Pengembangan Superkapasitor Berbasis Karbon Aktif dari Kulit Manggis sebagai Penyimpan Energi Masa Depan

Manggis (Gracinia mangostana L) merupakan tanaman tahunan yang hidup di daerah tropis seperti Indonesia, buahnya terasa manis dan sedikit masam. Tanaman buah tropis ini memiliki pertumbuhan sangat lambat, namun memiliki umur yang cukup panjang. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik mengenai produksi buah buahan di tahun 2020 buah manggis menempati angka 322.414 ton naik sebesar 75.938 ton dari angka produksi tahun 2019. Sentra produksi manggis ini membentang dari Sumatera, Jawa, hingga Nusa Tenggara bahkan sampai Sulawesi Selatan dan Kalimantan Selatan. Hal ini menjadikan buah manggis adalah salah satu komoditi ekspor potensi lokal Indonesia. 

Jumlah produksi buah manggis yang tidak sedikit akan berbanding lurus dengan produksi timbunan limbah kulit manggis yang akan berpengaruh terhadap lingkungan apabila tidak dilakukan pengolahan lebih lanjut. Berdasarkan literatur terkait kandungan kulit buah manggis maka ada pertimbangan bahwa kulit manggis berpotensi sebagai pengembangan superkapasitor berbasis karbon aktif yang akan dimanfaatkan untuk menyimpan energi untuk masa depan dalam jangka panjang. Jika ditinjau dari Ultimate Analisis (basis kering) manggis memiliki kadar karbon aktif  yang cukup tinggi yaitu sebanyak 48,81%. Selain itu, kulit manggis memiliki kandungan fixed carbon yang lebih tinggi. Kandungan fixed carbon ini menunjukkan jumlah karbon maksimum yang dapat dihasilkan dari suatu biomassa setelah proses pirolisis (Mukti dkk, 2015). 

Karbon aktif ini dapat dibuat dari bahan-bahan yang mengandung karbon, salah satunya adalah limbah kulit manggis yang merupakan bahan baku alternatif berbiaya rendah. Aplikasi karbon aktif dalam proses industri sangat beragam, salah satunya dalam produksi superkapasitor sebagai alternatif penyimpanan energi di masa mendatang. Karbon aktif akan berperan sebagai elektroda dalam pembuatan superkapasitor. Salah satu elektroda bisa digunakan untuk superkapasitor adalah kandungan karbon aktif dari kulit manggis karena memenuhi kriteria elektroda yang baik. Selain itu karbon aktif mudah dibuat dalam skala besar.

Baca juga : Relawan Super SandiUno Beri Bantuan Hingga Pelatihan Enterpreuner Bagi Warga Cianjur 

Superkapasitor ini diharapakan akan menarik perhatian para penggiat energi terbarukan dengan pengaplikasiannya yang cukup banyak dan beragam. Dimulai dari sumber daya tambahan peralatan listrik, perangkat listrik hingga pembaharuan kendaraan yang menggunakan tenaga listrik. Superkapasitor menjanjikan kapasitas penyimpanan energi yang besar karena kepadatan daya yang tinggi, kepadatan energi yang tinggi, dan siklus hidup yang panjang. Untuk mendapatkan kerapatan energi yang wajar, karbon aktif harus memiliki luas permukaan spesifik yang tinggi. Dengan melihat jumlah fixed carbon dan lignin  dari kulit manggis dapat disimpulkan bahwa manggis berpotensi untuk dijadikan bahan baku karbon berpori dengan luas permukaan yang tinggi dan menghasilkan jumlah karbon yang cukup banyak sehingga sesuai dengan karakteristik yang dibutuhkan dalam pembuatan superkapasitor.

Pembahasan

Karbon aktif adalah suatu padatan berpori dengan kandungan karbon 85-95% yang berasal dari bahan-bahan yang mengandung unsur karbon. Karbon aktif dihasilkan melalui proses pemanasan bahan-bahan yang mengandung unsur karbon dengan suhu tinggi. Karbon ktif memiliki luas permukaan 300-3500 m²/g dan memiliki struktur yang amorf. Karbon aktif dapat digunakan setelah mengalami proses aktivasi sehingga luas permukaannya semakin besar dikarenakan jumlah pori yang lebih banyak. Karbon aktif banyak diaplikasikan karena memiliki luas permukaan yang besar diantaranya sebagai adsorben dalam proses pemurnian air maupun limbah, sebagai agen pemurni, penghilang warna, penghilang rasa dan penghilang bau.

