Dari Sampah Menjadi Energi – Bagaimana Biomassa Pinus Dapat Mengubah Penyimpanan Energi

Baterai Pohon Pinus

As renewables are becoming a larger part of the power grid, as well as many systems becoming electrified, like heating and transportation, more batteries are needed to balance out the intermittent power generation of solar and wind.

Seiring energi terbarukan menjadi bagian yang lebih besar dari jaringan listrik, serta banyak sistem yang menjadi terelektrifikasi, seperti pemanasan dan transportasi, lebih banyak baterai diperlukan untuk menyeimbangkan pembangkit listrik yang tidak menentu dari tenaga surya dan angin.

Hal ini menimbulkan pertanyaan tentang keberlanjutan sebenarnya dari jaringan listrik yang sepenuhnya hijau, karena baterai cenderung mengonsumsi banyak sumber daya alam.

Oleh karena itu, penting untuk mengembangkan desain baterai yang lebih ramah lingkungan, idealnya dengan memanfaatkan sumber daya yang melimpah atau tidak terpakai. Menggunakan sumber daya yang kurang langka juga seharusnya membantu menurunkan biaya.

Ini dapat, misalnya, mencakup penggantian litium dengan natrium yang jauh lebih melimpah, baik dalam baterai natrium-ion atau baterai natrium padat.

Opsi lain kini sedang dikembangkan: mendaur ulang limbah dari industri kayu. Peneliti di Universidad Del País Vasco di Spanyol menggunakan biomassa pinus untuk menciptakan jenis baterai baru. Mereka mempublikasikan hasilnya di Journal Of Power Source¹, dengan judul “A forestry waste-derived lithium ion capacitor: Sustainable, high-power energy storage”.

Kapasitor vs Baterai

Ketika berbicara tentang penyimpanan tenaga listrik, ada dua teknologi utama: superkapasitor dan baterai.

Baterai lebih dikenal secara umum dan menyimpan tenaga dalam bentuk muatan elektrokimia pada ion, biasanya logam.

Superkapasitor bekerja berbeda, menyimpan elektron di permukaan material kapasitor. Hal ini memungkinkan mereka memobilisasi muatan listrik dengan sangat cepat, sehingga dapat memberikan daya dalam jumlah besar hampir seketika.

Sumber: Quarktwin

Karena tidak ada reaksi kimia dan pergerakan ion, superkapasitor cenderung jauh lebih tahan lama dibandingkan baterai.

Namun, superkapasitor umumnya memiliki kapasitas muatan total yang lebih rendah dibandingkan baterai, membatasi penerapannya untuk penyimpanan energi. Mereka juga memiliki masalah pengosongan sendiri yang relatif cepat ketika tidak digunakan, sebuah isu untuk setiap aplikasi penyimpanan seperti kendaraan listrik dan penyimpanan energi jaringan.

“Superkapasitor tidak cocok untuk menyediakan energi pada sistem selama periode yang lama; tidak seperti baterai, mereka digunakan jika kita menginginkan jumlah energi yang besar dalam waktu singkat.”

Eider Goikolea – Profesor di Universidad Del País Vasco

Kapasitor-Baterai Hibrida

Para peneliti mengembangkan sistem hibrida yang mengintegrasikan bagian kapasitor dan bagian baterai litium-ion, yang dikenal sebagai Li-ion capacitor (LIC).

Ia mengandung elektroda dari kapasitor, terbuat dari karbon, dan elektroda dari baterai litium-ion, terbuat dari litium.

Sumber: Battery Power Tips

Ini merupakan konsep yang semakin populer, dan beberapa LIC telah dikomersialkan serta terbukti menjadi pilihan terjangkau untuk aplikasi stasioner seperti turbin angin dan aplikasi elektromobilitas seperti trem dan bus listrik.

“Ini menawarkan keunggulan dari kedua sistem: energi berdaya tinggi dapat disimpan (seperti pada baterai), dapat beroperasi pada tingkat daya tinggi dan mampu menahan banyak siklus pengisian-pengosongan (seperti superkapasitor).”

Eider Goikolea – Profesor di Universidad Del País Vasco

Sampai saat ini, pembuatan LIC memerlukan “doping”: penambahan atom lain pada bagian elektroda kapasitor. Hal ini meningkatkan kinerja tetapi membuat opsi tersebut kurang menarik untuk aplikasi industri, karena proses manufakturnya menjadi lebih kompleks dan mahal.

Menemukan Elektroda Karbon yang Tepat

Salah satu material yang sering digunakan dalam LIC adalah karbon dalam berbagai bentuk.

Grafit, karena memiliki elektronegativitas yang sangat baik, merupakan pilihan populer namun mengalami keterbatasan ketersediaan.

Alternatif berteknologi tinggi dapat berupa graphene, graphdiyne, atau nanotube karbon, dengan karakteristik listrik yang mungkin lebih baik, tetapi lebih sulit untuk diproduksi.

Sumber: Semantic Scholar

Opsi berteknologi rendah lainnya adalah karbon lunak dan keras, biasanya dihasilkan dari material kaya karbon melalui pirolisis termal. Sayangnya, struktur yang sangat tidak teratur pada keduanya membuat konduktivitasnya lebih rendah dibandingkan grafit.

Di sinilah para peneliti menemukan ide yang sekaligus meningkatkan kualitas karbon yang digunakan dalam LIC mereka dan mendaur ulang aliran limbah dari industri kayu.

Bagaimana jika mereka menggunakan sumber karbon yang sudah sangat terorganisir pada tingkat molekuler untuk menghasilkan elektroda berbasis karbon mereka?

Karbon Aktif dari Kayu Pinus

Wilayah Basque di Spanyol, tempat para peneliti berada, relatif kaya hutan dan memiliki industri pengolahan kayu yang aktif. Ini berarti banyak biomassa kayu pinus tersedia dalam bentuk serbuk gergaji di pabrik gergaji sekitar.

Sampai saat ini, serbuk gergaji ini sebagian besar dibuang sebagai limbah, dengan sedikit aplikasi karena ukuran partikel yang terlalu kecil.

Karbon aktif diproduksi dari aktivasi kimia material kaya karbon pada suhu tinggi, menggunakan agen aktivator seperti KOH, H3PO4, atau H2O. Saat dikarbonisasi, produk cenderung mempertahankan morfologi dan mikrostruktur material sumber.

Para peneliti menghasilkan material elektroda berbasis karbon dari serbuk gergaji, menggunakan tungku dan bahan kimia sederhana (dan murah) seperti kalium hidroksida dan asam klorida.

Para peneliti menemukan bahwa proses tersebut dapat menghasilkan material karbon dengan karakteristik yang lebih baik untuk material baterai dibandingkan produksi karbon keras klasik.

Sumber: Journal Of Power Sources

“Karbon adalah istilah yang sangat umum, tetapi ada banyak jenis yang berbeda. Tidak semua biomassa menyediakan karbon yang tepat untuk aplikasi ini, tetapi kami telah menunjukkan bahwa hasil yang sangat memuaskan dapat diperoleh dari biomassa pinus insignis.”

Ruiz de Larramendi

Membangun Baterai yang Lebih Baik

Dengan material karbon tersebut, para peneliti melanjutkan untuk membangun LIC mereka dan mengujinya.

Mereka menemukan bahwa sistem eksperimental memiliki kepadatan energi hingga 105 Wh/kg, mempertahankan 60% kapasitas setelah 10.000 siklus.

Ini merupakan kinerja yang luar biasa untuk sistem baterai, misalnya, sistem LIC yang terhubung ke jaringan dan melakukan 10.000 siklus, satu siklus per hari, masih akan beroperasi dengan efisiensi 60% setelah 27 tahun.

Proses ini juga secara radikal meningkatkan elektroda berbasis karbon sebelumnya, karena tidak memerlukan material yang sulit diproduksi (graphene, nanotube, dll.), maupun doping karbon yang mahal.

Secara keseluruhan, seluruh proses manufaktur relatif berteknologi rendah dan ekonomis, menjadikannya menjanjikan untuk aplikasi komersial.

“Proses produksi elektroda tersebut efisien energi. Suhu sintesis tidak melebihi 700 °C,” dan aditif ekonomis digunakan.

Ruiz de Larramendi – Profesor di Universidad Del País Vasco

Aplikasi Masa Depan

Dari prototipe laboratorium ke produk komersial, masih banyak langkah yang harus diambil. Pertama, mengoptimalkan komponen litium-ion pada LIC kemungkinan akan memungkinkan kepadatan energi yang lebih tinggi dan mungkin daya tahan yang lebih baik.

Sebagai contoh, struktur baterai sarang lebah telah terbukti secara radikal meningkatkan daya tahan baterai litium-ion, dan hal yang sama kemungkinan dapat dikatakan untuk LIC.

Karakterisasi lebih lanjut tentang material kayu apa yang cocok atau tidak juga harus dilakukan, untuk mengetahui apakah spesies pohon lain dan wilayah lain dapat menyediakannya.

“Ini merupakan alternatif yang hemat biaya dan berkelanjutan untuk meningkatkan kapasitor litium-ion konvensional. Material yang berasal dari biomassa menawarkan peluang besar untuk mengembangkan sistem penyimpanan energi berdaya tinggi yang ramah lingkungan dan hemat biaya. Penting untuk melanjutkan jalur penelitian ini.”

Eider Goikolea – Profesor di Universidad Del País Vasco

Jadi kemungkinan besar, dibutuhkan sekitar 5-9 tahun sebelum LIC komersial pertama yang menggunakan penemuan ini tersedia untuk dijual. Namun hal itu dapat secara radikal meningkatkan keberlanjutan produksi baterai dari perangkat elektronik dan penyimpanan energi terbarukan.

Namun, untuk kendaraan listrik, kepadatan energi yang sedikit lebih rendah dibandingkan baterai murni kemungkinan akan menjadi masalah, sehingga solusi lain seperti baterai padat kemungkinan akan mengungguli LIC.

(lihat juga “5 Best Solid-State Battery Stocks to Watch or Buy”)

Berinvestasi dalam Teknologi Baterai Tingkat Lanjut

Baterai berada di pusat tren elektrifikasi, yang merupakan upaya multi-triliun dolar besar untuk menghilangkan bahan bakar fosil dari sumber energi kita.

Anda dapat berinvestasi pada perusahaan terkait baterai melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, di securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di Amerika Serikat, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan baterai tertentu, Anda juga dapat mempertimbangkan ETF baterai seperti Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Lithium & Battery Tech ETF (LIT) milik Global X, atau WisdomTree (WT ) Battery Solutions UCITS ETF, yang akan memberikan eksposur yang lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan pertumbuhan industri baterai.

Perusahaan Penyimpanan Energi

Tesla

Pelopor tak terbantahkan pasar kendaraan listrik adalah Tesla (TSLA ), yang berada di garis depan revolusi EV.

Mungkin kontribusi terbesar Tesla bukan teknologi melainkan citra kendaraan listrik. Roadster 1.0, dengan performa yang sebanding dengan Porsche (dan harga yang cukup mirip), sepenuhnya mengubah harapan tentang kendaraan listrik.

Ya, kendaraan listrik dapat mengurangi emisi karbon dan menjadi “hijau.” Namun tiba-tiba, mereka juga memiliki faktor “keren”. Hal ini mengubah kendaraan listrik dari “pengorbanan yang diperlukan untuk menyelamatkan planet” menjadi “masa depan transportasi.”

Tesla juga berusaha menjadi perusahaan pertama yang mencapai self-driving/robotaxi penuh, mengandalkan setiap Tesla di jalan untuk menyediakan aliran data yang tak tertandingi, melampaui semua pesaingnya secara gabungan.

Sumber: Tesla

Bersama dengan sistem robotik, serta superkomputer Cortex (salah satu klaster pelatihan AI terbesar di dunia), mobil self-driving telah memperkuat citra Tesla sebagai perusahaan bergaya fiksi ilmiah yang melampaui mobil listrik.

Sumber: X

Mobil Tesla ditenagai oleh beberapa baterai terbaik di dunia. Awalnya dipasok oleh Panasonic, kemudian oleh CATL, dan baru-baru ini oleh BYD, sekaligus memproduksi desainnya sendiri.

Terakhir, Tesla aktif di sektor energi, dengan bisnis panel surya (Solar Roof) dan baterai tetap untuk rumah (Powerwall) serta pada skala utilitas (Megapack).

Sumber: Tesla

Ini masih merupakan lini bisnis yang baru, tetapi dalam jangka panjang, dapat menjadi sebesar bagian manufaktur kendaraan Tesla.

Tesla telah memasang 10 GWh Megapack di lebih dari 1.500 lokasi, dengan kecepatan pemasangan yang meningkat sangat cepat.

Sumber: Tesla

Antara penjualan mobil yang tumbuh cepat dan sistem baterai skala utilitas yang tumbuh lebih cepat lagi, Tesla merupakan konsumen dan penyedia baterai terkemuka di dunia.

Dan mungkin segera, juga menjadi pemimpin dalam kendaraan otonom, robotika, dan AI.

Tesla adalah salah satu perusahaan paling berharga di dunia, dengan harga saham yang melonjak tajam dalam beberapa tahun terakhir. Banyak kapitalisasi pasar saat ini mencerminkan optimisme kuat tentang masa depannya.

Hal ini sedikit kurang benar setelah euforia pasca‑pemilihan Trump, yang tampaknya kembali, mungkin sebagian karena kontroversi seputar peran Elon Musk dalam DOGE.

Jadi, meskipun dengan teknologi yang mengesankan, investor akan ingin memeriksa apakah harga yang mereka bayar untuk Tesla dibenarkan oleh pertumbuhan masa depan dan apakah sentimen terhadap perusahaan masih sekuat dulu.

Berita Terbaru tentang Tesla

Referensi Studi:

^{1. Jon Rodriguez‑Romero, Idoia Ruiz de Larramendi, Eider Goikolea. (2025). Journal of Power Sources. Volume 629, 15 Februari 2025, 235961 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877532401913X?via%3Dihub}