LEMPUNG

Prosiding Seminar �asional Teknologi Pengolahan Limbah VI

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATA� ISSN 1410-6086

Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

180

STUDI BATUA LEMPUG SEBAGAI CALO HOST ROCK

TAPAK PEYIMPAA LIMBAH RADIOAKTIF.

Teddy Sumantri, Budi Setiawan.

Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN

ABSTRAK.

STUDI BATUA LEMPUG SEBAGAI CALO HOST ROCK TAPAK PEYIMPAA

LIMBAH RADIOAKTIF. Di dunia secara umum, host rock untuk Penyimpanan Lestari Limbah Radioaktif pada beberapa jenis batuan seperti batuan beku/kristalin (granit/Whiteshell Manitoba-Kanada, tambang garam/Gorleben-Jerman, tambang besi/Konrad-Jerman), vulkanik (tufa/Yucca Mountain-US) dan batuan lempung/clay (Mol-Dessel-Belgia, Bure-Prancis). Penulisan ini bertujuan melengkapi studi batuan lempung sebagai host rock fasilitas PL-LR dengan cara studi literatur yang berkaitan dengan informasi mengenai batuan lempung. Beberapa sifat batuan lempung baik fisik ataupun kimia mempunyai potensi baik sebagai calon host rock tapak penyimpanan lestari limbah radioaktif, seperti juga telah dipakai sebagai tempat penyimpanan limbah radioaktif di negara lain. ABSTRACT.

STUDY OF CLAY MATERIALS AS HOST ROCK FOR CA�DIDATE OF RADIOACTIVE

WASTE DISPOSAL. Generally some rock types such as crystalline, vulcanic and clay materials have been

using as host rock for radwaste disposal site. Objective of the paper is to completing the clays study for

radwaste disposal through literature study which has related to information of clay. The caracteristic of clay

rocks Both physically and chemically has good potention for radwaste disposal site, due to this reason the

clay rocks has been used for radwaste disposal in another countries.

PEDAHULUA

Penyimpanan limbah radioaktif adalah suatu kegiatan mengisolasi radionuklida yang dikemas dalam suatu paket limbah dan ditempatkan pada suatu lapisan geologi yang cocok, layak dan aman dengan tujuan untuk melindungi lingkungan hidup dari kontaminasi dan bahaya radiasi, utama-nya untuk generasi masa kini dan masa yang akan datang. Pada sistem penyimpanan limbah dikenal sistem penghalang berlapis yaitu penghalang buatan dan penghalang alami.

Penghalang buatan meliputi immobilisasi limbah, wadah limbah, serta bahan urug dan atau bahan penyangga. Bahan penyangga umumnya menggunakan bahan-bahan alami seperti lempung [15]. Bentonit merupakan jenis lempung yang baik dan sering digunakan sebagai bahan penyangga. Fungsi bahan penyangga adalah mengontrol laju aliran tanah dan menghambat migrasi radionuklida yang terlepas dari fasilitas penyimpanan limbah.

Penghalang alami berupa lapisan geologi (host rock atau formasi batuan induk) yang sesuai, layak dan memegang peran yang sangat penting pada sistem penyimpanan limbah radioaktif untuk mencegah terjadinya migrasi radionuklida

ke lingkungan. Semakin baik penghalang alami atau host rock diperoleh, akan mengurangi kebutuhan penghalang buatan. Ada beberapa jenis host rock di dunia yang telah digunakan untuk menyimpan limbah radioaktif yaitu batuan beku/kristalin (granit/Whiteshell Manitoba - Kanada, tambang garam/Gorleben-Jerman, tambang besi/ Konrad-Jerman), vulkanik (tufa/Yucca

Mountain-US) dan batuan lempung/clay (Mol-Dessel-Belgia, Bure-Prancis). [7, 8, 9, 10].

Posisi Indonesia terletak pada pertemuan tiga lempeng dunia yaitu lempeng Eurasia, lempeng Pasifik dan lempeng Australia yang bergerak saling menumbuk menyebabkan batuan yang ada di Indonesia, utamanya di Pulau Jawa, sehingga berpotensi mengalami pengekaran (retak-retak). Dengan adanya retak-retak pada batuan pengukung sistem penyimpanan limbah radioaktif dapat menjadi jalan keluar radionuklida lepas ke lingkungan. Selain itu kondisi di Pulau Jawa dengan curah hujan (1000-4000 mm/tahun) serta kelembaban yang tinggi (70 -90 %) menyebabkan perlu dicari suatu jenis batuan yang mampu menghambat laju migrasi radionuklida dari fasilitas penyimpanan limbah radioaktif.




