Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Permasalahan lingkungan yang semakin mendesak akibat krisis ekologi, pemanasan global, habisnya bahan bakar fosil, serta polusi lingkungan telah mendorong munculnya konsep “Revolusi Hijau”. Revolusi ini diusulkan sebagai rencana peningkatan terintegrasi untuk mengatasi isu keberlanjutan terkait pangan, pertanian, energi, dan lingkungan. Salah satu area kunci yang menjadi fokus dalam Revolusi Hijau adalah energi terbarukan, terutama dalam konteks penyimpanan energi bergerak yang bisa menggantikan ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Dalam beberapa dekade terakhir, kemajuan teknologi di bidang baterai yang dapat diisi ulang (rechargeable batteries) telah memberi harapan baru dalam penyimpanan energi yang lebih ramah lingkungan, terutama untuk perangkat elektronik portabel dan kendaraan listrik.
Namun, seiring dengan meningkatnya permintaan global untuk baterai yang dapat diisi ulang, muncul kekhawatiran terkait dampak lingkungan, siklus hidup, dan keberlanjutan rantai pasok dari baterai tersebut. Salah satu solusi potensial yang saat ini sedang digali adalah penggunaan biomassa terbarukan sebagai prekursor bahan anoda dalam baterai, khususnya baterai ion litium dan baterai ion natrium. Sebagai seorang Dosen Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, ulasan ini akan memberikan pandangan kritis terhadap potensi dan tantangan penggunaan biomassa sebagai bahan anoda, serta analisis mengenai lintas disiplin ilmu yang terlibat dalam penelitian ini.
Biomassa sebagai Sumber Terbarukan untuk Material Anoda
Biomassa merupakan sumber organik terbarukan yang terbesar dan paling melimpah di dunia. Biomassa mencakup limbah pertanian, limbah kayu, tanaman energi, serta limbah makanan, yang semuanya merupakan sumber karbon yang berpotensi digunakan dalam berbagai aplikasi teknologi energi. Dalam konteks penyimpanan energi, biomassa dapat diolah menjadi bahan karbon melalui proses termokimia untuk digunakan sebagai anoda dalam baterai. Penggunaan biomassa sebagai prekursor anoda memberikan dua manfaat utama: (1) mengurangi limbah pertanian dan biomassa yang tidak termanfaatkan, dan (2) menyediakan bahan karbon yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan dibandingkan dengan bahan anoda konvensional yang berasal dari sumber daya alam tak terbarukan.
Namun, meskipun banyak penelitian telah melaporkan hasil yang menjanjikan terkait penggunaan biomassa untuk baterai, masih terdapat tantangan kritis yang harus dianalisis lebih dalam. Salah satu tantangan tersebut adalah pemahaman terhadap kimia komponen utama biomassa selama proses perlakuan termokimia. Setiap jenis biomassa memiliki komposisi kimia yang berbeda, seperti selulosa, lignin, dan hemiselulosa, yang akan mempengaruhi sifat material karbon yang dihasilkan. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengeksplorasi hubungan antara kondisi pemrosesan (seperti suhu, tekanan, dan waktu) dengan sifat dan hasil material karbon yang dihasilkan.
Tantangan dalam Pemrosesan dan Karakterisasi Material Karbon dari Biomassa
Dalam proses konversi biomassa menjadi material karbon untuk anoda, salah satu langkah kunci adalah pirolisis atau karbonisasi, yang merupakan proses pemanasan biomassa pada suhu tinggi tanpa adanya oksigen. Proses ini menghasilkan material karbon yang memiliki struktur berpori, yang penting untuk penyimpanan dan transfer ion dalam baterai. Namun, tantangan utama terletak pada variabilitas hasil yang dihasilkan dari berbagai jenis biomassa dan kondisi pemrosesan yang berbeda. Sebagai contoh, pirolisis pada suhu yang berbeda akan menghasilkan karbon dengan mikrostruktur dan kandungan oksigen yang berbeda, yang pada gilirannya akan mempengaruhi kapasitas penyimpanan energi dan kinetika reaksi elektrokimia dalam baterai.
