Bahan bakar logam sebagai penyimpan energi masa depan? Ketika aluminium dan besi menyalip hidrogen.

Solusi untuk kesenjangan listrik musim dingin? Para peneliti sedang menciptakan baterai masa depan dari serbuk logam – satu liter besi untuk daya 8 jam: Revolusi penyimpanan energi yang terabaikan.

Transisi energi menghadapi tantangan paradoks: Sementara pembangkit listrik tenaga surya menghasilkan surplus listrik bersih di musim panas, yang sebagian tidak terpakai, kekurangan listrik yang signifikan mengancam selama bulan-bulan musim dingin yang gelap dan dingin. Ketidakseimbangan musiman ini merupakan salah satu hambatan paling persisten dalam perjalanan menuju netralitas iklim dan terus memaksa Eropa ke dalam ketergantungan yang mahal pada impor bahan bakar fosil. Sementara debat publik sering berfokus pada hidrogen sebagai obat mujarab, alternatif yang berpotensi lebih unggul sedang berkembang di bawah bayang-bayang penelitian: penyimpanan energi dalam bahan bakar logam seperti aluminium dan besi.

Ide yang tampaknya tidak biasa ini, setelah diteliti lebih lanjut, ternyata merupakan solusi yang sangat sederhana dan tangguh. Prinsipnya didasarkan pada siklus kimia reversibel: Kelebihan listrik musim panas digunakan untuk mereduksi oksida logam menjadi logam murni, yang berfungsi sebagai pembawa energi yang sangat padat dan aman. Saat dibutuhkan, logam-logam ini bereaksi secara terkendali dengan air, sekaligus melepaskan panas dan hidrogen yang dapat digunakan, yang kemudian diubah kembali menjadi listrik.

Keunggulan fisiknya sungguh mencengangkan: Satu liter aluminium menyimpan energi sekitar 23 kali lebih banyak secara volumetrik dibandingkan hidrogen yang dikompresi tinggi. Serbuk atau butiran logam dapat disimpan dan diangkut dengan aman pada suhu ruangan dan tekanan normal – tanpa tangki bertekanan tinggi yang mahal atau pendinginan kriogenik. Ini berarti bahan bakar logam tidak hanya dapat merevolusi penyimpanan energi musiman untuk bangunan dan industri, tetapi juga menata ulang aliran energi global dan membuka jalan bagi Eropa untuk keluar dari ketergantungan energi geopolitiknya. Proyek percontohan di Swiss dan Jerman telah menunjukkan bahwa teknologi ini jauh lebih dari sekadar ide laboratorium – teknologi ini dapat menjadi komponen krusial yang sebelumnya hilang untuk pasokan energi terbarukan yang aman dan sepenuhnya.

Cocok untuk:

• Penelitian OST – Universitas Sains Terapan Swiss Timur | Bahan bakar logam sebagai pembawa dan pemasok energi

Sebuah terobosan jenius dari Swiss: Bagaimana butiran logam yang tak terlihat bisa mengakhiri ketergantungan kita pada energi

Tantangan penyimpanan energi musiman merupakan salah satu masalah paling persisten dalam transisi energi. Meskipun surplus listrik fotovoltaik di musim panas di Eropa terus meningkat, justru energi inilah yang justru kurang selama bulan-bulan musim dingin yang gelap. Bahan bakar logam seperti aluminium dan besi menjanjikan solusi yang lebih unggul daripada hidrogen yang lebih dominan dalam parameter krusial dan dapat mengubah sektor energi secara fundamental.

Eropa menghadapi tantangan energi yang fundamental. Swiss sendiri diperkirakan akan mengalami kekurangan listrik musim dingin sekitar delapan hingga sepuluh terawatt-jam pada tahun 2050, meskipun terjadi ekspansi besar-besaran pada pembangkit listrik tenaga fotovoltaik. Jerman dan seluruh Uni Eropa sedang bergulat dengan masalah struktural yang serupa. Meskipun pembangkit listrik tenaga surya menciptakan kelebihan kapasitas di musim panas, yang beberapa di antaranya harus dikurangi, terdapat kekurangan yang mencolok di musim dingin. Kesenjangan musiman ini diperparah dengan setiap penambahan panel surya yang dipasang di atap dan ruang terbuka di Eropa. Di saat yang sama, meningkatnya elektrifikasi pemanas dan transportasi membuat permintaan listrik, terutama selama musim dingin, semakin kritis.

Ketergantungan energi Eropa pada impor bahan bakar fosil menggarisbawahi kebutuhan mendesak akan solusi penyimpanan berkelanjutan. Jerman mentransfer antara 80 dan 130 miliar euro per tahun untuk batu bara, minyak, dan gas ke luar negeri, sementara Uni Eropa secara keseluruhan mentransfer lebih dari 300 miliar euro. Dana yang sangat besar ini mengalir keluar dari negara tersebut, alih-alih diinvestasikan dalam infrastruktur domestik dan teknologi masa depan. Lebih lanjut, gejolak geopolitik beberapa tahun terakhir telah menunjukkan dengan jelas risiko yang terkait dengan ketergantungan ini.

