Baterai Berkelanjutan dengan Elektrolit Biodegradable; Potensi Cangkang Binatang Laut - Analisis - www.indonesiana.id
x

Dr Ing Salman ST MSc

Dosen Teknik Mesin Universitas Mataram
Bergabung Sejak: 31 Mei 2020

Jumat, 23 September 2022 19:36 WIB

  • Analisis
  • Topik Utama
  • Baterai Berkelanjutan dengan Elektrolit Biodegradable; Potensi Cangkang Binatang Laut

    Percepatan permintaan untuk energi terbarukan dan kendaraan listrik memicu permintaan yang tinggi untuk baterai yang menyimpan energi yang dihasilkan dan mesin listrik.

    Dibaca : 361 kali

    Dukung penulis Indonesiana untuk terus berkarya

            Elektrolit baterai adalah larutan di dalam baterai. Tergantung pada jenis baterai, itu bisa berupa zat cair atau pasta. Namun, tidak peduli jenis baterai, elektrolit memiliki tujuan yang sama: mengangkut ion bermuatan positif antara terminal katoda dan anoda.

                Baterai memiliki tiga komponen utama – katoda, anoda, dan elektrolit yang memisahkan kedua terminal ini. Elektrolit adalah bahan kimia yang memungkinkan muatan listrik lewat di antara dua terminal. Elektrolit menempatkan bahan kimia yang diperlukan untuk reaksi dalam kontak dengan anoda dan katoda, oleh karena itu mengubah energi yang tersimpan menjadi energi listrik yang dapat digunakan. Reaksi ini memberikan daya ke perangkat yang terhubung, baik itu lampu, ruang hampa, atau kendaraan listrik.

                Berbagai jenis baterai bergantung pada berbagai jenis reaksi kimia dan elektrolit yang berbeda. Misalnya, baterai timbal-asam biasanya menggunakan asam sulfat untuk menciptakan reaksi yang diinginkan kita menyebutnya air aki. Baterai seng-udara mengandalkan pengoksidasi seng dengan oksigen untuk reaksi. Kalium hidroksida adalah elektrolit dalam baterai alkaline rumah tangga biasa. Elektrolit yang paling umum dalam baterai lithium adalah larutan garam lithium seperti lithium hexafluorophosphate (LiPF6).

                Kita dapat menambahkan elektrolit ke aki tetapi hanya jika itu adalah baterai sel basah yang tidak disegel. Memeriksa level pada baterai sel basah adalah perawatan standar yang harus dilakukan secara teratur.

                Meskipun elektrolit mengandung air dan asam sulfat, kita tidak boleh menambahkan apa pun kecuali air suling. Ketika berfungsi dengan baik, baterai sel basah hanya akan mengkonsumsi air.

                Untuk baterai yang disegel atau tidak menggunakan elektrolit saat off-gas, kita tidak dapat menambahkan elektrolit. Kurangnya off-gassing adalah salah satu keuntungan memilih baterai lithium-ion, karena tidak membutuhkan perawatan setelah dipasang.

                Mengenai baterai lithium-ion dan timbal-asam, ada polemik signifikan tentang pro dan kontra lingkungan dari kedua jenis baterai di atas, kering dan basah. Dalam artikel ini kita akan membandingkan dan membedakan beberapa dampak lingkungan dari kedua jenis baterai ini.

                Karena sejarah panjang baterai timbal-asam, ada banyak literatur yang membahas dampaknya terhadap lingkungan. Tetapi baterai lithium-ion lebih baru di pasar, dan dampaknya terhadap  lingkungan masih diteliti.

    Baterai Timbal-asam

                Timbal adalah masalah lingkungan terbesar dari baterai timbal-asam sebagai komponen utama baterai. Timbal merupakan logam berat yang berpotensi menimbulkan dampak kesehatan yang berbahaya. Menelan timbal sangat berbahaya bagi anak kecil karena otak mereka masih berkembang.

                Pada abad ke-20, bensin bertimbal dan cat berbasis timbal beredar massif di lingkungan. Belakangn kandungan berbahaya itu sebagian besar berusaha dihilangkan. Menurut Organisasi Kesehatan Dunia (WHO), saat ini sekitar 85% dari konsumsi timbal dunia adalah untuk produksi baterai timbal-asam.