Selain itu, terdapat mekanisme penyimpanan energi dari material karbon yang belum sepenuhnya dipahami, terutama terkait dengan interaksi material karbon dengan ion litium atau natrium selama siklus pengisian dan pengosongan baterai. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa material karbon dari biomassa memiliki stabilitas struktural yang baik dan dapat menahan siklus pengisian berulang tanpa mengalami degradasi yang signifikan. Namun, profil elektrokimia dari material ini, termasuk kapasitas spesifik dan efisiensi siklus, masih memerlukan analisis lebih lanjut.
Peran Multidisiplin dalam Pengembangan Teknologi Baterai dari Biomassa
Penelitian tentang penggunaan biomassa sebagai material anoda dalam baterai bersifat multidisiplin, menggabungkan ilmu pertanian, kimia, fisika material, dan elektrokimia. Oleh karena itu, untuk mencapai pemahaman yang lebih komprehensif dan menghasilkan teknologi yang dapat diterapkan secara industri, diperlukan komunikasi lintas disiplin. Ilmu pertanian berperan dalam mengidentifikasi jenis biomassa yang paling cocok untuk diolah menjadi material karbon, sedangkan ilmu kimia dan fisika material berfokus pada proses konversi dan karakterisasi material karbon. Di sisi lain, elektrokimia memainkan peran penting dalam menguji kinerja material karbon dalam aplikasi baterai, termasuk analisis terhadap kapasitas spesifik, stabilitas siklus, dan kinetika reaksi.
Kolaborasi ini diharapkan dapat mengatasi kesenjangan pengetahuan yang saat ini ada, terutama terkait dengan sifat kimia biomassa selama proses termokimia, dan bagaimana komponen tersebut berinteraksi untuk membentuk material anoda yang efisien. Selain itu, penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan kontribusi besar dalam pengembangan baterai yang lebih ramah lingkungan, terutama mengingat meningkatnya kekhawatiran terhadap keberlanjutan siklus hidup baterai yang berasal dari sumber tak terbarukan.
Masa Depan Pengembangan Baterai dari Biomassa
Dengan meningkatnya permintaan global terhadap energi terbarukan dan baterai yang dapat diisi ulang, penggunaan biomassa sebagai bahan baku anoda merupakan salah satu solusi potensial untuk mengurangi ketergantungan terhadap material konvensional yang tidak ramah lingkungan. Di masa depan, penelitian tentang konversi limbah pertanian dan biomassa menjadi material anoda diharapkan dapat meningkatkan efisiensi energi dan keberlanjutan siklus hidup baterai, baik dari segi ekonomi maupun lingkungan.
Namun, untuk mencapai hal ini, beberapa langkah penting harus diambil:
- Pengembangan teknologi pemrosesan yang lebih efisien: Teknik seperti pirolisis terkontrol atau aktivasi kimia perlu dikembangkan untuk menghasilkan material karbon berkualitas tinggi dari biomassa dengan biaya yang lebih rendah.
- Peningkatan karakterisasi material: Studi lanjutan diperlukan untuk memahami secara detail sifat kimia dan fisik material karbon dari berbagai jenis biomassa, termasuk analisis terhadap struktur berpori, distribusi ukuran pori, dan sifat permukaan.
- Uji coba skala besar: Meskipun penelitian laboratorium telah menunjukkan hasil yang menjanjikan, uji coba pada skala industri harus dilakukan untuk mengevaluasi kinerja komersial dari material anoda berbasis biomassa.
Kesimpulan
Revolusi hijau dalam penyimpanan energi tidak hanya bertumpu pada transisi ke energi terbarukan, tetapi juga pada upaya mengembangkan teknologi baterai yang lebih ramah lingkungan. Penggunaan biomassa sebagai bahan anoda dalam baterai ion litium dan natrium merupakan salah satu solusi potensial untuk mencapai hal ini. Namun, tantangan yang terkait dengan proses konversi biomassa, karakterisasi material, serta interaksi lintas disiplin ilmu masih perlu diatasi untuk mewujudkan teknologi ini di skala yang lebih besar dan komersial.
Sebagai seorang Dosen Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, saya melihat bahwa penelitian ini memiliki potensi besar dalam mendorong pengembangan baterai yang lebih berkelanjutan, sekaligus memberikan kontribusi nyata dalam mengurangi limbah biomassa dan memperbaiki efisiensi energi secara keseluruhan.
