ICME: Jembatan Menuju Masa Depan Energi Hijau yang Lebih Baik

Tingginya tingkat emisi karbon yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar fosil telah menjadi salah satu tantangan utama yang dihadapi dunia pada abad ke-21 ini. Dampaknya terasa luas, mulai dari mencairnya es di kutub hingga terjadinya perubahan iklim ekstrem dan serangkaian bencana alam yang semakin sering terjadi belakangan ini. Dalam menghadapi masalah tersebut, negara-negara di seluruh dunia pun berkomitmen untuk mengurangi emisi karbon. Salah satu cara yang paling banyak dipropagandakan ialah penggunaan sumber energi alternatif yang lebih ramah lingkungan atau biasa dikenal sebagai energi hijau.

Energi hijau merupakan sumber energi yang berasal dari alam seperti air, angin, dan surya. Jenis energi ini tidak akan menghasilkan emisi karbon selama proses produksinya. Namun, pemanfaatan energi ini jelas tidaklah mudah. Perangkat-perangkat khusus seperti sel surya, kincir angin, turbin, dan sebagainya dibutuhkan selama proses pemanfaatan energi hijau. Sayangnya, proses pemenuhan kebutuhan perangkat tersebut juga mengalami kendala tersendiri, yakni ketersediaan material maju yang masih minim.

Penemuan material maju sendiri umumnya membutuhkan waktu yang cukup panjang. Hal tersebut dapat terjadi karena riset terkait material maju saat ini masih menggunakan konsep inverse design. Sesuai namanya, konsep ini mengharuskan para peneliti untuk membuat produk terlebih dahulu, baru hubungan antara struktur dan properti material dapat diketahui. Hal ini berarti penelitian mengenai material maju membutuhkan banyak trial and error sehingga tidak akan efektif baik secara waktu maupun biaya. Oleh karena itu, pendekatan yang lebih mutakhir dalam penemuan material maju sangat diperlukan saat ini.

Integrated Computational Materials Engineering (ICME)

Salah satu pendekatan mutakhir yang sedang berkembang dalam ilmu material adalah Integrated Computational Materials Engineering (ICME). Pendekatan ini memungkinkan komputasi digunakan untuk optimasi eksperimen yang akan dilakukan dalam pengembangan material maju. Hal tersebut dapat dilakukan melalui dua cara, yakni simulasi komputer yang dapat dilakukan dari skala kuantum hingga makro atau penggunaan machine learning yang memanfaatkan era big data saat ini untuk prediksi properti atau sifat material maju yang ingin dibuat. Dengan cara ini para peneliti juga mampu memahami hubungan antara struktur dan properti material yang ingin dikembangkan dengan lebih baik.

Aplikasi Terkini ICME di Ranah Energi Hijau

Dalam lingkup energi hijau, ICME sudah mulai banyak digunakan saat ini. Dampak positif seperti efisiensi tinggi dan kemampuan optimasi desain material maju yang ingin dibuat merupakan beberapa faktor pendukung penggunaannya. Selama 1 dekade terakhir, penggunaan ICME dapat dilihat dalam pengembangan material maju untuk kebutuhan panel surya, baterai, kincir angin, dan sebagainya. 

1. Pengembangan Material Sel Surya Masa Depan

Sel surya merupakan alat yang digunakan dalam proses konversi energi surya menjadi energi listrik. Saat ini sel surya yang umum digunakan oleh masyarakat merupakan sel surya berbahan dasar silikon. Jenis sel surya ini memang memiliki tingkat konversi yang cukup tinggi, tetapi harganya yang cukup mahal menjadikan penggunaan panel tersebut masih terbatas. Keterbatasan tersebut pun mendorong para peneliti untuk mengembangkan material sel surya yang lebih murah, tetapi tetap memperhatikan tingkat konversinya.

Salah satu buah dari usaha tersebut adalah penemuan material perovskit yang digadang-gadang sebagai material panel surya masa depan. Namun, material ini juga masih memiliki tantangan tersendiri seperti stabilitasnya yang masih rendah dan ditemukannya kandungan logam berat. Selain itu, struktur material perovskit yang berbentuk ABX juga memperumit proses penemuan material akibat banyaknya kombinasi unsur atau senyawa dalam membentuk kristal tersebut. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, pendekatan ICME dapat digunakan sebagai solusi yang inovatif. Melalui inovasi ini, para peneliti dapat melakukan screening awal untuk menentukan kombinasi unsur atau senyawa yang optimal melalui proses simulasi skala kuantum atau menggunakan machine learning untuk prediksi sifat elektrik material perovskit yang ingin dikembangkan.

2. Pengembangan Material Kincir Angin

Kincir angin merupakan komponen utama yang dibutuhkan dalam konversi energi angin di Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB). Seiring dengan perkembangan zaman, spesifikasi yang dibutuhkan oleh perangkat ini juga menjadi semakin kompleks. Salah satu spesifikasi yang sulit untuk dipenuhi adalah bobot material yang digunakan harus serendah mungkin, tetapi sifat mekanisnya harus sebaik mungkin.

Untuk menemukan kandidat material yang memenuhi spesifikasi tersebut, pendekatan ICME dapat digunakan. Melalui serangkaian proses simulasi, para peneliti dapat menemukan komposisi dan parameter pemrosesan yang optimal untuk menghasilkan material maju yang memenuhi spesifikasi tersebut. Dengan demikian, proses pengembangan material tidak membutuhkan banyak trial and error sehingga lebih efektif secara waktu dan biaya.

3. Pengembangan Material Baterai

Transisi energi hijau tidak hanya membutuhkan perangkat khusus yang digunakan untuk menghasilkan listrik dari sumber daya alam, tetapi juga alat untuk menyimpan energi hijau yang dihasilkan. Salah satu material yang umum digunakan sebagai tempat penyimpanan energi adalah baterai. Perangkat ini umumnya terdiri atas dua komponen utama, yakni elektroda dan elektrolit di mana keduanya memiliki spesifikasi yang cukup kompleks. Sebagai contoh material elektroda saat ini membutuhkan spesifikasi seperti kapasitas, konduktivitas listrik, dan stabilitas kimia yang tinggi.

Penemuan material tersebut tentu membutuhkan banyak biaya dan waktu yang panjang apabila menggunakan metode inverse design. Akan tetapi, dengan kemajuan big data di ilmu material saat ini, maka penggunaan machine learning untuk prediksi properti material baru pun dapat dilakukan. Dengan demikian, proses penemuan material elektroda baru pun dapat berlangsung lebih cepat.

Yossi Andreano
Yossi Andreano

Update berita dan artikel RM.ID menarik lainnya di Google News

Dapatkan juga update berita pilihan dan breaking news setiap hari dari RM.id. Mari bergabung di Grup Telegram "Rakyat Merdeka News Update", caranya klik link https://t.me/officialrakyatmerdeka kemudian join. Anda harus install aplikasi Telegram terlebih dulu di ponsel.