Baterai Berbasis Kayu, Harapan Baru Energi Bersih

PARA peneliti dan industri material sedang mengeksplorasi kemampuan lignin untuk diubah menjadi material karbon keras (hard carbon) yang dapat digunakan sebagai bahan anoda baterai. Pendekatan ini membuka peluang untuk memanfaatkan sumber daya biomassa terbarukan sekaligus meningkatkan nilai guna produk sampingan industri pulp dan kertas.

Salah satu perusahaan yang mengembangkan teknologi tersebut adalah Stora Enso melalui material bernama Lignode. Perusahaan tersebut mengembangkan Lignode sebagai material hard carbon berbasis lignin yang ditujukan menjadi alternatif berbasis hayati bagi material anoda yang selama ini banyak menggunakan grafit alami maupun sintetis.

"Lignode® dari Stora Enso adalah karbon keras yang terbuat dari lignin – produk sampingan yang sudah ada dalam produksi pulp," tulis Stora Enso dalam penjelasan teknologinya. Perusahaan tersebut juga menyebut lignin sebagai salah satu sumber karbon terbarukan terbesar di alam.

Konsep ini kemudian melahirkan istilah populer "baterai dari kayu" (batteries from trees). Namun, istilah tersebut perlu dipahami secara tepat. Baterainya bukan terbuat dari kayu secara utuh. Kayu digunakan sebagai sumber bahan baku untuk menghasilkan lignin, sementara lignin selanjutnya diproses menjadi material karbon yang digunakan pada salah satu bagian penting sel baterai, terutama anoda.

Dengan kata lain, yang dilakukan bukan memasukkan potongan kayu ke dalam baterai, melainkan mengubah struktur kimia dari salah satu komponen utama kayu menjadi material elektroda berteknologi tinggi.

Komponen yang Membuat Kayu Kokoh

Untuk memahami mengapa kayu dapat dikaitkan dengan teknologi baterai, terlebih dahulu kita perlu melihat peran lignin dalam tumbuhan. Lignin merupakan polimer alami kompleks yang terdapat pada dinding sel tanaman. Bersama selulosa dan hemiselulosa, lignin membantu membentuk struktur jaringan kayu. Lignin berperan sebagai semacam pengikat yang memberikan kekakuan dan kekuatan pada struktur tanaman serta membantu meningkatkan ketahanan material kayu.

Stora Enso menyebut lignin menyusun sekitar 20–30 persen dari sebuah pohon. Dalam proses industri pulp, lignin dipisahkan dari serat selulosa. Selama ini, sebagian lignin hasil proses tersebut dimanfaatkan untuk menghasilkan energi atau digunakan dalam berbagai produk turunan.

Namun, perkembangan teknologi biomaterial mendorong pemanfaatan lignin secara lebih jauh. Salah satu jalurnya adalah mengubah lignin menjadi material karbon yang memiliki karakteristik tertentu untuk aplikasi energi.

Di sinilah konsep ekonomi sirkular mulai berperan. Alih-alih melihat lignin hanya sebagai produk sampingan proses industri pulp, material tersebut dapat diolah kembali menjadi bahan bernilai tambah untuk industri baterai.

Stora Enso menyatakan bahwa Lignode dibuat dari lignin yang sudah tersedia sebagai produk sampingan produksi pulp. Perusahaan juga menilai pendekatan ini dapat mengubah aliran sampingan industri—yang sebelumnya banyak dibakar sebagai sumber energi—menjadi material dengan nilai tambah yang jauh lebih tinggi.

Dari Lignin Menjadi Hard Carbon

Perubahan lignin menjadi material baterai membutuhkan proses teknologi yang tidak sederhana. Lignin terlebih dahulu diproses untuk menghasilkan material karbon dengan karakteristik yang sesuai. Salah satu produk akhirnya adalah hard carbon, yakni bentuk karbon amorf (non-grafitik) yang memiliki struktur atom tidak tersusun serapi grafit.

Struktur inilah yang menjadi salah satu faktor penting dalam kinerja material tersebut sebagai anoda. Dalam baterai isi ulang, anoda merupakan salah satu elektroda tempat berlangsungnya penyimpanan dan pelepasan ion selama siklus pengisian dan penggunaan energi. Pada baterai litium-ion (lithium-ion), misalnya, ion litium bergerak antara katoda dan anoda melalui elektrolit ketika baterai mengalami proses pengisian dan pengosongan.

Material anoda harus memiliki kemampuan menyimpan ion sekaligus memungkinkan ion tersebut bergerak secara efisien. Karena itu, karakteristik seperti struktur pori, luas permukaan, jarak antar-lapisan karbon, tingkat kristalinitas, serta keberadaan situs aktif menjadi faktor penting dalam menentukan performa elektrokimia.

