Teknologi pemanfaatan CO2 pada CCS CCUS (part 1)

Pemanfaatan karbondioksida mengacu pada penggunaan praktis limbah CO2 dari proses penangkapan CO2 yang dilakukan untuk menciptakan suatu manfaat finansial sekaligus menghasilkan pengurangan emisi CO2. Pemanfaatan CO2 dapat digunakan untuk menghasilkan produk baru dan produk dengan sifat yang ditingkatkan. Selain itu, produk ini dapat menggantikan produk berbasis bahan bakar fosil sehingga memiliki emisi bersih. CO2 dalam pembuatan produk bernilai guna dan membantu produksi hidrokarbon. Pemanfaatan dapat dilakukan dalam pengembangan peningkatan perolehan minyak (Enhance Oil Recovery), peningkatan perolehan gas (Enhance Gas Recovery) dan bahan petrochemical seperti bahan bangunan, karbon hitam, serat karbon, dan plastik. Secara global, pemanfaatan CO2 ini msudah dimasifkan pengimplementasiannnya dalam rangka mengtasi kenaikan suhu global.

IDTechEx mengumpulkan data global terkait dengan pemanfaatan CO2 dalam beberapa kategori dalam beberapa tahun kedepan sebagai berikut

Dalam industri migas, pemanfaatan emisi ini dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan perolehan minyak, yaitu CO2 EGR dan CO2 EOR. Aplikasi pemanfaatan ini sudah dilakukan secara komersial sejak tahun 1972 saat beberapa pabrik pemrosesan gas alam di Val Verde, West Texas, mulai menangkap CO2 untuk dijadikan supply EOR pada lapangan minyak tua.

Peningkatan Perolehan Minyak (Enhanced Oil Recovery; EOR)

CO2 merupakan salah satu material yang dapat digunakan untuk meningkatkan perolehan minyak pada reservoir minyak. Pada tekanan reservoir, CO2 bertindak sebagai gas fase padat yang dapat bercampur dengan minyak sehingga dapat menurunkan kekentalan hidrokarbon dan meningkatkan produksi hidrokarbon. Secara umum, CO2 yang diinjeksikan berada dalam sistem loop tertutup untuk mengeluarkan CO2 yang diproduksi untuk di recycle kembali dengan mengompres dan mencampurnya kembali dengan CO2 baru.

Proses CO2-EOR tergantung pada interaksi CO2 dan hidrokarbon, terutama pada sifat percampuran misibilitas, yaitu ketika beberapa cairan dapat bercampur sepenuhnya menjadi satu cairan homogen. Hal ini dikontrol oleh tekanan injeksi, yaitu minimum miscible pressure (MMP). Sebagai contoh, air dan cuka dapat bercampur sepenuhnya, namun, air dan minyak tidak dapat bercampur; keduanya tidak akan bergabung dalam proporsi apapun. CO2 pada tekanan dan suhu superkritis atau MMP dapat bercampur sepenuhnya dengan minyak. Dalam EOR CO2, CO2 bercampur dengan minyak dan membantu menggerakkannya melalui ruang pori batuan, memungkinkan pemulihan minyak yang lebih besar dari tempatnya.

Dalam proses pencampuran CO2-EOR CO2 yang relatif murni (biasanya setidaknya 95% berdasarkan volume) diinjeksikan ke dalam reservoir dan bercampur dengan minyak, mengurangi gaya kapiler yang menjebak minyak di batuan reservoir, lalu membuatnya mengalir lebih bebas ke sumur produksi. Dibandingkan dengan gas lainnya (nitrogen dan gas alam) yang dapat digunakan sebagai metode EOR, CO2 lebih disenangi karena dapat bercampur dengan minyak pada tekanan yang lebih rendah. Akibatnya, CO2-EOR cenderung lebih efektif di reservoir yang relatif dangkal, di mana tekanannya cenderung lebih rendah (International Energy Agency, 2015). CO2 juga mungkin lebih murah. Dalam CO2-EOR, terdapat beberapa kasus dimana CO2 yang diinjeksikan berada dalam proses tidak misibel (dibawah MMP) untuk tetap memaksa recovery minyak yang tersisa. Namun, tindakan ini tetap saja kurang efisien dibandingkan dengan suntikan misibel dalam memproduksi minyak berdasarkan rasio CO2 yang disuntikkan dan minyak yang dihasilkan.

