Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah RadioaktifBATANPusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 14IO-6086

STUDIBATUANLEMFUNGSEBAGAICALONHOSTROCKTAPAK PENYIMPANAN LIMBAH RADIOAKTIF.

Teddy Sumantri, Budi Setiawan.Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN

ABSTRAK.

STUDI BATUAN LEMPUNG SEBAGAI CALON HOST ROCK TAPAK PENYIMPANAN

LIMBAH RADIOAKTIF. Di dunia secara umum, host rock untuk Penyimpanan Lestari Limbah Radioaktifpada beberapa jenis batuan seperti batuan bekulkristalin (granitlWhiteshell Manitoba-Kanada, tambanggaram/Gorleben-Jerman, tambang besi/Konrad-Jerman), vulkanik (tufa/Yucca Mountain-US) dan batuanlempung/clay (Mol-Dessel-Belgia, Bure-Prancis). Penulisan ini bertujuan melengkapi studi batuan lempungsebagai host rock fasilitas PL-LR dengan cara studi literatur yang berkaitan dengan informasi mengenaibatuan tempung. Beberapa sifat batuan lempung baik fisik ataupun kimia mempunyai potensi baik sebagaicalon host rock tapak penyimpanan lestari limbah radioaktif, seperti juga telah dipakai sebagai tempatpenyimpanan limbah radioaktif di negara lain.

ABSTRACT.

STUDY OF CLAY MATERIALS AS HOST ROCK FOR CANDIDATE OF RADIOACTIVE

WASTE DISPOSAL. Generally some rock types such as crystalline. vulcanic and clay materials have beenusing 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 clayrocks Both physically and chemically has good potention for radwaste disposal site. due to this reason theclay rocks has been usedfor radwaste disposal in another countries.

PENDAHULUAN

Penyimpanan limbah radioaktif adalahsuatu kegiatan mengisolasi radio- nuklidayang dikemas dalam suatu paket limbah danditempatkan pada suatu lapisan geologiyang cocok, layak dan aman dengan tujuanuntuk melindungi lingkungan hidup darikontaminasi dan bahaya radiasi, utama-nyauntuk generasi masa kini dan masa yangakan datang. Pada sistem penyimpananlimbah dikenal sistem penghalang berlapisyaitu penghalang buatan dan penghalangalami.

Penghalang buatan meliputiimmobilisasi limbah, wadah limbah, sertabahan urug dan atau bahan penyangga.Bahan penyangga umumnya menggunakanbahan-bahan alami seperti lempung [15].Bentonit merupakan jenis lempung yangbaik dan sering digunakan sebagai bahanpenyangga. Fungsi bahan penyanggaadalah mengontrol laju aliran tanah danmenghambat migrasi radionuklida yangterlepas dari fasilitas penyimpanan limbah.

Penghalang alami berupa lapisangeologi (host rock atau formasi batuaninduk) yang sesuai, layak dan memegangperan yang sangat penting pad a sistempenyimpanan limbah radioaktif untukmencegah terjadinya migrasi radionuklida

180

ke lingkungan. Semakin baik penghalangalami atau host rock diperoleh, akanmengurangi kebutuhan penghalang buatan.Ada beberapa jenis host rock di dunia yangtelah digunakan untuk menyimpan limbahradioaktif yaitu batuan bekulkristalin(granit/Whiteshe/l Manitoba - Kanada,tambang garamlGorleben-Jerman, tambangbesi/ Konrad-Jerman), vulkanik (tufa/YuccaMountain-US) dan batuan lempunglclay(Mol-Dessel-Belgia, Bure-Prancis). [7, 8, 9,10].

Posisi Indonesia terletak padapertemuan tiga lempeng dunia yaitulempeng Eurasia, lempeng Pasifik danlempeng Australia yang bergerak salingmenumbuk menyebabkan batuan yang adadi Indonesia, utamanya di Pulau Jawa,sehingga berpotensi mengalami pengekaran(retak-retak). Dengan adanya retak-retakpada batuan pengukung sistempenyimpanan limbah radioaktif dapatmenjadi jalan keluar radionuklida lepas kelingkungan. Selain itu kondisi di PulauJawa dengan curah hujan(1000-4000 mm/tahun) serta kelembabanyang tinggi (70 -90 %) menyebabkan perludicari suatu jenis batuan yang mampumenghambat laju migrasi radionuklida darifasilitas penyimpanan limbah radioaktif.

