Minyak bumi
Minyak bumi (bahasa Inggris: "petroleum", dari bahasa Latin "petrus" – karang dan "oleum" – minyak), dijuluki juga sebagai "emas hitam", adalah cairan kental, berwarna coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai hidrokarbon, sebagian besar seri alkana, tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya. Minyak bumi diambil dari sumur minyak di pertambangan-pertambangan minyak. Lokasi sumur-sumur minyak ini didapatkan setelah melalui proses studi geologi, analisis sedimen, karakter dan struktur sumber, dan berbagai macam studi lainnya. Setelah itu, minyak bumi akan diproses di tempat pengilangan minyak dan dipisah-pisahkan hasilnya berdasarkan titik didihnya sehingga menghasilkan berbagai macam bahan bakar, mulai dari bensin dan minyak tanah sampai aspal dan berbagai reagen kimia yang dibutuhkan untuk membuat plastik dan obat-obatan. Minyak bumi digunakan untuk memproduksi berbagai macam barang dan material yang dibutuhkan manusia.
Minyak bumi adalah hasil dari peruraian (dekomposisi) materi tumbuhan dan hewan di suatu daerah yang "subsidence" (turun) secara perlahan. Daerah tersebut biasanya berupa laut,batas lagoon (danau) sepanjang pantai ataupun danau dan rawa di daratan. Sedimen diendapkan bersama-sama dengan materi tersebut dan kecepatan pengendapan sedimen harus cukup cepat sehingga paling tidak bagian materi organik tersebut dapat tersimpan dan tertimbun dengan baik sebelum terjadi pembusukan. Pada kondisi sirkulasi dan reduksi tertentu akumulasi hidrokarbon banyak ditemukan pada bagian air laut dalam.
Waktu berjalan terus secara geologis dan daerah pengendapan semakin terbenam ke dalam permukaan bumi yang lebih dalam, karena bertambahnya berat oleh sedimen sedimen dan material yang menimbun di atasnya, atau karena gaya gaya tektonik yang menimbulkan efek "subsidence." Material organik terbenam semakin dalam sehingga mengalami tekanan dan suhu yang semakin tinggi. Proses tersebut akan menimbulkan perubahan perubahan kimiawi dari material organik tersebut. Perubahan material ini merupakan cikal bakal terbentuknya campuran bahan hidrokarbon yang komposisinya sangat kompleks, baik hidrokarbon yang berupa cairan maupun yang berbentuk gas.
Kenaikan suhu terhadap kedalaman rata rata di dunia ini sekitar 20 - 55 derajat celsius per kilometer. Di Sumatera sendiri dapat mencapai kurang lebih sekitar 100 °C/km. Sedangkan habitat minyak baru akan terbentuk pada suhu sekitar 65 - 150 °C yang biasanya berada pada kedalaman 1.5 – 3 km. Pada kedalaman 3 – 6 km batuan reservoar akan lebih didominasi oleh gas daripada minyak. Untuk kedalaman yang lebih dalam lagi suhu akan menjadi lebih tinggi sehingga gas akan menjadi lebih tinggi sehingga gas akan mengalami dekomposisi lebih lanjut.
Pada umumnya, minyak bumi biasanya terendapkan dalam batuan sedimen berpori baik yang memiliki nilai porositas 45% (reservoar yang sangat baik). Karena semakin lama batuan tersebut terendapkan dan tertimbun material di atasnya, maka batuan tersebut akan terkompaksi dan hal ini mengakibatkan nilai porositasnya berkurang. Minyak, gas, dan air akan terkumpul atau tersimpan di ruang pori pori dari batuan berpori tersebut. Oleh karena tekanan gravitasi, maka fluida tersebut bergerak di dalam batuan perlahan-lahan. Batuan yang dapat meloloskan fluida disebut sebagai batuan yang permeabel. Permeabilitas batuan dapat memisahkan gas, minyak, dan air secara fisis, yaitu akibat perbedaan densitasnya. Minyak dan gas yang berdensitas lebih ringan daripada air akan bergerak naik sampai ke permukaan sebagai rembesan atau terperangkap di dalam jebakan lalu berhenti terakumulasi sampai perangkap itu penuh.
