Bisakah garam memberi daya pada masa depan?

Sebagian besar baterai saat ini adalah baterai lithium-ion. Baterai ini digunakan pada kendaraan listrik, pusat data dan jaringan listrik statis untuk panel surya dan turbin angin, serta pada barang sehari-hari seperti ponsel, laptop, dan skuter listrik.

Lithium membutuhkan sejumlah besar air untuk diekstraksi dan dimurnikan – sekitar 2 juta liter air per metrik ton lithium, menurut Institute for Energy Research.

Sebagai contoh, di Chili, produsen lithium terbesar kedua di dunia, industri menggunakan proses penambangan air garam, yang mengalihkan air tawar yang sudah langka dari masyarakat adat setempat dan menyebabkan kerusakan parah pada ekosistem lahan basah rapuh di dekatnya.

Terlebih lagi, baterai lithium-ion membutuhkan logam berat seperti kobalt, nikel, mangan, dan tembaga di katodanya, yang menarik ion dari anoda saat baterai mengeluarkan daya.

Sebagian besar cadangan kobalt dunia terletak di Republik Demokratik Kongo, di mana tambang lithium secara rutin mengeksploitasi pekerja, mencemari sumber air, dan melepaskan debu dan partikulat beracun ke udara.

Selain pertimbangan etika, geopolitik menimbulkan tantangan tersendiri. Tiongkok mendominasi pasar, dengan 68 persen kapasitas pemurnian kobalt global, 72 persen kapasitas pemurnian lithium, dan 83 persen kapasitas manufaktur lithium-ion.

Kekurangan ini membuat para ilmuwan dan perusahaan mencari sumber daya alternatif untuk daya baterai.

Beberapa contohnya termasuk seng berair, baterai aliran dan bahkan gravitasi – yang bekerja dengan mengubah energi kinetik menjadi listrik.

Tetapi ada bahan murah, melimpah, dan mudah didapat yang memimpin perlombaan untuk menggantikan lithium sebagai bahan utama dalam baterai.

Garam.

Masukkan natrium

Jean-Marie Tarascon, seorang profesor fisika dan kimia zat padat di Collège de France, telah percaya pada keunggulan natrium selama setidaknya 15 tahun.

Sebagai pendiri dan direktur jaringan penelitian RS2E, ia memimpin tim yang mengembangkan baterai natrium-ion di Collège dan di Universitas Picardie Jules Verne – sangat cocok, mengingat Verne pertama kali membayangkan baterai garam fiktif dalam bukunya, Twenty Thousand Leagues Under the Sea yang berbasis di AS.

“Penggerak utama dalam kasus saya adalah keberlanjutan,” kata Tarascon. “Pada tahun 2010, sudah jelas bahwa dunia akan mengadopsi baterai lithium-ion dan kita akan kehabisan sumber daya ini.”

“Keputusannya adalah menemukan alternatif – itulah sebabnya kami beralih ke natrium.”

Baterai natrium-ion memiliki perilaku kimia yang mirip dengan baterai lithium-ion, meskipun tanpa dampak lingkungan negatif, kata Shan Zhang, seorang peneliti di Chalmers University of Technology di Gothenburg, Swedia.

“Proses pembuatannya juga serupa, yang berarti Anda tidak perlu terlalu banyak menguji lini produksi,” tambahnya. “Anda dapat menggunakan lini produksi yang ada dan membuat beberapa penyesuaian untuk baterai garam.”

Zhang mengatakan baterai natrium juga lebih aman daripada baterai lithium dan berkinerja lebih baik pada suhu ekstrem.

Baterai lithium-ion telah bertanggung jawab atas kebakaran yang tak terhitung jumlahnya, terutama termasuk satu di pembangkit penyimpanan baterai California awal tahun ini yang terbakar selama berhari-hari dan mendorong evakuasi sekitar 1.200 penduduk setempat.

Pada tahun 2024, Zhang memimpin sebuah studi yang mengkaji dampak iklim di masa depan dari berbagai jenis baterai garam, dengan fokus pada emisi karbon.

Timnya menemukan bahwa pada tahun 2050, penggunaan energi terbarukan untuk memproduksi baterai berpotensi mengurangi dampak iklimnya sebesar 43 hingga 57 persen dibandingkan dengan tingkat tahun 2020.

“Dampak iklim menurun semakin jauh ke masa depan kita, dari proses manufaktur, penambangan, serta proses hulu,” katanya. “Itu terjadi di sepanjang seluruh rantai produksi.”

Tetapi bahan kimia yang digunakan dalam katoda masih menjadi perhatian, katanya, dan perlu diatasi dengan lebih banyak investasi dalam penelitian baterai natrium-ion.

Menemukan ceruk

Jadi, apa yang menghentikan peningkatan baterai natrium-ion yang lebih besar? Sebagian besar adalah harga lithium yang rendah, yang membuatnya tetap kompetitif dengan natrium.

Setelah meroket ke rekor USD 83.000 per ton pada November 2022, harga lithium telah menurun sejak saat itu, mencapai titik terendah hanya USD 8.400 per ton bulan lalu, karena kendaraan listrik (EV) telah terjual lebih lambat dari yang diharapkan.

Hambatan lainnya adalah natrium kurang padat daripada lithium, yang berarti lebih banyak ruang dan energi yang dibutuhkan untuk menampung muatan yang sama.

