Energi
Revolusi Energi Hijau: Limbah Industri Menggerakkan Baterai Generasi Berikutnya
Kesadaran akan masalah lingkungan di antara anak muda maupun orang dewasa semakin meningkat di seluruh dunia. Saat kita menghadapi ancaman perubahan iklim dan dampak merugikannya pada planet kita, semakin banyak orang yang peduli tentang bagaimana tindakan mereka memengaruhi lingkungan dan berpartisipasi dalam gerakan yang berfokus pada penyelamatan Bumi.
Survei Global Consumer Insights Pulse 2021 dari PwC mengungkapkan bahwa setengah dari konsumen yang disurvei di seluruh dunia mengatakan bahwa mereka menjadi lebih ramah lingkungan, sementara survei 2023-nya menunjukkan bahwa delapan dari sepuluh konsumen bersedia membayar hingga 5% lebih untuk barang yang diproduksi secara berkelanjutan.
Jika dibandingkan dengan hasil survei 2019, di mana 35% responden mengatakan mereka memilih produk berkelanjutan, 37% mengatakan mereka mencari kemasan ramah lingkungan, dan 41% mengatakan mereka menghindari penggunaan plastik bila memungkinkan, hasil survei 2021 menunjukkan persentase yang 10 hingga 20 poin lebih tinggi untuk hal yang sama.
Gaya hidup berkelanjutan semakin penting bagi konsumen di seluruh dunia, yang juga menginginkan perusahaan dan merek menjadi lebih berkelanjutan dan ramah lingkungan.
Perubahan perilaku ini merupakan hal yang baik, mengingat sekitar 2 miliar ton limbah industri diproduksi setiap tahun secara global. Tidak hanya limbah industri bertanggung jawab atas sekitar setengah dari semua limbah, tetapi hanya sekitar 2% yang sebenarnya didaur ulang.
Penyebab utama limbah industri adalah produk sampingan dari berbagai proses, termasuk pengerjaan logam, manufaktur kimia, pengolahan makanan, produksi farmasi, serta ekstraksi minyak dan gas. Praktik pengelolaan limbah yang tidak tepat dapat menghasilkan lebih banyak limbah industri yang berdampak negatif pada lingkungan.
Namun, dengan meningkatnya kesadaran konsumen, serta lebih banyak negara yang fokus pada pembuangan limbah yang efektif dan permintaan solusi pengelolaan limbah industri yang meningkat pesat, pasar pengelolaan limbah industri global diproyeksikan tumbuh menjadi $1.79 billion by 2032. Munculnya teknologi baru dan jenis limbah yang dihasilkan menjadi semakin kompleks, yang juga berkontribusi pada pertumbuhan ini.
Di AS, pasar Pengelolaan Limbah Industri diperkirakan akan tumbuh lebih cepat, dan diproyeksikan mencapai nilai perkiraan sebesar $323.81 billion selama periode ini.
Selain pengelolaan limbah, peneliti dan perusahaan juga mengeksplorasi cara lain untuk menangani limbah, seperti upcycling, redesain produk, alternatif biodegradable, model ekonomi sirkular, solusi mikroba, dan teknologi daur ulang inovatif.
Mengubah sampah menjadi harta karun telah menjadi upaya terbaru para peneliti. Kami baru-baru ini membagikan bagaimana tim peneliti Cornell mengekstrak emas dari e-waste dan kemudian menggunakannya sebagai katalis untuk mengubah CO2 menjadi bahan organik.
Sebuah studi baru kini mengembangkan baterai hijau dari limbah industri dan menyediakan alternatif untuk baterai yang digunakan dalam perangkat kami seperti ponsel bahkan mobil.
Baterai yang saat ini digunakan bergantung pada logam seperti litium dan kobalt, yang keduanya diperoleh melalui penambangan invasif dan intensif.
Adopsi kendaraan listrik yang terus meningkat, bersama dengan kebutuhan yang meningkat untuk e‑bike, elektronik konsumen, penyimpanan energi, alat listrik, dan aplikasi lain yang intensif baterai, menuntut pergeseran dari solusi berbasis logam dan memfasilitasi transisi energi hijau.