Jebakan ("trap") adalah adanya lapisan batuan permeabel dan berpori ("reservoar rock") ditumpangi atau dihalangi oleh batuan yang impermeabel yang berfungsi sebagai pencegah larinya minyak ke tempat lain ("caprock"). Struktur-struktur geologi yang dapat menjebak minyak dan gas tersebut dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
Minyak bumi hanya berisi minyak mentah saja, tetapi dalam penggunaan sehari-hari ternyata juga digunakan dalam bentuk hidrokarbon padat, cair, dan gas lainnya. Pada kondisi temperatur dan tekanan standar, hidrokarbon yang ringan seperti metana, etana, propana, dan butana berbentuk gas yang mendidih pada -161.6 °C, -88.6 °C, -42 °C, dan -0.5 °C, berturut-turut (-258.9°, -127.5°, -43.6°, dan +31.1 °F), sedangkan karbon yang lebih tinggi, mulai dari pentana ke atas berbentuk padatan atau cairan. Meskipun begitu, di sumber minyak di bawah tanah, proporsi gas, cairan, dan padatan tergantung dari kondisi permukaan dan diagram fase dari campuran minyak bumi tersebut.
Sumur minyak sebagian besar menghasilkan minyak mentah, dan terkadang ada juga kandungan gas alam di dalamnya. Karena tekanan di permukaan Bumi lebih rendah daripada di bawah tanah, beberapa gas akan keluar dalam bentuk campuran. Sumur gas sebagian besar menghasilkan gas. Tapi, karena suhu dan tekanan di bawah tanah lebih besar daripada suhu di permukaan, maka gas yang keluar kadang-kadang juga mengandung hidrokarbon yang lebih besar, seperti pentana, heksana, dan heptana dalam wujud gas. Di permukaan, maka gas ini akan mengkondensasi sehingga berbentuk kondensat gas alam. Bentuk fisik kondensat ini mirip dengan bensin.
Persentase hidrokarbon ringan di dalam minyak mentah sangat bervariasi tergantung dari ladang minyak, kandungan maksimalnya bisa sampai 97% dari berat kotor dan paling minimal adalah 50%.
Jenis hidrokarbon yang terdapat pada minyak bumi sebagian besar terdiri dari alkana, sikloalkana, dan berbagai macam jenis hidrokarbon aromatik, ditambah dengan sebagian kecil elemen-elemen lainnya seperti nitrogen, oksigen dan sulfur, ditambah beberapa jenis logam seperti besi, nikel, tembaga, dan vanadium. Jumlah komposisi molekul sangatlah beragam dari minyak yang satu ke minyak yang lain tetapi persentase proporsi dari elemen kimianya dapat dilihat di bawah ini:
Ada 4 macam molekul hidrokarbon yang ada dalam minyak mentah. Persentase relatif setiap molekul berbeda-beda tiap lokasi minyaknya, sehingga menggambarkan ciri-ciri dari setiap minyak.
Penampakan fisik dari minyak bumi sangatlah beragam tergantung dari komposisinya. Minyak bumi biasanya berwarna hitam atau coklat gelap (meskipun warnanya juga bisa kekuningan, kemerahan, atau bahkan kehijauan). Pada sumur minyak biasanya ditemukan juga gas alam yang mempunyai massa jenis lebih ringan daripada minyak bumi, sehingga biasanya keluar terlebih dahulu dibandingkan minyak. Dalam campuran itu, terdapat juga air asin, yang massa jenisnya lebih rendah sehingga berada di lapisan di bawah minyak. Minyak mentah juga dapat ditemukan dengan campuran dengan pasir dan minyak, seperti pada pasir minyak Athabasca di Kanada, yang biasanya merujuk pada bitumen mentah. Bitumen yang terdapat di Kanada memiliki karakteristik lengket, berwarna hitam, bentuknya seperti minyak mentah dalam wujud tar, sehingga sangat lengket dan berat dan harus dipanaskan terlebih dahulu agar larut dan bisa dialirkan. Venezuela juga mempunyai cadangan minyak dalam jumlah besar di pasir minyak Orinoco, meskipun jumlah hidrokarbon yang terkandung lebih cair daripada di Kanada. Jenis minyak ini disebut dengan minyak ekstra berat. Minyak yang terdapat dalam pasir minyak ini disebut dengan minyak tak konvensional untuk membedakannya dari minyak yang dapat diekstrak dengan metode tradisional biasa. Kanada dan Venezuela diperkirakan mempunyai 3,6 triliun barel (570×10 m) bitumen dan minyak ekstra-berat ini, sekitar dua kali dari volume cadangan minyak konvensional dunia.