                Berita baiknya adalah baterai timbal-asam 99% dapat didaur ulang. Namun, paparan timbal masih dapat terjadi selama penambangan dan pemrosesan timbal, serta selama langkah daur ulang.

                Laporan WHO yang dirujuk di atas mencatat bahwa daur ulang timbal merupakan sumber penting kontaminasi terhadap lingkungan dan paparannya terhadap manusia di banyak negara yang memiliki regulasi yang masih buruk. Daur ulang timbal di sejumlah Negara berkembang sering dilakukan tanpa proses dan teknologi yang diperlukan untuk mengendalikan emisi timbal.

    Bagaimana Baterai Lithium-Ion Bekerja?

                Baterai lithium memberikan kondisi optimal untuk pergerakan ion logam di dalam elektroda. Ketika baterai diisi, tegangan dengan besaran tertentu diterapkan ke elektroda, merangsang ion litium untuk berpindah dari katoda litium ke anoda karbon. Selama pelepasan, beban diterapkan ke sistem, menyebabkan ion logam bergerak ke arah yang berlawanan.

    Aplikasi Baterai Lithium-Ion

                Selama bertahun-tahun, pasar utama untuk baterai lithium-ion adalah ponsel. Namun, situasi ini berubah karena baterai lithium-ion semakin banyak digunakan dalam perangkat perawatan kesehatan, kendaraan listrik, dan kendaraan udara tak berawak. Tapi ini bisa menjadi masalah bahkan di negara maju dengan regulasi yang baik. California Department of Toxic Substances Control (DTSC) telah banyak menulis tentang kasus Exide Technologies, sebuah perusahaan manufaktur baterai timbal-asam. Exide harus menutup pabrik daur ulang baterai besar di California setelah gagal memenuhi kontrol emisi dan standar pengelolaan limbah. Regulator California percaya sebanyak 10.000 rumah dapat terkontaminasi dengan timbal dari pabrik. Pembersihan diperkirakan memakan waktu bertahun-tahun dan menelan biaya ratusan juta dolar. Pabrik daur ulang baterai Exide di negara bagian lain juga disebut-sebut mencemari lingkungan dengan timbal.

                Laporan WHO juga menyoroti kasus-kasus di Senegal, Republik Dominika, dan Vietnam di mana kontaminasi dari daur ulang baterai timbal-asam mengakibatkan efek kesehatan yang negatif - termasuk kemungkinan kematian anak-anak.

                Jadi, meskipun statistik daur ulang 99% penting, statistik ini mungkin mengecilkan potensi kontaminasi timbal melalui proses ini. Namun, situasinya pasti akan jauh lebih buruk jika baterai ini ditimbun, karena baterai asam timbal tunggal di tempat pembuangan sampah berpotensi mencemari area yang luas.

    Daur ulang baterai lithium-ion

                Daur ulang adalah kelemahan baterai lithium-ion. Masalah utama dengan daur ulang lithium-ion adalah bahwa di luar baterai yang lebih kecil yang digunakan dalam elektronik konsumen, relatif sedikit baterai lithium-ion (dibandingkan dengan baterai timbal-asam) yang telah mencapai tahap akhir masa pakai karena mereka belum ada di pasar selama itu. lama dan mereka bertahan lama.

                Lebih lanjut, karena lithium bukan logam berat beracun seperti timbal, tekanan untuk mendaur ulang baterai ini jauh lebih sedikit. Namun demikian, masalah ini akan memiliki profil yang berkembang karena semakin banyak baterai lithium-ion mencapai akhir masa pakainya.

                Kabar baiknya adalah bahwa ada perusahaan yang sedang mengerjakannya. Baterai Li-ion dapat didaur ulang dengan kecepatan setinggi baterai timbal-asam, tetapi masalah ini belum dipandang sebagai salah satu yang sangat penting.

    Pemasok baterai lithium-ion yang berbasis di California, OneCharge, mengklaim baterai mereka dapat didaur ulang hampir 100%. Ada teknologi yang dikembangkan untuk mendaur ulang sisanya, yaitu sel Li-ion itu sendiri. Beberapa perusahaan baru bisa mendaur ulang sampai 50%.