Bahan bakar logam seperti aluminium dan besi membutuhkan oksigen (O₂) untuk melepaskan energi. Reaksinya mirip dengan pembakaran, tetapi seringkali berupa oksidasi, misalnya:

Aluminium + Oksigen → Aluminium oksida (Al₂O₃)

Besi + Oksigen → Oksida besi (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

Reaksi-reaksi ini melepaskan banyak panas – dan energi inilah yang ingin digunakan sebagai bentuk penyimpanan.

Hidrogen (H₂) merupakan pembawa energi yang terkenal saat ini, tetapi sulit untuk disimpan dan diangkut.

Bahan bakar logam dianggap sebagai alternatif karena:

◾️ sangat kaya energi,

◾️ mudah diangkut (padat, tidak mudah menguap),

◾️ dapat digunakan kembali – oksida dapat didaur ulang dan direduksi kembali menjadi logam, seringkali menggunakan listrik terbarukan.

Beberapa konsep bahkan menggunakan hidrogen untuk mengubah logam teroksidasi kembali menjadi logam murni.

Fisika penyimpanan energi logam

Prinsip dasar bahan bakar logam didasarkan pada reversibilitas kimia yang elegan. Logam seperti aluminium, besi, atau silikon dapat diisi dengan energi listrik melalui proses reduksi, di mana oksigen dilepaskan dari bentuk oksidanya. Logam murni yang dihasilkan bertindak sebagai perangkat penyimpan energi bertekanan tinggi. Ketika dibutuhkan, proses ini dibalik. Logam bereaksi dengan air atau uap, menghasilkan hidrogen dan panas. Hidrogen dapat digunakan dalam sel bahan bakar untuk menghasilkan listrik, sementara panasnya dapat dialirkan langsung ke sistem pemanas.

Kepadatan energi secara fundamental membedakan bahan bakar logam dari alternatif gas. Aluminium mencapai kepadatan energi teoretis lebih dari delapan kilowatt-jam per kilogram dan kepadatan volumetrik lebih dari dua puluh tiga kilowatt-jam per liter. Bahkan hidrogen yang dikompresi di bawah tekanan tinggi pada tujuh ratus bar hanya mencapai sekitar satu kilowatt-jam per liter secara volumetrik. Satu liter besi dapat memasok energi untuk rumah tangga rata-rata di Jerman selama lebih dari delapan jam, sementara satu liter hidrogen yang dikompresi dengan suhu tinggi bahkan tidak akan bertahan selama satu jam.

Sifat-sifat fisik ini memiliki konsekuensi praktis yang luas. Serbuk atau granul logam dapat disimpan dan diangkut pada suhu ruangan dan tekanan normal. Tidak diperlukan tangki bertekanan tinggi yang mahal maupun teknologi pendinginan yang rumit. Persyaratan keselamatannya sebanding dengan material curah konvensional. Bahaya ledakan, seperti yang terkait dengan debu logam halus, dapat dihindari dengan menggunakan granul yang lebih besar. Institut Teknologi Surya SPF Swiss di OST, misalnya, menggunakan granul kawat aluminium 6060, yang tersedia secara komersial dan tidak memerlukan tindakan pencegahan keselamatan khusus.

Perbandingan kandidat material

Aluminium dianggap sebagai kandidat paling menjanjikan di antara bahan bakar logam. Dengan kepadatan energinya yang tinggi, secara teoritis lebih dari delapan kilowatt-jam per kilogram, aluminium secara signifikan melampaui semua logam tidak beracun lainnya. Ketika bereaksi dengan air, sekitar lima puluh persen energi yang tersimpan dilepaskan sebagai panas dan lima puluh persen sebagai hidrogen. Hidrogen dapat dikonversi menjadi listrik dalam sel bahan bakar dengan efisiensi lima puluh persen, menghasilkan rasio keseluruhan sekitar tujuh puluh lima persen panas dan dua puluh lima persen listrik. Kombinasi ini ideal untuk sistem energi bangunan, di mana permintaan panas biasanya mendominasi.

Tantangan aluminium terletak pada produksinya yang intensif energi. Sekitar tiga belas hingga tujuh belas kilowatt-jam energi listrik dibutuhkan per kilogram aluminium primer. Penggunaan tenaga batu bara dalam proses ini menghasilkan hingga dua puluh kilogram karbon dioksida per kilogram aluminium. Bahkan ketika energi terbarukan digunakan, proses Hall-Héroult konvensional masih melepaskan sekitar satu setengah ton karbon dioksida per ton aluminium, karena anoda karbon dikonsumsi dan bereaksi membentuk karbon dioksida.

Di sinilah inovasi berperan. Dalam proyek riset Eropa REVEAL, para ilmuwan yang dipimpin oleh OST sedang mengembangkan proses produksi aluminium yang sepenuhnya bebas karbon dioksida menggunakan apa yang disebut anoda inert. Anoda ini terdiri dari paduan logam yang tidak terkonsumsi selama proses elektrolisis dan melepaskan oksigen murni, bukan karbon dioksida. Mitra Islandia, IceTec, sedang mengerjakan implementasi industri teknologi ini secara paralel, memanfaatkan energi panas bumi dan hidroelektrik yang tersedia secara luas. Perusahaan Jerman seperti Trimet juga mendorong pengembangan ini dan telah mengoperasikan pabrik demonstrasi.

