Kebutuhan energi dunia terus meningkat, sementara cadangan minyak bumi yang mudah dieksploitasi semakin menurun. Kondisi ini mendorong industri perminyakan untuk mengembangkan berbagai teknologi agar minyak yang masih tertinggal di dalam reservoir dapat diambil secara lebih optimal. Salah satu metode yang banyak digunakan adalah chemical enhanced oil recovery (EOR), yaitu teknik injeksi bahan kimia ke dalam reservoir untuk membantu mendorong minyak keluar dari pori-pori batuan. Di antara berbagai bahan kimia yang digunakan, surfaktan menjadi komponen penting karena mampu menurunkan tegangan antarmuka antara minyak dan air sehingga minyak lebih mudah bergerak.
Namun, penggunaan surfaktan memiliki tantangan besar. Sebagian surfaktan yang diinjeksi justru menempel atau teradsorpsi pada permukaan batuan reservoir. Akibatnya, konsentrasi surfaktan yang tersisa untuk membantu proses pengambilan minyak menjadi berkurang. Kondisi ini menyebabkan kebutuhan bahan kimia meningkat dan biaya operasi menjadi lebih mahal. Permasalahan ini menjadi semakin serius pada reservoir batu pasir seperti Berea sandstone yang memiliki permukaan aktif cukup tinggi untuk mengikat molekul surfaktan.
Sebuah penelitian terbaru mencoba menawarkan solusi melalui kombinasi surfaktan berbasis biomassa dengan nanopartikel silika. Penelitian ini menggunakan sodium lignosulfonate (SLS), yaitu surfaktan yang berasal dari lignin hasil samping industri kayu dan pulp. Dibandingkan surfaktan sintetis konvensional, SLS lebih ramah lingkungan dan berasal dari sumber terbarukan. Akan tetapi, seperti surfaktan lainnya, SLS juga mengalami kehilangan akibat adsorpsi pada batuan reservoir. Untuk mengatasi masalah tersebut, peneliti menambahkan silica nanoparticles (SNPs) atau nanopartikel silika ke dalam sistem surfaktan.
Nanopartikel silika dipilih karena memiliki ukuran sangat kecil, luas permukaan tinggi, relatif murah, serta stabil dalam berbagai kondisi reservoir. Dalam beberapa tahun terakhir, nanopartikel silika mulai banyak dipelajari untuk aplikasi EOR karena mampu meningkatkan stabilitas emulsi dan foam, mengubah sifat kebasahan batuan, sekaligus mengurangi adsorpsi surfaktan pada permukaan batuan. Dalam penelitian ini, batuan Buff Berea Sandstone digunakan sebagai model batuan reservoir karena sering dipakai sebagai standar dalam studi EOR.
Eksperimen dilakukan dengan mencampurkan larutan SLS dengan berbagai konsentrasi nanopartikel silika, kemudian mengontakkannya dengan batuan sandstone pada temperatur 30°C dan 60°C. Temperatur dipilih untuk mewakili kondisi reservoir normal dan kondisi reservoir dengan pengaruh panas lebih tinggi. Konsentrasi surfaktan yang tersisa setelah proses adsorpsi diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 208 nm. Melalui metode ini, peneliti dapat menghitung seberapa besar surfaktan yang menempel pada batuan dan seberapa efektif nanopartikel silika dalam mengurangi kehilangan surfaktan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan nanopartikel silika memang mampu menurunkan adsorpsi surfaktan secara signifikan. Pada temperatur 30°C, konsentrasi nanopartikel optimal berada pada rentang 1000–1500 mg/L. Pada kondisi ini, jumlah surfaktan yang menempel pada batuan menjadi lebih rendah dibandingkan sistem tanpa nanopartikel. Sementara itu, pada temperatur 60°C, konsentrasi nanopartikel yang dibutuhkan meningkat menjadi sekitar 2000–2500 mg/L. Hal ini menunjukkan bahwa temperatur memiliki pengaruh besar terhadap interaksi antara surfaktan, nanopartikel, dan permukaan batuan.
