Baterai CO₂ untuk menyimpan energi jaringan listrik mulai meluas ke seluruh dunia

• Sistem penyimpanan energi jangka panjang berbasis CO₂ yang dikembangkan perusahaan Italia Energy Dome mewujudkan penyimpanan energi terbarukan skala jaringan listrik
• Pabrik komersial pertamanya di Pulau Sardinia menghasilkan listrik 200MWh dengan cara memampatkan dan mengembangkan 2.000 ton CO₂ di dalam sistem tertutup
• Google, NTPC India, dan Alliant Energy dari AS berencana memasangnya di berbagai negara mulai 2026, untuk memasok listrik ke pusat data dan perumahan
• Baterai CO₂ tidak memiliki kendala topografi dan tidak memerlukan mineral langka, masa pakainya sekitar 3 kali lebih lama daripada lithium-ion dengan biaya 30% lebih murah
• Teknologi ini mempercepat komersialisasi penyimpanan energi jangka panjang (LDES) dan muncul sebagai teknologi kunci untuk melengkapi ketidakstabilan energi terbarukan

---

Struktur dan cara kerja baterai CO₂

• Fasilitas di wilayah Ottana, Sardinia, terdiri dari sistem sirkulasi yang memampatkan, mencairkan, dan mengembangkan CO₂ di dalam kubah tertutup
  • Saat kompresi, CO₂ ditekan hingga sekitar 55bar, lalu didinginkan dan disimpan dalam bentuk cair
  • Saat pelepasan daya, CO₂ cair dipanaskan dan diuapkan untuk menggerakkan turbin ekspansi gas, sehingga menghasilkan listrik
• Seluruh proses pengisian dan pelepasan daya memerlukan sekitar 10 jam dan dapat dioperasikan berulang setiap hari
• CO₂ yang digunakan adalah gas manufaktur murni, tanpa pengotor atau kelembapan, sehingga menguntungkan untuk mencegah korosi peralatan

Rencana ekspansi global

• NTPC Limited dari India berencana menyelesaikan pabrik luar negeri pertamanya pada 2026 di pembangkit Kudgi, Karnataka
• Alliant Energy dari AS menargetkan mulai pembangunan di Wisconsin pada 2026 untuk memasok listrik ke 18.000 rumah tangga
• Google akan memasangnya di dekat pusat data utama di Eropa, AS, dan Asia Pasifik untuk mendorong pasokan energi bersih 24 jam
  • Dengan struktur modular terstandarisasi, pemasangan “plug and play” dimungkinkan
  • Google berencana mendorong teknologi ini masuk ke tahap komersialisasi skala besar

Kebutuhan LDES dan teknologi pesaing

• Diperlukan sistem yang dapat menyimpan surplus listrik dari pembangkit surya dan angin dalam waktu lama serta memasok listrik selama lebih dari 8 jam
• Baterai lithium-ion yang ada saat ini memiliki batas penyimpanan 4–8 jam dan persoalan keekonomian
• Sebagai teknologi alternatif, sedang diteliti baterai sodium, besi-udara, baterai aliran vanadium, penyimpanan udara terkompresi, hidrogen, metanol, serta penyimpanan gravitasi, tetapi masih ada hambatan komersialisasi
• Pembangkit listrik tenaga air pumped storage memungkinkan penyimpanan jangka panjang, tetapi terkendala topografi dan waktu konstruksi yang panjang
• Baterai CO₂ memiliki keunggulan seperti tidak bergantung pada topografi, rantai pasok yang terjamin, dan keekonomian yang baik
  • 30% lebih murah dibanding lithium-ion, dengan masa pakai sekitar 3 kali lebih panjang

Partisipasi China dan persaingan teknologi

• China Huadian Corp. dan Dongfang Electric Corp. sedang membangun fasilitas penyimpanan CO₂ di wilayah Xinjiang
  • Menurut laporan, skalanya diperkirakan 100MW hingga 1.000MW, tetapi angka pastinya belum jelas
• CEO Energy Dome, Claudio Spadacini, menyebut perusahaan-perusahaan China sedang mengembangkan “sistem yang sangat mirip tetapi berskala lebih besar”

