Paduan Aluminium Lebih Kuat dan Tahan Hidrogen Diumumkan

Kebangkitan Aluminium: Dari Logam Mewah menjadi Pilar Industri

Beberapa logam telah berkembang dari kelangkaan menjadi komoditas. Hal ini memang terjadi pada aluminium, yang baru ditemukan dalam bentuk logam pada tahun 1825, meskipun merupakan logam paling melimpah di kerak Bumi, bahkan lebih umum daripada besi.

Perbedaannya dengan besi adalah aluminium sangat sulit diproses, memerlukan suhu yang sangat tinggi. Akibatnya, pada awalnya aluminium lebih berharga daripada emas, dan hanya digunakan sebagai logam mewah untuk perhiasan dan peralatan makan.

Napoleon konon mengadakan jamuan dimana tamu terhormat diberikan peralatan makan aluminium sementara yang lain harus puas dengan emas.

Seiring penemuan proses industri yang lebih baik, aluminium menjadi logam pilihan untuk aplikasi tahan korosi, serta segala hal yang memerlukan bobot ringan, seperti otomotif dan dirgantara. Saat ini aluminium juga populer untuk aplikasi pencetakan 3D.

Namun, masih ada kemungkinan perbaikan pada paduan aluminium, berkat struktur nano‑skala yang lebih baik.

Inilah yang ditemukan oleh peneliti dari Universitas Xi’an Jiaotong, Universitas Shanghai Jiao Tong, Universitas Lanzhou, Universitas Shandong, Universitas Teknologi Hebei, Universitas Kyushu (Jepang), Imperial College (Inggris), dan Institut Max Planck (Jerman).

Mereka mengembangkan jenis baru paduan aluminium dengan peningkatan kekuatan sebesar 40 % dan peningkatan tahan hidrogen lima kali lipat, membuka jalan bagi aplikasi baru aluminium dalam ekonomi hidrogen masa depan.

Mereka mempublikasikan temuan tersebut dalam jurnal bergengsi Nature¹, dengan judul “Structurally complex phase engineering enables hydrogen-tolerant Al alloys”.

Peran Aluminium dalam Ekonomi Hidrogen Masa Depan

Begitu manusia berhasil menghasilkan suhu cukup tinggi untuk melebur aluminium, logam ini menjadi sangat penting secara industri. Hal ini karena aluminium sekaligus ringan, kuat, dan tahan korosi.

Sumber: Erect a Step

Aluminium juga lebih unggul daripada baja dalam hal kemasineran, atau kemudahan diproses dengan alat mesin.

Terakhir, aluminium merupakan konduktor panas dan listrik yang jauh lebih baik, dan sebenarnya logam yang digunakan pada saluran listrik bertegangan tinggi, sementara tembaga hanya dipakai untuk sambungan listrik lokal.

Aluminium juga umum dipakai dalam pipa dan tangki. Namun, ia tidak berfungsi baik dalam peran ini ketika menyimpan dan mengangkut hidrogen. Saat terpapar hidrogen, aluminium mengalami proses yang disebut “embrittlement”, yang menyebabkan retak dan kegagalan.

 Memahami Embrittlement Hidrogen pada Logam

Embrittlement hidrogen adalah fenomena yang terjadi ketika logam menyerap atom‑atom hidrogen, mengurangi kelenturan logam atau kemampuannya untuk menekuk sebelum retak.

Hal ini terjadi pada baja, besi, nikel, titanium, kobalt, dan paduannya. Tembaga, aluminium, dan baja tahan karat kurang rentan terhadap embrittlement hidrogen namun tetap dapat terpengaruh.

Retakan biasanya terbentuk di sekitar butir senyawa logam, karena di situlah atom‑atom hidrogen menyusup dan mengurangi kelenturan.

Sumber: MTC Solutions

Ini menjadi masalah berulang bagi pengembangan ekonomi hidrogen potensial, karena metode tradisional yang digunakan untuk membangun pipa, tangki, dan katup menghadapi isu degradasi cepat dan kebocoran.

Masalah ini menghambat pembangunan infrastruktur yang diperlukan untuk penyebaran hidrogen secara massal sebagai bahan bakar.

Terobosan Paduan: Aluminium yang Ditingkatkan dengan Skandium

Menambahkan Skandium

Untuk mengurangi embrittlement hidrogen, solusi terbaik adalah elemen lain menyerap hidrogen, melindungi logam aluminium darinya. Peneliti menggunakan metode menciptakan nanopresipitat aluminium‑skandium (Al3Sc).

Skandium adalah unsur tanah jarang, yang satu‑satunya aplikasi utama terletak pada paduan aluminium. Tomografi prob atom (APT) menunjukkan bahwa paduan aluminium‑magnesium biasa memiliki ukuran butir rata‑rata 200 μm. Sebaliknya, paduan aluminium‑magnesium‑skandium memiliki ukuran butir rata‑rata hanya 100 μm.

Sumber: Nature

Pada presipitat ini, terbentuk struktur 3D yang sangat kompleks berupa aluminium‑magnesium‑skandium (Al3(Mg,Sc)2). Tampaknya skandium menstabilkan struktur tersebut dan membentuk lapisan luar magnesium‑skandium yang melapisi butir aluminium dalam paduan.

Sumber: Nature

Dua jenis nanopresipitat ini tersebar di seluruh paduan untuk menjalankan dua peran kunci: fase Al3(Mg,Sc)2 menjebak hidrogen dan meningkatkan ketahanan terhadap hidrogen, sementara partikel Al3Sc halus meningkatkan kekuatan.