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATANPusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-R1STEK

ISSN 1410-6086

Batuan lempung diharapkan dapatmenjadi host rock fasilitas penyimpananlimbah radioaktif yang dapat menghambatlaju migrasi radionuklida. Oi Pulau Jawacukup ban yak wilayah yang mempunyaideposit lempung seperti: Karawang,Subang, Majalengka, Tambakrogo, Tubandan Madura [11,12]. Wilayah-wilayahtersebut merupakan wilayah potensial untukpenyimpanan limbah radioaktif, diharapkandi masa yang akan datang dari wilayah­wilayah potensial tersebut dapat ditemukanbeberapa tapak yang layak untukpenyimpanan limbah radioaktif sesuai danam an menu rut IAEA, BAPETEN danKLH. [13].

Pada makalah ini akan ditinjaubeberapa sifat lempung yang diperkirakansangat baik untuk tapak penyimpananlimbah radioaktif. Tujuan kajian ini adalahmenginformasikan kelayakan jenis batuanlempung sebagai calon tapak penyimpananlimbah radioaktif.

METODE

Kajian ini dilakukan berdasarkan studiliteratur, baik informasi yang tersedia diinternet maupun buku-buku tentanglempung dan aplikasinya. Informasi yangterkumpul diklasifikasikan, kemudiandisusun menjadi informasi yang tertulis.Pekerjaaan ini dilakukan secara desktopstudy.

HASIL DAN PEMBAHASAN.

Berdasarkan hasil desktop study tahun2007 dengan menggunakan peta geologiskala I : 500.000 diperoleh beberapawilayah potensial deposit lempung yangdipilih seperti: Karawang, Subang,Majalengka, Tambakrogo, Tuban danMadura [11,12]. Oirencanakan denganmenggunakan peta geologi dengan skalayang lebih besar/ rinei dan survey lapangandiharapkan akan diperoleh tapak-tapakterpilih untuk penyimpanan limbahradioaktif. Kriteria deposit lempung yangdipilih adalah wilayah-wilayah depositlempung yang mempunyai ketebalan yangcukup untuk mengisolasi radionuklida agartidak dapat berpindah ke lingkungan.Homogen agar saat pelaksanaan kajiankeselamatannya tak rum it clan sederhana,serta cukup luas agar volume limbah yangdisimpan cukup ban yak. Bila hal tersebutdapat diwujudkan maka akan mempunyai

181

suatu fasilitas penyimpanan limbahradioaktif yang cukup layak, sesuai danaman di masa kini dan masa yang akandatang.

Secara fisik, lempung mempunyai sifatplastis dan pembengkakan akibat adanyakandungan air yang diserap. Oiketahuibahwa aliran air di dalam tanah

memberikan peran yang sangat pentingpada terjadinya peristiwa migrasiradionuklida ke lingkungan. Minimnyaaliran air tanah yang membawaradionuklida akan menyebabkantertahannya sebaran radionuklida lepas darifasilitas penyimpanan limbah radioaktif.Sebaliknya bila laju aliran air tanah cepatakan memudahkan adanya sebaranradionuklida dari fasilitas penyimpanan keIingkungan.

Batuan lempung mempunyai tigamineral utama, yakni monthmoril/onite/Ah034Si02H20, illite/H2KAhOI2, dankaolinite/ [Ah(OH)4 (Si203)h, yangsemuanya berupa hydrous alumino si/ikatyang berbentuk kristal. Besarnyakemungkinan tanah mengembang sertatergantung pada jenis dan jumlahkandungan mineralnya,kemudahan ber­tukarnya ion-ionnya, kandungan elektrolitdan tatanan struktur lapisan mineraltanahnya.

a. Struktur kaolinit terdiri dari unit

lapisan silica dan aluminium yangdiikat oleh ion hydrogen. Kaolinitmembentuk tanah yang stabil karenastrukturnya yang terikat teguh mampume nahan molekul-molekul air sehinggatidak masuk ke dalamnya.

b. Struktur ill it terdiri dari lapisan­lapisan unit silika-aluminium-silikayg dipisahkan oleh ion K+ yangmempunyai sifat dapat mengembang.

c. Struktur montmorillonit mirip denganstruktur ilIit, tetapi ion pemisahnyaberupa ion H20, yang sangat mudahlepas. Mineral ini dapat dikatakansangat tidak stabil, pada kondisitergenang, air dengan mudah masukke dalam sela an tar lapisan inisehingga mineral mengembang. Padawaktu mengering, air di an tara lapisanjuga mengering sehingga mineralmenyusut.

