Menangani Dilema Li-ion: Pembuangan Sel Baterai Defunkt di Dunia yang Semakin Terlistrik

Adalah fakta yang sudah dikenal luas bahwa pembakaran bahan bakar fosil memengaruhi lingkungan kita. Selain karbon, bahan bakar ini juga mengandung hidrogen, nitrogen, dan belerang. Saat dibakar, bahan bakar fosil melepaskan campuran karbon monoksida, karbon dioksida, dan air, bersama dengan oksida nitrogen dan belerang. Zat‑zat ini, terutama beracun dalam konsentrasi tinggi, menimbulkan ancaman serius bagi kesehatan dan keselamatan. Secara signifikan, emisi karbon dioksida merupakan kontributor utama pemanasan global, menegaskan dampak lingkungan dari pembakaran bahan bakar fosil.

Kebutuhan untuk beralih dari bahan bakar fosil telah menghasilkan lonjakan permintaan baterai secara eksponensial. Mencerminkan tren ini, para peneliti memperkirakan ukuran pasar baterai global akan tumbuh dari US$112 miliar pada 2021 menjadi US$424 miliar pada 2030. Pasar mencakup beberapa kategori baterai, seperti lithium‑ion, zinc‑manganese dioxide, lead‑acid, nickel‑metal hydride, nickel‑cadmium, sodium‑sulfur, nickel‑zinc, small sealed lead‑acid, flow batteries, dan lain‑lain.

Namun, baterai lithium‑ion dan lead‑acid mendominasi sebagian besar pangsa pasar baterai ini, meninggalkan ekor panjang untuk kategori lainnya.

Jika kita melihat ukuran pasar US$424 miliar untuk 2023, lebih dari US$257 miliar, atau lebih dari 60% seluruh pasar baterai, akan ditempati oleh baterai lithium‑ion. Lebih dari US$121 miliar, yaitu 27% pasar, akan ditempati oleh baterai lead‑acid. Kedua kategori ini bersama‑sama menguasai lebih dari 87% pasar, meninggalkan hampir 13% untuk kategori lainnya bersaing.

Di Mana Baterai Ini Digunakan?

Baterai lithium‑ion biasanya ditemukan dalam sebagian besar barang elektronik konsumen portabel di sekitar kita, termasuk ponsel dan laptop. Mereka juga menjadi pilihan utama untuk mayoritas kendaraan listrik sepenuhnya (all‑electric vehicles) dan kendaraan hibrida plug‑in (PHEV), yang semakin cepat mendapatkan popularitas.

Sebaliknya, baterai lead‑acid tidak seefisien baterai lithium‑ion. Mereka memiliki energi spesifik yang rendah, tidak berfungsi dengan baik pada kondisi suhu rendah, dan memiliki siklus hidup yang lebih pendek. Penggunaan mereka yang luas terutama disebabkan oleh biaya yang rendah. Namun, saat ini sedang dikembangkan baterai lead‑acid canggih untuk digunakan pada kendaraan komersial berbasis listrik untuk beban tambahan.

Baterai nickel‑metal hydride digunakan dalam komputer dan peralatan medis serta memiliki peran penting dalam kendaraan hibrida listrik. Dengan peningkatan penggunaan barang elektronik yang stabil dan peningkatan terus‑menerus pangsa pasar kendaraan listrik, penggunaan baterai diperkirakan akan terus meningkat.

Namun, baterai-baterai ini memiliki masa simpan terbatas dan pada akhirnya harus dibuang. Hal ini menjadi tantangan di dunia yang semakin ter‑listrik—pembuangan sel baterai yang tidak berfungsi lagi. Solusi memang ada, tetapi sebelum menelusuri lebih jauh, penting untuk meneliti penyebab dasarnya secara mendalam.

Umur Simpan Baterai: Gambaran Singkat

Baterai dapat berbeda dalam kapasitas, tempat penggunaan, dan bahan pembuatannya. Setiap faktor berperan dalam menentukan berapa lama baterai harus bertahan. Kategori baterai paling populer adalah lithium‑ion. Dan kendaraan listrik adalah kategori penggunaan yang menerapkan baterai ini dalam skala besar.