Minyak bumi sebagian besar digunakan untuk memproduksi bensin dan minyak bakar, keduanya merupakan sumber ""energi primer"" utama. 84% dari volume hidrokarbon yang terkandung dalam minyak bumi diubah menjadi bahan bakar, yang di dalamnya termasuk dengan bensin, diesel, bahan bakar jet, dan elpiji. Minyak bumi yang tingkatannya lebih ringan akan menghasilkan minyak dengan kualitas terbaik, tetapi karena cadangan minyak ringan dan menengah semakin hari semakin sedikit, maka tempat-tempat pengolahan minyak sekarang ini semakin meningkatkan pemrosesan minyak berat dan bitumen, diikuti dengan metode yang makin kompleks dan mahal untuk memproduksi minyak. Karena minyak bumi tyang tingkatannya berat mengandung karbon terlalu banyak dan hidrogen terlalu sedikit, maka proses yang biasanya dipakai adalah mengurangi karbon atau menambahkan hidrogen ke dalam molekulnya. Untuk mengubah molekul yang panjang dan kompleks menjadi molekul yang lebih kecil dan sederhana, digunakan proses fluid catalytic cracking.
Karena mempunyai kepadatan energi yang tinggi, pengangkutan yang mudah, dan cadangan yang banyak, minyak bumi telah menjadi sumber energi paling utama di dunia sejak pertengahan tahun 1950-an. Minyak bumi juga digunakan sebagai bahan mentah dari banyak produk-produk kimia, farmasi, pelarut, pupuk, pestisida, dan plastik; dan sisa 16% lainnya yang tidak digunakan untuk produksi energi diubah menjadi material lainnya.
Cadangan minyak yang diketahui saat ini berkisar 190 km (1,2 triliun barrel) tanpa pasir minyak, atau 595 km (3,74 triliun barrel) jika pasir minyak ikut dihitung. Konsumsi minyak bumi saat ini berkisar 84 juta barrel (13,4×10 m) per harinya, atau 4.9 km per tahunnya. Dengan cadangan minyak yang ada sekarang, minyak bumi masih bisa dipakai sampai 120 tahun lagi, jika konsumsi dunia diasumsikan tidak bertambah.
Beberapa ilmuwan menyatakan bahwa minyak adalah zat abiotik, yang berarti zat ini tidak berasal dari fosil tetapi berasal dari zat anorganik yang dihasilkan secara alami dalam perut Bumi. Namun, pandangan ini diragukan dalam lingkungan ilmiah.
Minyak bumi merupakan campuran dari berbagai macam hidrokarbon, jenis molekul yang paling sering ditemukan adalah alkana (baik yang rantai lurus maupun bercabang), sikloalkana, hidrokarbon aromatik, atau senyawa kompleks seperti aspaltena. Setiap minyak bumi mempunyai keunikan molekulnya masing-masing, yang diketahui dari bentuk fisik dan ciri-ciri kimia, warna, dan viskositas.
"Alkana", juga disebut dengan parafin, adalah hidrokarbon tersaturasi dengan rantai lurus atau bercabang yang molekulnya hanya mengandung unsur karbon dan hidrogen dengan rumus umum CH. Pada umumnya minyak bumi mengandung 5 sampai 40 atom karbon per molekulnya, meskipun molekul dengan jumlah karbon lebih sedikit/lebih banyak juga mungkin ada di dalam campuran tersebut.
