Nanoteknologi ialah ilmu yang mempelajari terkait proses dan karakterisasi dari bahan atau struktur dengan skala nano. Teknologi ini memungkinkan pengembangan solusi energi yang lebih efisien, hemat biaya, dan ramah lingkungan. Dengan kebutuhan energi global yang terus meningkat, nanoteknologi membuka peluang baru untuk pembangkitan, penyimpanan, hingga penghematan energi. Teknologi tersebut dapat dipakai dalam berbagai bidang, seperti bidang energi terbarukan.
International Energy Agency (IEA) mendefinisikan energi terbarukan merupakan energi yang berasal dari proses alam yang diisi ulang terus menerus. Penggunaan sumber energi terbarukan seperti energi surya, biomassa, angin, air, dan geotermal terus berkembang untuk memenuhi kebutuhan energi global yang semakin meningkat, sekaligus mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan. Dalam konteks ini, nanoteknologi hadir sebagai inovasi yang berpotensi besar untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja teknologi energi terbarukan.
Dikutip dari laman Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia pada tahun 2024 Indonesia mempunyai potensi bioenergi dari sumber biomassa sangat besar yaitu setara dengan 56,97 GW listrik, angin sebesar 154,6 GW. Keberadaan energi terbarukan yang besar ini telah dimanfaatkan pemerintah indonesia dengan membangun Kincir Angin penghasil Listrik terbesar di Asia Tenggara, dengan kapasitas 75 MW yang bisa menerangi 67.000 pelanggan rumah tangga di kecamatan Watangpulu, Kabupaten Sidrap Provinsi Sulawesi Selatan. Berikut peran nanoteknologi dalam energi terbarukan dan berkelanjutan;
Nanoteknologi dalam Baterai
Baterai berbasis nanoteknologi menawarkan potensi besar untuk meningkatkan efisiensi dan daya tahan, khususnya dalam aplikasi kendaraan listrik. Penggunaan material nanoscale dapat meningkatkan kepadatan energi dan mempercepat waktu pengisian, sehingga berkontribusi pada pengembangan kendaraan listrik yang lebih efisien dan ramah lingkungan.
Pemanfaatan kendaraan eksperimental yang digerakkan oleh baterai graphene dapat menjangkau hingga jarak maksimal 500 km, dengan waktu pengisian bahan bakar hanya tiga menit. Masa pakai baterai graphene adalah empat kali lipat seperti baterai konvensional dan beratnya hanya setengah dari itu baterai konvensional. Sedangkan baterai graphene memberikan kinerja yang sangat baik kinerja, harga tetap cukup rendah. Biaya graphene baterai 77% lebih rendah dibandingkan baterai konvensional. Dengan efsiensi energi semakin meningkat, kendaraan listrik di masa depan diharapkan dapat meningkat mencapai jarak hingga 800 km.
Inovasi dalam nanoteknologi juga dapat membantu mengatasi masalah manajemen termal dan transportasi ion, yang merupakan isu penting dalam desain baterai modern. Penggunaan nanomaterial seperti nanotube dan graphene dapat meningkatkan kinerja baterai lebih jauh, menjadikannya lebih aman dan lebih stabil untuk aplikasi kendaraan listrik sehingga nanoteknologi tidak hanya meningkatkan kinerja baterai, tetapi juga berkontribusi pada keberlanjutan lingkungan melalui pengurangan penggunaan bahan berbahaya dalam produksi baterai.
Berbagai hasil penelitian menunjukkan bahwa integrasi nanoteknologi dalam desain baterai dapat mengarah pada pengembangan baterai yang lebih efisien, tahan lama, dan ramah lingkungan untuk kendaraan listrik. Proses dari pengembangan baterai berbasis nanoteknologi mencakup penelitian tentang material katoda dan anoda, serta elektrolit untuk meningkatkan kinerja baterai secara keseluruhan.
Turbin Angin Berlapis Nano
Turbin angin berlapis nano adalah turbin yang menggunakan material nano pada bilah dan bagian lainnya untuk meningkatkan efisiensi, daya tahan, dan kinerja. Penerapan nanoteknologi seperti nanopartikel, nanomaterial, dan pelapis nano bertujuan mengurangi gesekan, meningkatkan integritas struktural, mengurangi bobot, serta memperpanjang usia pakai turbin.
Potensi besar nanoteknologi dalam merevolusi industri energi angin yaitu dengan mengintegrasikan kemajuan skala nano ke dalam pengembangan turbin angin bertujuan untuk meningkatkan kinerja, daya tahan, dan efisiensi.
Pada turbin angin, terjadi proses konversi energi angin menjadi energi listrik. Energi angin akan memutar blade turbin yang mengelilingi rotor. Di mana, rotor terhubung secara langsung dengan main shaft yang akan memutar generator. Generator selanjutnya menghasilkan listrik.
