Bahan bakar jet dikenal sebagai JP-4

  1. Kerosin
    Kerosin digunakan sebagai
    • Minyak tanah
    • Bahan bakar jet dikenal dengan air plane
  2. Solar dan diesel
    Solar dan diesel digunakan sebagai
    • Pada bahan bakar motor, diesel tipe besar (seperti Bus & Truk )
    • Memproduksi uap
    • Mencairkan hasil peridustrian
    • Membakar batu
    • Mengerjakan panas dari logam
  1. Minyak pelumas (Oli)
    digunakan untuk melumasi mesin-mesin.
     
  1. Lilin
    Digunakan untuk penerangan, kertas pembungkus berlapis, lilin batik, korek api, bahan pengkilap seperti semir sepatu.
  2. Minyak bakar
    Digunakan sebagai bahan bakar di kapal, industri pemanas dan pembangkit listrik.
  3. Bitumen
    Materi aspal digunakan sebagai lapisan anti korosi, isolasi listrik dan pengedap suara pada lantai.
     
Jika dibuat tabel kegunaan minyak bumi adalah sebaga berikut :
Fraksi
Jumlah Atom C
Titik Didih
Kegunaan
Gas C1-C4 <20 Bahan bakar LPG dan bahan baku untuk senyawa organik.
Bensin (Gasolin) C5-C10 40-180 Bahan Bakar organik
Nafta C6-C10 70-180 Nafta diperoleh dari fraksi bensin, digunakan untuk sintetis senyawa organik, pembuatan plastik, karet sintetis, detergen, obat, cat, bahan pakaian dan kosmetik.
Kerosin C11-C14 180-250 Digunakan sebagai bahan bakar pesawat udara dan bahan bakar kompor parafin.
Minyak Solar dan Diesel C15-C17 250-300 Digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermesin diesel dengan rotasi tinggi
Minyak Pelumas C18-C20 300-350 Digunakan sebagai minyak pelumas. Hal ini terkait dengan kekentalannya (Viskositas) yang cukup besar.
Lilin >C20 >350 Sebagai lilin parafin untuk membuat lilin, kertas pembungkus berlapis, dll.
Minyak Bakar >C20 >350 Bahan bakar dikapal, industri pemanas dan pembangkit listrik.
Bitumen >C40 >350 Materi aspal jalan dan atap bangunan, anti korosi, isolasi listrik, kedap suara pada lantai
Bensin 
 