181

Batuan lempung diharapkan dapat menjadi host rock fasilitas penyimpanan limbah radioaktif yang dapat menghambat laju migrasi radionuklida. Di Pulau Jawa cukup banyak wilayah yang mempunyai deposit lempung seperti : Karawang, Subang, Majalengka, Tambakrogo, Tuban dan Madura [11,12]. Wilayah-wilayah tersebut merupakan wilayah potensial untuk penyimpanan limbah radioaktif, diharapkan di masa yang akan datang dari wilayah-wilayah potensial tersebut dapat ditemukan beberapa tapak yang layak untuk penyimpanan limbah radioaktif sesuai dan aman menurut IAEA, BAPETEN dan KLH. [13].

Pada makalah ini akan ditinjau beberapa sifat lempung yang diperkirakan sangat baik untuk tapak penyimpanan limbah radioaktif. Tujuan kajian ini adalah menginformasikan kelayakan jenis batuan lempung sebagai calon tapak penyimpanan limbah radioaktif.

METODE

Kajian ini dilakukan berdasarkan studi literatur, baik informasi yang tersedia di internet maupun buku-buku tentang lempung dan aplikasinya. Informasi yang terkumpul diklasifikasikan, kemudian disusun menjadi informasi yang tertulis. Pekerjaaan ini dilakukan secara desktop study.

HASIL DA PEMBAHASA.

Berdasarkan hasil desktop study tahun 2007 dengan menggunakan peta geologi skala 1 : 500.000 diperoleh beberapa wilayah potensial deposit lempung yang dipilih seperti : Karawang, Subang, Majalengka, Tambakrogo, Tuban dan Madura [11,12]. Direncanakan dengan menggunakan peta geologi dengan skala yang lebih besar/ rinci dan survey lapangan diharapkan akan diperoleh tapak-tapak terpilih untuk penyimpanan limbah radioaktif. Kriteria deposit lempung yang dipilih adalah wilayah-wilayah deposit lempung yang mempunyai ketebalan yang cukup untuk mengisolasi radionuklida agar tidak dapat berpindah ke lingkungan. Homogen agar saat pelaksanaan kajian keselamatannya tak rumit dan sederhana, serta cukup luas agar volume limbah yang disimpan cukup banyak. Bila hal tersebut dapat diwujudkan maka akan mempunyai

suatu fasilitas penyimpanan limbah radioaktif yang cukup layak, sesuai dan aman di masa kini dan masa yang akan datang.

Secara fisik, lempung mempunyai sifat plastis dan pembengkakan akibat adanya kandungan air yang diserap. Diketahui bahwa aliran air di dalam tanah memberikan peran yang sangat penting pada terjadinya peristiwa migrasi radionuklida ke lingkungan. Minimnya aliran air tanah yang membawa radionuklida akan menyebabkan tertahannya sebaran radionuklida lepas dari fasilitas penyimpanan limbah radioaktif. Sebaliknya bila laju aliran air tanah cepat akan memudahkan adanya sebaran radionuklida dari fasilitas penyimpanan ke lingkungan.

Batuan lempung mempunyai tiga mineral utama, yakni monthmorillonite

/Al2O34SiO2H2O, illite/H2KAl3O12, dan kaolinite/ [Al2(OH)4 (Si2O3)]2, yang semuanya berupa hydrous alumino silikat yang berbentuk kristal. Besarnya kemungkinan tanah mengembang serta tergantung pada jenis dan jumlah kandungan mineralnya,kemudahan ber-tukarnya ion-ionnya, kandungan elektrolit dan tatanan struktur lapisan mineral tanahnya.

a. Struktur kaolinit terdiri dari unit lapisan silica dan aluminium yang diikat oleh ion hydrogen. Kaolinit membentuk tanah yang stabil karena strukturnya yang terikat teguh mampu menahan molekul-molekul air sehingga tidak masuk ke dalamnya.

b. Struktur illit terdiri dari lapisan-lapisan unit silika-aluminium-silika yg dipisahkan oleh ion K+ yang mempunyai sifat dapat mengembang.

c. Struktur montmorillonit mirip dengan struktur illit, tetapi ion pemisahnya berupa ion H2O, yang sangat mudah lepas. Mineral ini dapat dikatakan sangat tidak stabil, pada kondisi tergenang, air dengan mudah masuk ke dalam sela antar lapisan ini sehingga mineral mengembang. Pada waktu mengering, air di antara lapisan juga mengering sehingga mineral menyusut.