Besi menawarkan dirinya sebagai alternatif yang pragmatis. Dengan kepadatan energi sekitar 0,2 hingga 0,3 kilowatt-jam per kilogram, besi jauh lebih rendah daripada aluminium, tetapi tetap kompetitif dengan banyak teknologi penyimpanan lainnya. Keunggulan utama besi adalah ketersediaan dan biayanya yang rendah. Sebagai unsur keempat paling melimpah di kerak bumi, bijih besi tersedia dalam jumlah yang hampir tak terbatas tanpa memengaruhi harga pasar global secara substansial.

Reaksi besi dengan air menghasilkan panas yang sangat sedikit. Semua energi yang tersimpan ditransfer ke hidrogen yang dihasilkan, yang kemudian dapat dikonversi menjadi listrik dengan efisiensi sekitar lima puluh persen. Rasio ini membuat besi sangat menarik untuk aplikasi di mana kebutuhan listrik sangat tinggi. Kelompok riset yang dipimpin oleh Profesor Wendelin Stark di ETH Zurich mengoperasikan pabrik percontohan di kampus Hönggerberg yang menyimpan hidrogen secara musiman menggunakan oksida besi. Teknologi ini dianggap sekitar sepuluh kali lebih murah daripada penyimpanan hidrogen konvensional.

Reduksi langsung dengan hidrogen hijau telah diterapkan secara industri untuk produksi besi. Perusahaan seperti ArcelorMittal dan ThyssenKrupp sedang berupaya untuk beralih ke produksi baja berbasis hidrogen. Teknologi ini dapat digunakan langsung untuk penyimpanan energi. Tingkat kematangannya berada di antara enam dan tujuh pada skala sembilan, sehingga mendekati kesiapan pasar. Pabrik ini dapat dioperasikan pada tekanan normal dan suhu sekitar 800 derajat Celcius, yang membatasi kompleksitas teknisnya.

Silikon merupakan pilihan ketiga. Silikon menggabungkan kepadatan energi yang tinggi, mirip dengan aluminium, dengan ketersediaan yang baik. Sebagai unsur paling melimpah kedua di kerak bumi setelah oksigen, praktis tidak ada kendala sumber daya. Teknologi produksinya sudah mapan berkat industri tenaga surya. Namun, penelitian tentang silikon sebagai media penyimpanan energi masih kurang maju dibandingkan aluminium dan besi. TU Darmstadt sedang meneliti silikon dalam kerangka proyek A-STEAM, tetapi kemungkinan akan membutuhkan waktu beberapa tahun sebelum dapat digunakan dalam aplikasi industri.

Ekonomi Transformasi

Kelayakan ekonomi bahan bakar logam sangat bergantung pada biaya produksi ekstraksi logam bebas karbon. Dengan harga aluminium konvensional sekitar $2.650 per ton, biaya tambahan sekitar $400 akan muncul pada tahun 2035 jika teknologi anoda inert diterapkan secara industri. Dalam jangka panjang, biaya diperkirakan akan stabil pada tingkat tahun 2020, meskipun dengan premi sekitar $300 dibandingkan dengan kelanjutan hipotetis produksi konvensional.

Namun, biaya tambahan ini dapat dilihat dalam konteks keseluruhan. Investasi dalam dekarbonisasi industri aluminium diperkirakan mencapai sekitar satu triliun dolar, yang sekitar setengahnya dialokasikan untuk menyediakan energi rendah emisi. Dua ratus miliar dolar dianggarkan untuk anoda rendah karbon. Namun, investasi ini sekaligus meletakkan fondasi bagi pasar penyimpanan energi yang benar-benar baru, yang jauh melampaui penggunaan aluminium tradisional.

Efisiensi keseluruhan konversi listrik terbarukan kembali menjadi listrik dan panas melalui penyimpanan logam berkisar antara lima puluh hingga enam puluh persen untuk ketiga logam tersebut. Nilai ini awalnya tampak rendah dibandingkan dengan baterai litium-ion dengan efisiensi delapan puluh lima hingga sembilan puluh lima persen. Namun, beberapa faktor perlu dipertimbangkan dalam evaluasi ini. Pertama, perbandingan ini hanya relevan untuk aplikasi dengan durasi penyimpanan yang sebanding. Baterai cocok untuk penyimpanan selama beberapa jam hingga beberapa hari, sementara bahan bakar logam cocok untuk penyimpanan selama berbulan-bulan hingga bertahun-tahun. Biaya penyimpanan per kilowatt-jam meningkat drastis untuk baterai seiring bertambahnya durasi penyimpanan, karena biaya investasi tersebar dalam siklus yang lebih sedikit.

Kedua, panas harus diperhitungkan sebagai sumber energi yang sepenuhnya dapat digunakan. Pada bangunan dengan kebutuhan pemanas, sistem dengan 75 persen panas dan 25 persen listrik berpotensi lebih ideal daripada listrik murni, yang perlu diubah terlebih dahulu melalui pompa panas. Para peneliti Swiss memperkirakan biaya listrik dan pemanas sekitar 20 sen per kilowatt-jam di musim dingin dari sistem penyimpanan aluminium. Ini akan kompetitif dengan banyak pilihan pasokan energi alternatif.