Material karbon berbasis lignin menarik perhatian karena struktur karbon yang dihasilkan dapat direkayasa agar memiliki kombinasi pori dan situs aktif yang mendukung penyimpanan serta transportasi ion.

Karakteristik tersebut membuat karbon berbasis biomassa, termasuk lignin, banyak diteliti untuk aplikasi baterai litium-ion maupun natrium-ion (sodium-ion). Stora Enso sendiri mengembangkan Lignode sebagai material hard carbon berbasis lignin yang ditujukan sebagai material anoda pada baterai litium-ion dan natrium-ion. Pada 2024, perusahaan tersebut menjalin kerja sama dengan Altris untuk mengembangkan penggunaan Lignode dalam sel baterai natrium-ion.

Mengapa Hard Carbon Menarik untuk Baterai?

Salah satu alasan material hard carbon menarik perhatian adalah struktur internalnya. Berbeda dengan grafit yang memiliki struktur berlapis dan sangat teratur, hard carbon memiliki struktur yang lebih tidak teratur atau amorf. Struktur ini menyediakan ruang dan situs penyimpanan ion yang berbeda dibandingkan grafit.

Dalam konteks baterai, struktur tersebut berpotensi memberikan keuntungan tertentu, terutama dalam hal kemampuan material menerima dan melepaskan ion pada tingkat arus yang lebih tinggi (fast charging). Stora Enso mengklaim struktur hard carbon berbasis lignin pada Lignode dapat mendukung proses pengisian dan pengosongan yang lebih cepat dibandingkan grafit tradisional, serta memiliki performa yang lebih baik pada suhu rendah. Perusahaan juga menyebut material tersebut dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, mulai dari kendaraan listrik dan elektronik konsumen hingga sistem penyimpanan energi berskala besar.

Namun, klaim tentang kemampuan pengisian cepat perlu ditempatkan dalam konteks yang lebih luas. Kecepatan pengisian sebuah baterai tidak hanya ditentukan oleh material anoda. Kinerja keseluruhan dipengaruhi oleh desain sel, material katoda, elektrolit, separator, kolektor arus, sistem manajemen baterai (Battery Management System/BMS), suhu, kondisi pengoperasian, serta batas keamanan baterai.

Karena itu, penggunaan hard carbon berbasis lignin tidak otomatis membuat seluruh baterai dapat diisi penuh dalam hitungan menit. Keunggulan pengisian cepat merupakan salah satu potensi material yang perlu diuji dalam konfigurasi sel baterai yang lengkap dan pada kondisi penggunaan nyata.

Potensi Karbon

Pengembangan material karbon dari biomassa juga terus berlangsung di lingkungan akademik. Salah satu penelitian terbaru yang diterbitkan di RSC Advances pada 2026 mengembangkan material anoda berbasis biomassa pohon birch. Penelitian tersebut menghasilkan karbon dengan struktur mikro-mesopori hierarkis, kerangka karbon yang sebagian besar amorf, serta situs aktif yang mendukung penyimpanan litium dan transportasi ion.

Material tersebut dibuat melalui aktivasi menggunakan asam fosfat yang kemudian dilanjutkan dengan proses pirolisis pada suhu 1.000 derajat Celsius. Dalam pengujian laboratorium, material karbon berbasis biomassa birch tersebut menunjukkan kapasitas reversibel 915 mAh per gram setelah 1.000 siklus pada laju 1C.

Pada pengujian 2,5C, material mempertahankan kapasitas 412 mAh per gram setelah 2.000 siklus, sedangkan pada 5C masih mempertahankan 235 mAh per gram setelah 5.000 siklus. Peneliti juga melaporkan efisiensi Coulomb mendekati 100 persen pada kondisi pengujian tersebut.

Hasil ini memang menarik, tetapi perlu dipahami bahwa penelitian tersebut menggunakan karbon yang berasal dari biomassa pohon birch secara umum, dan bukan secara khusus menggunakan Lignode atau lignin murni.

Artinya, hasil penelitian tersebut lebih tepat dilihat sebagai bukti bahwa biomassa kayu memiliki potensi besar untuk dikonversi menjadi material karbon berperforma tinggi, bukan sebagai bukti langsung bahwa semua material baterai berbasis lignin akan memiliki performa yang persis sama. Perbedaan bahan baku, metode aktivasi, suhu pirolisis, struktur pori, desain elektroda, hingga konfigurasi sel dapat menghasilkan performa elektrokimia yang bervariasi. hay