Sel Bahan Bakar Jamur Dibuat dengan Bantuan Pencetakan 3D

Baterai adalah kekuatan penggerak di balik masa kini dan masa depan teknologi kami yang maju. Setelah semua, mereka memberi daya pada segala hal mulai dari remote control, kamera, ponsel, laptop, dan kendaraan listrik hingga peralatan, robotika, dan penyimpanan energi.

Mengingat beragam kasus penggunaan baterai, ukuran pasarannya telah tumbuh menjadi bernilai $134,62 miliar pada 2024 dan diproyeksikan akan terus berkembang dengan tingkat pertumbuhan tahunan majemuk (CAGR) sebesar 16,4% pada 2030.

Dengan permintaan baterai yang terus meningkat, fokus kini beralih pada peningkatan teknologi untuk menawarkan kepadatan energi yang lebih tinggi, keamanan yang lebih baik, umur pakai yang lebih lama, dan waktu pengisian yang lebih singkat.

Selain meningkatkan kinerja baterai, fokus yang lebih besar kini juga pada mengurangi dampak lingkungan mereka. Hal ini disebabkan oleh meningkatnya limbah elektronik, yang diperkirakan akan mencapai 74,7 Mt pada akhir dekade ini akibat pembuangan perangkat elektronik dengan komponen yang tidak mudah terdegradasi atau tidak mudah didaur ulang.

Pada saat yang sama, bahan tidak terbarukan semakin berkurang, menciptakan kebutuhan mendesak akan sumber energi berkelanjutan baru yang dapat diproses secara efisien dan memiliki dampak minimal terhadap lingkungan. 

Untuk memenuhi kebutuhan cepat dalam mengembangkan elektronik hijau yang menggunakan bahan tidak beracun, lebih ramah lingkungan, dan terbarukan dalam komponennya, peneliti Empa telah menciptakan baterai jamur yang dapat terurai secara hayati, yang alih-alih diisi ulang, memerlukan pemberian makanan. Baterai hidup ini, yang dicetak 3D, dapat menyediakan daya untuk sensor yang digunakan dalam pertanian atau penelitian di daerah terpencil. Setelah baterai jamur ini menyelesaikan tugasnya, ia akan mencerna dirinya sendiri dari dalam.

Bio-baterai atau sel bahan bakar mikroba (MFC) ini memanfaatkan metabolisme redoks mikroorganisme untuk menghasilkan energi. 

Mikroorganisme yang digunakan dalam sel bahan bakar jenis ini memetabolisme bahan organik seperti air limbah atau gula, dan, bila tidak ada bahan tersebut, menggunakan energi cahaya dan fotosintesis. Sebuah MFC terdiri dari anoda dan katoda, dan keduanya dipisahkan oleh membran pertukaran proton (PEM) atau dibiarkan terbuka dalam perangkat satu kompartemen. 

Selain perangkat pemantauan jarak jauh dan lingkungan, MFC menarik untuk aplikasi seperti elektronik yang dapat dipakai dan perangkat diagnostik biomedis. Mereka sangat bermanfaat dalam aplikasi mandiri yang tidak memerlukan akses ke jaringan energi utama.

Bakteri, alga, dan arkea adalah beberapa jenis MFC. Ketika berbicara tentang MFC jamur, yang dengan ragi dan jamur putih telah dipelajari, namun belum pernah digabungkan hingga kini.

Jamur: Area yang Semakin Menarik

Fokus proyek penelitian tiga tahun ini adalah jamur, yang merupakan organisme eukariotik, artinya selnya memiliki organel bermembran dan inti yang jelas. Jamur tidak termasuk dalam kerajaan tumbuhan dan dibedakan dari semua organisme hidup lainnya.

Jamur paling mudah dikenali adalah jamur. Jenis lain meliputi ragi, karat, jamur lembab, dan jamur cetakan. Jamur sebenarnya ada di mana-mana: di tanah, udara, danau, laut, tanaman, hewan, makanan, dan tubuh manusia. Bersama bakteri, mereka membantu menguraikan bahan organik dan melepaskan oksigen, karbon, fosfor, dan nitrogen ke dalam tanah dan atmosfer. 

Dalam kehidupan sehari-hari, mereka umum digunakan untuk membuat roti, anggur, bir, dan keju tertentu, serta membuat makanan yang tinggi protein. Jamur juga memberikan kontribusi penting dalam mengelola penyakit tetapi, pada saat yang sama, menjadi penyebab patogen yang menyebabkan penyakit.

Studi tentang jamur telah membantu kami memperoleh pengetahuan dasar tentang biologi dan terus menjadi bidang yang menarik untuk mempelajari biologi sel dan molekuler, rekayasa genetika, dan disiplin dasar biologi lainnya.

Di bidang medis, jamur ajaib menjadi khusus menarik karena mengandung psilocybin, alkaloid psikoaktif alami yang memiliki efek halusinogen. Seperti yang kami bagikan dalam artikel terbaru kami, ledakan penelitian sedang mengeksplorasi penggunaan psilocybin untuk mengobati gangguan mental dan psikologis.

Kemampuan jamur mengubah bahan organik menjadi produk berguna telah menciptakan banyak minat dalam bioteknologi jamur, di mana mereka dapat membantu mempercepat transisi ke ekonomi sirkular berbasis bio.

Dengan menawarkan solusi untuk mengamankan, menstabilkan, dan meningkatkan pasokan makanan bagi populasi manusia yang terus bertambah sambil mengurangi emisi gas rumah kaca, bioteknologi jamur berpotensi memberikan kontribusi signifikan terhadap mitigasi perubahan iklim.

Meskipun jamur telah mendapatkan banyak perhatian di berbagai bidang, hal yang sama tidak dapat dikatakan dalam bidang ilmu material, di mana mereka masih kurang diteliti dan tentu saja kurang dimanfaatkan, yang mungkin akhirnya berubah ketika peneliti menggunakan jamur untuk menghasilkan listrik. 

Studi terbaru menunjukkan pengembangan baterai jamur yang berfungsi, yang meskipun tidak menghasilkan banyak listrik, dapat menghasilkan cukup untuk menyalakan sensor suhu selama beberapa hari. Sensor semacam ini digunakan dalam penelitian lingkungan atau di industri pertanian.

Berbeda dengan baterai tradisional, baterai jamur ini sepenuhnya tidak beracun dan dapat terurai secara hayati, menjadikannya pilihan ramah lingkungan.

BioBaterai: Elektronik Hijau Telah Hadir

Baterai berbasis organik dari The Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, sebuah institusi riset untuk ilmu material dan teknologi terapan, telah memfasilitasi metabolisme jamur dan produksi energi terkait.

Sumber: ACS

Sel hidup di sini adalah sel bahan bakar mikroba. Mikroorganisme, seperti makhluk hidup lainnya, mengubah nutrisi menjadi energi, dan sel bahan bakar mikroba (MFC) juga memanfaatkan metabolisme ini untuk menghasilkan energi dan kemudian menangkap sebagian sebagai listrik. 

Sel bahan bakar mikroba sebagian besar didorong oleh bakteri hingga kini ketika, untuk pertama kalinya, peneliti Empa “menggabungkan dua jenis jamur” yang metabolisme nya bekerja sangat baik bersama “untuk menciptakan sel bahan bakar yang berfungsi.”

Para peneliti menggunakan jamur ragi pada sisi anoda, di mana metabolisme-nya melepaskan elektron, dan jamur putih rot digunakan pada sisi katoda, di mana ia menghasilkan enzim khusus yang memungkinkan penangkapan elektron dan kemudian dikeluarkan dari sel.

Para peneliti memasukkan jamur ke dalam baterai sebagai bagian integral sel sejak awal. Mereka menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi komponen baterai jamur, yang memberi mereka kebebasan geometris penuh untuk mencetak perangkat dengan bentuk dan rupa apa pun yang dapat diintegrasikan secara mulus dengan komponen elektronik lainnya.

Dengan cara ini, mereka dapat menyusun elektroda secara khusus sehingga mikroorganisme dapat mengakses nutrisi seefisien mungkin.

Sekarang, cara melakukannya adalah dengan mencampur sel jamur ke dalam tinta cetak. Ini berarti mengatasi tantangan tidak hanya menemukan material di mana jamur dapat tumbuh dengan baik tetapi juga mengekstrusi tinta tanpa membunuh sel.

“Tentu saja, kami menginginkannya dapat menghantarkan listrik dan dapat terurai secara hayati.”

– Gustav Nyström, Kepala laboratorium Selulosa dan Bahan Kayu

Untuk membuatnya menghantarkan listrik, tim menambahkan karbon hitam dan serpihan grafit ke dalam tinta. 

Dengan pengalaman luas dalam pencetakan 3D material lunak berbasis bio, tim mampu menghasilkan tinta berbasis selulosa (tinta hidrogel jamur) yang cocok untuk tugas tersebut. Studi tersebut mencatat bahwa memanfaatkan selulosa untuk mencetak elektroda jamur 3D merupakan cara baru menyalurkan aktivitas metabolik jamur untuk potensi penggunaan dalam perangkat elektrokimia.

Selulosa adalah polimer yang melimpah, berbiaya rendah, terbarukan, dan dapat terurai secara hayati yang dihasilkan dari alga, bakteri, kayu, dan tunikat. Selulosa memang telah berhasil digunakan dalam pembuatan berbagai jenis elektronik berbasis organik. 

Sel jamur bahkan dapat menggunakan selulosa sebagai nutrisi, yang membantu menguraikan baterai setelah penggunaan. Sumber utama nutrisi mereka, bagaimanapun, adalah gula sederhana, yang ditambahkan kemudian ke sel baterai.

“Anda dapat menyimpan baterai jamur dalam keadaan kering dan mengaktifkannya di lokasi hanya dengan menambahkan air dan nutrisi.”

– Peneliti Empa Carolina Reyes, seorang mikrobiolog terlatih

Menurut studi, bio-baterai ini dapat menghasilkan 300 hingga 600 mV selama beberapa hari. Dengan menghubungkan empat baterai secara paralel, sensor kecil dapat diberi daya selama 65 jam.

Tim telah mengembangkan material, tinta, dan perangkat dalam karya sebelumnya untuk cabang baru elektronik hijau, termasuk tampilan, sensor, baterai, dan superkapasitor. Dengan studi ini, mereka memperluas kemungkinan apa yang telah mereka capai dalam percobaan sebelumnya, di mana mereka menyediakan perangkat yang dapat menyimpan energi listrik dan menghasilkan energi dalam sistem yang aman secara lingkungan. 

Pada fase berikutnya, peneliti berencana membuat baterai jamur lebih kuat dan lebih tahan lama, serta membuat perangkat sepenuhnya dapat dicetak 3D. Mereka juga akan meneliti jenis jamur lain yang lebih cocok untuk tujuan menyediakan listrik dan menyiapkan perangkat mereka untuk penggunaan praktis di lapangan.

Sekarang, mari lihat beberapa pemain kunci yang beroperasi di pasar baterai dan pencetakan 3D. 

1. Proto Labs, Inc.

Penyedia layanan manufaktur digital komprehensif, Proto Labs (PRLB ) mengkhususkan diri dalam layanan manufaktur lanjutan dan pencetakan 3D untuk membangun bagian khusus bagi pelanggannya.

Proto Labs memulai tahun ini dengan memperluas ke produksi layanan penuh, yang perusahaan sebut sebagai “evolusi alami.” Ini akan menghasilkan kontrol kualitas yang lebih baik dan opsi harga yang lebih baik sambil fokus pada sertifikasi industri, memungkinkan perusahaan melayani pelanggan dari awal hingga akhir. Pendorong utama ekspansi ini, Eric Utley, manajer rekayasa aplikasi pencetakan 3D di Proto Labs, mengatakan, adalah akuisisi 3D Hubs pada 2021 yang memperluas basis solusi mereka. 

Dengan keberlanjutan menjadi perhatian global yang mendesak dan semua pihak—from konsumen, perusahaan, hingga regulator—bekerja mengurangi jejak lingkungan mereka dengan memilih material daur ulang, Proto Labs juga memperkenalkan material plastik yang dibuat dengan konten daur ulang ke dalam penawaran CNC mereka. Ini memungkinkan pengguna menghindari penggunaan material virgin untuk prototipe tanpa biaya tambahan.

Dengan kapitalisasi pasar $937,75 juta, saham Proto Labs saat ini diperdagangkan pada $38,26, turun 2,12% YTD. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 0,94 dan P/E (TTM) sebesar 40,69.

Untuk Q3 2024, perusahaan melaporkan pendapatan $125,6 juta, turun 3,9% dibandingkan pendapatan rekor $130,7 juta pada kuartal yang sama tahun sebelumnya. Laba bersih kuartal tersebut sebesar $7,2 juta. Sementara itu, arus kas operasi merupakan yang tertinggi sejak 2020 sebelum Proto Labs mengakuisisi 3D Hubs. 

Earnings per share non-GAAP kuartal ketiga sebesar $0,47, sementara EPS disesuaikan YTD dilaporkan naik lebih dari 10% YoY pada pendapatan yang datar. Secara total, Protolabs melayani 22.511 kontak pelanggan. Saldo kas dan investasi per 30 September 2024 sebesar $117,6 juta.

2. BYD Company Ltd. (BYDDF: OTCPK)

BYD yang berbasis di China terutama terlibat dalam manufaktur dan penjualan peralatan transportasi, tetapi juga terlibat dalam pembuatan baterai isi ulang, produk fotovoltaik, dan perangkat elektronik untuk penggunaan sehari-hari. 