Baterai yang digunakan kendaraan listrik mirip dengan yang ada di ponsel dan laptop kita. Mereka memiliki banyak keunggulan, termasuk energi tinggi per satuan massa dan volume dibandingkan sistem penyimpanan energi listrik lainnya, rasio daya‑berat tinggi, efisiensi energi tinggi, kinerja suhu tinggi yang efisien, umur panjang, dan tingkat self‑discharge yang rendah.

Baterai EV memanfaatkan paket yang terdiri dari lebih dari dua ribu sel lithium‑ion individual yang bekerja bersama. Setiap paket baterai dirancang dengan kemampuan mempertahankan kemampuan pengisian‑pengosongan hingga antara 100.000 hingga 200.000 mil. Dan bila diukur dalam tahun, sebagian besar baterai EV memiliki harapan hidup antara 15 hingga 20 tahun dalam kendaraan.

Risiko Pembuangan Sel Baterai Defunkt

Menurut United States Environmental Protection Agency, sebagian besar baterai lithium‑ion akan dikategorikan sebagai limbah berbahaya di bawah Resource Conservation and Recovery Act (RCRA). Setelah dibuang, baterai ini sering mudah terbakar dan reaktif. Meskipun tampak benar‑benar habis dan dapat dibuang oleh pengguna, baterai Li‑ion sering tetap menyimpan muatan signifikan, sehingga menimbulkan bahaya.

Selain itu, baterai lithium yang rusak dan tidak tertutup rapat dapat menjadi sangat berbahaya jika bersentuhan dengan air selama pembuangan. Kandungan logam yang signifikan dalam baterai Li‑ion, yang sulit dihilangkan dan berbahaya bagi lingkungan, menambah kekhawatiran.

Sebuah laporan penilaian ilmiah menyoroti bahwa baterai Li‑ion mengandung konsentrasi tinggi aluminium, kobalt, dan tembaga. Studi tambahan mengungkap sifat berbahaya baterai Li‑ion yang tidak berfungsi lagi karena kandungan timbanya (rata‑rata 6,29 mg/L; σ = 11,1; batas 5).

Berdasarkan regulasi California, keberadaan kadar berlebih kobalt (rata‑rata 163.544 mg/kg; σ = 62.897; batas 8.000), tembaga (rata‑rata 98.694 mg/kg; σ = 28.734; batas 2.500), dan nikel (rata‑rata 9.525 mg/kg; σ = 11.438; batas 2.000) menjadikan semua baterai lithium sebagai bahan berbahaya.

Konsentrasi kromium, timbal, dan talium yang terlepas dari baterai ini juga melampaui Batas Regulasi California. Selain menimbulkan toksisitas bagi manusia dan ekologi di sekitar kita, baterai Li‑ion juga menyebabkan penipisan sumber daya, sebuah kekhawatiran serius bagi masa depan kita.

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang teknologi baterai.

Bagaimana Cara Mendaur ulang Sel Baterai Defunkt?

Bahaya yang ditimbulkan oleh pembuangan sel baterai defunkt memerlukan daur ulang. Namun, mendaur ulang baterai yang tidak berfungsi dapat berbahaya. Penanganan yang tidak tepat terhadap sel baterai defunkt dapat menyebabkan hubung singkat, kebakaran, dan pelepasan gas beracun.

Kuncinya terletak pada metode daur ulang yang efisien, yang tidak hanya dapat mencegah polusi tetapi juga menciptakan peluang untuk menghasilkan aliran sekunder material kritis yang berkelanjutan. Salah satu metode efisien untuk daur ulang baterai lithium‑ion telah dirancang oleh peneliti yang bekerja di Oak Ridge National Library, Departemen Energi.

Solusi melibatkan perendaman baterai bekas dalam larutan asam sitrat alami yang terdapat pada buah jeruk. Larutan asam sitrat dilarutkan dalam etilen glikol, dan campuran tersebut membantu melakukan proses pemisahan dan pemulihan yang sangat efisien untuk memisahkan logam dari katoda, elektroda bermuatan positif pada baterai.

Proses pemulihan katoda yang efisien berarti biaya baterai berkurang karena katoda menyumbang lebih dari 30% biaya baterai, berkat kepemilikan material kritis. Metode daur ulang ini dapat melarutkan hampir seluruh kobalt dan litium dari katoda tanpa mencemari sistem. Ia dapat memulihkan lebih dari 96% kobalt dalam hitungan jam. Tidak diperlukan penambahan bahan kimia tambahan untuk menyeimbangkan tingkat keasaman secara manual.

“Ini adalah pertama kalinya satu sistem solusi mencakup fungsi pelarutan sekaligus pemulihan.”

Selain upaya penelitian berbasis laboratorium tersebut, yang akan di‑scale ke produksi di masa depan, beberapa perusahaan telah mengambil peran dalam mendaur ulang baterai lithium‑ion yang tidak berfungsi dan telah dibuang. Kami akan melihat beberapa di antaranya dalam segmen berikut.

1. American Battery Technology Company

American Battery Technology Company (ABAT ) telah mengembangkan proses daur ulang baterai loop tertutup untuk memisahkan dan memulihkan material kritis dari baterai yang mendekati akhir masa pakainya. Namun, upaya mereka tidak berhenti pada pemisahan dan pemulihan.

Proses ini melibatkan pemurnian logam baterai tersebut hingga mencapai spesifikasi kualitas yang sama atau lebih tinggi. Menurut perusahaan, sistemnya memiliki banyak keunggulan kompetitif. Desain strategisnya memastikan operasi tanpa suhu tinggi dan mencegah emisi polutan udara serta cairan. Selain itu, fasilitas daur ulang menyesuaikan kapasitas produksi fasilitas manufaktur, menghasilkan limbah minimal dan memerlukan biaya modal yang rendah untuk penyiapan.

Kuartal Pertama laporan keuangan 2024 financial report, sebagaimana dipublikasikan oleh perusahaan, mencantumkan tonggak pentingnya menuju operasi yang menghasilkan pendapatan. Secara khusus, perusahaan telah merancang, mengoperasikan, dan memulai operasi di fasilitas daur ulang skala komersial pertamanya, dengan kapasitas nominal 20.000 metrik ton per tahun.

Perusahaan juga memperoleh dua hibah DOE AS melalui kontrak dan baru-baru ini memenuhi syarat untuk dua hibah tambahan, dengan total US$70 juta dalam dana federal yang dikontrak. Ia berhasil mencatatkan sahamnya dan memulai perdagangan di Nasdaq pada 21 September 2023.

Pada saat penulisan, harga saham American Battery Technology Company adalah $3,99 dengan kapitalisasi pasar lebih dari $188 juta.

2. Lithion Technologies

Lithion Technologies secara berkelanjutan memproduksi material strategis dari baterai Li‑ion. Teknologinya mampu memulihkan hingga 95% komponen baterai tersebut.

Dalam ekstraksi mekanik, Lithion dapat memulihkan lebih dari 98% konsentrasi mineral. Konsentrasi mineral kritis kemudian diproses melalui teknologi hidrometalurgi yang dipatenkan. Proses ini memungkinkan pemulihan material penting seperti litium, kobalt, nikel, grafit, dan mangan.

Secara luar biasa, Lithion mengklaim bahwa teknologinya menghasilkan dampak lingkungan yang jauh lebih kecil dibandingkan penambangan tradisional. Emisi GHG mereka 75% lebih rendah daripada penambangan, dan penggunaan air berkurang hingga 90%.

Pada April 2022, Lithion menerima pendanaan sebesar $22,5 juta dari pemerintah Quebec, termasuk investasi ekuitas sebesar 15 juta dalam saham modal perusahaan melalui Investissement Québec dan hibah sebesar $7,5 juta dari Fonds d’électrification et de changements climatiques.

3. Ecobat

Ecobat beroperasi melalui jaringan luas yang mencakup 65.000 titik pengumpulan untuk mengelola baterai akhir‑hidup sebagai bagian dari solusi penyimpanan energi daur ulangnya. Hingga kini, ia telah mengumpulkan hampir 15.000 anggota atau pelanggan, mendaur ulang 120 juta baterai per tahun.