Dalam penerapan CCUS, CO2-recycle artinya memanfaatkan CO2 tanpa melepaskannya kembali ke atmosfer.Data kuantitatif mengenai emisi yang bocor selama operasi penanganan di fasilitas permukaan dari proyek CO2-EOR saat ini terbatas, tetapi estimasi yang ada menunjukkan bahwa emisi tersebut minimal. Sebagai contoh, proyek CO2-EOR Elk Hills di AS (Hill, Hovorka, dan Melzer, 2013) memperkirakan kehilangan kurang dari 0,3% dari total volume CO2 yang diinjeksikan.

Peningkatan Perolehan Gas (Enhanced Gas Recovery; EGR)

Enhanced Gas Recovery dengan menggunakan CO2 merupakan teknik pemulihan hidrokarbon pada reservoir gas dengan menggunakan CO2. 

Dibandingkan dengan teknologi CCUS lainnya, CO2-EGR memiliki keunggulan teknis yang signifikan, meliputi : 

• Ketersediaan gas alam dalam jangka panjang membuat integritas struktural dan penutupan reservoir gas dapat dijamin sehingga mengurangi risiko kebocoran CO2. 
• Memiliki sumur produksi yang lengkap serta infrastruktur bawah tanah dan permukaan terkait serta dapat dengan mudah dimodifikasi untuk injeksi CO2 sehingga dapat mengurangi biaya penyimpanan secara signifikan
• Memiliki gangguan terhadap formasi (akibat produksi gas yang menurunkan tekanan formasi) yang relatif kecil dan cenderung memulihkan tekanan formasi akibat injeksi gas CO2
• Meningkatkan pemulihan produksi sekaligus sebagai media penyimpanan CO2
• Memiliki kompresibilitas yang lebih tinggi dibandingkan reservoir minyak yang telah habis sehingga memungkinkan lebih banyak penyimpanan CO2 per unit volume ruang pori. 

Sebelum penerapan penyimpanan CO2 secara besar-besaran di akuifer garam, CO2-EGR merupakan pilihan teknis yang baik untuk menyimpan CO2 di reservoir gas yang telah habis. Oleh karena itu, CO2-EGR tidak hanya mendorong produksi gas alam, tetapi juga mendukung penerapan teknologi CCUS, mendorong proses produksi gas alam yang lebih ramah lingkungan.

Pada gambar di atas, suntikan CO2 ke dalam reservoir meningkatkan pemulihan gas melalui mekanisme seperti penggeseran/pendorongan dan segregasi gravitasi. Terdapat empat mekanisme utama dalam proses tersebut, yaitu meningkatkan tekanan reservoir dan gradien tekanan yang berujung pada peningkatkatan laju aliran gas, segregasi gravitasi (CO2 di bagian bawah reservoir mengangkat gas alam ke atas) akibat perbedaan densitas yang signifikan, peningkatan rasio mobilitas untuk penggeseran dengan membuat CO2 berada pada keadaan superkritis dan lebih kental dari gas alam, menggantikan CH4 melalui adsorpsi kompetitif, dan untuk reservoir gas yang didorong oleh air, injeksi CO2 juga dapat menekan dan memperlambat invasi air, memperpanjang periode produksi tanpa air atau dengan kandungan air yang rendah. 

CO2-EGR memiliki potensi untuk meningkatkan tingkat pemulihan sebesar 10% hingga 35%. Sifat batuan dan fluida reservoir, serta efek penggabungannya, mempengaruhi efisiensi peningkatan tingkat pemulihan, termasuk struktur pori, komposisi mineral, heterogenitas, sifat permukaan, sensitivitas, komposisi gas alam, komposisi gas injeksi, kandungan air reservoir, dan komposisi kimia. Selain itu, parameter teknik seperti struktur geologi, distribusi suhu dan tekanan, pola sumur yang diterapkan, lapisan injeksi-produksi, waktu injeksi, laju injeksi, dan volume injeksi secara signifikan mempengaruhi efisiensi penggeseran dan tingkat pemulihan. Oleh karena itu, potensi CO2-EGR untuk meningkatkan tingkat pemulihan harus dianalisis secara individual untuk reservoir gas tertentu.

References:

https://www.idtechex.com/en/research-report/carbon-dioxide-utilization-2024-2044-technologies-market-forecasts-and-players/982
https://www.adb.org/sites/default/files/publication/557161/co2-enhanced-oil-recovery-indonesia.pdf
CLDP-CCUS Handbook_ID-Web.pdf (doc.gov)
020174_EI21_EnhancedOilRecovery_final.pdf (globalenergyinstitute.org)