Panen Litium Berkelanjutan – Merevolusi Rantai Pasokan EV

Didorong oleh upaya dekarbonisasi global, pertumbuhan kendaraan listrik (EV) diproyeksikan akan terus berlanjut dengan cepat, menyumbang lebih dari setengah penjualan kendaraan di seluruh dunia dalam sepuluh tahun. 

Elektrifikasi luas sektor transportasi ini, yang menyumbang sekitar 20% emisi karbon dioksida (CO2) global karena ketergantungannya yang tinggi pada bahan bakar fosil, akan membantu secara signifikan mengurangi total emisi gas rumah kaca (GHG).

Namun, transisi cepat ke EV ini membawa masalah besar — tekanan berat pada rantai pasokan elemen kritis yang digunakan dalam baterai EV.

Di antara baterai EV, baterai litium-ion adalah yang paling banyak digunakan karena biaya rendah dan kepadatan energi yang tak tertandingi, dan diperkirakan akan tetap menjadi kimia baterai dominan. Ini berarti litium (Li), khususnya, akan terus menjadi komponen penting.

Logam alkali yang lunak, berwarna perak-putih, yang merupakan unsur padat teringan dan bereaksi kuat dengan air, digunakan dalam jumlah besar dalam satu paket baterai EV.

Jadi, secara alami, permintaan litium diperkirakan akan tumbuh secara eksponensial selama dekade berikutnya, sehingga akan jauh melampaui apa yang dapat diperoleh melalui penambangan bijih litium atau ekstraksi dari brine kaya litium pada tahun 2030.

Masalah Rantai Pasokan dengan Elemen Baterai Kritis

Permintaan baterai litium-ion diperkirakan akan melampaui satu terawatt jam (TWh) tahun ini, lonjakan dramatis dari 74 gigawatt jam (GWh) satu dekade lalu, menurut Basis Data Baterai Litium-ion Benchmark.

Permintaan yang melonjak untuk baterai litium-ion ini, yang menjadi pusat pertumbuhan industri otomotif dan transisi energi, membuat negara-negara berusaha mengembangkan rantai pasokan domestik mereka sendiri.

Sementara China mendominasi industri, persaingan semakin intensif, dengan AS berusaha menguasai teknologi EV dan baterai. Kedua negara memberlakukan pembatasan perdagangan untuk melindungi industri mereka dan muncul di puncak.

Pada Januari tahun ini, China menyarankan pembatasan teknologi ekstraksi dan pemurnian litium untuk memperoleh kontrol lebih besar atas rantai pasokan litium global. China, yang juga menjadi rumah bagi produsen baterai litium teratas dunia, dengan CATL menyumbang pangsa pasar terbesar sebesar 35%, diikuti BYD, telah menjadi pemegang kedua terbesar secara global, dengan 16,5% dari total dunia karena cadangan litiumnya tiga kali lipat.

Bolivia, Chili, dan Argentina adalah pemegang cadangan litium paling menonjol lainnya, dengan produsen litium baru seperti Arab Saudi bergabung dengan berinvestasi besar-besaran dalam proyek litium.

AS juga termasuk di antara negara teratas dengan cadangan litium signifikan. Namun, meskipun begitu, produksinya relatif kecil—kurang dari 2% total dunia. Dan hampir semua litium ini berasal dari fasilitas Silver Peak milik Albemarle. Oleh karena itu, perintah “Unleashing American Energy” berupaya menyederhanakan izin penambangan dan memperkuat kemampuan domestik.

Beberapa bulan lalu, seorang pejabat senior AS menuduh produsen litium China menghilangkan proyek kompetitor dengan membanjiri pasar global dengan logam kritis tersebut dan menyebabkan penurunan harga yang “predatory”.

Harga litium telah turun lebih dari 80% dalam setahun terakhir, sebagian besar disebabkan oleh overproduksi China. Menurut Jose Fernandez, saat itu Under Secretary of State for Economic Growth, Energy, and the Environment:

“Mereka melakukan penetapan harga predatory… (mereka) menurunkan harga hingga kompetisi menghilang. Itulah yang terjadi.”

