Biojisim kepada Tenaga melalui Bateri Ion Sodium: Penyelesaian Hijau untuk Masa Depan

Penulis: Ir. Dr. -Ing. NoorAshrina A. Hamid
Pensyarah Kanan, School of Chemical Engineering
Engineering Campus, Universiti Sains Malaysia

 

Setiap tahun, Malaysia menghasilkan berjuta-juta tan sisa biojisim daripada aktiviti pertanian, perbandaran, dan industri makanan. Daun kering yang luruh di taman, pelepah kelapa sawit di ladang, jerami padi selepas menuai, kulit buah-buahan tropika yang pukal kebiasaannya dianggap sampah dan dibuang begitu sahaja.

Namun begitu, teknologi moden menunjukkan bahawa sisa ini bukanlah sekadar sisa, sebaliknya ia dapat dijadikan sebagai sumber tenaga baharu. Bateri ion sodium merupakan salah satu jenis peranti penyimpan tenaga yang semakin dikenali disamping bateri litium ion. Melalui inovasi terkini, penyelidik mendapati elektrod anod di dalam bateri ion sodium (Na-ion) dapat dijadikan dari bahan unsur karbon yang mana bahan ini dapat disintesis dari sisa biojisim. Sisa biojisim ini boleh ditukar menjadi bahan elektrod bernilai tinggi melalui kaedah yang murah dan mudah iaitu dengan membakarnya pada suhu sekitar 200 ^oC dengan menggunakan air sebagai medium. Sisa biojisim yang dimasukkan didalam silinder besi yang dinamakan autoclave dan berisi air beserta bahan sisa biojisim kemudiannya di masukkan ke dalam ketuhar dan dibakar pada suhu sekitar 200 ^oC.

Mengapa Bateri Ion Sodium Jadi Pilihan?

Bateri ion sodium berfungsi sama seperti bateri ion litium iaitu dengan menyimpan dan membekalkan tenaga elektrik. Tetapi, sodium mempunyai beberapa kelebihan besar berbanding litium:

• Murah dan Banyak– Sodium wujud dalam bentuk garam biasa (NaCl) yang sangat banyak di sekeliling kita.
• Mesra Alam– Mengurangkan kesan alam sekitar berbanding perlombongan litium.
• Sesuai untuk Penyimpanan Tenaga Berskala Besar– Menyokong tenaga solar dan angin dengan membantu menyimpan tenaga dan mengeluarkannya bila diperlukan.
• Lebih Stabil pada Suhu Tinggi– Mengurangkan risiko kebakaran atau letupan.

Fakta Menarik: Menurut laporan penyelidikan global, kos pengeluaran bateri ion sodium boleh menjadi 30–40% lebih rendah berbanding bateri litium-ion. Mengpakah ianya jauh lebih murah? Sudah tentu ianya disebabkan oleh bahan elektrod yang mudah didapati dan murah berbanding bateri ion litium.

Sisa Biojisim: Dari “Sampah” ke Sumber Berharga

Apakah yang dikatakan sebagai biojisim? Biojisim ialah bahan organik daripada tumbuhan atau haiwan. Antara contoh mudah:

• Daun kering di halaman rumah
• Pelepah kelapa sawit
• Jerami padi
• Batang jagung dan sisa sayuran
• Kulit buah seperti betik, mangga, cempedak dan durian

Jika dibakar terbuka, biojisim menghasilkan asap tebal yang mencemar udara. Jika dibiarkan mereput, ia melepaskan gas metana yang 25 kali lebih berbahaya daripada karbon dioksida.

Teknologi moden seperti Pengkarbonan Hidrotermal (Hydrothermal Carbonization-HTC) membolehkan sisa ini ditukar kepada arang hidro karbon pepejal berstruktur pori yang sesuai untuk elektrod bateri.

Bagaimana Prosesnya?