Dengan sifat yang plastis 1111

diharapkan lempung mempunyai sifat yang

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN

Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

khas sebagai host rock yang baik untukmengungkung radionuklida dan menahanpergerakan molekul air sehingga dapatmencegah radionuklida terlepas dari wadahlimbah ke Iingkungan.

Lempung mempunyai kapasitaspertukaran kation ( KPK ) yang cukup baik.Kemampuan lempung untuk saling bertukarkationnya dengan kation-kationlogamlradionuklida dalam air tanahmenyebabkan lempung mampu menyerapdan mengikat radinuklida yang sempatlepas ke air tanah. Gaya fisik dan kimiayang terlibat dalam proses penjerapan(adsorpsi): gaya van der Waals, pertukaranligan (ligan exchange), ikatan kovalen, danikatan hidrogen. Kation monovalen terjerapoleh lempung mengikuti deret Liotropik.Cs > Rb > K > Na > Li (ke arah kananmakin menurun) (I). Dibawah ini disajikanbeberapa jenis mineral lempung dengannilai KPKnya. ( Tabel 1.)

TabeI 1. Beberapa Jenis mineral Lempungdengan nilai KPK [I].

MineralKPK (cmol kg-I)

Kaolinit

2-15Haloisit

I10 - 40

PiropilIit I

-Talc

< IMontmorilonit

I80 - 150

Dioctahedral!

10-150Vermiculite

iTrioctahedral

I]00 - 200j

VermiculiteI

Muskovit

I10-40

BiotitI10-40

Chlorite10-40

Allofan5 - 350

Interaksi lempung denganradionuklida terjadi, ketika wadah Iimbahradioaktif pecah dan isinya larut dalam airtanah maka air tanah yang mengandungradionuklida baik yang berupa kation(Cs+, C02+) maupun anion cr akanberinteraksi dengan host rock yang dalamhal ini lempung. Lempung akan menyerapatau menukar dan menahan radionuklida

tersebut untuk tidak lepas ke lingkungan.Jadi lempung dapat mengungkungradionuklida dan kontaminasi yangmembahayakan manusia untuk saat ini dan

182

masa yang akan datang. Oleh karena itupenggunaan lempung sebagai calon hostrock untuk tapakpenyimpananlpembuangan limbahradioaktif adalah aman.

Lempung juga mempunyai nilaikonduktivitas hidrolik ( K ) yang sangatrendah 10 ·7 - 10 ·9 crnldetik. Nilai ini

merupakan faktor empiris pad a HukumDarcy yang mencakup sifat-sifat tanahsebagai media sarang tempatberlangsungnya gerakan air dan sifat airsebagai fluida yang bergerak melalui mediatersebut [14]. Tetapi untukmenyederhanakan penjelasannya, makaKonduktivitas hidrolik, K diasumsikan

sebagai Kecepatan ( V ) sehingga rumusnyadapat ditulis sebagai berikut :

X=K.T

Dimana :

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

X 1 Tahun = K. T= 10.7 crnldet x 3600 x 24 x 365

detik

= 3,1536 cm= 0,031536 m.

Jadi gerakan air dan sifat airsebagai fluida yang bergerak melalui mediabatuan lempung selama satu tahun akanmencapai jarak sepanjang 3,1536 em.Kalau Radionuklida Cs-137 yangmempunyai waktu paruh 30 tahundiharapkan aktivitas telah meluruh dantidak membahayakan bagi kesehatanmanusia setelah minimal 10 kali peluruhanatau 300 tahun. Jika dihitung sejauh manaCs-137 mengalir di batuan lempung yangmempunyai konduktivitas hidrolik ( K )yang sangat rendah ini adalah sepanjangjarak atau setebal batuan lempung :

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

Yaitu sepanjang jarak atau setebal batuanlempung 9,4608 m

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

Bila lebih ekstrem lagi kita dapatmenghitung untuk waktu 1000 tahun, makakita akan memperoleh jarak atau ketebalanbatuan lempung = 31,536 m. Misal :

Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VIPusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATANPusat Penelitian I1mu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK

ISSN 1410-6086

Diskenariokan paket limbah yang mengan­dung Iimbah radioaktif Cs-I37 pecahdimana air tanah melarutkan isinya danmembawa limbah yang mengandung Cs­137 akan bergerak melalui batuan lempungsetebal 31,536 m. Dengan demikianpenyimpanan limbah radioaktif di batuanlempung adalah cukup aman. Jadiberdasarkan perhitungan di atas diharapkankita memperoleh tapak berupa batuanlempung dengan ketebalan antara 50 - 100

m dengan luas 100 x 100 meter kita dapatmenyimpan limbah radioaktif sampaidengan 1000 tahun dengan aman.Selanjutnya kita dapat meletakkan paketlimbah pada fasilitas penyimpanan Iimbahdengan host rock lempung, tanpa harusditambah bahan urug dan atau bahanpenyangga seperti Bentonit ( lempung). Jadibisa lebih ekonomis dalam pembangunanfasilitas disposalnya.

Juga dengan melihat pengalamannegara lain yang menggunakan batuanlempung sebagai disposallimbah radioaktifseperti: Mol-Dessel-Belgia dan Bure­Prancis [6]. Maka kita tidak ragu lagiuntuk menggunakan batuan lempungsebagai host rock tapak penyimpananlimbah radioaktif.

KESIMPULAN.

Untuk melengkapi studi host rockfasilitas penyimpanan lestari limbahradioaktif (PL-LR). Batuan lempungmempunyai kriteria yang baik sebagaihost rock tapak penyimpanan lestari limbahradioaktif dengan alasan sebagai berikut :

Kelulusan aimya rendah.Konduktifitas hidrolik (10.7 - 10.9cm/detik) .Batuan lempung telah digunakansebagai tempat penyimpanan limbahradioaktif di negara lain.Dapat menghambat migrasiradionuklida dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA.

I. HANUDIN EKO, Diktat KuliahKimia Tanah , Lab.Kimia & KesuburanTanah, Jurusan Tanah, Fak. Pertanian,

183

Univ. GadjahMada, Yogyakarta,2004.2. SASTIONO, A. 1997. Diktat Kuliah

Mineralogi Lempung. Program StudiIlmu Tanah, Program Pasca Sarjana.Institute Pertanian Bogor.

3. http://id. wikipedia.orglwiki/ Batuan_Sedimen.

4. http://elisa.ugm.ac.id/files/cahvonoagus/2iXcfyXq / Kuliah / ITHKIMIA/TANAH.rtf

5. http://merapLvsLesdm.go.id/?static/gerakantanah/pengenalan.html.

6. BUDI SETIAWAN,"Survei CalonTapak Potensial Penyimpanan LimbahRadioaktif di P Jawa dan Sekitamya",PTLR, Serpong, 2008.

7. www.ne.jp/asahi/mh/u/INSCAP/Radwaste.html, Radioactive Waste, Action Plan1997-1998, Int. Nuclear Soc. Council.

8. GASCOYNE, M., et.a!., "UraniumSeries Disequilibrium in Tuff tromYucca Mountain, Nevada as evidence ofPore-fluid Flow Over The Last Million

Years", App.Geochem. 17(6), p781-792(2002).

9. www.world-nuclear.orglinfo/inf94.html, Nuclear Power in Belgium(August 2007).

10. www.uic.com.au/nip28.htm. Nuclear

Power in France, Briefing Paper 28(Dec 2007).

II. AM IN, TC, Ratman, N., Gafoer, S.,Peta Geologi Lembar Jawa BagianBarat, Tengah, Timur skala 1:500.000. Puslitbang Geologi,Bandung-Indonesia (1998, 1999).

12. HARAHAP, B et.al., StratigraphicLexicon

of Indonesia ISI ed., Geology R&DCenter, Bandung-Indonesia (2003).

13. AHMAD SYARMUFNI, "SosialisasiUspenlUskeg PTLR" , Serpong,28 -29Nop'2006.

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

15. PUSCH, R, 1983, Use of Clays asBuffers in Radioactive Repository, Univ.Lulea.