China, tambahnya, memproduksi jauh lebih banyak litium “daripada yang dibutuhkan dunia saat ini, jauh lebih banyak.” Hal ini menghasilkan harga rendah, yang menurut Fernandez “membatasi kemampuan kami untuk mendiversifikasi rantai pasokan secara luas dan global.”

Seiring kompetisi semakin intensif dan volatilitas harga mengancam rantai pasokan global, ada dorongan mendesak untuk metode ekstraksi alternatif guna memastikan pasokan litium yang stabil dan berkelanjutan.

Mengatasi Kesenjangan Permintaan-Pasokan Litium

Secara efektif mengatasi kesenjangan pasokan litium memerlukan peralihan dari cara konvensional ke sumber akuatik yang tidak konvensional. Ini termasuk mengekstraksi litium dari brine geotermal, air limbah industri, air yang dihasilkan oleh minyak dan gas, serta air tanah.

Secara tradisional, jenis ekstraksi ini melibatkan pra-konsentrasi melalui evaporasi matahari, diikuti serangkaian langkah pemurnian dan presipitasi berbasis kimia.

Akibatnya, ekstraksi litium terbatas pada wilayah dengan tanah kering dan luas. Selain itu, proses ini memakan waktu lama dan memiliki dampak lingkungan negatif, dan meskipun demikian, tingkat pemulihan litiumnya masih rendah.

Inilah mengapa teknologi ekstraksi litium langsung (DLE) menjadi fokus, yang dapat mengatasi keterbatasan waktu dan lahan. Teknologi ini juga dapat memperoleh litium berkemurnian tinggi tanpa memerlukan langkah pasca-perlakuan berbasis kimia.

Di sini, resin pertukaran ion dan adsorben, khususnya, sangat diteliti untuk ekstraksi litium, namun teknik ini masih memerlukan pra-konsentrasi parsial litium karena selektivitas litium yang terbatas dan memerlukan volume besar air tawar atau bahan kimia untuk regenerasi.

Interkalasi litium elektrokimia, sebaliknya, menunjukkan selektivitas litium yang mengesankan, namun pendekatan ini menderita masa pakai elektroda yang sangat terbatas dan memerlukan regenerasi berkala.

Namun, membran dengan selektivitas tinggi memiliki potensi untuk mengatasi keterbatasan ini dengan menyediakan pemulihan litium yang berkelanjutan dan kontinu. Metode ini memfasilitasi transportasi preferensial litium dibandingkan ion kompetitor.

Sehubungan dengan teknik ini, penyelidikan material membran yang memberikan selektivitas litium tinggi terhadap ion divalen dan monovalen yang umum bersaing tetap menjadi hal penting.

Baru-baru ini, peneliti dari laboratorium Elimelech di Rice University mencapai terobosan besar dengan memanfaatkan kembali elektrolit padat (SSE) sebagai material membran untuk ekstraksi litium akuatik.

SSE merupakan topik yang banyak diteliti dalam komunitas baterai namun tidak sebagai material membran untuk pemisahan ion akuatik. Pengembangan SSE menjadi fokus dalam bidang baterai karena kekhawatiran keamanan yang ditimbulkan oleh kebakaran elektrolit cair yang umum digunakan.

Elektrolit padat (SSE) sebenarnya menawarkan alternatif menjanjikan bagi elektrolit cair tradisional dalam baterai, memberikan keamanan yang lebih baik dan potensi kepadatan energi yang lebih tinggi. SSE adalah material padat yang memungkinkan transportasi ion seperti ion litium antara elektroda dalam baterai.

Selain memberikan keamanan yang lebih baik karena tidak mudah terbakar, SSE juga lebih tahan lama namun menghadapi tantangan seperti konduktivitas ionik yang lebih rendah dan ketidakstabilan antarmuka.

Mengenai potensi aplikasi SSE sebagai material membran untuk ekstraksi selektif ion litium dari air laut, beberapa studi telah menunjukkan kemungkinan penggunaannya, namun evaluasi fundamental dan pemahaman transportasi dalam SSE belum dieksplorasi.