Hal ini menempatkan blade atau bilah turbin sebagai bagian penyusun turbin angin yang sangat penting. Blade turbin menerima energi kinetik dari angin pertama kali, serta terangkat dan berputar karena paparan angin tersebut. Blade turbin senantiasa terpapar oleh berbagai beban eksternal seperti tensi, kompresi, dan lain-lain.
Mengembangkan blade turbin dengan ukuran yang lebih besar menjadi solusi utama dalam peningkatan energi listrik. Semakin besar ukuran blade, maka akan semakin besar energi yang dapat ditangkap.
Sayangnya, berbagai problematika berpotensi muncul apabila ukuran blade turbin diperbesar. Blade turbin akan menjadi terlalu berat untuk digerakkan angin dan rentan mengalami kerusakan struktural. Oleh karena itu, diperlukan material dengan karakteristik performa mekanis, kekuatan dan resistensi kelelahan yang baik. Bahan yang lebih ringan dan kuat bisa memungkinkan pembuatan blade turbin dengan ukuran besar dan mampu mulai beroperasi pada kecepatan angin yang lebih pelan.
Penambahan CNTs pada matriks polimer penyusun blade terbukti dapat menciptakan blade turbin angin yang lebih kuat, ringan, dan efisien. Molekul Carbon Nanotubes (CNTs) merupakan suatu molekul berbentuk tabung yang disusun oleh atom karbon. CNTs dapat diproduksi dari bahan baku selulosa alam seperti kapas. Berbagai teknik seperti pirolisis dan arc discharge dapat digunakan dalam produksi CNTs. Rasio panjang terhadap diameter (length-to-diameter) pada molekul CNTs mencapai 1000. Di mana diameter tabung berukuran 1 hingga puluhan nanometer.
Walaupun nanoteknologi menawarkan banyak manfaat dalam sistem energi terbarukan, masih ada beberapa tantangan yang perlu diatasi. Salah satu tantangan utama adalah biaya tinggi yang terkait dengan produksi nanopartikel dan penerapan nanofluida pada skala industri. Selain itu, pengaruh jangka panjang nanopartikel terhadap lingkungan juga perlu dipertimbangkan, terutama dalam hal keamanan dan keberlanjutan penggunaan material nano tersebut.
Namun demikian, dengan semakin berkembangnya teknologi, ada potensi untuk mengurangi biaya dan menemukan solusi lebih ramah lingkungan dalam pengembangan dan penerapan nanoteknologi ini. Di masa depan, penelitian lebih lanjut akan membantu menjembatani kesenjangan antara nanoteknologi dan produksi energi terbarukan, menjadikannya teknologi yang lebih layak untuk diterapkan pada skala yang lebih luas.
Sumber Rujukan:
Fajaryatun, R. C., Sukardi, T. W., Jumari, A., & Purwanto, A. (2015). Enhancement of Lithium Battery Performance by Thickness Anode Film Modification.Materials Science Forum. https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/MSF.827.156
Feng Y, Yang JH, Liu H, Ye F, Yang J. (2014). Selective electrocatalysts toward a prototype
Kumar, P., Channi, H. K., Babbar, A., Kumar, R., Bhutto, J. K., Khan, T. M. Y., Bhowmik, A., Razak, A., & Wodajo, A. W. (2024). A systematic review of nanotechnology for electric vehicles battery.International Journal of Low-Carbon Technologies. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctae029
Li Y, Chen S, Wu M, Sun J. (2012). Polyelectrolyte multilayers impart healability to highly
Li YY, Gabaly FE, Ferguson TR, Smith RB, Bartelt NC, Sugar JD. (2014). Currentinduced
Li. Yong., Yang. Jie., Song. Jian. (2017)Nano energy system model and nanoscale effect of graphene battery in renewable energy electric vehicle
Sathiya M, Rousse G, Ramesha K, Laisa CP, Vezin H, Sougrati MT. (2013) Reversible anionic redox chemistry in high-capacity layered-oxide electrodes. Nat Mater. 12:827–35.
Strasser P. (2010) Lattice-strain control of the activity in dealloyed core-shell fuel cell
Tee BC, Wang C, Allen R, Bao Z. (2012). An electrically and mechanically self-healing transition from particle-by-particle to concurrent intercalation in phaseseparating fuel cell electrodes. Nat Mater 14:128–36.
Zhao, S. (2024). Application of nanotechnology-based battery performance improvement in the field of electric vehicles.Applied and Computational Engineering. https://doi.org/10.54254/2755-2721/59/20240741
Zheng, W. (2024). Diverse Applications of Frontier Nanotechnology in Electric Vehicles.Highlights in Science Engineering and Technology. https://doi.org/10.54097/7he20n09