1. Pengumpulan dan Pembersihan
   Sisa dikumpul daripada ladang, kilang, atau kawasan bandar, kemudian dibersihkan.
2. Pengeringan
   Kelembapan dikurangkan untuk meningkatkan kecekapan proses.
3. Pengkarbonan Hidrotermal (HTC)

• Sisa dimasukkan ke dalam reaktor tekanan tinggi bersama air.
• Suhu: 180–250°C.
• Tempoh: Beberapa jam (6-12 jam).
• Hasil: arang hidro dengan struktur berpori
  
  4. Pengaktifan
     Karbon diaktifkan secara kimia (contohnya dengan potassium hidroksida (KOH)) untuk meningkatkan luas permukaan kerana luas permukaan yang tinggi dapat menghasilkan kapasiti bateri yang lebih baik.
  5. Penggunaan dalam bateri
     arang hidro kemudiannya diproses menjadi elektrod bagi bateri ion sodium.

Gambaran aliran penghasilan elektrod bateri dari daun kering dengan menggunakan kaedah HTC seperti Rajah 1.

 

Manfaat Alam Sekitar dan Ekonomi

Teknologi ini berpotensi dalam mengurangkan sisa dan pencemaran tanah kerana biojisim yang sebelum ini dibuang kini dapat ditukarkan menjadi bahan yang bernilai tinggi. Selain itu, ianya juga dapat menyokong ekonomi kitaran dengan mewujudkan industri baru berasaskan sumber sisa tempatan. Disamping itu, bateri ion sodium juga dikenalpasti akan menjadi alternatif kepada litium, sekaligus mengurangkan kebergantungan terhadap bahan mentah yang diimport. Teknologi ini juga turut bertindak sebagai penyokong tenaga boleh diperbaharui, khususnya dalam penyimpanan tenaga untuk grid solar dan angin.

Fakta: Malaysia menghasilkan lebih 80 juta tan metrik biojisim setiap tahun, sebahagian besarnya belum dimanfaatkan secara optimum.

Cabaran yang Perlu Dihadapi

Walaupun teknologi bateri ion sodium daripada biojisim mempunyai potensi besar, terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi sebelum ianya dapat digunakan secara meluas. Pertama, ketumpatan tenaga yang dihasilkan dikenalpasti masih lebih rendah berbanding bateri ion litium. Ini bermakna kapasiti penyimpanan tenaga bagi setiap unit berat atau isipadu adalah lebih kecil, sekali gus menjadikannya kurang sesuai untuk aplikasi yang memerlukan tenaga padat seperti telefon pintar berprestasi tinggi atau kenderaan elektrik jarak jauh.

Kedua, kitar hayat elektrod masih memerlukan penambahbaikan untuk memastikan prestasinya bagi jangka masa yang panjang. Struktur karbon yang terhasil daripada biojisim kadangkala mengalami penurunan selepas kitaran pengecasan dan nyahcas berulang, menyebabkan penurunan kapasiti. Kajian lanjut perlu dijalankan untuk meningkatkan kestabilan struktur ini agar bateri dapat digunakan untuk tempoh yang lebih lama tanpa kehilangan prestasi.

Ketiga, kos pengeluaran awal masih agak tinggi sebelum pengeluaran berskala industri dapat dicapai. Walaupun bahan mentah seperti biojisim adalah murah dan mudah didapati, peralatan khusus dan proses pemprosesan seperti pengkarbonan hidrotermal dan pengaktifan kimia memerlukan pelaburan modal yang agak besar. Seiring dengan peningkatan skala pengeluaran dan pembangunan teknologi, kos ini dijangka dapat dikurangkan.

Akhir sekali, didapati kesedaran awam terhadap teknologi ini masih rendah. Ramai pengguna, pembuat dasar, dan pemain industri masih belum mengetahui tentang potensi bateri ion sodium dan bagaimana ia boleh menyumbang kepada kelestarian tenaga. Tanpa promosi, pendidikan, dan sokongan dasar yang mencukupi, teknologi ini mungkin akan berkembang dengan perlahan walaupun ia berpotensi menjadi alternatif yang lebih hijau kepada bateri ion litium.

Masa Depan Teknologi ini di Malaysia

Dengan industri kelapa sawit, padi, dan buah-buahan yang meluas, Malaysia mempunyai potensi menjadi peneraju dunia dalam pembuatan bahan bateri daripada sisa biojisim.

