KabarJogja mencatat inovasi menarik datang dari lima mahasiswa Universitas Gadjah Mada yang mencoba mengubah jerami padi dan grafit bekas menjadi material anoda untuk baterai ion-natrium. Tim yang tergabung dalam PKM Riset Eksakta Carbonova tersebut tidak sedang membuat baterai siap pakai dari batang jerami, melainkan merekayasa karbon dari limbah pertanian agar dapat digunakan sebagai bagian penting dalam sistem penyimpanan energi. Riset ini menarik karena mempertemukan dua isu sekaligus: kebutuhan material baterai alternatif dan pemanfaatan limbah yang selama ini bernilai relatif rendah.
Tim Carbonova diketuai Gilang Romadhon dari program Elektronika dan Instrumentasi. Anggotanya terdiri atas Zuhrul Anam, Ethan Armana G., Asty Goviana, dan Dinaesy Fadillah H. Mereka bekerja dengan pendampingan dosen Departemen Kimia FMIPA UGM Mokhammad Fajar Pradipta.
Penelitian mereka berfokus pada pengembangan nitrogen-doped hard carbon berbasis jerami padi dengan limbah grafit sebagai spacer. Istilah teknis itu menggambarkan upaya merekayasa struktur karbon agar lebih sesuai untuk menyimpan dan melepaskan ion natrium selama proses pengisian maupun penggunaan baterai.
Mengapa Jerami Padi Menarik untuk Baterai?
Jerami tersedia dalam jumlah sangat besar di wilayah pertanian Indonesia. Setelah panen, sebagian dimanfaatkan sebagai pakan, kompos, atau kebutuhan pertanian lain. Namun, volumenya tidak selalu terserap sehingga masih kerap dianggap sebagai limbah.
Tim UGM melihat kandungan karbon dalam jerami sebagai peluang.
Jerami yang sudah melalui serangkaian proses dapat diubah menjadi hard carbon. Material ini memiliki struktur yang berbeda dibanding grafit biasa dan banyak diteliti sebagai kandidat anoda baterai ion-natrium.
Melalui penelitian Carbonova, mahasiswa mencoba mengombinasikan hard carbon tersebut dengan grafit yang diperoleh dari limbah baterai bekas.
Pendekatan semacam itu memberi nilai tambah karena tidak hanya memanfaatkan sisa pertanian, tetapi juga mencoba mengambil kembali material dari produk yang sudah habis masa pakainya.
Baterai Ion-Natrium Jadi Alternatif yang Banyak Diteliti
Baterai litium-ion saat ini mendominasi ponsel, laptop, sistem penyimpanan energi, hingga kendaraan listrik.
Meski performanya tinggi, kebutuhan litium yang terus meningkat membuat peneliti mencari teknologi pendamping maupun alternatif.
Salah satunya adalah baterai ion-natrium.
Natrium tersedia secara luas dan mempunyai mekanisme penyimpanan energi yang secara prinsip memungkinkan digunakan dalam baterai isi ulang.
Namun, teknologi ini bukan salinan sederhana dari baterai litium.
Ukuran ion natrium lebih besar sehingga material elektroda harus dirancang agar mampu menerima perpindahan ion secara efisien tanpa cepat mengalami penurunan performa.
Hard carbon kemudian menjadi salah satu material yang banyak mendapat perhatian.
Limbah Grafit Punya Fungsi Penting
Grafit bekas yang digunakan Carbonova bukan hanya dicampurkan tanpa tujuan.
Material tersebut digunakan untuk membantu mengatur struktur karbon hasil pengolahan jerami.
Peneliti ingin menciptakan ruang dan karakter permukaan yang mendukung pergerakan ion natrium.
Nitrogen juga dimasukkan dalam rekayasa material karena unsur tersebut dapat memengaruhi sifat elektrokimia karbon.
Setelah material dibuat, tim harus melakukan berbagai pengujian.
Struktur, komposisi, permukaan, dan respons elektrokimia perlu diperiksa sebelum dapat diketahui apakah material benar-benar mempunyai potensi.
UGM menyebut hasil awal sudah menunjukkan respons elektrokimia yang menjanjikan. Namun, penelitian masih membutuhkan optimasi.
Belum Bisa Disebut Baterai Siap Pakai
Tahapan ini penting dipahami agar inovasi tidak dibaca secara berlebihan.