Memanfaatkan Limbah Industri untuk Menyimpan Energi
Dengan ketergantungan pada sumber energi terbarukan yang secara inheren bersifat intermiten semakin meningkat, tim peneliti Northwestern mendorong pertumbuhan kapasitas penyimpanan energi untuk memenuhi permintaan jaringan listrik kita, dan untuk itu, mereka telah mengubah limbah organik berskala industri menjadi solusi penyimpanan yang efisien yang dapat menyediakan energi berkelanjutan.
Fokus dari studi tersebut adalah pada baterai aliran redoks (RFB), yang merupakan baterai isi ulang yang dipelajari karena fleksibilitas, skalabilitas, dan kemampuan siklus panjangnya.
Pasar baterai aliran redoks saat ini hanya merupakan bagian kecil dari pasar baterai tetapi diproyeksikan tumbuh dari kurang dari $300 juta pada 2024 menjadi jauh di atas $1 miliar pada 2033. Ekspansi ini akan didorong oleh pergeseran yang meningkat ke sumber energi terbarukan, kebutuhan akan solusi penyimpanan energi yang andal dan berskala besar, inisiatif pemerintah yang menguntungkan, serta kemajuan teknologi berkelanjutan untuk meningkatkan efisiensi baterai dan menurunkan biaya.
Kemajuan dalam RFB menjadikannya pilihan praktis untuk penyimpanan energi berskala besar, namun mereka memiliki kepadatan energi yang rendah.
Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan telah dicapai dalam meningkatkan stabilitas molekul organik aktif redoks (ROM), yang dianggap sebagai kandidat menjanjikan untuk membangun RFB berkelanjutan untuk penyimpanan energi berskala besar. Namun, sebagian besar ROM yang dievaluasi memerlukan sintesis multilangkah, dan ketersediaan bahan awal yang terbatas menghambat penerapannya.
Kemudian ada fakta bahwa anolit sering kekurangan stabilitas. Anolit digunakan dalam RFB, di mana mereka mengalami reaksi elektrokimia yang menghasilkan daya dan menyimpan energi. Jenis anolit yang digunakan dalam RFB dapat memengaruhi kapasitas, reversibilitas, dan stabilitasnya.
Jadi, peneliti Northwestern memanfaatkan senyawa organik yang berasal dari limbah industri sebagai ROM untuk aplikasi Nonaqueous RFB (NARFB). Meskipun banyak iterasi baterai ini sedang diteliti untuk aplikasi skala jaringan, penggunaan bahan organik limbah ini menandai yang pertama di bidang ini.
Molekul limbah tersebut adalah triphenylphosphine oxide (TPPO), sebuah produk sampingan limbah industri yang terkenal dengan produksi ribuan ton setiap tahun melalui berbagai proses sintesis organik industri. Produk sampingan kimia yang secara kimia stabil dan memiliki aplikasi terbatas ini dibiarkan tidak berguna dan harus dibuang dengan hati-hati.
Produk sampingan yang tidak dimanfaatkan, yang tidak memiliki nilai, hanya ditoleransi karena reaktivitas mengesankan yang ditunjukkan oleh prekursor-nya, triphenylphosphine (TPP).
Dengan dukungan dari Northwestern, DOE’s Office of Basic Energy Sciences, dan National Science Foundation Graduate Research Fellowship, para peneliti berhasil mengubah limbah ini menjadi produk berharga melalui reaksi “one-pot”. Larutan yang dihasilkan menunjukkan janji kuat sebagai cara untuk menyimpan energi, membuka jalan bagi baterai aliran redoks organik yang berasal dari limbah.
“Penemuan kami menunjukkan potensi mengubah senyawa limbah menjadi sumber daya berharga, menawarkan jalur berkelanjutan untuk inovasi dalam teknologi baterai.”