Gabungan penyelidikan universiti, kerjasama industri, dan sokongan kerajaan mampu mencipta rantaian nilai baharu bermula dari pengumpulan sisa sehingga penghasilan bateri siap guna.

“Jika kita berjaya membangunkan ekosistem pengumpulan dan pemprosesan biojisim untuk bateri ion sodium, Malaysia bukan sahaja dapat menyelesaikan masalah sisa, malah menjadi pengeksport teknologi hijau,” – Ir. Dr.-Ing. Noorashrina A. Hamid.

Penukaran sisa biojisim kepada bateri ion sodium bukan sekadar inovasi sains, tetapi satu langkah strategik ke arah masa depan yang bersih, murah, dan lestari.

Ia menggabungkan:

• Pengurusan sisa yang bijak
• Teknologi tenaga boleh diperbaharui
• Ekonomi kitaran yang menguntungkan

Dengan sokongan berterusan, Adalah tidak mustahil sekiranya suatu hari nanti, kereta elektrik, rumah, dan kilang di Malaysia akan dikuasakan oleh tenaga yang berasal daripada daun kering di tepi jalan atau kulit buah-buahan yang terbuang.

Fakta Tambahan:

• Sumber Sodium: Air laut & garam batu.
• Tempoh Kitaran Bateri ion Sodium: 2000–4000 kali cas penuh.
• Potensi Pengurangan Kos: 30–40% lebih murah daripada bateri ion litium.
• Biojisim di Malaysia: >80 juta tan metrik setahun.

Rujukan:

Bongu, C. S., et al. (2025). Biowaste-derived carbon as electrode material for sodium-ion batteries. Materials Advances, 6(2), 456–469. Royal Society of Chemistry. https://doi.org/10.1039/D5MA00333D

Chen, Y., Cui, J., Wang, S., Xu, W., & Guo, R. (2025). Biomass-derived hard carbon materials for high-performance sodium-ion battery. Coatings, 15(2), 156. MDPI. https://doi.org/10.3390/coatings15020156

GEIH & ASTAR. (2025, July). GEIH collaborates with ASTAR to commercialize biomass-derived carbon for sodium-ion batteries. Reccessary. https://reccessary.com/en/news/GEIH-commercialize-biomass-derived-carbon-sodium-ion-batteries

Hamid, N. A. A., & Zulkifli, N. Z. (2021). Papaya peels as source of hydrochar via hydrothermal carbonization. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 765, 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/765/1/012001

Khandaker, T., Islam, T., Nandi, A. N. A. M., Anik, M. A. A. M., Hossain, M. S., Hasan, M. K., & Hossain, M. S. (2025). Biomass-derived carbon materials for sustainable energy applications: A comprehensive review. Sustainable Energy & Fuels, 9(3), 693–742. Royal Society of Chemistry. https://doi.org/10.1039/D4SE01393J

Li, Z., et al. (2025). Development of biomass-derived hard carbon for sodium-ion batteries. Electroanalysis, 37(1), 1–15. Wiley-VCH. https://doi.org/10.1002/elan.202400369

Natron Energy. (2024). Natron Energy: The first U.S. company to produce sodium-ion batteries commercially. Natron Energy. https://natron.energy

Subramaniam, T., & Hamid, N. A. A. (2022). Conversion of dried leaves into hydrochar using hydrothermal carbonization. Journal of Engineering Science and Technology, 17(3), 1901–1911.

Wu, C., et al. (2024). Hard carbon for sodium-ion batteries: Progress, strategies and prospects. Chemical Science, 15(4), 1203–1234. Royal Society of Chemistry. https://doi.org/10.1039/D4SC00734D

Zhong, B., et al. (2024). Biomass-derived hard carbon for sodium-ion batteries. ACS Nano, 18(5), 4123–4141. American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c03484

Zhou, L., et al. (2025). Biomass-derived hard carbon materials for high-capacity sodium-ion batteries. Carbon, 216, 118397. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.118397