Konversi daya menjadi gas dengan hidrogen hanya mencapai efisiensi 30 hingga 40 persen ketika dikonversi kembali menjadi listrik tanpa pemanfaatan panas. Dengan metanisasi, angka ini turun menjadi sekitar 33 persen. Hanya dengan kombinasi panas dan daya (CHP) yang dioptimalkan dan pemanfaatan panas buang yang konsisten, efisiensi di atas 80 persen, berdasarkan nilai kalor yang lebih tinggi, dapat dicapai. Namun, dalam praktiknya, nilai-nilai ini jarang tercapai. Lebih lanjut, penyimpanan dan pengangkutan hidrogen membutuhkan biaya yang cukup besar. Gua garam bawah tanah hanya layak di lokasi yang secara geologis sesuai. Bagi negara-negara seperti Swiss yang tidak memiliki formasi seperti itu, hanya tangki di atas tanah yang mahal atau impor yang tersisa sebagai pilihan.

Biaya penyimpanan untuk berbagai teknologi sangat bervariasi. Sistem penyimpanan energi termal musiman berharga antara 25 dan 400 franc Swiss per megawatt-jam energi yang tersimpan. Untuk energi listrik, biaya pembangkit listrik tenaga pompa sekitar 100 franc per megawatt-jam, tetapi meningkat lebih dari sepuluh kali lipat untuk sistem penyimpanan energi musiman lainnya. Baterai lithium-ion saat ini berharga antara 400 dan 1.000 euro per kilowatt-jam kapasitas penyimpanan. Meskipun harga ini telah turun drastis, biayanya tetap sangat mahal untuk penyimpanan musiman.

Pembangkit listrik tenaga pompa (pumped storage) beroperasi dengan sangat baik untuk siklus harian dan mingguan, mencapai efisiensi 70 hingga 85 persen. Namun, untuk penyimpanan musiman dengan hanya satu siklus per tahun, biayanya meningkat hingga lebih dari dua euro per kilowatt-jam listrik tambahan. Keterbatasan geografis lokasi yang sesuai semakin membatasi potensi ekspansi. Dalam perekonomian yang telah sepenuhnya beralih ke energi terbarukan, kapasitas pumped storage yang ada masih jauh dari memadai.

Integrasi sistem dan penggabungan sektor

Kekuatan bahan bakar metalik terletak pada integrasinya yang mulus ke dalam konsep penggandengan sektor. Istilah ini menggambarkan keterkaitan sektor-sektor yang secara tradisional terpisah, yaitu listrik, panas, dan mobilitas. Meskipun transisi menuju energi terbarukan di sektor kelistrikan sudah sangat maju, pasokan panas dan transportasi masih sangat bergantung pada bahan bakar fosil. Eropa menghabiskan lebih dari tiga ratus miliar euro setiap tahunnya untuk impor batu bara, minyak, dan gas—uang yang hilang bagi perekonomiannya sendiri.

Bahan bakar logam memungkinkan penggabungan sektor yang fleksibel. Di musim panas, kelebihan listrik fotovoltaik digunakan untuk mereduksi oksida logam. Logam yang dihasilkan disimpan. Di musim dingin, oksidasi terjadi, menghasilkan panas dan hidrogen. Panas mengalir langsung ke sistem pemanas, idealnya digabungkan dengan pompa panas, yang meningkatkan efisiensi pada suhu yang lebih rendah. Hidrogen diubah menjadi listrik dalam sel bahan bakar, dan panas buangan dari proses ini kemudian dialirkan kembali ke sistem pemanas.

Kombinasi ini secara tepat mengatasi permasalahan utama sistem energi Eropa. Di Jerman, permintaan pemanas menyumbang sekitar setengah dari total konsumsi energi final. Sebagian besar dari konsumsi ini terkonsentrasi pada bulan-bulan musim dingin. Sistem penyimpanan yang utamanya memasok panas sekaligus menghasilkan listrik dalam jumlah besar sangat memenuhi profil permintaan ini. Universitas Sains dan Seni Terapan Lucerne telah menghitung bahwa isolasi bangunan tempat tinggal yang konsisten, dikombinasikan dengan pompa panas, secara virtual dapat mengatasi kekurangan listrik musim dingin di Swiss. Dikombinasikan dengan sistem penyimpanan logam, sistem semacam itu akan memanfaatkan kelebihan listrik musim panas secara optimal dan memastikan pasokan musim dingin yang andal.

Menurut model peneliti Swiss, melengkapi semua bangunan multi-keluarga dengan sistem penyimpanan logam dapat secara signifikan mengurangi kekurangan listrik musim dingin yang diperkirakan sebesar delapan terawatt-jam pada tahun 2050. Melengkapi setengah dari seluruh bangunan multi-keluarga saja akan berkontribusi beberapa terawatt-jam. Struktur desentralisasi solusi ini menghindari langkah-langkah perluasan jaringan yang mahal dan meningkatkan keamanan pasokan melalui redundansi.

Prospek lebih lanjut muncul untuk aplikasi industri. Panas proses menyumbang porsi signifikan dari permintaan energi industri. Elektrifikasi langsung menggunakan pompa panas, boiler elektroda, atau pemanas resistansi secara teknis layak dan sudah tersedia untuk berbagai rentang suhu. Namun, bahan bakar logam dapat menawarkan solusi, terutama untuk proses suhu tinggi dan stabilitas beban dasar. Pembakaran serbuk besi dapat mencapai suhu di atas 1.800 derajat Celsius, yang cukup untuk banyak proses industri.

