Baterai Nuklir Aman dan Kompak Dapat Merevolusi Penyimpanan Energi

Daya Nuklir Dalam Segalanya?

Ketika pembangkit listrik tenaga nuklir menjadi teknologi yang praktis, hal itu memberi harapan bahwa energi yang sebelumnya hanya digunakan untuk membuat bom penghancur dunia dapat juga menyelamatkan peradaban yang sama dari kehabisan sumber daya.

Seiring perubahan iklim menjadi perhatian yang semakin besar, daya nuklir sedang mengalami kebangkitan, karena ia merupakan sumber energi yang tersedia, dapat diskalakan, dan rendah karbon yang dapat menjembatani kesenjangan sampai energi terbarukan & baterai siap menggantikan bahan bakar fosil. Dan desain pembangkit listrik tenaga nuklir baru sedang muncul yang dapat membuatnya lebih murah, lebih aman, dan lebih fleksibel, seperti yang kami jelaskan dalam “Pembaruan tentang SMR (Reaktor Modular Kecil) – Masih Masa Depan Daya Nuklir” dan “Generasi Keempat Daya Nuklir: Lebih Murah, Lebih Bersih, Lebih Aman”.

Namun pembangkit listrik besar ini bukanlah cara yang dibayangkan penulis fiksi ilmiah pada awalnya. Pemikir terkemuka seperti Isaac Asimov jauh lebih ambisius, dan membayangkan generator tenaga nuklir miniatur yang dapat muat dalam kereta, mobil, bahkan perangkat yang lebih kecil, sehingga gagasan mengisi ulang atau mengisi bahan bakar menjadi pada dasarnya usang.

Satu langkah ke arah itu sedang diambil dengan presentasi baterai nuklir yang cukup kecil untuk memberi daya pada perangkat elektronik kecil. Dan hal itu akan dilakukan secara aman.

Penelitian ini dipresentasikan pada pertemuan musim semi American Chemical Society (ACS) oleh Su-Il In, seorang profesor di Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (Korea Selatan), dengan judul “Baterai generasi berikutnya: Sangat efisien dan stabil sel betavoltaik yang disensitisasi dengan pewarna C14”.

Sumber: Asia Research News

Keterbatasan Baterai

Sebagian besar perangkat elektronik saat ini dibatasi kapasitasnya oleh baterai, biasanya menggunakan teknologi lithium-ion. Hal ini berlaku untuk smartphone, drone, sensor, dll.

Selain itu, penambangan litium merupakan proses yang merusak lingkungan, dan litium dapat menjadi polutan di masa depan.

Jadi para ilmuwan telah lama mempertimbangkan alternatif menggunakan peluruhan radioaktif, proses yang memakan ratusan atau bahkan puluhan ribu tahun, sebagai alternatif yang lebih baik, yang tidak memerlukan pengisian ulang perangkat sama sekali.

Namun, karena perangkat semacam itu akan bersifat radioaktif, standar keselamatan tertinggi harus dipenuhi.

Beta-Radioaktivitas

Ada banyak bentuk radioaktivitas yang berbeda. Di antaranya, peluruhan gamma adalah yang paling berbahaya, karena memancarkan sinar gamma yang sangat kuat, yang dapat menyebabkan kanker dan kerusakan lainnya.

Sumber: Compound Chem

Peluruhan Alfa dan Beta jauh kurang berbahaya, dan emisi radioaktif dapat dihentikan dengan lapisan tipis aluminium atau bahkan hanya kertas.

Sumber: Western Oregon University

Memilih Isotop yang Tepat

Aktivitas radioaktif yang terjadi tergantung pada unsur radioaktif dan isotopnya, sehingga beberapa sumber daya lebih aman daripada yang lain. Karena alasan ini, material seperti uranium tidak cocok untuk baterai nuklir kecil.

Namun, karbon-14, isotop karbon yang terjadi secara alami, yang sering digunakan dalam teknik penentuan umur, akan menjadi pilihan yang baik.

Keuntungan tambahan adalah karbon-14 diproduksi oleh armada pembangkit listrik tenaga nuklir yang ada, menjadikannya murah, mudah didapat, dan mudah didaur ulang. Terakhir,

“Saya memutuskan menggunakan isotop radioaktif karbon karena hanya menghasilkan sinar beta. Dan karena radiokarbon terdegradasi sangat lambat, baterai berbasis radiokarbon secara teoritis dapat bertahan selama milenium.”

Pr. Su-Il In – Professor at Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology

Teknologi Betavoltaik

Memanfaatkan peluruhan beta untuk menghasilkan daya bukan konsep yang sepenuhnya baru dan dikenal sebagai betavoltaik, dengan partikel beta menggantikan foton yang digunakan dalam sel fotovoltaik klasik.

Dalam betavoltaik, elektron alih-alih foton menabrak semikonduktor, yang menghasilkan listrik.

Semikonduktor ini adalah bagian kunci, karena seberapa efisiennya akan menentukan tingkat konversi energi secara keseluruhan. Sejauh ini, semikonduktor betavoltaik memiliki efisiensi yang sangat rendah atau terlalu rapuh untuk bertahan selama bahan bakar nuklir.

Semikonduktor Titanium Dioksida

Prof. In dan timnya menggunakan material yang umum dipakai dalam sel surya, titanium dioksida, dan menambahkan pewarna berbasis rutenium. Untuk membuat ikatan antara pewarna dan semikonduktor cukup kuat, mereka menggunakan perlakuan asam sitrat.

Pewarna rutenium, ketika terkena partikel beta (elektron kuat), menciptakan rangkaian reaksi transfer elektron, yang disebut avalanche elektron. Titanium dioksida kemudian mengumpulkan elektron yang dihasilkan dan mengubahnya menjadi listrik yang dapat digunakan.