Jadi, studi terbaru menilai penggunaan SSE yang menghantarkan ion Li sebagai membran untuk ekstraksi litium akuatik dengan menyelidiki dasar-dasar transportasi ion dan air dalam SSE serta mengevaluasi selektivitas ion- ionnya terhadap kation yang biasanya bersaing dalam brine litium.

Hasil studi menunjukkan “selektivitas litium hampir sempurna.” Studi tersebut juga mengungkap hubungan penting — meskipun tidak dapat ditembus, keberadaan kation kompetitor (ion bermuatan positif) tetap berdampak negatif pada aliran ion litium.

Klik di sini untuk mengetahui apakah Arkansas memiliki jawaban atas meningkatnya kebutuhan pasokan litium Amerika Serikat.

Membuka Jalan bagi Rantai Pasokan Baterai EV Berkelanjutan

Dipublikasikan di Science Advances¹, studi ini merinci pengembangan metode ekstraksi litium yang efisien—membran elektrolit padat yang sangat selektif yang merevolusi panen litium dengan selektivitas hampir sempurna, sehingga meningkatkan keberlanjutan dalam rantai pasokan baterai EV.​

Tim peneliti menemukan bahwa struktur SSE yang sangat teratur dan terkonfinasi, yang awalnya dirancang untuk konduksi cepat ion litium dalam baterai padat, mampu mencapai pemisahan ion dan air yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam campuran akuatik.

Ini menandai terobosan potensial dalam pemulihan sumber daya berkelanjutan yang dapat membantu mengurangi ketergantungan pada teknik tradisional. Menurut penulis korespondensi Menachem Elimelech, Nancy dan Clint Carlson, Profesor Teknik Sipil dan Lingkungan:

“Tantangannya bukan hanya meningkatkan produksi litium tetapi melakukannya dengan cara yang berkelanjutan dan secara ekonomi layak.”

Teknik baru yang dikembangkan tim peneliti bergantung pada perbedaan mendasar antara membran nanopori tradisional dan SSE.

Perbedaannya adalah membran konvensional mengandalkan pori nanoskopik berhidrasi untuk mengangkut ion, sementara SSE memindahkan ion Li menggunakan mekanisme hopping anhidrat dalam kisi kristal yang sangat teratur.

“Ini berarti ion litium dapat bermigrasi melalui membran sementara ion kompetitor lainnya, bahkan air, secara efektif terhalang. Selektivitas ekstrem yang ditawarkan oleh pendekatan berbasis SSE kami menjadikannya metode yang sangat efisien untuk panen litium karena energi hanya digunakan untuk memindahkan ion litium yang diinginkan melintasi membran.”

– Penulis pertama Sohum Patel, saat ini peneliti postdoc di Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Untuk menguji fenomena ini, tim menggunakan setup elektrodialisis, di mana listrik digunakan untuk menggerakkan ion Li melintasi membran.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa bahkan ketika konsentrasi ion kompetitor tinggi, SSE tetap menunjukkan selektivitas litium hampir sempurna tanpa ion kompetitor yang dapat dideteksi. Ini adalah sesuatu yang belum dapat dicapai oleh teknologi membran tradisional.

Sekarang, untuk menjawab pertanyaan mengapa SSE menunjukkan selektivitas Li-ion yang luar biasa, tim menggunakan kombinasi teknik komputasi dan eksperimental untuk menyelidiki, yang mengarah pada kisi kristal SSE yang rapat dan kaku. Struktur ini mencegah tidak hanya molekul air menembus membran tetapi juga ion yang lebih besar seperti natrium dan magnesium.

“Kisi ini berfungsi sebagai saringan molekuler, hanya memungkinkan ion litium melewatinya. Kombinasi ukuran dan eksklusi muatan yang sangat tepat inilah yang membuat membran SSE begitu unik.”

– Elimelec

Meskipun ion kompetitor tidak melewati SSE, peneliti mencatat bahwa kehadirannya memang mengurangi aliran litium, meskipun masih sebanding dengan yang diamati pada material membran yang jauh kurang selektif. Peneliti percaya tantangan ini, yang disebabkan oleh pemblokiran situs permukaan yang tersedia untuk pertukaran ion, dapat diatasi melalui rekayasa material lebih lanjut.