Pembangkit listrik tenaga batu bara yang dikonversi dapat dioperasikan dengan serbuk logam. Infrastruktur yang ada untuk pembakaran, sirkulasi uap, dan pembangkit listrik dapat dimanfaatkan secara maksimal. Oksida logam yang dihasilkan akan dikumpulkan dan diangkut ke fasilitas dengan energi terbarukan yang memadai untuk pengurangan emisi. Pendekatan ini akan memanfaatkan fasilitas yang ada, mempertahankan lapangan kerja, dan sekaligus berkontribusi pada dekarbonisasi. TU Darmstadt sedang menjajaki konsep ini sebagai bagian dari Inisiatif Lingkaran Bersih (Clean Circles Initiative).

Keahlian kami di Uni Eropa dan Jerman dalam pengembangan bisnis, penjualan, dan pemasaran - Gambar: Xpert.Digital

Fokus industri: B2B, digitalisasi (dari AI ke XR), teknik mesin, logistik, energi terbarukan, dan industri

Lebih lanjut tentang itu di sini:

• Pusat Bisnis Xpert

Pusat topik dengan wawasan dan keahlian:

• Platform pengetahuan tentang ekonomi global dan regional, inovasi dan tren khusus industri
• Kumpulan analisis, impuls dan informasi latar belakang dari area fokus kami
• Tempat untuk keahlian dan informasi tentang perkembangan terkini dalam bisnis dan teknologi
• Pusat topik bagi perusahaan yang ingin mempelajari tentang pasar, digitalisasi, dan inovasi industri

Kematangan teknologi dan prospek pengembangan

Kematangan teknologi berbagai komponen sangat bervariasi. Oksidasi logam untuk pelepasan energi telah dikenal sejak lama dan telah digunakan dalam aplikasi khusus. Partikel aluminium dan besi digunakan dalam roket pendorong Ariane, kembang api, dan aplikasi piroteknik lainnya. Dengan demikian, proses kimia fundamental telah dikuasai dan dipahami.

Reaksi terkendali dengan air atau uap pada suhu sedang untuk produksi panas dan hidrogen saat ini sedang dalam tahap uji coba. Institut Teknologi Surya SPF di Rapperswil telah menugaskan sebuah prototipe yang dikembangkan sebagai bagian dari proyek REVEAL. Setelah beroperasi, prototipe ini akan mendemonstrasikan bagaimana panas dan listrik untuk bangunan dapat dihasilkan dari aluminium melalui proses kimia. Energi yang dihasilkan dapat digunakan untuk menyalakan bangunan dan pabrik industri atau dialirkan ke jaringan pemanas distrik.

ETH Zurich mengoperasikan pabrik percontohan untuk penyimpanan hidrogen berbasis besi di kampus Hönggerberg. Tiga tangki baja tahan karat, masing-masing berisi 600 kilogram oksida besi, dapat menyimpan sekitar sepuluh megawatt-jam hidrogen dalam jangka panjang. Ini menghasilkan empat hingga enam megawatt-jam listrik, tergantung pada teknologi konversinya. Pabrik ini telah beroperasi sejak tahun 2024 dan dijadwalkan untuk diperluas pada tahun 2026 untuk memenuhi seperlima kebutuhan listrik musim dingin kampus dengan tenaga surya yang disimpan secara musiman. Peningkatan skala hingga seribu ton oksida besi dapat menghasilkan dua gigawatt-jam listrik, setara dengan sepersepuluh kapasitas pembangkit listrik tenaga pompa Nant de Drance.

Tantangan teknologi terbesar terletak pada produksi logam bebas karbon. Untuk besi, reduksi langsung menggunakan hidrogen hijau telah terbukti secara industri. Beberapa perusahaan baja saat ini sedang membangun pabrik demonstrasi dan merencanakan transisi bertahap pada tahun 2030 hingga 2040. Teknologi ini memiliki tingkat kematangan sekitar tujuh hingga delapan pada skala sembilan dan dengan demikian mendekati ketersediaan komersial.

Teknologi anoda inert berada di ambang terobosan dalam industri aluminium. Trimet di Essen telah mengoperasikan pabrik demonstrasi dalam kondisi produksi sejak tahun 2024. Perusahaan ini mengantisipasi implementasi industri pada tahun 2040 dan netralitas iklim pada tahun 2045. Perusahaan-perusahaan internasional seperti Norsk Hydro dan Rio Tinto juga berinvestasi besar dalam teknologi ini. Apple telah membeli pengiriman pertama aluminium dari pabrik percontohan dengan anoda inert untuk digunakan di ponsel pintar. Hal ini menunjukkan minat dan kredibilitas komersial teknologi ini.

Skalabilitas tetap menjadi faktor krusial. Produksi aluminium tahunan global sekitar tujuh puluh juta ton, sementara produksi baja hampir dua miliar ton. Kapasitas produksi tambahan akan dibutuhkan untuk memberikan kontribusi signifikan terhadap penyimpanan energi musiman. Namun, hal ini tidak serta merta akan mengganggu stabilitas pasar komoditas. Aluminium dan besi merupakan salah satu unsur yang paling melimpah di kerak bumi. Sumber dayanya praktis tak terbatas. Produksi akan dibatasi terutama oleh ketersediaan energi terbarukan yang terjangkau.

Di sinilah peluang krusial berada. Wilayah dengan kondisi energi terbarukan yang sangat baik tetapi permintaan lokal yang rendah dapat menjadi produsen logam. Islandia, dengan tenaga panas bumi dan hidroelektriknya, Afrika Utara, dengan sinar mataharinya yang terik, atau Patagonia, dengan sumber daya anginnya, dapat memproduksi logam untuk ekspor dalam skala besar. Transportasinya mudah dan aman. Kapal kontainer dapat mengangkut butiran logam dalam kondisi normal, tanpa risiko dan biaya yang terkait dengan hidrogen cair atau gas alam cair.

Memikirkan kembali aliran energi global

Internasionalisasi pasokan energi melalui pembawa energi logam akan mengubah arus perdagangan global secara fundamental. Eropa menghabiskan lebih dari tiga ratus miliar euro per tahun untuk impor bahan bakar fosil. Jerman sendiri menghabiskan antara delapan puluh hingga seratus tiga puluh miliar euro. Dana yang sangat besar ini sebagian besar mengalir ke negara-negara dengan rezim otoriter yang kebijakannya seringkali bertentangan dengan nilai-nilai Eropa. Pembiayaan impor ini berkontribusi pada ketidakstabilan geopolitik dan membuat Eropa rentan terhadap pemerasan, sebagaimana yang telah ditunjukkan dengan jelas oleh krisis energi baru-baru ini.

Transisi ke sumber energi logam dapat mengatasi ketergantungan ini sekaligus memungkinkan kemitraan baru. Negara-negara dengan sumber daya terbarukan yang melimpah tetapi industrialisasi domestik yang terbatas akan mendapatkan prospek ekspor yang berharga. Maroko, dengan potensi tenaga suryanya; Chili, dengan kapasitas tenaga angin dan panas buminya; atau Australia, dengan wilayah daratannya yang luas dan cocok untuk energi terbarukan, dapat menjadi produsen logam. Negara-negara ini sebagian besar merupakan negara demokrasi dan memiliki nilai-nilai fundamental yang sama dengan Eropa. Dengan demikian, impor energi akan berkontribusi pada pembiayaan pembangunan, alih-alih mendukung negara-negara otoriter.

Ekonomi sirkular bahan bakar logam berbeda secara fundamental dari bahan bakar fosil. Batu bara, minyak, dan gas dibakar secara permanen dan diubah menjadi gas rumah kaca. Logam, di sisi lain, bersirkulasi dalam siklus tertutup. Logam yang teroksidasi diangkut kembali ke pabrik reduksi dan diisi ulang. Siklus ini secara teoritis dapat diulang berkali-kali tanpa kehilangan atau degradasi material. Para peneliti di ETH Zurich bahkan mengamati bahwa kapasitas penyimpanan reaktor besi mereka sedikit meningkat di setiap siklus.

Pendekatan sirkular ini memiliki implikasi ekonomi yang luas. Investasi dalam produksi logam akan terbayar kembali dalam berbagai siklus. Tidak seperti baterai, yang kapasitasnya menurun setiap siklus, sistem penyimpanan logam tetap dapat digunakan tanpa batas. Meskipun investasi awal dalam pabrik reduksi dan oksidasi, serta dalam logam itu sendiri, mungkin substansial, biaya per kilowatt-jam yang disimpan akan menjadi kompetitif dalam beberapa dekade.

Perhitungan model para peneliti Swiss mengasumsikan biaya sekitar dua puluh sen per kilowatt-jam untuk listrik dan panas dari sistem penyimpanan aluminium. Hal ini sejalan dengan biaya produksi energi terbarukan dan jauh di bawah biaya listrik beban puncak di musim dingin. Dengan semakin matangnya teknologi dan penskalaan, biaya diperkirakan akan semakin turun. Sejarah fotovoltaik dan energi angin menunjukkan betapa dramatisnya pengurangan biaya akibat efek kurva pembelajaran.

Risiko dan tantangan

Meskipun potensinya menjanjikan, tantangan dan risiko yang signifikan masih ada. Pengembangan teknologi belum selesai. Khususnya, produksi aluminium bebas karbon dioksida menggunakan anoda inert baru saja mulai bertransisi ke implementasi industri. Berbagai upaya sebelumnya untuk mengembangkan teknologi ini telah gagal. Anoda inert memiliki reputasi selalu berada di ambang penyelesaian, tanpa pernah mencapai terobosan.

Meningkatnya biaya listrik menimbulkan masalah. Anoda inert tidak hanya tidak melepaskan karbon dioksida, tetapi juga tidak menyediakan energi proses seperti anoda karbon. Oleh karena itu, permintaan listrik per ton aluminium meningkat. Dengan biaya energi yang sudah tinggi di Eropa, hal ini dapat melemahkan daya saing. Produksi aluminium dapat bergeser lebih jauh ke wilayah-wilayah dengan energi yang sangat murah, sementara Eropa hanya akan menjadi negara pengimpor.