Merawat Kedua Elektroda

Para peneliti menemukan bahwa efisiensi proses dapat ditingkatkan secara drastis dengan menempatkan pewarna rutenium pada kedua katoda dan anoda baterai nuklir.

Dibandingkan dengan desain sebelumnya yang hanya menaruh radiokarbon pada katoda, hal ini menghasilkan efisiensi konversi energi yang jauh lebih tinggi, naik dari 0,48% menjadi 2,86%.

Aplikasi

Karena sistem ini kemungkinan saat ini lebih mahal daripada baterai biasa, aplikasi pertamanya tidak akan menggantikan atau mengisi ulang sumber daya, melainkan menjadi yang paling berguna.

Misalnya, alat pacu jantung dan implan medis lainnya dapat ditenagai seumur hidup dengan baterai betavoltaik semacam ini.

Sensor di lingkungan sensitif atau bermusuh, seperti reaktor nuklir, pabrik, laut dalam, atau luar angkasa, juga dapat sangat diuntungkan oleh konsep ini.

Peningkatan Lebih Lanjut

Teknologi ini dan peningkatan efisiensi yang mengesankan bergabung dengan riset lain yang berupaya memanfaatkan peluruhan radioaktif untuk produksi energi tanpa reaktor nuklir. Misalnya, kami baru-baru ini membahas ide menggunakan limbah nuklir untuk menghasilkan jenis baterai nuklir lain.

Prof. In menyarankan bahwa upaya lebih lanjut untuk mengoptimalkan bentuk pemancar sinar beta dan mengembangkan penyerap sinar beta yang lebih efisien dapat meningkatkan kinerja baterai dan meningkatkan produksi daya.

Secara keseluruhan, teknologi ini kemungkinan akan terus berkembang seiring pemahaman kami tentang semikonduktor dan logam langka yang semakin maju.

Berinvestasi dalam Nuklir

Cameco – Westinghouse Electric Company

Pada tahun 2022, Cameco memutuskan untuk mengakuisisi 49% kontrol di Westinghouse, pembuat pembangkit listrik tenaga nuklir terkemuka di AS, bersama dengan firma investasi raksasa, Brookfield (51% kontrol).

Perusahaan ini memiliki divisi pembangkit listrik terbarukan/rendah karbon yang sangat besar berupa $19B Brookfield Renewable Partners  (BEPC ) (BEP ). Brookfield Corporation (BN ) secara keseluruhan adalah perusahaan manajemen aset raksasa dengan hampir satu triliun dolar yang dikelola.

Ini berarti Westinghouse kini dapat mengakses kumpulan modal yang sangat dalam, sesuatu yang sering menjadi masalah bagi pembuat reaktor nuklir, karena proyek baru memerlukan investasi bertahun-tahun sebelum menghasilkan pendapatan.

Walaupun memerlukan waktu lebih lama untuk menghasilkan pendapatan, begitu dalam konstruksi, reaktor baru menghasilkan pendapatan untuk Westinghouse mulai tahun ke-6 setelah studi desain dan rekayasa dan akan terus melakukannya selama seluruh proyek konstruksi selama lebih dari 10 tahun.

Sumber: Cameco

Kuda kerja Westinghouse adalah desain reaktor AP1000 yang telah teruji (6 beroperasi dan 6 dalam konstruksi), menggunakan standar CANDU perusahaan, salah satu yang paling umum di dunia.

Westinghouse juga sedang mengerjakan reaktor modular kecil AP300, yang kemungkinan akan diterapkan di Slovakia, di Finlandia, dan di Swedia, serta mikroreaktor e-Vinci, yang menggambarkan inovasi berkelanjutan perusahaan dan bagaimana ia mengikuti tren terbaru industri.

Sumber: Westinghouse

Westinghouse berperan penting dalam sebagian besar rantai pasokan nuklir. Karena regulasi yang ketat, bagian dan peralatan semacam itu akan diperlukan untuk setiap pembangkit listrik baru, baik tradisional maupun SMR.

Secara keseluruhan, bahkan jika masalah pasokan uranium teratasi dan harga uranium jatuh, kepemilikan Westinghouse harus memungkinkan Cameco mendapatkan manfaat dari kebangkitan nuklir yang sedang berlangsung selama beberapa dekade ke depan.

Sisa perusahaan Cameco adalah penambang uranium, yang kemungkinan juga akan mendapat manfaat dari kebangkitan energi nuklir yang sedang berlangsung. Aset penambangan utamanya berada di Kanada dan Kazakhstan.

Secara historis, perusahaan uranium dan reaktor nuklir telah menderita karena ketakutan akan bencana nuklir dan kekhawatiran terkait limbah nuklir.

Seiring desain yang lebih baru dan lebih aman matang, dan limbah nuklir menjadi sumber daya berharga alih-alih masalah, hal ini seharusnya tidak lagi menjadi masalah. Ini termasuk produksi karbon-14 untuk betavoltaik, yang dapat menjadi produksi tambahan dari pembangkit listrik Westinghouse.

Selain itu, dorongan untuk lebih banyak sumber daya rendah karbon, sementara energi terbarukan masih harus menyelesaikan masalah produksi intermiten, terutama di musim dingin, harus membantu energi nuklir melakukan kebangkitan yang kuat.

(Jika Anda lebih tertarik pada potensi permintaan elemen yang digunakan dalam studi ini, Anda juga dapat berkonsultasi laporan kami tentang berinvestasi dalam titanium)

Terbaru tentang Cameco-Westinghouse Electric Company