Baterai natrium-ion mengandung natrium – zat yang sangat umum ditemukan dalam garam meja – bukan litium. Kredit: Chalmers
Ketika masyarakat beralih dari bahan bakar fosil, permintaan baterai pun meningkat. Pada saat yang sama, lonjakan ini kemungkinan besar akan menyebabkan kelangkaan litium dan kobalt, yang merupakan elemen penting dalam jenis baterai yang umum. Solusi alternatifnya adalah baterai natrium-ion, yang sebagian besar menggunakan garam meja dan biomassa yang berasal dari sektor kehutanan sebagai bahan bakunya.
Kini, para peneliti dari Chalmers University of Technology, Swedia, menunjukkan bahwa baterai natrium-ion ini memiliki dampak iklim yang setara dengan baterai lithium-ion – tanpa risiko kehabisan bahan mentah.
“Bahan yang kita gunakan dalam baterai masa depan akan menjadi penting agar kita dapat beralih ke energi terbarukan dan armada kendaraan bebas fosil,” kata Rickard Arvidsson, Associate Professor Analisis Sistem Lingkungan di Chalmers.
Menurut Undang-Undang Bahan Baku Kritis Komisi Eropa, permintaan bahan baku baterai penting diperkirakan akan meningkat secara eksponensial seiring transisi negara-negara UE ke sistem energi terbarukan dan kendaraan listrik. Transisi ramah lingkungan juga memerlukan lebih banyak produksi baterai lokal dan teknologi baru bebas fosil lainnya, serta pasokan bahan mentah yang stabil diperlukan untuk memenuhi permintaan. Pada saat yang sama, produksi tersebut memiliki risiko tinggi terhadap gangguan pasokan karena terbatasnya sumber bahan baku.
“Baterai lithium-ion menjadi teknologi yang dominan di dunia dan lebih baik terhadap iklim dibandingkan teknologi berbasis fosil, terutama dalam hal transportasi. Namun litium menimbulkan hambatan. Anda tidak dapat memproduksi baterai berbasis litium dengan kecepatan yang sama seperti yang Anda inginkan untuk memproduksi mobil listrik, dan cadangannya berisiko habis dalam jangka panjang,” kata Rickard Arvidsson. Selain itu, bahan baterai penting, seperti litium dan kobalt, sebagian besar ditambang hanya di beberapa tempat di dunia, sehingga menimbulkan risiko terhadap pasokannya.
Baterai natrium-ion menawarkan teknologi yang menjanjikan
Perkembangan teknologi baterai baru bergerak cepat dalam upaya mencari penyimpanan energi berkelanjutan generasi berikutnya – yang sebaiknya memiliki masa pakai yang lama, memiliki kepadatan energi yang tinggi, dan mudah diproduksi. Tim peneliti di Chalmers memilih untuk melihat baterai natrium-ion, yang mengandung natrium – zat yang sangat umum ditemukan dalam natrium klorida – bukan litium. Dalam sebuah studi baru, mereka telah melakukan apa yang disebut penilaian siklus hidup baterai, di mana mereka memeriksa dampak total terhadap lingkungan dan sumber daya selama ekstraksi bahan mentah dan manufaktur.
Rickard Arvidsson, Associate Professor, Departemen Teknologi Ekonomi dan Manajemen, Universitas Teknologi Chalmers, Swedia. Kredit: Chalmers
“Kami sampai pada kesimpulan bahwa baterai natrium-ion jauh lebih baik daripada baterai lithium-ion dalam hal dampak terhadap kelangkaan sumber daya mineral, dan setara dalam hal dampak iklim. Tergantung pada skenario yang Anda lihat, baterai tersebut menghasilkan antara 60 dan lebih dari 100 kilogram setara karbon dioksida per kilowatt-jam kapasitas penyimpanan listrik teoritis, yang lebih rendah dari yang dilaporkan sebelumnya untuk jenis baterai natrium-ion ini. Ini jelas merupakan teknologi yang menjanjikan,” kata Rickard Arvidsson.
Para peneliti juga mengidentifikasi sejumlah langkah yang berpotensi mengurangi dampak iklim, seperti mengembangkan elektrolit yang lebih ramah lingkungan, karena hal ini menyumbang sebagian besar dampak keseluruhan baterai.
Energi hijau membutuhkan penyimpanan energi
Baterai natrium-ion saat ini diharapkan dapat digunakan untuk penyimpanan energi stasioner di jaringan listrik, dan dengan pengembangan yang berkelanjutan, kemungkinan besar baterai tersebut juga akan digunakan pada kendaraan listrik di masa depan.
“Penyimpanan energi merupakan prasyarat untuk perluasan tenaga angin dan surya. Mengingat penyimpanan sebagian besar dilakukan dengan baterai, pertanyaannya adalah baterai tersebut terbuat dari apa? Meningkatnya permintaan litium dan kobalt dapat menjadi hambatan bagi perkembangan ini,” kata Rickard Arvidsson.
Keuntungan utama dari teknologi ini adalah bahan dalam baterai natrium-ion melimpah dan dapat ditemukan di seluruh dunia. Satu elektroda dalam baterai – katoda – memiliki ion natrium sebagai pembawa muatan, dan elektroda lainnya – anoda – terdiri dari karbon keras, yang dalam salah satu contoh yang diselidiki oleh para peneliti Chalmers dapat dihasilkan dari biomassa dari industri kehutanan. . Dari segi proses produksi dan geopolitik, baterai sodium-ion juga menjadi alternatif yang dapat mempercepat transisi menuju masyarakat bebas fosil.
“Baterai yang berbahan dasar bahan mentah yang melimpah dapat mengurangi risiko geopolitik dan ketergantungan pada wilayah tertentu, baik bagi produsen baterai maupun negara,” kata Rickard Arvidsson.
Lebih lanjut tentang penelitian ini
Studi ini merupakan penilaian prospektif siklus hidup dua sel baterai natrium-ion yang berbeda dimana dampak lingkungan dan sumber daya dihitung dari awal hingga akhir, yaitu dari ekstraksi bahan mentah hingga pembuatan sel baterai. Unit fungsional penelitian ini adalah kapasitas penyimpanan listrik teoritis 1 kWh pada tingkat sel.
Kedua jenis sel baterai ini sebagian besar didasarkan pada bahan baku yang melimpah. Anoda terdiri dari karbon keras yang berasal dari lignin berbasis bio atau bahan baku fosil, dan katoda terdiri dari apa yang disebut “putih Prusia” (terdiri dari natrium, besi, karbon, dan nitrogen). Elektrolitnya mengandung garam natrium. Produksinya dimodelkan agar sesuai dengan produksi skala besar di masa depan. Misalnya, produksi sel baterai sebenarnya didasarkan pada produksi baterai lithium-ion skala besar saat ini di pabrik-pabrik raksasa.
Dua campuran listrik yang berbeda telah diuji, serta dua jenis metode alokasi yang berbeda – yaitu, alokasi sumber daya dan emisi. Metode yang memungkinkan dampak iklim dan sumber daya didistribusikan ke produk sampingan berdasarkan massa, dan metode yang mengalokasikan seluruh dampak ke produk utama (baterai natrium-ion serta komponen dan materialnya).
Referensi: “Penilaian siklus hidup prospektif baterai natrium-ion yang terbuat dari unsur melimpah” oleh Sanna Wickerts, Rickard Arvidsson, Anders Nordelöf, Magdalena Svanström dan Patrik Johansson, 13 November 2023, Jurnal Ekologi Industri.
DOI: 10.1111/jiec.13452
Studi ini didanai oleh Badan Energi Swedia melalui Program Dana Baterai.