Proses pembuatan karbon aktif terdiri dari dua tahap yaitu karbonisasi dan aktivasi. Tahap karbonisasi adalah proses pembentukan karbon dari bahan baku melalui pemanasan dengan suhu 400-600^oC. Tahap berikutnya yaitu aktivasi yang merupakan proses peningkatan daya serap karbon aktif. Untuk meningkatkan luas permukaan karbon aktif dan jumlah pori-pori yang lebih banyak dilakukan aktivasi dengan uap panas, gas karbon dioksida dengan suhu berkisar 700-1.100^oC atau dengan penambahan agen sebagai aktivator (Rahmadani dan Kurniawati, 2017).

Baca juga : Pengamat: Punya Kapasitas Kepemimpinan, Airlangga Capres Paket Lengkap

Pada gagasan ini, pembuatan karbon aktif dari kulit manggis berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Husna dan Putra (2020). Pembuatan karbon aktif kulit manggis dilakukan dengan proses karbonisasi didalam furnace pada suhu 300^oC selama 1 jam. Kemudian proses akivasi karbon aktif dilakukan dengan menggunakan aktivator yaitu HCL 4N. Karbon aktif dari kulit manggis yang didapatkan berdasarkan kondisi operasi di atas telah memenuhi standar mutu karbon aktif Indonesia berdasarkan regulasi SNI 06-3730-1995. 

Superkapasitor tersusun dari 2 kolektor arus, material elektroda dengan luas permukaan yang besar, membran semi permeable dan cairan elektrolit. Diantara elektroda positif dan negatif terdapat separator yang menjaga hubungan listrik. Ketika proses pengisian, kedua elektroda diisi dengan pengisian yang berbeda secara berurutan seperti pada saat pengisian positif dikumpulkan pada elektroda positif. Tidak ada transfer muatan yang terjadi antara elektroda dan elektrolit. Ketika diberi medan luar, ion pada elektrolit akan berdifusi kemudian terkumpul pada permukaan elektroda. Karena tidak adanya transfer muatan antara ion dengan elektroda, maka simpanan muatan superkapasitor sangat reversible, usia pemakaian yang stabil hingga 10⁶ siklus, dimana baterai elektrokimia hanya mendekati 10³ siklus (Hananta, 2015).

Prosedur pembuatan superkapasitor berbasis karbon aktif kulit manggis merujuk pada penelitian Febriyanto dkk, (2019). Superkapasitor dibuat dengan jenis Electrical Double-Layer Capacitor (EDLC) simetris dengan menggunakan dua elektroda karbon aktif dengan dimensi masing-masing 1 x 1 cm². Karbon aktif yang digunakan masing-masing diletakkan di atas kolekor arus mesh stainless steel dan dipisahkan dengan membran Nafion® 212. Kemudian disusun sesuai dengan Gambar 1 berikut. Penambahan elektrolit digunakan larutan KOH 6 M terlarut dalam etanol yang diteteskan pada sel superkapasitor sebelum dilakukan pengujian elektrokimia.

Baca juga : TRAS N CO Beri Penghargaan Kepada Berbagai Pimpinan Perusahaan

Gambar 1. Elektroda superkapasitor karbon aktif (Febriyanto dkk, 2019)

Potensi alam Indonesia yang sangat masif memungkinkan untuk diterapkannya kebijakan penggunaan energi listrik di seluruh tanah air.. Ke depannya, penggunaan energi listrik berhasil diproduksi dari berbagai sumber yang akan digunakan di berbagai wilayah dan diseluruh aspek kehidupan, seperti perindustrian, penerangan, transportasi, komunikasi dan lainnya. Bila kondisi ini tercapai maka akan berdampak pada meningkatnya kebutuhan akan superkapasitor. Dengan demikian, superkapasitor berbasis kulit manggis yang penulis tawarkan memiliki peluang dan potensi yang besar untuk dikembangkan.

Penutup

Superkapasitor karbon aktif dari kulit manggis dapat menjadi salah satu inovasi dalam pengelolaan limbah di Indonesia serta dalam mendukung langkah penyediaan energi bersih dan terbarukan di Indonesia. Implementasi gagasan ini juga perlu dukungan dan kerjasama dari berbagai pihak. Penulis merekomendasikan gagasan ini kepada seluruh pihak dengan harapan suatu hari nanti gagasan ini bisa diwujudkan. Akhir kata, penulis mempersembahkan gagasan superkapasitor berbasis karbon aktif dari kulit manggis sebagai penyimpan energi masa depan dan untuk kemajuan Negara Kesatuan Republik Indonesia.

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.