Dengan sifat yang plastis ini diharapkan lempung mempunyai sifat yang




182

khas sebagai host rock yang baik untuk mengungkung radionuklida dan menahan pergerakan molekul air sehingga dapat mencegah radionuklida terlepas dari wadah limbah ke lingkungan.

Lempung mempunyai kapasitas pertukaran kation ( KPK ) yang cukup baik. Kemampuan lempung untuk saling bertukar kationnya dengan kation-kation logam/radionuklida dalam air tanah menyebabkan lempung mampu menyerap dan mengikat radinuklida yang sempat lepas ke air tanah. Gaya fisik dan kimia yang terlibat dalam proses penjerapan (adsorpsi): gaya van der Waals, pertukaran ligan (ligan exchange), ikatan kovalen, dan ikatan hidrogen. Kation monovalen terjerap oleh lempung mengikuti deret Liotropik. Cs > Rb > K > Na > Li (ke arah kanan makin menurun) (1). Dibawah ini disajikan beberapa jenis mineral lempung dengan nilai KPKnya. ( Tabel 1.)

Tabel 1. Beberapa Jenis mineral Lempung dengan nilai KPK [1].

Mineral

KPK (cmol kg-1)

Kaolinit Haloisit Piropillit Talc

Montmorilonit Dioctahedral Vermiculite Trioctahedral Vermiculite Muskovit Biotit Chlorite Allofan

2 – 15 10 – 40 – < 1

80 – 150 10 –150

100 – 200

10 – 40 10 – 40 10 – 40 5 – 350

Interaksi lempung dengan radionuklida terjadi, ketika wadah limbah radioaktif pecah dan isinya larut dalam air tanah maka air tanah yang mengandung radionuklida baik yang berupa kation (Cs+, Co2+) maupun anion Cl- akan berinteraksi dengan host rock yang dalam hal ini lempung. Lempung akan menyerap atau menukar dan menahan radionuklida tersebut untuk tidak lepas ke lingkungan. Jadi lempung dapat mengungkung radionuklida dan kontaminasi yang membahayakan manusia untuk saat ini dan

masa yang akan datang. Oleh karena itu penggunaan lempung sebagai calon host

rock untuk tapak penyimpanan/pembuangan limbah radioaktif adalah aman.

Lempung juga mempunyai nilai konduktivitas hidrolik ( K ) yang sangat rendah 10 -7 – 10 -9 cm/detik. Nilai ini merupakan faktor empiris pada Hukum Darcy yang mencakup sifat-sifat tanah sebagai media sarang tempat berlangsungnya gerakan air dan sifat air sebagai fluida yang bergerak melalui media tersebut [14]. Tetapi untuk menyederhanakan penjelasannya, maka Konduktivitas hidrolik, K diasumsikan sebagai Kecepatan ( V ) sehingga rumusnya dapat ditulis sebagai berikut :

Dimana :

X = Jarak ( cm ) K = Konduktivitas Hidrolik ( cm/det) T = Waktu ( det)

X 1 Tahun = K . T = 10 -7 cm/det x 3600 x 24 x 365 detik = 3,1536 cm = 0,031536 m.

Jadi gerakan air dan sifat air sebagai fluida yang bergerak melalui media batuan lempung selama satu tahun akan mencapai jarak sepanjang 3,1536 cm. Kalau Radionuklida Cs-137 yang mempunyai waktu paruh 30 tahun diharapkan aktivitas telah meluruh dan tidak membahayakan bagi kesehatan manusia setelah minimal 10 kali peluruhan atau 300 tahun. Jika dihitung sejauh mana Cs-137 mengalir di batuan lempung yang mempunyai konduktivitas hidrolik ( K ) yang sangat rendah ini adalah sepanjang jarak atau setebal batuan lempung :

X 300 Tahun = 0,031536 x 300 = 9,4608 m

Yaitu sepanjang jarak atau setebal batuan lempung 9,4608 m

X 1000 Tahun = 0,041536 x 1000 = 31,536 m.