Alkana dari pentana (CH) sampai oktana (CH) akan disuling menjadi bensin, sedangkan alkana jenis nonana (CH) sampai heksadekana (CH) akan disuling menjadi diesel, kerosene dan bahan bakar jet). Alkana dengan atom karbon 16 atau lebih akan disuling menjadi oli/pelumas. Alkana dengan jumlah atom karbon lebih besar lagi, misalnya parafin wax mempunyai 25 atom karbon, dan aspal mempunyai atom karbon lebih dari 35. Alkana dengan jumlah atom karbon 1 sampai 4 akan berbentuk gas dalam suhu ruangan, dan dijual sebagai elpiji (LPG). Di musim dingin, butana (CH), digunakan sebagai bahan campuran pada bensin, karena tekanan uap butana yang tinggi akan membantu mesin menyala pada musim dingin. Penggunaan alkana yang lain adalah sebagai pemantik rokok. Di beberapa negara, propana (CH) dapat dicairkan dibawah tekanan sedang, dan digunakan masyarakat sebagai bahan bakar transportasi maupun memasak.
"Sikloalkana", juga dikenal dengan nama "naptena", adalah hidrokarbon tersaturasi yang mempunyai satu atau lebih ikatan rangkap pada karbonnya, dengan rumus umum CH. Sikloalkana memiliki ciri-ciri yang mirip dengan alkana tetapi memiliki titik didih yang lebih tinggi.
"Hidrokarbon aromatik" adalah hidrokarbon tidak tersaturasi yang memiliki satu atau lebih cincin planar karbon-6 yang disebut cincin benzena, dimana atom hidrogen akan berikatan dengan atom karbon dengan rumus umum CH. Hidrokarbon seperti ini jika dibakar maka akan menimbulkan asap hitam pekat. Beberapa bersifat karsinogenik.
Semua jenis molekul yang berbeda-beda di atas dipisahkan dengan distilasi fraksional di tempat pengilangan minyak untuk menghasilkan bensin, bahan bakar jet, kerosin, dan hidrokarbon lainnya. Contohnya adalah 2,2,4-Trimetilpentana (isooktana), dipakai sebagai campuran utama dalam bensin, mempunyai rumus kimia CH dan bereaksi dengan oksigen secara eksotermik:
Jumlah dari masing-masing molekul pada minyak bumi dapat diteliti di laboratorium. Molekul-molekul ini biasanya akan diekstrak di sebuah pelarut, kemudian akan dipisahkan di kromatografi gas, dan kemudian bisa dideteksi dengan detektor yang cocok.
Pembakaran yang tidak sempurna dari minyak bumi atau produk hasil olahannya akan menyebabkan produk sampingan yang beracun. Misalnya, terlalu sedikit oksigen yang bercampur maka akan menghasilkan karbon monoksida. Karena suhu dan tekanan yang tinggi di dalam mesin kendaraan, maka gas buang yang dihasilkan oleh mesin biasanya juga mengandung molekul nitrogen oksida yang dapat menimbulkan asbut.
Pada volume yang konstan maka panas pembakaran dari produk minyak bumi dapat diperkirakan dengan rumus:
dengan formula_2 dalam kal/gram dan d adalah gravitasi khusus pada suhu 60 °F (16 °C).
Konduktivitas termal dari cairan-cairan yang berasal dari minyak bumi dapat dirumuskan sebagai berikut:
Satuan K adalah BTU hrft , t diukur dalam °F dan d adalah gravitasi khusus pada suhu 60 °F (16 °C).
Industri minyak bumi pada umumnya mengklasifikasi minyak mentah berdasarkan lokasi geografis dimana minyak tersebut diproduksi (misalnya West Texas Intermediate, Brent Blend, atau Dubai crude), Gravitasi API (sebuah ukuran pada industri minyak mentah untuk mengklasifikasi minyak berdasarkan massa jenisnya, dan kandungan sulfurnya. Minyak bumi digolongkan "ringan" apabila massa jenisnya kecil dan "berat" apabila massa jenisnya besar. Minyak bumi juga digolongkan "manis" apabila kandungan sulfurnya sedikit dan digolongkan "asam" apabila kandunga sulfurnya tinggi.