Keamanan dan pertimbangan lingkungan

• Kubah CO₂ setinggi stadion olahraga dan membutuhkan lahan sekitar 2 kali lebih luas dibanding fasilitas lithium-ion dengan kapasitas setara
• Struktur ini mampu menahan angin kencang hingga 160km/h, dan saat ada prakiraan badai, CO₂ dapat dimampatkan untuk disimpan sehingga kubah bisa dikempiskan dalam setengah hari
• Jika terjadi kerusakan, 2.000 ton CO₂ akan terlepas, setara dengan emisi dari 15 penerbangan pulang-pergi New York–London
  • Orang di sekitar perlu menjaga jarak setidaknya 70m
• Sang CEO menjelaskan bahwa jumlah emisi ini sangat kecil dibanding emisi pembangkit listrik tenaga batu bara

Karakteristik teknis dan efisiensi

• Teknologi intinya adalah penyegelan turbomachinery, penyimpanan energi panas, dan metode pemulihan panas setelah kondensasi, yang mewujudkan pengurangan biaya dan peningkatan efisiensi
• Semua komponennya dapat diperoleh dari rantai pasok industri yang sudah ada
• Kubah dapat dipasang dalam setengah hari, sementara seluruh pabrik dapat diselesaikan dalam waktu kurang dari 2 tahun
• Instalasi cukup membutuhkan 5 hektare lahan datar, sehingga kendala wilayah relatif kecil

Makna industri

• Baterai CO₂ adalah solusi baru untuk jaringan listrik yang menggabungkan penyimpanan jangka panjang, biaya rendah, dan ketidaktergantungan pada topografi
• Teknologi ini membantu mengatasi masalah intermitensi energi terbarukan dan berkontribusi pada stabilisasi pusat data dan jaringan listrik nasional
• Dengan partisipasi Google dan perusahaan listrik besar, komersialisasi global diperkirakan akan semakin cepat