Hal ini menghasilkan baterai yang lebih besar dan lebih berat, yang kurang ideal di mobil atau ponsel Anda, misalnya.

Daripada sepenuhnya menggantikan lithium, natrium “perlu menemukan aplikasi ceruknya” di mana volume dan berat bukanlah masalah, kata Zhang.

Saat para ilmuwan terus berupaya meningkatkan kepadatan energinya, salah satu tempat yang cocok untuk baterai natrium-ion adalah pada sistem penyimpanan energi statis, di mana energi dapat disimpan dan dikeluarkan saat dibutuhkan untuk menyeimbangkan jaringan listrik.

Faktanya, Bloomberg New Energy Finance (BNEF) saat ini sedang memproyeksikan pangsa pasar sebesar 15 persen untuk baterai natrium-ion dalam penyimpanan energi pada tahun 2035, naik dari 1 persen saat ini.

Di Amerika Serikat, Natron Energy yang berbasis di Silicon Valley memproduksi baterai natrium-ion untuk dipasang di pusat data dan perusahaan komputasi awan, serta pengisi daya cepat EV.

Baru-baru ini mereka mulai membangun pabrik baru senilai USD 1,4 miliar di North Carolina, yang mewakili peningkatan kapasitas 40 kali lipat.

Sementara itu, di Inggris, Faradion, anak perusahaan Reliance New Energy Ltd. dari India, sedang membuat baterai natrium-ion untuk transportasi, penyimpanan, dan daya cadangan.

Dan di Prancis, TIAMAT, sebuah perusahaan yang Tarascon menjabat sebagai penasihat ilmiah, menemukan baterai natrium-ion pertama yang dirancang untuk digunakan dalam produk komersial: sebuah bor listrik tanpa kabel yang berbasis di AS.

Bulan lalu, mereka menandatangani kontrak dengan perusahaan teknologi AS Endeavour untuk membuat baterai untuk pusat data AI.

Berkendara dengan garam

Namun, pengadopsi terbesar baterai natrium-ion adalah Tiongkok. Negara tersebut sudah mendominasi pasar baterai lithium-ion, yang merupakan salah satu alasan mengapa mereka dengan mudah melakukan peralihan, kata Zhang.

Perusahaan-perusahaan Tiongkok telah menginvestasikan lebih dari USD 7,6 miliar dalam teknologi natrium-ion, dengan 27 fasilitas produksi baru diumumkan pada tahun 2024 saja.

Perusahaan seperti Yadea, HiNa, dan Contemporary Amperex Technology (CATL) kini sedang membangun keunggulan kompetitif di pasar baterai natrium-ion global, mengambil langkah besar lainnya dalam industri teknologi bersih negara tersebut.

Dan tidak seperti rekan-rekan Barat mereka, mereka sudah menempatkan kendaraan bertenaga natrium di jalan.

Yadea, misalnya, mulai menjual sepeda motor listrik bertenaga natrium setelah proyek percontohan yang sukses dengan 150.000 kurir pengiriman makanan di Shenzhen.

Meskipun kendaraan roda dua ini hanya memiliki jangkauan sekitar 70 kilometer, produsen telah membangun stasiun penukaran baterai di mana pemilik dapat menukar baterai yang habis dalam waktu kurang dari satu menit, daripada harus menunggu berjam-jam untuk mengisi ulang.

CATL, produsen baterai terbesar di dunia untuk EV dan penyimpanan energi, mengumumkan rencana awal tahun ini untuk memproduksi secara massal baterai natrium-ion untuk truk dan mobil tugas berat di bawah merek baru bernama Naxtra yang berbasis di AS.

Sepeda motor dan sepeda motor listrik sudah ada di mana-mana di Tiongkok, dengan sekitar 55 juta terjual pada tahun 2023 saja.

Sekarang, upaya negara tersebut ke dalam kendaraan bertenaga baterai natrium dapat menciptakan potensi besar untuk ekspansi di seluruh Global South, khususnya di Asia dan Afrika, kata Kate Logan, direktur China Climate Hub dan diplomasi iklim di Asia Society Policy Institute yang berbasis di AS.

“Karena penggunaan kendaraan roda dua dan roda tiga terkonsentrasi di Global South, pasar ini akan menjadi lebih penting bagi strategi keseluruhan perusahaan-perusahaan Tiongkok sejak awal, daripada didorong oleh faktor-faktor seperti ketegangan perdagangan dan kurangnya akses ke pasar Global North,” jelasnya.

Mengubah sepeda dan becak ini secara grosir menjadi tenaga listrik di seluruh pasar Global South akan berdampak signifikan pada emisi dan penggunaan bahan bakar fosil, tambahnya.

Bagi pihaknya, Tarascon melihat perubahan besar yang akan datang dalam ukuran mobil selama dekade berikutnya di Global North juga.

“Kita akan memiliki mobil yang lebih kecil di kota-kota, lebih banyak taksi, dan lebih banyak kendaraan jarak pendek, jadi secara otomatis, baterai natrium-ion akan memiliki peran besar untuk dimainkan,” katanya.

“Jika saya melihat ke masa depan, teknologi ini pasti akan ditingkatkan, dan saya pikir itu akan mendapatkan sebagian besar pasar karena ada permintaan besar untuk energi baterai, dan lithium-ion tidak dapat melakukannya semuanya.”