Pemanfaatan Limbah Pewarna Tekstil Sebagai Elektrolit Pada Redox Flow Batteries (RFB)

Pada artikel berjudul “Redox Flow Batteries (RFB) : Baterai Cair Sebagai Perangkat Penyimpanan Energi Pada Pembangkit Listrik Energi Terbarukan”, kita telah membahas komponen apa saja yang terlibat pada RFB. Fokus pengembagan komponen RFB berada di elektrolit sebagai bahan aktif dan membran penukar ion. Elektrolit yang saat ini banyak digunakan adalah vanadium. Pada tahun 2017, harga vanadium pentoksida (V2O5) mencapai USD 20,94/kg. Harga tersebut diprediksi akan meningkat menjadi USD 29,1/kg pada akhir 2018 dan USD 33/kg pada akhir 2019[1]. Kenaikan harga tersebut dipengaruhi oleh permintaan vanadium yang tinggi padahal sumber vanadium tidak terlalu besar di bumi.

Pada bulan Agustus 2018, para peneliti dari Buffalo University membuat konsep baru untuk elektrolit RFB. Mereka menggunakan methylene blue (MB) sebagai bahan aktif elektrolit. MB merupakan pewarna organik yang secara luas digunakan di industri tekstil. Ketika MB digunakan sebagai pewarna organik pada industri tekstil, hanya 5% MB yang melekat pada kain dan sisanya terbawa bersama air menjadi limbah. Jumlah air limbah yang mengandung MB dari industri tekstil sebesar > 1.000 L per hari[2]. Limbah MB sangat beracun dan sangat sulit didegradasi serta dapat menyebabkan iritasi kulit dan kanker.

Hal ini membuat para peneliti tertarik untuk mengolah limbah MB menjadi elektrolit RFB karena MB merupakan indikator redoks yang stabil. Selain itu, MB memiliki dua pasang elektron dan proton untuk reaksi redoks. MB dapat membentuk Leuco Methylene Blue (LMB)[2]. Karena alasan tersebut, MB dapat menjadi pembawa muatan pada sistem penyimpanan energi seperti RFB. Sebelum diuji, air yang terkandung dalam limbah cair harus diuapkan terlebih dahulu supaya mendapatkan MB pekat. Molekul MB dan LMB serta hasil cyclic voltammetry (CV) dari 0,5 mM MB dalam H2SO4 0,5 M ditunjukkan oleh Gambar 1[2].

blank

Gambar 1. Molekul MB dan LMB serta hasil cyclic voltammetry (CV) dari 0,5 mM MB dalam H2SO4 0,5 M[2]

Konversi MB menjadi LMB dapat dilihat dari perubahan warna biru (MB) menjadi bening (LMB). Pada saat proses charging, MB akan tereduksi di kutub negative dan LMB akan teroksidasi di kutub positif. Salah satu hal yang paling penting lainnya adalah membran penukar ion untuk transportasi ion H+. Penelitian ini mencoba tiga jenis membran yaitu Nafion NE1035, CMI 7000 dan AMI 7001 yang diuji selama 24 jam untuk melihat apakah MB akan teradsorpsi ke dalam membran atau tidak. CMI 7000 mengadsorpsi MB dengan jumlah yang besar dan AMI 7001 pun mengadsorpsi MB. Sedangkan Nafion NE1035 hanya sedikit sekali mengadsorpsi MB. Ketika MB teradsorpsi ke dalam membran penukar ion, maka akan mempengaruhi kinerja RFB seperti kapasitas charge dan discharge menurun. Gambar 2 menunjukkan perubahan warna membran sebelum dan sesudah direndam MB serta profil pengaruh jenis membran terhadap coulombic efficiency dan kapasitas charge-discharge[2].

blank

Gambar 2. (a) Perubahan warna membran (b) profil pengaruh jenis membran terhadap coulombic efficiency dan kapasitas charge-discharge[2]

RFB dengan elektrolit MB yang menggunakan membran Nafion lebih stabil dengan coulombic efficiency 95% untuk 12 siklus tanpa ada penurunan kapasitas. Disisi lain, membran AMI 7001 memiliki coulombic efficiency ~100% untuk 50 siklus namun terjadi penurunan kapasitas karena terjadi adsorpsi MB pada membran tersebut[2]. Tegangan sirkuit terbuka (OCV) dari MB sebesar 1 V dengan rapat energi sebesar 9,6 KiloJoule/Liter[2]. Nilai tersebut dapat ditingkatkan dengan menjaga pH dari MB.

Anjula Kosswattaarachci, mahasiswa PhD dalam penelitian ini, mengungkapkan bahwa penelitian ini sangat penting baginya. Sebelum menjadi mahasiswa Buffao University, beliau bekerja di industri tekstil yang mengembangkan new fabric technologies untuk The Sri Lanka Institute of Nanotechnology (SLINTEC). Industri tekstil memberikan banyak lapangan pekerjaan dan sektor industri paling penting dalam menopang ekonomi negaranya[3]. Tetapi, limbah cair yang dihasilkan menjadi masalah bagi lingkungan. Kosswattaarachci menambahkan bahwa pemanfaatan limbah cair dari industri tekstil sebagai green-energy storage technology merupakan jalur alternatif dalam manajemen limbah cair.

blank

Baca juga:

Gambar 3. Anjula Kosswattaarachci, mahasiswa PhD (kiri) dan Timothy Cook, Assistant Professor (kanan)[3]

 

Referensi

[1] Vanadiumprice.com. 2018. Vanadium is The ‘Metal To Watch’ in 2018. Diakses dari : https://www.vanadiumprice.com/vanadium-metal-watch-2018-analyst-says/ pada 18 September 2018

[2] Kosswattaarachci, A.M dan Cook, T.R. 2018. Repurposing Industrial Dye, Methylene Blue, As An Active Component for Redox Flow Batteries. ChemElectroChem, DOI : 10.1002/celc.201801097

[3] Hsu, C. 2018. This Bright Blue Dye Is Found in Fabric. Could It Also Power Batteries ?. Diakses dari : http://www.buffalo.edu/news/releases/2018/08/026.html pada 18 September 2018

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar