Sistem panas bumi (geothermal system) secara umum dapat diartikan sebagai sistem

penghantaran panas di dalam mantel atas dan kerak bumi dimana panas dihantarkan dari suatu

sumber panas (heat source) menuju suatu tempat penampungan panas (heat sink). Dalam hal ini,

panas merambat dari dalam bumi (heat source) menuju permukaan bumi (heat sink).

Proses penghantaran panas pada sistem panas bumi melibatkan fluida termal yang bisa berupa

batuan yang meleleh, gas, uap, air panas, dan lain-lain. Dalam perjalanannya, fluida termal yang

berupa uap dan atau air panas dapat tersimpan dalam suatu formasi batuan yang berada diantara

sumber panas dan daerah tampungan panas. Formasi batuan ini selanjutnya dikatakan sebagai

reservoir.

Reservoir panas bumi adalah formasi batuan di bawah permukaan yang mampu menyimpan dan

mengalirkan fluida termal (uap dan atau air panas).

Ada beberapa jenis reservoir panas bumi, yaitu reservoir hidrothermal (hydrothermal reservoir),

reservoir bertekanan tinggi (geopressured reservoir), reservoir batuan panas kering (hot dry rock

reservoir) dan reservoir magma (magma reservoir). Dari keempat

reservoir tersebut, reservoir panas bumi yang paling banyak dimanfaatkan hingga saat ini adalah

reservoir

dari sistim hidrothermal, yaitu sistim panas bumi dimana reservoirnya mengandung uap, air atau

campuran keduanya, tergantung tekanan dan temperatur reservoirnya. Apabila temperatur

reservoir lebih

rendah dari temperatur saturasi atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut,

maka maka

fluida hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air. Apabila temperatur lebih tinggi dari temperatur

saturasi

atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut, maka fluida hanya terdiri satu fasa

saja, yaitu uap. Pada kondisi tersebut, uap disebut sebagai superheated steam. Apabila tekanan

dan temperatur

reservoir sama dengan tekanan dan temperatur saturasi air maka fluida terdiri dari dua fasa, yaitu

campuran uap dan air.

Sifat fisik batuan reservoir panasbumi terdiri dari densitas batuan, porositas, wettabilitas, tekanan

kapiler, saturasi, permeabilitas dan kompresibilitas batuan.

1. Densitas Batuan

Densitas batuan berpori adalah perbandingan antara berat terhadap volume rata-rata dari

material. Densitas batuan lapangan panasbumi umumnya sangat berpengaruh terhadap heat

content yang dikandungnya dan terdapat hubungan yang berbanding lurus antara heat

content dengan densitas batuan. Semakin besar densitas batuan semakin besar heat content yang

dikandung oleh batuan. Densitas batuan pada lapangan panasbumi umumnya sangat besar

dibanding daerah non-vulkanik.

2. Porositas

Porositas batuan (Φ) didefinisikan sebagai perbandingan volume pori (volume pori-pori yang

ditempati fluida) terhadap volume total batuan. Reservoir biasanya merupakan batuan yang

memiliki porositas yang baik. Porositas berperan dalam menyimpan fluida termal 

3. Wettabilitas

Wettabilitas atau derajat kebasahan batuan didefinisikan sebagai sifat dari batuan yang

menyatakan mudah tidaknya permukaan batuan dibasahi oleh fluida. Kecenderungan fluida

untuk menyebar atau menempel pada permukaan batuan dikarenakan adanya adhesi yang

merupakan faktor tegangan permukaan antara batuan dengan fluida. Faktor ini pula yang

menentukan fluida mana yang akan membasahi suatu padatan.

Tegangan antar permukaan akan timbul pada batas permukaan antara fluida yang tidak saling

larut, misalnya pada reservoir panasbumi yaitu fasa uap dan fasa cair, di mana fasa cair akan

cenderung melekat pada permukaan batuan sedangkan fasa uap tidak mempunyai gaya tarik-

menarik dengan batuan maka fasa uap akan mudah mengalir.

Pada saat reservoir panasbumi mulai berproduksi dengan saturasi cukup tinggi, sedangkan fasa

cair hanya berupa cincin yang melekat pada batuan formasi, butir-butir fasa cair tidak dapat

bergerak, yaitu ketika fasa uap merupakan fasa yang kontinyu dan bersifat mobile, lalu setelah

proses produksi mulai berjalan, fasa uap akan terus diproduksikan dan apabila temperatur

reservoir mulai mengalami penurunan, maka saturasi fasa uap akan semakin menurun dan

saturasi fasa air akan meningkat.

4. Tekanan Kapiler

Tekanan kapiler (Pc) didefinisikan sebagai perbedaan tekanan yang terjadi antara dua permukaan

yang tidak saling campur. Besarnya tekanan kapiler dipengaruhi oleh tegangan permukaan, sudut

kontak antara fasa uap-cair-padat dan jari-jari kelengkungan pori.

Pengaruh tekanan kapiler dalam sistem reservoir panasbumi, antara lain:

Mengontrol distribusi saturasi di dalam reservoir panasbumi.

Merupakan mekanisme pendorong fasa cair dan fasa uap untuk bergerak atau mengalir melalui

pori-pori secara vertikal.

5. Saturasi

Saturasi merupakan fraksi fluida yang menempati pori-pori batuan reservoir. Pada saat sistem

mengandung fasa cair dan fasa uap dalam keadaan setimbang, maka kedua fasa tersebut akan

terjenuhi. Dalam keadaan demikian sifat tekanan dan temperatur tidak dapat berdiri sendiri.

Ketika tekanan dan temperatur ini diplotkan maka akan diperoleh suatu kurva saturasi, kurva itu

akan berakhir pada titik-titik kritis karena densitas dari fasa uap dan fasa cair adalah sama

dengan keadaan fluida dua fasa.

6. Permeabilitas

Permeabilitas didefinisikan sebagai bilangan yang menunjukkan kemampuan batuan untuk

mengalirkan fluida pada media berpori.

Permeabilitas merupakan ukuran lubang yang berhubungan dengan pori, sedangkan porositas

merupakan ukuran ruang pori. Reservoir biasanya merupakan batuan yang

memiliki permeabilitas yang baik. permeabilitas berperan dalam mengalirkan fluida termal.

7. Kompresibilitas Batuan

Kompressibilitas batuan didefinisikan sebagai perubahan volume akibat perubahan volume per

satuan perubahan tekanan. Batuan yang berada pada kedalaman tertentu akan mengalami dua

macam tekanan, yaitu tekanan dalam (internal stress) yang disebabkan adanya tekanan

hidrostatik fluida yang terkandung dalam pori-pori batuan, sedangkan untuk tekanan luar

(external stress) disebabkan oleh overburden pressure yang berasal dari batuan dan fluida

pengisi yang berada diatasnya.

Dilihat dari konsentrasi ion yang terkandung didalam air, para ahli membedakan air panas bumi

menjadi empat, yaitu air Alkali Klorida, air Asam Sulfat, air Asam Sulfat-Klorida dan air

Bikarbonat [6].

Air Alkali Klorida dicirikan oleh kandungan Chlorida yang tinggi, kandungan Na dan K juga

tinggi,

kandungan SiO2 cukup tinggi (tergantung temperatur) dan pH sekitar 6 – 7.

Air Asam Sulfat dicirikan oleh kandungan ion Sulfat (SO4- ) yang tinggi, kandungan Chlorida

(Cl-)

dan Karbonat (CO3-) yang sangat rendah dan pH rendah, yaitu sekitar 2-3. Air Asam Sulfat-

Klorida

dicirikan oleh kandungan ion Sulfat (SO4-) dan Chlorida (Cl-) yang tinggi dan pH sekitar 2-5.

Air

Karbonat dicirikan oleh kandungan ion Karbonat (CO3-) yang tinggi, kandungan Chlorida (Cl-)

rendah

dengan pH sekitar 5-6.

Para ahli panas bumi pada prinsipnya sependapat dengan White (1967) bahwa sistim hidrotermal

mempunyai empat komponen utama, yaitu sumber panas, reservoir dengan fluida termal, daerah

resapan (recharge), daerah luahan (discharge) dengan manifestasi permukaan.

1. Sumber Panas

Sepanjang waktu panas dari dalam bumi ditransfer menuju permukaan bumi dan seluruh muka

bumi menjadi tempat penampungan panas (heat sink). Namun begitu, di beberapa tempat energi

panas ini dapat terkonsentrasi dalam jumlah besar dan melebihi jumlah energi panas per satuan

luas yang rata-rata ditemui.

Gunung api merupakan contoh dimana panas terkonsentrasi dalam jumlah besar. Pada gunung

api, konsentrasi panas ini bersifat intermittent yang artinya sewaktu-waktu dapat dilepaskan

dalam bentuk letusan gunung api. Berbeda dengan gunung api, pada sistem panas bumi

konsentrasi panas ini bersifat kontinu. Namun demikian, pada kebanyakan kasus, umumnya

gunung api baik yang aktif maupun yang dormant, adalah sumber panas dari sistem panas bumi.

Hal ini ditemui di Indonesia dimana umumnya sistem panas buminya adalah sistem hidrotermal

yang berasosiasi dengan pusat vulkanisme atau gunung api. Dalam hal ini, gunung api menjadi

penyuplai panas dari sistem panas bumi di dekatnya.

Oleh karena gunung api merupakan sumber panas potensial dari suatu sistem panas bumi, maka

daerah yang berada pada jalur gunung api berpotensi besar memiliki sistem panas bumi

temperatur tinggi (di atas 225 Celcius). Itulah kenapa Indonesia yang dikenal berada pada jalur

cincin api (ring of fire) diklaim memiliki potensi panas bumi atau geothermal terbesar di dunia.

Daerah lain yang berpotensi menjadi sumber panas adalah: daerah dengan tekanan litostatik lebih

besar dari normal (misal pada geopressured system), daerah yang memiliki kapasitas panas

tinggi akibat peluruhan radioaktif yang terkandung di dalam batuan, daerah yang memiliki

magmatisme dangkal di bawah basemen. Namun pada kasus-kasus ini, intensitas panasnya tidak

sebesar panas dari gunung api.

2. Reservoir

Reservoir panas bumi adalah formasi batuan di bawah permukaan yang mampu menyimpan dan

mengalirkan fluida termal (uap dan atau air panas). Reservoir biasanya merupakan batuan yang

memiliki porositas dan permeabilitas yang baik. Porositas berperan dalam menyimpan fluida

termal sedangkan permeabilitas berperan dalam mengalirkan fluida termal.

Reservoir panas bumi dicirikan oleh adanya kandungan Cl (klorida) yang tinggi dengan pH

mendekati normal, adanya pengayaan isotop oksigen pada fluida reservoir jika dibandingkan

dengan air meteorik (air hujan) namun di saat bersamaan memiliki isotop deuterium yang sama

atau mendekati air meteorik, adanya lapisan konduktif yang menudungi reservoir tersebut di

bagian atas, dan adanya gradien temperatur yang tinggi dan relatif konstan terhadap kedalaman.

Reservoir panas bumi bisa saja ditudungi atau dikelilingi oleh lapisan batuan yang memiliki

permeabilitas sangat kecil (impermeable). Lapisan ini dikenal sebagai lapisan penudung atau cap

rock. Batuan penudung ini umumnya terdiri dari minera-mineral lempung yang mampu mengikat

air namun sulit meloloskannya (swelling). Mineral-mineral lempung ini mengandung ikatan-

ikatan hidroksil dan ion-ion seperti Ka dan Ca sehingga menyebabkan lapisan tersebut menjadi

sangat konduktif. Sifat konduktif dari lapisan ini bisa dideteksi dengan melakukan survei

magneto-tellurik (MT) sehingga posisi lapisan konduktif ini di bawah permukaan dapat

terpetakan. Dengan mengetahui posisi dari lapisan konduktif ini, maka posisi reservoir dapat

diperkirakan, karena reservoir panas bumi biasanya berada di bawah lapisan konduktif ini.

3. Daerah Resapan (Recharge)

Daerah resapan merupakan daerah dimana arah aliran air tanah di tempat tersebut

bergerak menjauhi muka tanah. Dengan kata lain, air tanah di daerah resapan bergerak menujuke

bawah permukaan bumi.

Dalam suatu lapangan panas bumi, daerah resapan berada pada elevasi yang lebih tinggi

dibandingkan dengan elevasi dari daerah dimana sumur-sumur produksi berada. Daerah resapan

juga ditandai dengan rata-rata resapan air tanah per tahun yang bernilai tinggi.

Menjaga kelestarian daerah resapan penting artinya dalam pengembangan suatu lapangan panas

bumi. Menjaga kelesatarian daerah resapan berarti juga menjaga keberlanjutan hidup dari

reservoir panas bumi untuk jangka panjang. Hal ini karena daerah resapan yang terjaga dengan

baik akan menopang tekanan di dalam formasi reservoir karena adanya fluida yang mengisi pori

di dalam reservoir secara berkelanjutan. Menjaga kelestarian daerah resapan juga penting artinya

bagi kelestarian lingkungan hidup. Sehingga dari sini dapat dikatakan juga bahwa pengembangan

panas bumi bersahabat dengan lingkungan.

4. Daerah Discharge dengan Manifestasi Permukaan

Daerah luahan (discharge area) merupakan daerah dimana arah aliran air tanah di tempat

tersebut bergerak menuju muka tanah. Dengan kata lain, air tanah di daerah luahan akan

bergerak menuju ke atas permukaan bumi. Daerah luahan pada sistem panas bumi ditandai

dengan hadirnya manifestasi di permukaan. Manifestasi permukaan adalah tanda-tanda yang

tampak di permukaan bumi yang menunjukkan adanya sistem panas bumi di bawah permukaan

di sekitar kemunculannya.

Manifestasi permukaan bisa keluar secara langsung (direct discharge) seperti mata air panas dan

fumarola. Fumarola adalah uap panas (vapor) yang keluar melalui celah-celah batuan dengan

kecepatan tinggi yang akhirnya berubah menjadi uap air (steam). Tingginya kecepatan dari

fumarola sering kali menimbulkan bunyi bising.

Manifestasi permukaan juga bisa keluar secara terdifusi seperti pada kasus tanah beruap

(steaming ground) dan tanah hangat (warm ground), juga bisa keluar secara intermittent seperti

pada manifestasi geyser, dan juga bisa keluar secara tersembunyi seperti dalam bentuk rembesan

di sungai.

Secara umum, manifetasi permukaan yang sering muncul pada sistem-sistem panas bumi di

Indonesia adalah: mata air panas, fumarola, steaming ground, warm ground, kolam lumpur

panas, solfatara, dan batuan teralterasi. Solfatara adalah uap air (steam) yang keluar melalui

rekahan batuan yang bercampur dengan H2S, CO2, dan kadang juga SO2 serta dapat

mengendapkan sulfur di sekitar rekahan tempat keluarnya. Sedangkan batuan teralterasi adalah

batuan yang terubahkan karena adanya reaksi antara batuan tersebut dengan fluida panas bumi.

Berdasarkan pada besarnya temperatur, Hochstein (1990) mengelompokan sistim panasbumi

menjadi

tiga, yaitu:

1. Sistim/reservoir bertemperatur tinggi, yaitu suatu sistim yang reservoirnya mengandung fluida

bertemperatur diatas 2250C.

2. Sistim/reservoir bertemperatur sedang, yaitu suatu sistim yang reservoirnya mengandung

fluida

bertemperatur antara 1250C dan 2250C.

3. Sistim panasbumi bertemperatur rendah, yaitu suatu sistim yang reservoirnya mengandung

fluida

dengan temperatur lebih kecil dari 1250C.

Berdasarkan pada jenis fluida produksi dan jenis kandungan fluida utamanya, sistim hidrotermal

dibedakan menjadi dua, yaitu sistim satu fasa atau sistim dua fasa. Apabila temperatur reservoir

lebih

rendah dari temperatur saturasi atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut,

maka maka

fluida hanya terdiri dari satu fasa saja, yaitu air. Apabila temperatur lebih tinggi dari temperatur

saturasi

atau temperatur titik didih air pada tekanan reservoir tersebut, maka fluida hanya terdiri satu fasa

saja, yaitu uap. Pada kondisi tersebut, uap disebut sebagai superheated steam. Apabila tekanan

dan temperatur

reservoir sama dengan tekanan dan temperatur saturasi air maka fluida terdiri dari dua fasa, yaitu

campuran uap dan air.