Selain itu, pekerjaan lebih lanjut diperlukan untuk menunjukkan efektivitas SSE ketika diterapkan pada sumber air yang semakin kompleks dan asin.

Secara keseluruhan, studi ini menyoroti “aplikasi SSE yang sangat menjanjikan untuk pemulihan litium.”

Menurut peneliti, metode baru yang dikembangkan ini dapat membantu memastikan pasokan litium yang stabil untuk berbagai industri, termasuk otomotif, elektronik, dan sektor energi terbarukan.

Tidak hanya membran berbasis SSE dapat membantu mengatasi kekurangan litium yang akan datang, tetapi mereka juga dapat melakukannya secara berkelanjutan dan tanpa berdampak negatif pada lingkungan seperti penambangan tradisional. Menurut Patel:

“Dengan mengintegrasikan SSE ke dalam sistem elektrodialisis, kami dapat memungkinkan ekstraksi litium langsung dari berbagai sumber akuatik, mengurangi kebutuhan kolam evaporasi besar dan langkah pemurnian intensif kimia. Hal ini dapat secara signifikan menurunkan jejak lingkungan produksi litium sekaligus membuat proses lebih efisien.”

Metode yang juga dapat mengurangi biaya terkait produksi litium diperkirakan akan melihat adopsi industri dalam 5-8 tahun. Peneliti mengharapkan material SSE akan berada “di garis depan teknologi DLE” ke depan.

Selain itu, studi ini memperkirakan aplikasi yang lebih luas untuk SSE dalam pemisahan ion-selektif di luar litium.

Seperti yang dicatat Elimelech, mekanisme selektivitas ion dalam elektrolit padat (SSE) dapat menginspirasi pengembangan membran serupa untuk mengekstrak elemen kritis lainnya dari sumber air, membuka pintu ke “kelas baru material membran untuk pemulihan sumber daya.”

Perusahaan Inovatif

Albemarle Corporation (ALB )

Sekarang, jika kita melihat perusahaan investasi terkemuka di bidang ini, Albemarle Corporation menonjol sebagai pemimpin global dalam produksi litium, yang berinvestasi dalam teknologi ekstraksi berkelanjutan.

Perusahaan ini mengoperasikan tambang di Australia, Chili, dan AS. Sumber daya litiumnya, yang menurut Albemarle “di antara yang terbesar dan berkualitas tertinggi di dunia,” mencakup deposit batu keras dan brine hipersalin.

Namun, Albemarle menghadapi tantangan, yang membuatnya pada musim panas lalu menghentikan pabrik pemrosesan litium EV senilai $1,3 miliar di South Carolina, AS. Pada waktu yang sama, perusahaan menghentikan ekspansi pabrik manufaktur di Australia, tempat ia memproduksi litium hidroksida kelas baterai untuk EV, karena harga litium yang lemah. Berita ini muncul hanya sekitar setahun setelah Albemarle membagikan rencananya untuk melipatgandakan produksi, dengan sebagian besar kerugian lebih dari $1 miliar pada Q3 2024 disebabkan oleh kegagalan ekspansi proyek ini.

Penurunan harga di pasar litium berlanjut karena produksi kuat di Chili, tarif oleh pemerintahan Trump, dan perlambatan permintaan setelah libur Tahun Baru Imlek di China. Akibatnya, Albemarle harus membatalkan tidak hanya proyek ekspansinya tetapi juga mengurangi staf.

Saat ini, Albemarle Corporation beroperasi terutama melalui tiga divisi utama — Energy Storage, Specialties, dan Ketjen.

Divisi Energy Storage memproduksi lithium klorida, lithium hidroksida, dan lithium karbonat. Segmen Specialties mengoptimalkan solusi litium dan bromin yang sangat khusus serta melayani industri mobilitas, energi, konektivitas, dan kesehatan. Fokus Ketjen adalah pada solusi katalis kinerja (PCS), teknologi bahan bakar bersih (CFT), dan katalis serta aditif fluidized catalytic cracking (FCC) yang melayani pasar dirgantara, otomotif, energi konvensional, penyimpanan jaringan, dan pasar lainnya.