Lokasi geografis merupakan seseatu hal yang penting karena akan mempengaruhi ongkos transportasi menuju tempat pengilangan. Minyak mentah "ringan" lebih disukai daripada yang "berat" karena menghasilkan bensin lebih banyak, sedangkan minyak mentah "manis" juga lebih disukai daripada yang "asam" karena ongkos pengilangan minyak "asam" lebih besar (karena kadar sulfur yang tinggi) dan minyak "manis" lebih ramah lingkungan. Setiap minyak mentah mempunyai karakteristik molekulnya sendiri yang dapat dianalisis menggunakan analisis uji minyak mentah di laboratorium.
Struktur kimia dari minyak bumi sangat heterogen, terdiri dari banyak rantai hidrokarbon dengan panjang yang berbeda-beda. Maka dari itu, minyak bumi dibawa ke tempat pengilangan minyak sehingga senyawa-senyawa hidrokarbon ini bisa dipisahkan dengan teknik distilasi dan proses kimia lainnya. Hasil penyulingan minyak inilah yang digunakan manusia untuk berbagai macam kebutuhan.
Jenis produk paling umum dari penyulingan minyak bumi adalah bahan bakar.
Jenis-jenis bahan bakar itu antara lain (dilihat dari titik didihnya):
Beberapa produk hasil olahan hidrokarbon dapat dicampur dengan senyawa non-hidrokarbon untuk membentuk senyawa lainnya:Di Indonesia, minyak bumi yang diolah banyak digunakan sebagai Bahan bakar minyak atau BBM, yang merupakan salah satu jenis bahan bakar yang digunakan secara luas di era industrialisasi.
Ada beberapa jenis BBM yang dikenal di Indonesia, di antaranya adalah:
Di Indonesia, harga BBM sering mengalami kenaikan disebabkan alasan pemerintah yang ingin mengurangi subsidi. Tujuan dari pengurangan tersebut dikatakan adalah agar dana yang sebelumnya digunakan untuk subsidi dapat dialihkan untuk hal-hal lain seperti pendidikan dan pembangunan infrastruktur. Di sisi lain, kenaikan tersebut sering memicu terjadinya kenaikan pada harga barang-barang lainnya seperti barang konsumen, sembako dan bisa juga tarif listrik sehingga selalu ditentang masyarakat.
Minyak bumi telah digunakan oleh manusia sejak zaman kuno, dan sampai saat ini masih merupakan komoditas yang penting. Minyak bumi menjadi bahan bakar utama setelah ditemukannya mesin pembakaran dalam, semakin majunya penerbangan komersial, dan meningkatnya penggunaan plastik.
Lebih dari 4000 tahun yang lalu, menurut Herodotus dan Diodorus Siculus, aspal telah digunakan sebagai konstruksi dari tembok dan menara Babylon; ada banyak lubang-lubang minyak di dekat Ardericca (dekat Babylon). Jumlah minyak yang besar ditemukan di tepi Sungai Issus, salah satu anak sungai dari Sungai Eufrat. Tablet-tablet dari Kerajaan Persia Kuno menunjukkan bahwa kebutuhan obat-obatan dan penerangan untuk kalangan menengah-atas menggunakan minyak bumi. Pada tahun 347, minyak diproduksi dari sumur yang digali dengan bambu di Tiongkok.
Pada tahun 1850-an, Ignacy Łukasiewicz menemukan bagaimana proses untuk mendistilasi minyak tanah dari minyak bumi, sehingga memberikan alternatif yang lebih murah daripada harus menggunakan minyak paus. Maka, dengan segera, pemakaian minyak bumi untuk keperluan penerangan melonjak drastis di Amerika Utara. Sumur minyak komersial pertama di dunia yang digali terletak di Polandia pada tahun 1853. Pengeboran minyak kemudian berkembang sangat cepat di banyak belahan dunia lainnya, terutama saat Kerajaan Rusia berkuasa. Perusahaan Branobel yang berpusat di Azerbaijan menguasai produksi minyak dunia pada akhir abad ke-19.