Bila lebih ekstrem lagi kita dapat menghitung untuk waktu 1000 tahun, maka kita akan memperoleh jarak atau ketebalan batuan lempung = 31,536 m. Misal :

X = K. T




183

Diskenariokan paket limbah yang mengan-dung limbah radioaktif Cs-137 pecah dimana air tanah melarutkan isinya dan membawa limbah yang mengandung Cs-137 akan bergerak melalui batuan lempung setebal 31,536 m. Dengan demikian penyimpanan limbah radioaktif di batuan lempung adalah cukup aman. Jadi berdasarkan perhitungan di atas diharapkan kita memperoleh tapak berupa batuan lempung dengan ketebalan antara 50 – 100 m dengan luas 100 x 100 meter kita dapat menyimpan limbah radioaktif sampai dengan 1000 tahun dengan aman. Selanjutnya kita dapat meletakkan paket limbah pada fasilitas penyimpanan limbah dengan host rock lempung, tanpa harus ditambah bahan urug dan atau bahan penyangga seperti Bentonit ( lempung). Jadi bisa lebih ekonomis dalam pembangunan fasilitas disposalnya.

Juga dengan melihat pengalaman negara lain yang menggunakan batuan lempung sebagai disposal limbah radioaktif seperti : Mol-Dessel-Belgia dan Bure-

Prancis [6]. Maka kita tidak ragu lagi untuk menggunakan batuan lempung sebagai host rock tapak penyimpanan limbah radioaktif.

KESIMPULA.

Untuk melengkapi studi host rock

fasilitas penyimpanan lestari limbah radioaktif (PL-LR). Batuan lempung mempunyai kriteria yang baik sebagai host rock tapak penyimpanan lestari limbah radioaktif dengan alasan sebagai berikut :

− Kelulusan airnya rendah. − Konduktifitas hidrolik (10-7 – 10-9

cm/detik ) . − Batuan lempung telah digunakan

sebagai tempat penyimpanan limbah radioaktif di negara lain.

− Dapat menghambat migrasi radionuklida dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA.

1. HANUDIN EKO, Diktat Kuliah Kimia Tanah , Lab.Kimia & Kesuburan Tanah, Jurusan Tanah, Fak. Pertanian,

Univ. GadjahMada, Yogyakarta,2004. 2. SASTIONO, A. 1997. Diktat Kuliah

Mineralogi Lempung. Program Studi Ilmu Tanah, Program Pasca Sarjana. Institute Pertanian Bogor.

3. http ://id. wikipedia.org/wiki/ Batuan_ Sedimen.

4. http://elisa.ugm.ac.id/files/cahyonoagus/2jXcfyXq / Kuliah / ITHKIMIA/ TANAH.rtf

5. http: //merapi.vsi.esdm.go.id/?static/ gerakantanah/pengenalan.html.

6. BUDI SETIAWAN,“Survei Calon Tapak Potensial Penyimpanan Limbah Radioaktif di P Jawa dan Sekitarnya¨, PTLR, Serpong, 2008.

7. www.ne.jp/asahi/mh/u/INSCAP/Radwaste.html, Radioactive Waste, Action Plan 1997-1998, Int. Nuclear Soc. Council.

8. GASCOYNE, M., et.al., ¨Üranium Series Disequilibrium in Tuff from Yucca Mountain, Nevada as evidence of Pore-fluid Flow Over The Last Million Years¨, App.Geochem. 17(6), p781-792 (2002).

9. www.world-nuclear.org/info/ inf94.html, �uclear Power in Belgium (August 2007).

10. www.uic.com.au/nip28.htm, Nuclear Power in France, Briefing Paper 28 (Dec 2007).

11. AMIN, TC, Ratman, N., Gafoer, S., Peta Geologi Lembar Jawa Bagian

Barat, Tengah,Timur skala 1:

500.000. Puslitbang Geologi, Bandung-Indonesia (1998, 1999).

12. HARAHAP, B et.al., Stratigraphic

Lexicon

of Indonesia 1st ed., Geology R&D

Center, Bandung-Indonesia (2003). 13. AHMAD SYARMUFNI, “Sosialisasi

Uspen/Uskeg PTLR” , Serpong,28 -29 Nop’ 2006.

14. http://tining.staff.ugm.ac.id/Irigasi/ Bahan Ajar.doc.

15. PUSCH, R, 1983, Use of Clays as

Buffers in Radioactive Repository, Univ. Lulea.

LEMPUNG

Documents

Transcript of LEMPUNG