Tim Carbonova belum memperkenalkan baterai komersial yang bisa langsung dipasang pada kendaraan listrik.
Mereka baru mengembangkan salah satu material penting dalam baterai.
Perjalanan dari material laboratorium menuju produk komersial masih panjang.
Peneliti harus mengetahui kapasitas penyimpanan, efisiensi pengisian, stabilitas setelah ratusan atau ribuan siklus, ketahanan temperatur, serta aspek keselamatan.
Produksi material dalam jumlah besar juga harus memberikan karakter yang konsisten.
Bahan yang menghasilkan performa baik pada skala beberapa gram belum tentu mudah dibuat dalam jumlah ton.
Tantangan Besar Ada pada Konsistensi Bahan
Jerami merupakan bahan alami.
Karakter jerami dari satu daerah belum tentu identik dengan jerami dari lokasi lain.
Varietas padi, kondisi tanah, kadar air, serta proses pascapanen dapat memengaruhi komposisinya.
Jika material ingin masuk industri, proses pengolahan harus mampu menghasilkan kualitas yang relatif seragam meskipun bahan bakunya bervariasi.
Grafit dari baterai bekas juga menghadapi tantangan tersendiri.
Material perlu dipisahkan dari komponen lain dan dipastikan aman sebelum digunakan kembali.
Seluruh proses tersebut membutuhkan energi dan biaya.
Karena itu, klaim bahwa bahan bakunya berasal dari limbah tidak otomatis berarti produknya pasti murah.
Peluang untuk Industri Kendaraan Listrik
Riset semacam ini tetap menarik bagi sektor otomotif karena kebutuhan baterai terus meningkat seiring berkembangnya kendaraan listrik.
Teknologi ion-natrium berpotensi digunakan pada aplikasi tertentu apabila performa dan biaya nantinya kompetitif.
Tidak semua kendaraan membutuhkan karakter baterai yang identik.
Kendaraan perkotaan, sistem penyimpanan stasioner, dan kendaraan berjarak jauh dapat mempunyai kebutuhan berbeda.
Penelitian material membuka peluang munculnya lebih banyak pilihan teknologi sehingga industri tidak bergantung hanya pada satu jenis kimia baterai.
Indonesia juga mempunyai kepentingan mengembangkan kemampuan riset sendiri agar tidak hanya menjadi pengguna teknologi.
Ekonomi Sirkular Jadi Nilai Tambah
Konsep Carbonova sejalan dengan gagasan ekonomi sirkular.
Limbah tidak langsung berakhir sebagai barang tanpa nilai, tetapi dicoba kembali masuk ke rantai produksi.
Jerami mendapatkan fungsi baru sebagai sumber karbon.
Grafit dari baterai bekas juga berpotensi memperoleh siklus penggunaan berikutnya.
Jika pendekatan ini dapat dikembangkan secara ekonomis, manfaatnya tidak hanya berada pada sektor energi.
Petani atau industri pengolahan limbah berpotensi memperoleh pasar baru untuk material yang sebelumnya mempunyai nilai terbatas.
Namun, skema tersebut baru relevan ketika teknologi mampu keluar dari laboratorium.
Tahap Berikutnya Menentukan Potensinya
Fokus tim sekarang berada pada optimasi performa material.
Pengujian lanjutan akan menunjukkan apakah perubahan komposisi maupun struktur mampu meningkatkan kapasitas dan stabilitas.
Informasi dari Departemen Kimia UGM juga menegaskan bahwa penelitian ini berangkat dari kebutuhan mencari material alternatif sekaligus memberikan nilai tambah terhadap limbah pertanian.
Riset Carbonova memang belum menghasilkan baterai kendaraan listrik yang siap masuk jalan raya.
Namun, inovasi material biasanya memang dimulai dari tahap seperti ini.
Nilainya terletak pada pembuktian bahwa bahan yang sangat sederhana seperti jerami dapat direkayasa menjadi kandidat material teknologi tinggi.
Jika hasil berikutnya menunjukkan performa yang stabil dan metode produksinya dapat diperbesar, penelitian mahasiswa UGM tersebut dapat membuka jalan menuju pemanfaatan limbah yang jauh lebih bernilai sekaligus memperkuat riset baterai alternatif di Indonesia.