                Dan sementara lithium sendiri tidak terlalu mengkhawatirkan dari segi polusi, secara baterai ini memang mengandung logam seperti kobalt, nikel, dan mangan. Meskipun logam ini tidak bermasalah seperti timbal, mereka tetap dianggap logam berat beracun.

                Selanjutnya, logam-logam ini harus ditambang, dan mungkin ada polusi yang terkait dengan kegiatan ini (seperti halnya dengan penambangan timah). Selain potensi polusi, banyak kritik seputar dampak social lain dari baterai lithium-ion seperti kasus pekerja anak di tambang kobalt di Republik Demokratik Kongo.

    Ada booming penjualan kendaraan listrik beberapa tahun terakhir, tetapi baterai tersebut belum akan mencapai akhir masa pakainya selama beberapa tahun. Proyeksi dari pakar industri adalah bahwa China sendiri akan memproduksi setengah juta metrik ton baterai lithium-ion bekas sepanjang tahun ini. Pada tahun 2030, 11 juta metrik ton baterai Li-ion diperkirakan akan mencapai akhir masa pakainya. Dengan demikian, daur ulang baterai Li-ion adalah masalah yang akan menjadi lebih penting di tahun-tahun mendatang.

    Dari cangkang binatang laut

                Percepatan permintaan untuk energi terbarukan dan kendaraan listrik memicu permintaan yang tinggi untuk baterai yang menyimpan energi yang dihasilkan dan mesin listrik. Tetapi baterai di balik solusi keberlanjutan ini tidak selalu berkelanjutan. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di jurnal Matter, para ilmuwan membuat baterai seng dengan elektrolit biodegradable dari sumber yang tidak terduga - cangkang kepiting.

                Baterai dalam jumlah besar sedang diproduksi dan dikonsumsi, meningkatkan kemungkinan masalah lingkungan. Pemisah polipropilen dan polikarbonat, yang banyak digunakan dalam baterai Lithium-ion, membutuhkan waktu ratusan atau ribuan tahun untuk terurai dan menambah beban lingkungan.

                Baterai menggunakan elektrolit untuk memindahkan ion bolak-balik antara terminal bermuatan positif dan negatif. Elektrolit dapat berupa cairan, pasta, atau gel, dan banyak baterai menggunakan bahan kimia yang mudah terbakar atau korosif untuk fungsi ini. Baterai baru ini, yang dapat menyimpan daya dari sumber angin dan matahari skala besar, menggunakan elektrolit gel yang terbuat dari bahan biologis yang disebut kitosan.

                Kitosan adalah produk turunan dari kitin. Sumber kitin sangat banyak, antara lain dinding sel jamur, eksoskeleton krustasea, dan kandang cumi-cumi. Sumber kitosan yang paling melimpah adalah eksoskeleton krustasea, termasuk kepiting, udang, dan lobster, yang dapat dengan mudah diperoleh dari limbah makanan laut.

    Sebuah elektrolit biodegradable berarti bahwa sekitar dua pertiga dari baterai dapat dipecah oleh mikroba -- elektrolit kitosan ini rusak sepenuhnya dalam waktu lima bulan. Ini meninggalkan komponen logam, dalam hal ini seng, bukan timbal atau lithium, yang dapat didaur ulang.

                Zinc lebih melimpah di kerak bumi daripada lithium. Secara umum, baterai seng yang dikembangkan dengan baik lebih murah dan lebih aman. Menurut Liangbing Hu, direktur Pusat Inovasi Material Universitas Maryland., baterai seng dan kitosan ini memiliki efisiensi energi 99,7% setelah 1000 siklus baterai, menjadikannya pilihan yang layak untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh angin dan matahari untuk ditransfer ke jaringan listrik.

                Bagi Hu dan timnya mereka berharap dapat terus berupaya membuat baterai lebih ramah lingkungan, termasuk proses pembuatannya. Di masa depan, kita berharap semua komponen dalam baterai dapat terurai secara hayati. Tidak hanya material itu sendiri tetapi juga proses fabrikasi biomaterial.

    Dari berbagai sumber.

     

    Penulis

    Dr. –Ing. Salman, ST., MSc.

    Dosen Teknik Mesin Universitas Mataram

    Ikuti tulisan menarik Dr Ing Salman ST MSc lainnya di sini.



    Suka dengan apa yang Anda baca?

    Berikan komentar, serta bagikan artikel ini ke social media.