– Penulis utama Christian Malapit, seorang kimiawan Northwestern dan asisten profesor di Departemen Kimia Weinberg College of Arts and Sciences
Dia menunjukkan bagaimana insinyur dan ilmuwan material mendominasi riset baterai, tetapi seperti yang ditunjukkan penelitian mereka, ahli kimia sintetis juga dapat “berkontribusi pada bidang ini dengan merancang secara molekular produk limbah organik menjadi molekul penyimpan energi.”
Tidak sepopuler lithium tradisional atau baterai solid-state, yang menyimpan sejumlah besar energi dalam elektroda cair atau padat masing-masing, baterai aliran redoks memanfaatkan reaksi kimia yang memfasilitasi aliran energi antara elektrolit untuk menyimpan energi.
Penemuan terbaru membuat RFB sangat menguntungkan mengingat mereka menggunakan molekul organik dan dapat mencapai stabilitas tinggi serta kepadatan energi tinggi, yang semakin mendekati pesaing berbasis logam.
Dua parameter khusus ini, menurut penulis pertama Emily Mahoney, kandidat Ph.D. di laboratorium Malapit, telah “secara tradisional menantang untuk dioptimalkan bersamaan,” tetapi kini mereka telah berhasil ditunjukkan untuk molekul yang didorong oleh limbah, sehingga sangat “menarik.”
Namun, mencapai kepadatan energi dan stabilitas sekaligus memerlukan cara yang memungkinkan elektron terpaket rapat tanpa kehilangan kapasitas penyimpanan seiring waktu. Tim peneliti menemukan strategi mereka dari makalah setengah abad yang lalu yang menjelaskan elektrokimia fosfin oksida, sebuah gugus fungsi dalam kimia organik.
Studi ini sebenarnya merupakan “kasus pertama” penggunaan fosfin oksida sebagai komponen aktif redoks dalam riset baterai.
Fosfin oksida tereduksi secara tradisional sangat tidak stabil, tetapi pendekatan rekayasa molekuler dalam studi terbaru ini mengatasi ketidakstabilan tersebut, sehingga “membuka jalan bagi penerapannya dalam penyimpanan energi.”
Sekarang, untuk menilai kinerja molekul tersebut, peneliti melakukan pengujian menggunakan eksperimen pengisian dan pengosongan elektrokimia statis. Setelah melewati 350 siklus pengisian, penggunaan, dan pengisian ulang baterai, tim menemukan bahwa baterai mempertahankan kesehatan yang luar biasa dan hanya kehilangan kapasitas yang dapat diabaikan seiring waktu.
Mengalami tidak adanya penurunan kapasitas selama 350 siklus, studi ini menyimpulkan, menempatkan “molekul ini untuk memimpin bidang, tidak hanya karena kinerjanya yang mengesankan tetapi juga karena keberlanjutan sumber daya.”
Ketika membahas baterai aliran redoks, selain penggunaan limbah kimia industri triphenylphosphine oxide untuk penyimpanan energi, penelitian lain mulai dari desain membran inovatif, penggunaan DMQA sebagai material elektrolit, dan penyesuaian muatan Hirshfeld pada katoda TEMPO juga berkontribusi pada kemajuan RFB.
Limbah Industri Lainnya Menggerakkan Teknologi Baterai
Meskipun merupakan terobosan penting, studi ini bukan satu-satunya yang memanfaatkan limbah industri umum yang tidak didaur ulang menjadi produk berguna; selama bertahun-tahun, beberapa studi telah memanfaatkan limbah untuk meningkatkan teknologi baterai.
Ini termasuk penggunaan slag baja, yang merupakan produk sampingan dari produksi baja dan telah dieksplorasi sebagai material penyimpanan energi. Dalam satu studi, peneliti menciptakan sel superkapasitor struktural hijau (SSC) dengan bubuk slag baja (SSP) dan bubuk kaca (GP) yang menunjukkan multifungsi yang baik dalam kekuatan dan kapasitansi areal.