Bensin merupakan bahan bakar transportasi yang memegang peranan penting. Bensin mengandung lebih dari 500 jenis hidrokarbon yang memiliki rantai C5 - C 10. Kadarnya bervariasi tergantung komposisi minyak mentah dan kualitas yang diinginkan. Bensin dapat dibuat dengan beberapa cara antara lain yaitu:
  1. Penyulingan langsung dari mnyak bumi, dimana kualitasnya tergantung pada susunan kimia dari bahan-bahan dasar.
  2. Merekah (cracking) dari hasil-hasil minyak berat, misal dari minyak gas dan residu.
  3. Merekah (retorming) bensin berat dari kualitas yang kurang baik.
  4. Sintesis dari zat-zat berkarbon rendah.
Sifat yang diperhatikan untuk menentukan baik tidaknya bensin adalah sebagai berikut:
  1. Keadaan terbang (titik embun)
    Gangguan oleh gelembung-gelembung gas dalam karburator dari sebuah motor disebabkan oleh adanya kadar yang terlalu tinggi dari fraksi-fraksi yang sangat ringan dari bensin.
  2. Kecenderungan mengetok (knocking)
    Ketika rasio tekanan dari motor relatif tinggi. Pembakaran menyebabkan letusan (peledakan). Hidrokarbon rantai bercabang dan aromatik sangat mengurangi kecenderungan dari bahan bakar yang menyebabkan knocking misal dengan: 2,2,2-tri metil pentane (Iso Oktan) adalah anti knock fuels. Mesin automobile modern memerlukan bilangan oktan 90 dan 100.
  3. Titik Beku
    Jika dalam bensin terdapat prosentasi yang tinggi dari aromatik-aromatik tertentu maka pada waktu pendinginan, aromatik itu akan mengkristal dan mengakibatkan tertutupnya alat penyemprotan dalam karburator.
  4. Kadar Belerang tinggi Menyebabkan korosi, mempengaruhi bilangan oktan, merusak dinding silinder-silinder.
Jenis Bensin
Ada 3 jenis bensin produksi Pertamina, yakni Premium, Pertamax, dan Pertamax Plus. Mesin mobil maupun motor memerlukan jenis bensin yang sesuai dengan desain mesin itu sendiri agar dapat bekerja dengan baik dan menghasilkan kinerja yang optimal. Jenis bensin tersebut biasanya diwakili dengan angka/nilai oktan (RON), misalnya Premium ber-oktan 88, Pertamax ber-oktan 92 dan seterusnya. Beberapa keunggulan dari Pertamax dan Pertamax Plus dibanding Premium:
  1. Mempunyai bilangan oktan yang tinggi kecepatan tinggi.
    Mesin yang membutuhkan bensin dengan bilangan oktan yang tinggi dimaksudkan agar tenaga mesin menjadi lebih besar dan kendaraan dapat melaju dengan cepat.
  2. Meningkatkan kinerja mesin agar mesin makin bertenaga.
    Pertamax dan Pertamax plus memilik stabilitas oksidasi yang tinggi dan juga mengandung aditif generasi terakhir. Pembakaran bensin menjadi semakin sempurna sehingga kenerja mesin bertambah baik.
  3. Bersifat ramah lingkungan.
    Pertamax dan Pertamax plus tidak mengandng Pb yang bersifat racun. Pembakaran yang semakin sempurna juga dapat mengurangi kadar emisi gas polutan seperti CO dan NOx.
  4. Lebih ekonomis dari segi harga bahan bakar dan biaya perawatan.
    Pertamax dan Pertamax plus sudah mengandung aditif sehingga praktis dan tepat takarannya. Aditif juga dapat melindungi mesin sehingga dapat menekan biaya perawatan.
Bensin berfungsi sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. Oleh karena bensin hanya terbakar dalam fase uap, maka bensin harus diuapkan dalam karburator sebelum dibakar dalam silinder mesin kendaraan. Energi yang dihasilkan dari proses pembakaran bensin diubah menjadi gerak melalui tahapan berikut:
  1. Gerakan pengambilan udara (Air-intake stroke)
    Sewaktu piston turun, campuran uap bensin dan udara ditarik masuk ke dalam silinder melalui katup
  2. Gerakan kompresi (Compression stroke)
    Kedua katup tertutup dan piston kembali naik, sehingga menekan campuran uap bensin dan udara.
  3. Gerakan daya (Power stroke)
    Percikan listrik dilewatkan untuk membakar campuran uap bensin dan udara sebelum piston mencapai bagian atas silinder. Pembakaran menghasilkan lebih banyak mol produk reaksi dan juga panas yang besar. Akibatnya tekanan gas meningkat dan piston terdorong ke bawah. Gerakan piston ini memutar proses engkol untuk menggerakkan kendaraan.
  4. Gerakan pelepasan gas (Exhaust stroke)
    Katup gas buang terbuka dan produk pembakaran keluar dari silinder.
Beberapa aditif dalam bensin
Jenis Aditif Keterangan
Antiketukan Untuk memperlambat pembakaran bahan TEL (tetra etil lead), sekarang diganti dengan etanol.
Antioksidan Untuk menghambat pembentukan kerak yang dapat menyumbat saringan dan saluran bensin.
Pewarna Untuk membedakan berbagai jenis bensin
Antikorosi Untuk mencegah korosi pada logam yang bersentuhan dengan bensin, contohnya asam karboksilat.
Detergen karburator Untuk mencegah/ membersihkan kerak dalam karburator. Detergen karburator mengandung berbagai senyawa seperti amina dan amida
Antikerak PFI (Port fuel injection) Untuk membersihkan kerak pada system PFI kendaraan. Contohnya adalah dispersan polimer yang mengandung amina dan polieter amina
Dampak Pembakaran
Dampak Pembakaran Bahan Bakar terhadap Lingkungan
Bahan bakar dari minyak bumi salah satunya adalah bensin, pembakaran bensin dalam mesin kendaraan mengakibatkan pelepasan berbagai zat sehingga dapat mengakibatkan pencemaran udara.

Zat Pencemar
Sumber
Dampak terhadap lingkungan
CO2
Pembakaran bahan bakar
 Pemanasan global/ efek rumah kaca
CO Pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna Bersifat racun dan dapat menyebabkan kematian jika CO di udara mencapai 0,1%
NOx ( NO, NO2 )
Pembakaran bahan bakar pada suhu tinggi di mana nitrogen dalam udara ikut teroksidasi
 Hujan asam dan smog fotokimia
Pb Penggunaan bensin yang mengandung aditif senyawa timbal Timbal bersifat racun

 
LANGKAH-LANGKAH MENGATASI DAMPAK DARI PEMBAKARAN BENSIN
  1. Produksi bensin ramah lingkungan, seperti tanpa aditif Pb.
  2. Penggunaan EFI (Elektronic Fuel Injection) pada system bahan bakar.
  3. Penggunaan converter katalik pada system buangan kendaraan.
  4. Penghijauan atau pembuatan taman dalam kota.
  5. Penggunaan bahan bakar alternatif yang dapat diperbarui dan yang lebih ramah lingkungan, seperti tenaga surya dan sel bahan bakar (fuel cell).