Persaingan untuk energi terbarukan semakin ketat. Banyak sektor sedang berjuang untuk elektrifikasi. Industri membutuhkan hidrogen hijau untuk proses kimia dan produksi baja. Transportasi semakin terelektrifikasi dengan jutaan kendaraan listrik. Infrastruktur digital beserta pusat datanya mengonsumsi listrik dalam jumlah yang semakin meningkat. Dalam lingkungan yang kompetitif ini, solusi penyimpanan logam masih perlu membuktikan keunggulan ekonominya.

Kebutuhan infrastrukturnya sangat besar. Jutaan sistem penyimpanan terdesentralisasi atau fasilitas terpusat yang besar akan dibutuhkan untuk memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pasokan energi musim dingin. Membangun infrastruktur ini membutuhkan waktu, modal, dan kemauan politik. Periode pengembalian modal untuk sistem semacam itu bisa mencapai puluhan tahun, yang mungkin akan menghambat minat investor swasta. Subsidi pemerintah dan insentif regulasi kemungkinan besar akan diperlukan.

Dampak lingkungan dari produksi logam yang meluas secara masif harus dikaji secara kritis. Sekalipun proses produksinya netral karbon, konsumsi listriknya sangat besar. Listrik ini, di samping semua kebutuhan energi lainnya, harus berasal dari sumber terbarukan. Lahan yang dibutuhkan untuk pembangkit listrik tenaga angin dan surya sangat luas. Lebih lanjut, ekstraksi bauksit untuk aluminium membutuhkan penambangan skala besar dengan konsekuensi ekologis dan sosial yang menyertainya.

Penerimaan publik terhadap teknologi energi baru masih rapuh. Setiap pabrik industri berskala besar menghadapi penolakan lokal. Pembangunan turbin angin, taman surya, dan jaringan listrik seringkali tertunda atau dicegah oleh inisiatif warga. Pabrik reduksi logam, yang beroperasi pada suhu tinggi dan mengonsumsi listrik dalam jumlah besar, dapat menghadapi penolakan serupa. Komunikasi yang transparan tentang manfaat, risiko, dan dampak lingkungan sangatlah penting.

Perspektif Strategis untuk Eropa

Bagi Eropa, pengembangan bahan bakar metalik menawarkan peluang strategis untuk membangun kepemimpinan teknologi di pasar masa depan. Lembaga penelitian Swiss dan Jerman termasuk di antara lembaga terkemuka dunia di bidang ini. Proyek REVEAL mempertemukan mitra-mitra terkemuka Eropa. Keahlian industri di bidang metalurgi, rekayasa proses kimia, dan integrasi sistem energi tersedia di Eropa.

Strategi Eropa yang terkoordinasi dapat mencakup beberapa elemen. Pertama, melanjutkan dan mengintensifkan pendanaan penelitian. Investasi sebelumnya telah memungkinkan kemajuan yang signifikan. Peningkatan pendanaan akan memperluas keunggulan teknologi. Kedua, menciptakan insentif regulasi untuk memasuki pasar. Tarif feed-in atau hibah investasi dapat memotivasi para pengguna awal.

Ketiga, integrasi ke dalam strategi infrastruktur energi Eropa. Jaringan hidrogen yang direncanakan dapat diperluas untuk mengakomodasi pembawa energi logam. Infrastruktur gas yang ada dapat dialihfungsikan sebagian. Keempat, kerja sama internasional dengan negara-negara yang menawarkan kondisi ideal untuk produksi logam. Kemitraan pembangunan dengan negara-negara Afrika Utara, investasi dalam kapasitas produksi Amerika Selatan, atau transfer teknologi ke Asia dapat menciptakan situasi yang saling menguntungkan.

Dimensi geopolitik tidak boleh diremehkan. Berkurangnya ketergantungan pada impor bahan bakar fosil secara signifikan meningkatkan kebebasan politik Eropa. Kemampuan untuk memastikan pasokan energi di musim dingin dari sumber domestik atau internasional yang andal memperkuat ketahanan terhadap guncangan eksternal. Diversifikasi sumber energi dan rantai pasokan mengurangi potensi pemerasan oleh rezim otoriter.

Pada saat yang sama, muncul ketergantungan baru. Eropa berpotensi bergantung pada impor logam, serupa dengan ketergantungannya saat ini pada bahan bakar fosil. Perbedaannya terletak pada reversibilitas dan sirkularitas logam. Logam dapat didaur ulang dan digunakan kembali. Hal ini menghindari kelangkaan eksistensial yang terjadi akibat sumber daya fosil yang terbatas. Lebih lanjut, pada prinsipnya, produksi dapat berlokasi di Eropa, asalkan tersedia energi terbarukan yang cukup dan terjangkau.

Masa depan penyimpanan energi

Bahan bakar logam tidak akan menjadi satu-satunya solusi untuk tantangan transisi energi. Sebaliknya, bahan bakar logam akan menjadi bagian dari portofolio teknologi penyimpanan yang beragam. Baterai litium-ion akan mempertahankan daya tahannya dalam jangka pendek, beberapa jam hingga beberapa hari. Pembangkit listrik tenaga air pompa-penyimpanan akan tetap diperlukan untuk stabilisasi jaringan dan menyeimbangkan fluktuasi harian dan mingguan. Hidrogen akan dibutuhkan dalam industri sebagai gas proses dan agen pereduksi.