Untuk pengumpulan dari titik‑titik yang ditentukan, Ecobat memiliki armada sendiri sebanyak 100 kendaraan. Dengan 11 fasilitas peleburan, ia menangani baterai litium, baterai timbal, dan kimia baterai lainnya. Ecobat juga memiliki proses pemulihan sirkular loop tertutup, di mana 80% pemulihannya kembali ke produksi baterai. Ia juga menjanjikan tingkat daur ulang sebesar 99%.

Ecobat mengklaim dirinya sebagai ‘recycler baterai terbesar di dunia yang memenuhi kebutuhan penyimpanan energi penting dengan menjadikan bisnis baterai lebih aman dan berkelanjutan untuk ekonomi energi sirkular.’ Pada 2021, bisnis daur ulang baterai timbal Ecobat mendaur ulang 70 juta baterai mobil secara penuh.

4. Cirba Solutions

Cirba Solutions memiliki total 60 tahun pengalaman daur ulang dengan tiga merek—Battery Solutions, Heritage Battery Recycling, dan Retriev Technologies—di bawah naungannya. Ia merupakan salah satu pelopor dalam daur ulang baterai litium dengan tim daur ulang baterai sendiri, logistik berfokus pada baterai, siklus hidup loop tertutup, serta fasilitas pemrosesan litium.

Perusahaan memiliki proses daur ulang khusus yang melibatkan solusi lintas‑kimia untuk komponen berbasis kobalt maupun non‑kobalt. Hingga kini, ia telah memproses lebih dari 36 juta pon litium‑ion selama lebih dari 30 tahun.

Berdasarkan data terbaru yang tersedia, Cirba mengumpulkan US$50 juta dalam putaran korporat terbarunya pada 9 Februari 2023.

Membuang Sel Baterai Defunkt: Lingkup Masa Depan

Kehadiran baterai lithium‑ion, yang penting untuk menggerakkan kendaraan listrik dan memberi daya pada elektronik konsumen modern, akan semakin meluas. Secara statistik, antara 2022 dan 2030, permintaan global baterai lithium‑ion akan meningkat hampir tujuh kali lipat, mencapai 4,7 TWh pada 2030.

Dari sisi produksi, China menguasai lebih dari tiga perempat kapasitas dunia. Amerika Utara dan Eropa tidak akan tertinggal lama, karena mereka juga menargetkan peningkatan produksi yang signifikan. Inilah mengapa upaya global yang terkoordinasi dan terintegrasi diperlukan untuk memastikan daur ulang baterai menjadi proses yang dapat diakses dan berkelanjutan, dan hanya dengan begitu kita dapat menyelamatkan dunia dari risiko polusi dan penipisan sumber daya.

China, misalnya, menuntut produsen mobil bertanggung jawab atas “penanganan akhir hayat” baterai kendaraan. Uni Eropa tidak jauh tertinggal, karena juga telah menetapkan standar untuk pengumpulan dan pemulihan baterai.

Inovasi yang semakin banyak dalam aplikasi second‑life baterai ini akan membantu menghindari bahaya mendesak dari daur ulang yang tidak efisien. Mari kita akhiri dengan melihat satu contoh. Sistem penyimpanan energi di Johan Cruijff Arena, Amsterdam, memanfaatkan setara 148 baterai Nissan LEAF baru dan bekas untuk menangkap energi dari 4.200 panel surya dan menyimpan hingga 3 megawatt daya. Penangkapan ini cukup untuk mengisi setengah juta iPhone sebagai cadangan.

Sebagai kesimpulan, pencapaian tujuan secara global memerlukan partisipasi aktif semua pihak. Perusahaan otomotif, produsen elektronik konsumen, badan ekonomi global, dewan negara—semua harus menyuarakan dukungan mereka untuk daur ulang dan pemulihan sel baterai defunkt yang berkelanjutan dan efisien.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana EV tidak hanya dapat membantu bumi tetapi juga menyelamatkan nyawa.