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Membandingkan efisiensi bolak-balik (60~75%) baterai CO2 dengan sekitar 90% pada lithium-ion secara sederhana itu kehilangan konteks
  Untuk penyimpanan skala jaringan listrik, yang lebih penting daripada efisiensi adalah keekonomian seperti umur pakai, depresiasi, dan siklus penggantian
  Lithium-ion menurun performanya dalam 7~10 tahun atau sekitar 5.000~7.000 siklus, tetapi jika baterai CO2 bisa bertahan lebih dari 20 tahun maka efisiensi yang lebih rendah bukan masalah besar
  Terutama, sistem CO2 dapat memisahkan daya keluaran (ukuran turbin) dan kapasitas penyimpanan (ukuran tangki) sehingga menguntungkan juga untuk penyimpanan musiman
  Namun, disayangkan artikel tersebut tidak menyertakan data perubahan efisiensi berdasarkan lamanya waktu pelepasan daya
  • Sistem ini memanfaatkan udara sekitar sebagai heat sink saat kompresi dan sebagai sumber panas saat ekspansi
    Jika ada tangki penyimpanan air panas di sekitarnya untuk mempertahankan panas, tampaknya efisiensi untuk siklus jangka pendek (isi siang, lepas malam) bisa ditingkatkan
• Di artikel IEEE Spectrum tampak ada kesalahan penulisan satuan
  Kapasitas penyimpanan PLTA ditulis dalam MW, padahal yang benar sebenarnya MWh
  Di artikel Bloominglobal juga ditulis 100MW dan 1000MW, tetapi itu tidak akurat sebagai satuan energi
  • Dijelaskan secara rinci mengapa itu salah
    Daya (MW) tidak bisa disimpan, hanya energi (MWh) yang bisa disimpan
    Misalnya, menyimpan 1GW selama 1 hari menjadi 24GWh, dan nyaris tidak ada fasilitas penyimpanan hidro sebesar itu
    Karena itu, kalimat di artikel seharusnya ditulis sebagai “penyimpanan beberapa GWh yang dapat dilepaskan selama beberapa hari” agar akurat
    Selain itu, di artikel Bloomberg tertulis benar sebagai penyimpanan 1GWh
  • Pembangkit biasanya dijelaskan berdasarkan daya maksimum (MW) sehingga mungkin jurnalisnya bingung
    Meski begitu, di paragraf kedua sebenarnya sudah disebutkan perbedaan antara MWh dan MW
  • Satuan “watt-hour” membingungkan
    1W=1J/s, jadi muncul pertanyaan mengapa kapasitas baterai tidak dinyatakan dalam joule
    Wh pada akhirnya adalah J/s × h, jadi satuannya terasa agak aneh
  • Seluruh artikel IEEE terasa seperti brosur penjualan
    Tidak ada angka efisiensi, dan ada kalimat tanpa dasar seperti “lithium-ion hanya bisa menyimpan 4~8 jam”
    Penjelasan mengapa memakai CO2 alih-alih nitrogen juga kurang memadai
• Ada yang penasaran apakah Google ingin menghubungkan teknologi ini dengan pendinginan pusat data
  Penyimpanan gas terkompresi punya kehilangan panas yang besar, jadi jika digabungkan dengan pusat data yang punya kebutuhan pendinginan tinggi, efisiensinya bisa meningkat
  Nilainya tetap ada bahkan hanya dari efek memindahkan konsumsi listrik pendinginan ke jam yang berbeda
  • Jika melihat diagram baterai CO2 milik Energy Dome, tangki air digunakan sebagai penyimpanan panas
    Air punya luas permukaan kecil dibanding volumenya sehingga efisiensi penyimpanan panasnya tinggi
  • Jika dua baterai dioperasikan dalam siklus yang saling berlawanan, saat satu mendingin yang lain memanas, sehingga pemborosan energi mungkin bisa dikurangi
  • Jika dipasang bersama pusat data, bahkan panas suhu rendah yang biasanya hilang bisa dipakai untuk mengurangi beban pendinginan
  • Pada akhirnya, panas yang dihasilkan saat kompresi dan panas yang hilang saat ekspansi bisa saling meniadakan sehingga dalam jangka panjang mungkin netral
• Karena tidak mengambil CO2 dari sumber emisi dan justru memakai CO2 murni, hampir tidak ada keuntungan lingkungan yang berarti
  Dikatakan 30% lebih murah daripada lithium-ion, tetapi baterai sodium sudah bergerak ke arah biaya 10 kali lebih murah sehingga daya saingnya terasa meragukan
  Pada akhirnya, tampaknya teknologi ini mendapat perhatian karena momennya pas
  • Mengutip penjelasan Lambdaone, inti teknologi ini adalah pemisahan biaya daya dan biaya penyimpanan (decoupling)
    Pada baterai, daya keluaran dan kapasitas sama-sama mahal, tetapi pada sistem CO2 kapasitas bisa diperbesar dengan murah hanya dengan menambah tangki
    Karena itu, teknologi ini cocok untuk penyimpanan jangka panjang seperti pemindahan energi antar-musim
  • Bahkan jika sodium-ion turun ke 10~20$/kWh, masih tetap ada masalah degradasi, umur pakai, dan risiko kebakaran
  • Sekalipun sedikit lebih murah daripada lithium, tetap jauh lebih mahal daripada pumped hydro
    Pumped hydro memang mahal di awal, tetapi biaya operasionalnya rendah selama puluhan tahun
    Ini terlihat seperti teknologi untuk menarik investor
  • Tampaknya mereka berharap ekonomi skala akan bekerja seperti dalam hukum Wright
    Jika komponen distandardisasi dan diproduksi lokal, tarif juga bisa dihindari
• Meskipun angka efisiensinya tidak ada di artikel, yang ditekankan adalah bahwa teknologinya 30% lebih murah
  Mengingat harga lithium-ion sudah turun 80% dalam 10 tahun terakhir, keunggulan ini mungkin tidak akan bertahan lama