Dengan kapitalisasi pasar $105,57 miliar, saham BYD saat ini diperdagangkan pada $33,33, turun 1,99% YTD. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 1,66 dan P/E (TTM) sebesar 20,08, sementara hasil dividen sebesar 1,31%.

Menurut data yang dirilis, BYD menempati peringkat kedua dengan pangsa 23,19% dalam kapasitas baterai listrik terpasang di China, yang mencapai 17,49 GWh. Total pemasangan baterai listrik di negara tersebut mencapai 75,4 GWh, meningkat 57,3% secara tahunan. Untuk tahun penuh 2024, BYD menempati peringkat kedua dengan pangsa 24,74%, sementara CATL mempertahankan posisinya dengan pangsa 45,08%.

Produsen terkemuka baterai isi ulang, BYD menawarkan baterai Lithium-ion, baterai NiMH, dan baterai NCM, yang memiliki berbagai penggunaan, termasuk elektronik konsumen, kendaraan energi baru, dan penyimpanan energi. Poin penting di sini adalah perusahaan memiliki seluruh rantai pasokan, memungkinkan kontrol yang lebih baik atas kualitas dan biaya.

BYD kini siap meluncurkan generasi baru baterai Blade untuk EV tahun ini, yang akan digunakan dalam kendaraan masa depan perusahaan. Generasi pertama baterai Blade diperkenalkan oleh BYD pada 2020, dan generasi saat ini digunakan BYD untuk menggerakkan EV-nya serta oleh produsen mobil lain seperti Tesla (TSLA ), Toyota (TM ), Ford (F ), Kia, dan Hyundai.

Jika dibandingkan dengan baterai lithium-ion konvensional, baterai lithium-ion fosfor (LFP) ini lebih hemat biaya dan telah membantu BYD memperkenalkan model EV terjangkau yang mendorong pertumbuhannya. Generasi berikutnya baterai Blade akan lebih kompak, efisien, aman, dan menawarkan jangkauan lebih jauh.

Mengenai bisnis otomotif perusahaan, BYS menjual jumlah rekor EV dan hybrid secara global tahun lalu, sementara pesaing terbesarnya, Tesla, menjual 4,3 juta. Produsen mobil terlaris di China sebenarnya menjual 1,76 juta EV murni pada 2024 sementara menghadapi persaingan sengit di pasar domestik, yang didorong oleh ratusan miliar dolar subsidi pemerintah selama dekade terakhir.

Mengenai pendapatan perusahaan, untuk Q3 2024, produsen kendaraan listrik China, yang berhenti memproduksi kendaraan berbahan bakar bensin pada 2022, mencatat peningkatan 11,5% dalam laba bersih yang naik menjadi $1,63 miliar sementara pendapatannya naik 24% secara tahunan menjadi $28,24 miliar. 

Kesimpulan

Baterai, komponen penting elektronik masa kini, serta EV, jaringan seluler intuitif, dan misi luar angkasa jauh, mendorong revolusi teknologi. Namun, limbah elektronik yang tumbuh cepat dan berkurangnya bahan tidak terbarukan menuntut kita mengembangkan produk berbasis sumber daya alam terbarukan, yang kini menjadi fokus, seperti yang kami lihat hari ini dengan peneliti beralih ke bahan organik seperti jamur untuk membuat baterai. 

Jamur, yang telah lama memperkaya kehidupan di Bumi dan membentuk masa depan kita, telah melihat gelombang minat yang meningkat berkat peran mereka sebagai pemimpin dalam daur ulang dan transformasi material. Mereka menawarkan solusi untuk menggerakkan pergeseran hijau menuju ekonomi sirkular berbasis bio, memperkenalkan konsep baru untuk memastikan kesehatan manusia, tanaman, dan hewan. 

Meskipun jamur telah dieksplorasi dan digunakan dalam pertanian, kedokteran, dan bioteknologi, studi terbaru menandai langkah besar ke depan dalam bidang ilmu material dan elektrokimia mikroba. Hal ini dilakukan dengan menggunakan bahan ramah lingkungan dalam konstruksinya dan menciptakan peluang untuk mencetak 3D berbagai elektroda jamur berbasis selulosa untuk penggunaan dalam sel bahan bakar mikroba.

Terobosan seperti ini menjawab tantangan lingkungan yang mendesak dan membuka kemungkinan baru untuk merancang sistem penyimpanan energi berperforma tinggi berbasis bio, membantu kita mendekati pencapaian ekonomi sirkular dan berkelanjutan yang sejati.

Klik di sini untuk daftar saham baterai teratas.