Peneliti menjelaskan bahwa pada temperatur lebih tinggi, pergerakan molekul menjadi lebih aktif sehingga interaksi antarpartikel menjadi lebih dinamis. Dalam kondisi tersebut, nanopartikel membutuhkan jumlah lebih besar untuk dapat menutupi atau melindungi permukaan aktif batuan agar surfaktan tidak mudah teradsorpsi. Selain itu, temperatur tinggi juga dapat memengaruhi stabilitas dispersi nanopartikel di dalam larutan. Nanopartikel yang kurang stabil cenderung menggumpal sehingga efektivitasnya dalam mengurangi adsorpsi menjadi menurun. Karena itu, diperlukan konsentrasi nanopartikel lebih tinggi untuk mempertahankan performa sistem.
Penelitian ini juga menganalisis mekanisme adsorpsi menggunakan model isoterm dan kinetika adsorpsi. Pada temperatur 30°C, proses adsorpsi lebih sesuai dengan model Langmuir, yang menggambarkan adsorpsi terjadi pada permukaan homogen dengan jumlah situs adsorpsi terbatas. Namun pada 60°C, perilaku adsorpsi berubah dan lebih cocok dijelaskan menggunakan model Freundlich, yang menunjukkan bahwa permukaan adsorpsi menjadi lebih heterogen. Perubahan ini menandakan bahwa kenaikan temperatur dapat mengubah mekanisme interaksi antara surfaktan dan batuan reservoir.
Dari sisi kinetika, model pseudo-second-order memberikan kecocokan terbaik dibandingkan model pseudo-first-order. Hal ini menunjukkan bahwa proses adsorpsi tidak hanya dikendalikan oleh difusi sederhana, tetapi melibatkan interaksi kompleks antara molekul surfaktan, nanopartikel silika, dan permukaan batuan. Nanopartikel silika diduga bekerja melalui beberapa mekanisme sekaligus, seperti bersaing dengan surfaktan untuk menempati situs adsorpsi, membentuk lapisan pelindung di permukaan batuan, serta mengurangi kontak langsung antara surfaktan dan batuan reservoir.
Temuan ini memiliki implikasi penting bagi industri perminyakan, terutama dalam pengembangan formulasi chemical EOR yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Dengan menurunkan kehilangan surfaktan akibat adsorpsi, kebutuhan bahan kimia dapat ditekan sehingga biaya operasi menjadi lebih ekonomis. Selain itu, penggunaan surfaktan berbasis biomassa seperti sodium lignosulfonate juga membuka peluang untuk mengurangi ketergantungan pada surfaktan sintetis berbasis petrokimia.
Meski demikian, penelitian ini masih berada pada tahap laboratorium dan menggunakan sistem adsorpsi statis. Peneliti menekankan bahwa diperlukan penelitian lanjutan untuk mengevaluasi performa sistem pada kondisi reservoir yang lebih realistis, termasuk pengaruh salinitas tinggi, ion divalen, pH, tekanan reservoir, serta uji core flooding untuk melihat peningkatan perolehan minyak secara langsung. Selain itu, analisis ekonomi juga perlu dilakukan untuk memastikan bahwa manfaat pengurangan adsorpsi benar-benar sebanding dengan biaya penambahan nanopartikel silika.
Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa kombinasi surfaktan ramah lingkungan dan nanopartikel silika memiliki potensi besar untuk meningkatkan efisiensi pengambilan minyak bumi. Di tengah tuntutan energi global dan kebutuhan teknologi yang lebih berkelanjutan, pendekatan seperti ini menjadi langkah penting menuju proses eksploitasi energi yang lebih efisien sekaligus lebih ramah lingkungan.
Penulis: Muhammad Fauzul Imron Artikel dapat diakses pada: https://www.mdpi.com/2076-3417/16/10/4588