Bahan bakar logam memiliki ceruk khusus dalam penyimpanan jangka panjang musiman, terutama untuk pasokan panas. Di sini, bahan bakar logam menggabungkan keunggulan kepadatan energi yang tinggi, kemudahan penanganan, bahan baku yang murah, dan keterkaitan sektor yang baik. Kombinasi ini menjadikannya lebih unggul daripada teknologi lain. Pengembangan lebih lanjut akan menunjukkan apakah dan seberapa cepat keunggulan teoretis ini dapat direalisasikan dalam praktik.

Tahun-tahun mendatang akan sangat krusial. Beberapa pabrik percontohan saat ini sedang beroperasi atau sedang dibangun. Pengalaman yang diperoleh dari proyek-proyek ini akan menunjukkan apakah ekspektasi teknis dan ekonomis terpenuhi. Pengembangan teknologi anoda inert akan menentukan apakah produksi aluminium bebas karbon dioksida akan benar-benar memungkinkan dalam skala besar. Kesediaan industri dan pembuat kebijakan untuk berinvestasi dalam teknologi ini akan menentukan jangka waktunya.

Integrasi sistem penyimpanan logam ke dalam sistem energi yang ada tidak hanya membutuhkan inovasi teknologi, tetapi juga inovasi regulasi dan pasar. Model bisnis baru harus dikembangkan dengan mempertimbangkan karakteristik spesifik penyimpanan logam. Kontrak jangka panjang antara produsen, operator penyimpanan, dan pemasok energi diperlukan untuk memastikan keamanan investasi. Penilaian manfaat terkait iklim dan energi harus tercermin dalam harga pasar atau mekanisme pendukung yang sesuai.

Debat publik tentang penyimpanan energi perlu diperluas. Sudah terlalu lama diskusi hanya berfokus pada hidrogen sebagai solusi universal. Kenyataannya lebih kompleks. Aplikasi yang berbeda membutuhkan solusi yang berbeda. Bahan bakar logam layak mendapat tempat yang menonjol dalam lanskap ini. Keunggulannya terlalu signifikan untuk diabaikan. Potensinya terlalu besar untuk dibiarkan begitu saja.

Transformasi sistem energi merupakan salah satu tantangan teknologi dan ekonomi terbesar abad ini. Hal ini membutuhkan keberanian untuk berinovasi, kemauan untuk berinvestasi, dan keterbukaan terhadap solusi baru. Bahan bakar logam menawarkan salah satu solusi tersebut. Bahan bakar logam lebih dari sekadar keingintahuan laboratorium yang menarik. Bahan bakar logam dapat menjadi pengubah permainan untuk penyimpanan energi musiman, fondasi untuk mengatasi kesenjangan listrik musim dingin, dan jalan menuju kemandirian energi. Bahan bakar logam merupakan alternatif yang tidak menggantikan hidrogen, tetapi melengkapinya secara efektif dan melampauinya dalam beberapa aplikasi. Pengembangan lebih lanjut patut mendapat perhatian, dukungan, dan pengawasan kritis. Tahun-tahun mendatang akan menunjukkan apakah bahan bakar logam dapat memenuhi janjinya.

Manfaatkan keahlian Xpert.Digital yang luas dan lima kali lipat dalam paket layanan yang komprehensif | R&D, XR, PR & Optimalisasi Visibilitas Digital - Gambar: Xpert.Digital

Xpert.Digital memiliki pengetahuan mendalam tentang berbagai industri. Hal ini memungkinkan kami mengembangkan strategi khusus yang disesuaikan secara tepat dengan kebutuhan dan tantangan segmen pasar spesifik Anda. Dengan terus menganalisis tren pasar dan mengikuti perkembangan industri, kami dapat bertindak dengan pandangan ke depan dan menawarkan solusi inovatif. Melalui kombinasi pengalaman dan pengetahuan, kami menghasilkan nilai tambah dan memberikan pelanggan kami keunggulan kompetitif yang menentukan.

Lebih lanjut tentang itu di sini:

• Gunakan 5x keahlian Xpert.Digital dalam satu paket - mulai dari €500/bulan

☑️ Bahasa bisnis kami adalah Inggris atau Jerman

☑️ BARU: Korespondensi dalam bahasa nasional Anda!

Konrad Wolfenstein

Saya akan dengan senang hati melayani Anda dan tim saya sebagai penasihat pribadi.

Anda dapat menghubungi saya dengan mengisi formulir kontak atau cukup hubungi saya di +49 89 89 674 804 (Munich) . Alamat email saya adalah: wolfenstein ∂ xpert.digital

Saya menantikan proyek bersama kita.

☑️ Dukungan UKM dalam strategi, konsultasi, perencanaan dan implementasi

☑️ Penciptaan atau penataan kembali strategi digital dan digitalisasi

☑️ Perluasan dan optimalisasi proses penjualan internasional

☑️ Platform perdagangan B2B Global & Digital

☑️ Pelopor Pengembangan Bisnis/Pemasaran/Humas/Pameran Dagang