Hal-hal yang termasuk di dalam industri minyak mentah adalah proses eksplorasi, ekstraksi, pengilangan, dan transportasi (yang biasanya diangkut dengan kapal tanker dan jalur pipa). Volume terbesar dari industri ini adalah bahan bakar minyak dan bensin. Minyak bumi juga merupakan bahan bakar utama dalam pembuatan produk kimia lainnya, termasuk obat-obatan, pelarut, pupuk, pestisida, dan plastik. Industri ini biasanya terbagi menjadi 3 komponen besar: upstream, midstream dan downstream.
Minyak bumi merupakan kebutuhan yang sangat penting bagi banyak industri, dan sangat penting untuk menjaga peradaban manusia di zaman industrialisasi ini, sehingga minyak bumi ini menjadi perhatian serius bagi banyak pemerintahan di banyak negara. Saat ini minyak bumi masih menjadi sumber energi terbesar di banyak kawasan di dunia, dengan persentase bervariasi mulai dari yang terendah 32% di Eropa dan Asia, sampai yang paling tertinggi di Timur Tengah, yaitu mencapai 53%. Di kawasan lainnya, persentase pemakaian minyak bumi sebagai sumber energi untuk Amerika Selatan dan Tengah mencapai 44%, Afrika 41%, dan Amerika Utara 40%. Saat ini dunia mengkonsumsi 30 juta barrel (4.8 km³) minyak per tahunnya, dan pengkonsumsi minyak terbesar tetaplah negara-negara maju. Menurut data, Amerika Serikat saja mengkonsumsi 24% konsumsi minyak dunia pada tahun 2004, meskipun pada tahun 2007 persentasenya turun menjadi 21%.
Dalam industri minyak mentah, yang dimaksud dengan "produksi" adalah seberapa banyak minyak mentah yang berhasil diekstraksi.
Sumber: U.S. Energy Information Administration
Negara-negara yang produksi minyaknya kurang atau sama dengan 10% dari jumlah konsumsinya.
Sumber: CIA World Factbook
Karena minyak bumi adalah substansi yang berasal dari alam, maka kehadirannya di lingkungan tidak perlu berasal dari aktivitas rutin atau kesalahan manusia (Misalnya dari pengeboran, ekstraksi, pengilangan, dan pembakaran). Fenomena alam seperti perembesan minyak dan tar pit adalah bukti bahwa minyak bumi bisa ada secara natural.
Ketika dibakar, maka minyak bumi akan menghasilkan karbon dioksida, salah satu gas rumah kaca. Bersamaan dengan pembakaran batu bara, pembakaran minyak bumi adalah penyumbang bertambahnya CO di atmosfer. Jumlah CO ini meningkat dengan cepat di udara semenjak adanya revolusi industri, sehingga saat ini levelnya mencapai lebih dari 380ppmv, dari sebelumnya yang hanya 180-300ppmv, sehingga muncullah pemanasan global.
Ekstraksi minyak adalah proses pemindahan minyak dari sumur minyak. Minyak bumi biasanya diangkat ke Bumi dalam bentuk emulsi minyak-air, dan digunakan senyawa kimia khusus yang namanya demulsifier untuk memisahkan air dan minyaknya. Ekstraksi minyak ongkosnya mahal dan terkadang merusak lingkungan. Eksplorasi dan ekstraksi minyak lepas pantai akan mengganggu keseimbangan lingkungan di lautan.
Konsumsi minyak bumi pada abad ke-20 dan abad ke-21 bertambah seiring dengan tumbuhnya penjualan kendaraan. Penjualan mobil ramah lingkungan pun meningkat semenjak harga minyak yang merangkak naik pada tahun 1980-an di negara-negara OECD. Pada tahun 2008, adanya krisis ekonomi agaknya sedikit memukul penjualan kendaraan, tetapi konsumsi minyak bumi tetap meningkat tipis. Neagra-negara BRIC agaknya juga mulai menyumbang pemanasan global, seperti Tiongkok yang sudah menjadi pasar mobil terbesar di dunia sejak tahun 2009.