Dalam studi lain, peneliti meneliti kinerja termal slag baja dan menemukan bahwa ia dapat menjadi material penyimpanan panas sensibel. Aktivasi Na2CO3 memungkinkan mereka meningkatkan kapasitas penyimpanan panas material tersebut lebih dari 25% dan konduktivitas panas lebih dari 32%.
Penggunaan produk sampingan limbah terbesar industri baja tidak terbatas pada penelitian saja. Bahkan produsen baja terbesar kedua di dunia, ArcelorMittal, menguji produk sampingan tersebut sebagai penyimpanan energi panas dalam proses pembuatan baja untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil untuk pemanasan. Perusahaan tersebut sebenarnya memanfaatkan slag Linz-Donawitz (LD) untuk membuat sekitar 30 produk baru, yang digunakan untuk membangun jalan dan tiang pagar, sebagai bahan baku semen, dan untuk filtrasi limbah.
Slag baja, abu batu bara, dan tailing tambang, di antara material lainnya, juga sedang dimanfaatkan untuk penyimpanan karbon yang tahan lama. Potensi penyimpanan CO2 dari produk sampingan industri diperkirakan antara 2.9 hingga 8.5 miliar ton per tahun pada 2100, tergantung pada produksi limbah industri.
Fly Ash adalah material lain yang merupakan produk sampingan dari pembangkit listrik tenaga batu bara dan sedang dieksplorasi sebagai anoda baterai. Peneliti dari Arab Saudi memanfaatkan karbon fly ash sebagai material anoda untuk baterai ion logam alkali, yang menunjukkan kapasitas yang relatif tinggi dan stabilitas siklus yang sangat baik. Dalam studi terpisah, peneliti menyadari nilai tambahan tinggi dari produk sampingan tersebut dengan mengubahnya menjadi bubuk silikon nanostruktur dan menggunakannya sebagai material aktif anoda untuk baterai ion litium yang menunjukkan kinerja elektrokimia yang baik.
Biomassa dan material limbah yang tidak dimanfaatkan yang dihasilkan selama produksi energi juga dapat dimanfaatkan secara efektif untuk menciptakan material karbon untuk perangkat penyimpanan energi seperti baterai, sel surya, dan superkapasitor. Selain memanfaatkan limbah, hal ini menghilangkan kesulitan terkait daur ulang aman bahan limbah dan konsumsi bahan bakar fosil.
Karbon yang berasal dari biomassa dibentuk dengan mengubah limbah tumbuhan dan hewan menjadi material karbon berpori melalui proses buatan. Struktur yang dihasilkan, dengan konduktivitas, area permukaan, dan porositas yang relatif tinggi, menjadikannya kandidat unggul untuk aplikasi penyimpanan energi, terutama superkapasitor.
Dengan material karbon yang banyak digunakan dalam superkapasitor sebagai elektroda karena porositas tinggi dan area permukaan spesifik, karbon biomassa semakin menonjol karena sumbernya yang luas, biaya rendah, kepadatan daya tinggi, umur siklus yang panjang, dan polusi yang lebih sedikit.
Ilmuwan bahkan menggunakan limbah plastik untuk membuat anoda baterai berperforma tinggi bagi generasi baterai berikutnya. Tim ilmuwan Singapura mengembangkan cara yang melibatkan pemecahan molekul yang terikat secara kimia menjadi molekul yang lebih pendek untuk membuat elektrolit polimer dari botol plastik PET limbah.
Kemudian ada daur ulang baterai ion litium lama, yang memungkinkan pemulihan kobalt, litium, dan nikel serta penggunaannya kembali dalam sistem penyimpanan energi baru.
Sebagian besar pasokan litium (Li) dunia terjadi secara alami sebagai produk utama dalam brine dan bijih batu keras, dan terutama ditemukan di Australia, China, dan Amerika Latin. Pasokan kobalt, sementara itu (kurang dari 10% terjadi sebagai produk utama dan sisanya diproduksi sebagai produk sampingan tambang tembaga dan nikel), didominasi oleh Republik Demokratik Kongo (DRC), yang menyumbang 65% produksi global.
Jadi, mendaur ulang komponen baterai lama tidak hanya mengurangi limbah tetapi juga kebutuhan akan bahan mentah baru, yang meskipun melimpah dalam pasokan, menghadapi masalah penambangan yang intensif sumber daya dan distribusi geografis yang terbatas.
Perusahaan Publik Terkait
Sekarang, mari kita lihat perusahaan-perusahaan yang membuat kemajuan dalam industri terkait.
1. Fluence Energy, Inc. (FLNC )
Penyedia global solusi penyimpanan energi, Fluence bertujuan mendorong transisi energi bersih melalui Gridstack Pro, Gridstack, Sunstack, Edgestack, dan Ultrastack. Ada juga Platform Fluence IQ, yang menyediakan layanan AI untuk mengelola dan mengoptimalkan energi terbarukan serta penyimpanan.
(FLNC
)
Dengan kapitalisasi pasar $3 miliar, saham Fluence Energy, pada saat penulisan, diperdagangkan pada $16.56, naik 4.28% YTD. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar -0.08 dan P/E (TTM) sebesar -219.92. Untuk kuartal yang berakhir 30 September, perusahaan melaporkan pendapatan $1.3 bln dan laba bersih positif $67.7 juta untuk pertama kalinya. Pesanan kuartalan sebesar $1.2 miliar, sementara backlog meningkat menjadi sekitar $4.5 miliar. Posisi kasnya, sementara itu, sebesar $518.7 juta.
“Pendapatan dan profitabilitas tertinggi dalam sejarah,” kata CEO Julian Nebreda, menyebutnya sebagai “tonggak signifikan dalam trajektori pertumbuhan perusahaan.” Melihat ke depan, Nebreda menyatakan melihat “permintaan yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk solusi penyimpanan energi baterai di seluruh dunia, terutama dipicu oleh pasar AS.”
2. Waste Management (WM )
Berfokus pada daur ulang limbah industri, Waste Management menawarkan solusi lingkungan yang mencakup layanan pengumpulan, daur ulang, dan pembuangan untuk pelanggan residensial, komersial, dan municipal.
Dengan kapitalisasi pasar $83.29 miliar, saham Waste Management pada saat penulisan diperdagangkan pada $207.53, naik 2.84% YTD. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 6.54 dan P/E (TTM) sebesar 31.71, sementara hasil dividen adalah 1.45%.
(WM
)
Untuk Q3 2024, perusahaan melaporkan peningkatan pendapatan sebesar 7.9% berkat pelaksanaan harga yang kuat, harga pasar yang lebih tinggi untuk komoditas daur ulang yang dijual, dan peningkatan signifikan dalam volume tempat pembuangan akhir. Waste Management kini telah menyelesaikan delapan proyek daur ulang dalam kuartal tersebut, dan lebih dari setengah dari otomatisasi dan proyek baru yang direncanakan telah menyumbang kapasitas daur ulang tahunan sebesar 1.5 juta ton di seluruh Amerika Utara.
“Hasil kuat kami dipimpin oleh bisnis Pengumpulan dan Pembuangan kami di mana upaya terfokus pada retensi lini depan, optimalisasi struktur biaya kami, dan memberikan layanan yang berbeda kepada pelanggan kami telah mendorong pertumbuhan pendapatan.”
– CEO Jim Fish
Kesimpulan
Limbah industri terus meningkat karena pertumbuhan populasi dan kemajuan teknologi, dan jika tidak dikelola dengan baik, dapat menyebabkan konsekuensi mematikan. Selain polusi udara dan air, limbah ini menyebabkan degradasi tanah, pemanasan global, dan kerusakan ekosistem kita. Mengingat hanya sebagian kecil limbah ini yang didaur ulang, penemuan terbaru yang mengubah limbah industri menjadi agen penyimpanan energi sangat bermanfaat bagi lingkungan dan membuka jalan menuju masa depan yang berkelanjutan dan lebih sehat.