Dengan kapitalisasi pasar $8,78 miliar, harga saham Albemarle saat ini diperdagangkan pada $74,82, turun 12,28% YTD. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar -11,19 dan P/E (TTM) sebesar -6,74, sementara dividen yang dibayarkan adalah 2,15%. Pada 27 Februari, perusahaan mengumumkan dividen saham biasa kuartalan sebesar $0,405 per saham, yang akan dibayarkan pada 1 April.

Mengenai keuangannya, untuk Q4 2024, Albemarle melaporkan penjualan bersih $1,2 miliar sementara laba bersih $75 juta atau $0,29 per saham terdilusi, dan kerugian terdilusi yang disesuaikan per saham adalah ($1,09).

Penjualan bersih mengalami penurunan 48% dari kuartal tahun sebelumnya sebesar $2,4 miliar, yang perusahaan atribusikan pada harga dan volume yang lebih rendah di Energy Storage. Penjualan bersih per divisi adalah sebagai berikut — $617 juta di Energy Storage, $333 juta di Specialties, dan $282 juta di Ketjen.

Selama Q4, Albemarle juga melaporkan pencapaian produksi rekor di pabrik konversi litium Meishan dan La Negra. Namun, perusahaan berencana menutup situsnya di Chengdu, China, untuk pemeliharaan pada pertengahan tahun ini.

Untuk tahun penuh, perusahaan melaporkan penjualan bersih $5,4 miliar dan kerugian bersih $1,2 miliar, sementara kas dari operasi sebesar $702 juta. Pada 31 Desember 2024, Albemarle memiliki likuiditas sekitar $2,8 miliar, termasuk $1,2 miliar kas dan setara kas. Total hutangnya, sementara itu, adalah $3,5 miliar.

“Kami mengambil tindakan tegas untuk mengurangi biaya, mengoptimalkan jaringan konversi kami, dan meningkatkan efisiensi untuk mempertahankan posisi kompetitif jangka panjang kami. Saat kami melihat ke depan, kami memperkirakan kondisi pasar yang dinamis akan terus berlanjut tetapi tetap yakin akan kemampuan kami untuk memberikan nilai kepada pemangku kepentingan dengan meningkatkan fleksibilitas keuangan, memperkuat kemampuan inti kami, dan menempatkan Albemarle untuk pertumbuhan di masa depan.”

– CEO Kent Masters

Untuk 2025, perusahaan memperkirakan belanja modalnya berada dalam kisaran $700 juta hingga $800 juta, 50% lebih rendah dibandingkan $1,7 miliar pada 2024. Pengeluaran ini, catat Albemarle, mencerminkan prioritas mempertahankan aset dan sumber daya yang ada.

Terbaru tentang Albemarle Corporation

Kesimpulan 

Di dunia yang sangat mobile saat ini, kendaraan listrik muncul sebagai solusi untuk masalah keberlanjutan. EV menawarkan cara untuk mengurangi emisi karbon dan menurunkan ketergantungan kita pada bahan bakar fosil. Di inti revolusi ini terletak teknologi baterai, yang membantu EV mengubah masa depan transportasi.

Komponen kunci baterai ini adalah litium, yang berperan penting dalam memberi daya tidak hanya pada EV tetapi juga banyak perangkat modern dan penyimpanan energi. Mengingat pentingnya litium dalam transisi energi bersih, dunia berlomba-lomba mengamankan pasokan litium yang stabil.

Metode ekstraksi litium konvensional, meskipun efektif, dibatasi oleh masalah lingkungan, penambangan yang intensif sumber daya, dan waktu proses yang lama. Di sini, terobosan seperti penggunaan membran elektrolit padat (SSE) menawarkan solusi transformatif, karena memungkinkan panen litium yang berkelanjutan dan efisien dapat tidak hanya mengurangi masalah rantai pasokan yang akan datang tetapi juga mendefinisikan kembali masa depan produksi baterai.

Klik di sini untuk mengetahui apakah permintaan baterai litium-ion akan merosot dengan baterai natrium-ion baru.