 Meningkatkan Kekuatan dan Daya Tahan dengan Al₃(Mg,Sc)₂

Paduan yang baru diciptakan memiliki kekuatan leleh 80 % lebih tinggi (sekitar 100 MPa), atau tekanan maksimum yang dapat diterapkan sebelum perubahan bentuk permanen.

Namun, paduan ini juga memiliki 20 % pengurangan pada total regangan tarik, atau panjang di mana paduan dapat ditarik sebelum patah, dibandingkan paduan tanpa skandium.

Selain itu, paparan hidrogen jauh kurang merusak, menjadikan bahkan paduan aluminium‑magnesium‑skandium yang terisi hidrogen lebih kuat daripada paduan aluminium‑magnesium normal yang bebas hidrogen.

Sumber: Nature

Secara keseluruhan, hal ini dapat diringkas sebagai peningkatan kekuatan sebesar 40 % dan peningkatan ketahanan terhadap embrittlement hidrogen lima kali lipat dibandingkan paduan tanpa skandium.

“Strategi desain baru kami menyelesaikan kompromi tipikal ini. Kami tidak lagi harus memilih antara kekuatan tinggi dan ketahanan hidrogen — paduan ini memberikan keduanya.”

Pr. Baptiste Gault – Kepala grup “atom probe tomography” di MPI‑Susmat

Validasi Ilmiah terhadap Ketahanan Hidrogen

Analisis selanjutnya dengan mikroskop elektron dan pemodelan komputer menelusuri lebih dalam cara kerjanya.

Mikroskop elektron secara visual membuktikan bahwa atom‑atom hidrogen memang terkonsentrasi di area yang kaya skandium, membuktikan kaitan langsung antara skandium dan perlindungan aluminium dari penyerapan hidrogen serta embrittlement.

Sumber: Nature

Model komputer juga dikembangkan untuk memprediksi bagaimana nanostruktur terbentuk. Model tersebut tampaknya menunjukkan bahwa paduan yang baru ditemukan melampaui semua senyawa intermetalik dan cacat kristal yang pernah dilaporkan secara eksperimental atau diprediksi secara teoretis pada paduan aluminium hingga kini.

Sumber: Nature

Solusi Skalabel untuk Penggunaan Industri

Metode ini juga diuji oleh peneliti untuk bekerja dengan berbagai cara produksi paduan aluminium.

Mereka juga menunjukkan skalabilitas dengan menggunakan pengecoran cetakan tembaga berpendingin air dan metode pemrosesan termomekanik yang selaras dengan standar industri saat ini.

Hal ini seharusnya menjadi dasar bagi generasi material aluminium masa depan yang disesuaikan dengan tuntutan ekonomi berbasis hidrogen: lebih kuat, lebih aman dari risiko embrittlement, dan siap diterapkan pada skala industri.

Berinvestasi di Industri Aluminium

Alcoa: Pemain Utama dalam Inovasi Aluminium

Alcoa adalah perusahaan aluminium global, dengan kehadiran di seluruh dunia, dan mencakup seluruh rantai pasokan aluminium, mulai dari bijih bauksit hingga logam aluminium, serta alumina (produk antara bauksit dan aluminium).

Sumber: Alcoa

Perusahaan memiliki operasi bauksit sebesar 41,3 Mdmt (Juta ton metrik kering) pada tahun 2024 dan mengirim 85 % pengirimannya ke kilang Alcoa.

Hanya 32 % dari 13,2 Mt alumina yang diproduksi dikirim ke pabrik pengecoran Alcoa, menghasilkan 2,6 juta ton aluminium pada tahun 2024, sisanya dijual ke pihak ketiga.

Sumber: Alcoa

Perusahaan memproduksi aluminium dalam berbagai bentuk untuk memenuhi kebutuhan banyak industri manufaktur yang berbeda.

Sumber: Alcoa

Secara keseluruhan, produksi aluminium merupakan aktivitas yang sangat intensif energi, mengonsumsi listrik secara langsung untuk peleburan, minyak untuk penambangan, batu bara untuk menyediakan karbon dalam proses peleburan, serta bahan‑bahan intensif energi seperti bahan kimia kaustik.

Meski begitu, Alcoa telah melakukan upaya besar untuk mengurangi jejak karbonnya, menjadikannya pemimpin industri dalam hal emisi karbon, sebagian berkat fasilitas pembangkit listrik tenaga air. Perusahaan juga menawarkan lini produk Alcoa Sustana, dengan emisi karbon yang lebih rendah dan kandungan logam daur ulang yang lebih tinggi.

Sumber: Alcoa

Tarif dapat memengaruhi perusahaan, karena fasilitas di Kanada dan Brasil (antara lain) akan menghadapi tarif tinggi untuk menjual ke AS. Namun perusahaan juga memiliki fasilitas produksi di AS, dan nilai aluminium yang diproduksi secara domestik telah naik secara proporsional, yang seharusnya meningkatkan profitabilitas pabrik pengecoran Alcoa di Amerika.

Sumber: Alcoa

Secara keseluruhan, Alcoa merupakan pilihan yang solid mengingat popularitas aluminium yang terus meningkat untuk manufaktur lanjutan, dirgantara, dan jaringan listrik, semua sektor yang diperkirakan akan mengalami pertumbuhan permintaan dalam beberapa tahun mendatang.

Berita dan Perkembangan Saham Alcoa (AA) Terbaru

Studi yang Dirujuk:

^{1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al. Rekayasa fase kompleks struktural memungkinkan paduan Al yang tahan hidrogen. Nature 641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2}