  Namun tetap berharap teknologi ini berhasil dalam skala besar
  • Jika listrik masukannya adalah energi terbarukan berlebih, efisiensi tidak terlalu penting
    Pada akhirnya yang utama adalah CAPEX (biaya investasi)
  • Mungkin angka itu hanya mempertimbangkan biaya produksi
    Jika melihat hingga biaya siklus hidup, selisihnya bisa lebih dari 30% dibanding lithium-ion
    Terutama, biaya daur ulang lithium-ion jauh lebih besar
  • Lebih murah daripada lithium-ion, tidak memakai sumber daya langka, dan diharapkan punya umur pakai 3 kali lebih panjang
  • Efisiensi bolak-balik sekitar 75% tidak buruk
    Jika digabungkan dengan sistem pemanas dan pendingin distrik, tampaknya bisa lebih efisien
  • Pada akhirnya dibutuhkan beragam teknologi
    Tidak harus ada satu solusi yang menyelesaikan semuanya
• Teknologi penyimpanan gas terkompresi sudah lama dicoba, tetapi kali ini tampaknya peluang realisasinya lebih besar
  Ini mengingatkan pada startup LightSail Energy di masa lalu
  Penggunaan CO2 murni, skala besar, dan perbaikan manajemen panas menjadi pembeda kali ini
• Teknologinya terlihat terlalu sederhana sehingga justru terlalu bagus untuk dipercaya
  Katanya biaya peralatan keluaran dan wadah penyimpanan dipisahkan, tetapi angka nyatanya tidak diungkap
  • CO2 adalah gas yang kebutuhan tekanannya rendah dan mudah ditangani, jadi desain wadah penyimpanannya sederhana
    Bahkan dengan acuan tangki paintball, efisiensinya lebih tinggi daripada udara terkompresi
    Namun, kehilangan energi dalam proses pencairan kembali menjadi variabel utama
    Meski begitu, jika sistemnya closed loop, tampaknya kerugiannya tidak akan besar
  • Kekurangannya kemungkinan adalah efisiensi bolak-balik yang rendah
    Semakin lama masa penyimpanan, kehilangan pendinginan mungkin makin besar
    Pada akhirnya, untuk listrik akan dominan lithium/sodium-ion, sedangkan untuk panas kemungkinan penyimpanan pasir atau tanah
  • Justru bisa jadi siklus pendinginan itu sendiri lebih berguna untuk pengaturan beban jaringan listrik
  • Kehilangan penyimpanan panas memang masalah, tetapi jika efisiensinya 75% untuk penyimpanan jangka pendek, itu cukup tinggi
  • Bahkan jika kubahnya rusak dan 2.000 ton CO2 terlepas, itu hanya setara 15 penerbangan pulang-pergi New York–London, jadi dampaknya kecil
    Pada akhirnya, tujuan teknologi ini adalah penyimpanan pendamping energi terbarukan
• Ada kekhawatiran tentang apa yang terjadi jika kubah rusak dan CO2 bocor
  Sebanyak 2.000 ton kira-kira setara volume 1 juta㎥, dan karena lebih berat daripada udara akan mengendap di permukaan tanah
  Seperti bencana Lake Nyos, ada risiko mati lemas
  • CO2 memberi rasa tidak nyaman yang langsung terasa pada manusia karena hypercapnic response, sehingga mendorong orang untuk menghindar
    Risikonya lebih rendah daripada gas inert seperti argon, tetapi dalam kebocoran besar tetap bisa mematikan
  • Ini juga dibahas di bagian akhir artikel
    Bahkan jika kubah pecah, emisinya hanya setara sekitar 15 penerbangan trans-Atlantik, dan pada jarak 70m masih aman
    Ini bukan bencana sekelas Bhopal
  • Perusahaan mengatakan desainnya dibuat berdasarkan jarak aman 70m
    Bahkan jika rusak akibat badai seperti hurikan, angin akan menyebarkan CO2, dan detektor kebocoran serta masker oksigen bisa mengurangi risikonya
  • Lake Nyos adalah kasus pelepasan 200.000 ton sekaligus, jadi skala 2.000 ton kali ini jauh lebih kecil dan kemungkinan lebih bertahap
  • Dibanding fasilitas penyimpanan gas alam, ini tidak punya risiko ledakan dan lebih aman
• Ada yang membagikan pengalaman pribadi dengan pembangkit listrik tenaga surya rumahan
  Dua panel 960W seharga $400, tetapi Anker Solix 3800 (3.8kWh) untuk penyimpanan harganya $2400 sehingga biaya penyimpanan jauh lebih mahal
  Jika biaya penyimpanan turun, rumah tangga di negara berkembang bisa mandiri listrik
  • Ada banyak opsi yang jauh lebih murah daripada Anker
    Contoh: konfigurasi 10kWh ada di kisaran $2,690~3,300, dan jika dirakit DIY bahkan bisa di bawah $2,000
  • Di situs Will Prowse bisa dilihat daftar rekomendasi baterai terbaru
    Baterai server rack kelas 5kWh bahkan bisa dibeli di bawah $1,000
  • Contoh estimasi pemasangan di Filipina: baterai 15kWh + set 16 panel sekitar $5,275
    Di AS masalahnya adalah regulasi dan pasar instalasi berbiaya tinggi
  • Aneh bahwa harga Anker lebih mahal daripada baterai mobil (84kWh)
  • Baterai besar skala MWh berada di kisaran 160 euro/kWh, termasuk harga instalasi
• Dibandingkan dengan penyimpanan energi gravitasi yang menyimpan energi dengan mengangkat balok beton
  • Ini juga disebut di artikel: “Metode menggantung benda berat di udara lalu menjatuhkannya juga pernah dicoba, tetapi kendala geologi dan efisiensi rendah membuatnya sulit dikomersialkan”
  • Pada akhirnya efisiensinya hanya setara pumped hydro skala kecil
    Jika memikirkan massa dan jumlah air pada waduk besar, perbedaan skalanya terlalu besar