Fokuskini – Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara (Tekmira) Badan Litbang Kementerian ESDM menginisiasi penelitian anoda baterai dari batubara, dengan mengkonversi batubara menjadi bahan baku CTP bernilai tinggi.
Penelitian yang dilaksanakan Kelompok Penelitian dan Pengembangan (KP3) Teknologi Pengolahan dan Pemanfaatan Batubara ini bertujuan mendukung program hilirisasi batubara menjadi bahan baku grafit sintetik yang bernilai tinggi. Kegiatan difokuskan pada pembuatan prekursor karbon dari residu distilasi tar batubara sebagai material penyimpanan energi.
Koordinator KP3 Teknologi Pengolahan dan Pemanfaatan Batubara, Slamet Handoko dalam keterangannya, menjelaskan grafit merupakan bahan baku utama anoda baterai yang umum digunakan pada baterai peralatan elektronik seperti baterai telepon genggam, laptop dan kendaraan listrik. Material ini berkinerja tinggi dan memiliki kapasitas pengisian cepat dan umur yang panjang.
Saat ini, sekitar 83 persen pasokan grafit alam dunia berasal dari Tiongkok dan Brasil. Namun tidak semua grafit alam dapat digunakan sebagai anoda baterai, karena alasan kemurnian dan kualitas ukuran kristalnya.
Grafit sintetik memiliki kemurnian dan ukuran kristal yang homogen. Disayangkannya, biaya proses pembuatan grafit sintetik secara konvensional dari minyak bumi masih mahal, atau mencapai 10 kali biaya pengolahan grafit alam.
Walaupun harga grafit sintetik melangit, proporsi pemakaian grafit sintetik sebagai anoda baterai tidak berkurang. Untuk menekan biaya produksi, biasanya grafit sintetik dicampur dengan grafit alam olahan (spherical graphite).
“Per tahun 2014, proporsi grafit sintetik mencapai 33-40 persen dan diprediksi terus meningkat seiring dengan peningkatan kebutuhan baterai mobil listrik,” sambung Slamet.
Berdasarkan data yang dipublikasi oleh produsen mobil listrik Tesla, permintaan grafit alam diperkirakan meningkat setiap tahunnya sebesar 154 persen. Ini menempatkan grafit sebagai bahan galian paling diburu ke depannya. Oleh karena itu penelitian grafit sintetik perlu dilakukan untuk mengantisipasi ledakan permintaan, apalagi Indonesia tidak memiliki tambang grafit alam yang ekonomis.
Batubara peringkat rendah di Indonesia sangat berlimpah dan potensinya cukup besar untuk dimanfaatkan sebagai prekursor karbon dalam pembuatan anoda baterai. Pada umumnya, batubara menghasilkan senyawa hidrokarbon ketika dibakar dengan oksigen dan menghasilkan panas. Namun jika batubara dipanaskan pada kondisi tanpa oksigen, akan didapatkan hidrokarbon dalam bentuk tar batubara yang dapat diolah lebih lanjut menjadi CTP.
Proses pembuatan tar batubara ini dikenal sebagai pirolisis, sementara proses pengolahan tar menjadi CTP biasanya melalui distilasi. Kedua proses ini telah diteliti dan dikuasai oleh para peneliti Puslitbang Tekmira.
Walaupun demikian tidak semua bagian dari CTP tersebut dapat dijadikan grafit sintetik, sehingga perlu proses modifikasi dan ekstraksi menggunakan pelarut. Hanya sekitar 30-40 persen dari CTP yang dapat diekstrak dan kemudian dapat dijadikan prekursor karbon untuk pembuatan grafit sintetik. Produk hasil ekstraksi sering juga disebut sebagai mesophase pitch, karena mengandung 100 persen karbon yang dapat dikonversi menjadi grafit.
Ketua Tim Penelitian, Phiciato memaparkan proses pembuatan grafit sintetik secara konvensional, baik yang menggunakan minyak bumi atau batubara harus melalui proses pada suhu ekstrem sekitar 2.000 – 3.000?C. Kondisi ini sulit diterapkan secara ekonomis pada skala industri. Dengan bantuan katalis, suhu proses dapat diturunkan hingga mendekati 1.000?C. Hasil pengamatan dengan X-Ray Diffraction menunjukkan grafit sintetik dapat terbentuk pada suhu 1.200?C dengan bantuan katalis berbasis Fe (Ferrum).
“Kunci keberhasilan dipengaruhi dua aspek yaitu efektivitas pembuatan mesophase dan pemilihan jenis katalis. Saat ini tim peneliti masih berfokus pada pembuatan mesophase, dan ke depan akan mengembangkan katalis yang cocok dan ekonomis,” ujar lanjut Phiciato.
Peneliti Muda Puslitbang Tekmira ini menguraikan, pada prinsipnya grafit sintetik dapat disintesa dari segala jenis material karbon seperti biomassa, jelaga, arang dan limbah industri, asalkan memiliki media katalis yang cocok dan jaminan ketersediaan pasokan.
Jika dibandingkan dengan biomassa, kandungan karbon tetap (fixed-carbon) pada batubara rata-rata 2-3 kali biomassa. Hal ini yang mendasari pemilihan batubara dan turunannya sebagai prekursor karbon yang ekonomis. Semakin tinggi kandungan karbon tentu berdampak pada semakin baiknya keekonomian proses grafitisasi.
