Terobosan Material & Energi Masa Depan

Para peneliti di Rice University mengembangkan elemen pemanas industri baru berbahan serat nanotube karbon (CNTF) yang menawarkan alternatif efisien dan tahan lama dibandingkan logam tradisional. CNTF memungkinkan pemanas untuk beroperasi lebih baik di kondisi aliran gas yang ekstrim berkat kekuatan dan konduktivitas panasnya. Heater berbasis CNTF diuji dalam berbagai konfigurasi termasuk filamen tunggal, array paralel, dan kain tekstil, menunjukkan daya panas per massa yang lebih tinggi dan daya tahan yang beterbangan dalam lingkungan nonoksidasi. Teknik tekstil membantu menciptakan struktur pemanas 3D yang ringan dan poros dengan distribusi panas merata, mengurangi potensi hot spot yang sering merusak elemen pemanas. Penemuan ini membuka peluang besar bagi elektrifikasi pemanas industri yang lebih ramah lingkungan dan efisien, memungkinkan pengurangan ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Kolaborasi dengan industri memastikan produksi skala besar dan integrasi praktis, yang nantinya bisa mempercepat dekarbonisasi sektor industri.

Para ilmuwan memodelkan struktur kaca ideal yang molekulnya padat dan stabil namun tetap acak. Tim dipimpin oleh fisikawan Eric Corwin menggunakan disk dua dimensi untuk mensimulasikan molekul yang tidak beraturan namun sangat rapat. Ini adalah pertama kalinya model ideal glass yang stabil dibuat secara komputasi. Model ini meniru struktur dua dimensi yang mirip kristal dalam kepadatan, tetapi tanpa pola berulang yang khas kristal. Pengujian simulasi menunjukkan model ini memiliki stabilitas mekanis setara kristal meski tetap amorf. Penemuan ini mendemonstrasikan bahwa material jenis ini mungkin ada dalam teori dan bisa dipelajari lebih lanjut. Pemahaman ideal glass ini penting untuk menjelaskan proses transisi kaca dan dapat membantu mengembangkan metallic glasses yang kuat dan fleksibel. Jika alloy baru bisa didesain agar lebih mudah didinginkan perlahan, proses manufaktur material dapat menjadi lebih efisien dan revolusioner. Ke depan, penelitian ini akan diperluas ke sistem tiga dimensi.

Para peneliti mengembangkan chip komputasi fotonik yang memungkinkan jaringan neural mempelajari tugas menggunakan cahaya, bukan elektronik. Sistem ini menghilangkan bottleneck pada teknologi sebelumnya dengan mengerjakan operasi nonlinier sepenuhnya dalam domain optik. Inovasi ini membuka potensi pemrosesan yang lebih cepat dan hemat energi untuk AI. Chip terdiri dari dua bagian utama: prosesor neuromorfik fotonik 16 kanal dengan 272 parameter pelatihan dan laser array dengan saturable absorber untuk mendorong nonlinieritas optik. Sistem diuji menggunakan pembelajaran penguatan pada masalah kontrol klasik seperti CartPole dan pendulum terbalik. Hasil menunjukkan akurasi mendekati perangkat lunak dengan penurunan kurang dari 2%. Dengan latensi hanya 320 pikodetik dan performa komputasi yang sangat tinggi, sistem ini dinilai potensial untuk aplikasi real-time dalam kendaraan otonom dan robot adaptif. Peneliti berencana meningkatkan desain hingga 128 kanal untuk tugas pembelajaran lebih kompleks. Keberhasilan ini dapat merintis era baru komputasi AI fotonik yang efisien dan cepat.

Peneliti dari South China University of Technology berhasil mengembangkan sensor kapasitif fleksibel dengan lapisan pelindung dinamis yang memungkinkan robot mendeteksi objek dari jarak jauh dan merasakan sentuhan halus secara bersamaan. Sensor ini mengatasi keterbatasan tradisional antara elektroda kecil untuk sentuhan dekat dan elektroda besar untuk deteksi jauh. Sensor memiliki kemampuan mengubah area sensor melalui pengaturan koneksi listrik dan masking, meningkatkan jangkauan deteksi hingga lebih dari 90 mm dan 104,56 persen lebih jauh dibandingkan sensor dual-mode tradisional. Sensor juga dapat merekam tekanan sangat ringan hingga beberapa gram serta tahan tekanan hingga 400 kPa, sesuai kebutuhan robot kolaboratif. Pengembangan sensor ini dapat meningkatkan keselamatan dan keluwesan robot di lingkungan kerja bersama manusia dengan menggantikan banyak sistem sensor menjadi satu 'kulit elektronik' adaptif. Tantangan selanjutnya termasuk mengatasi variasi produksi dan gangguan lingkungan agar sensor dapat diterapkan secara luas di dunia industri.

Peneliti di NYU Tandon School of Engineering mengembangkan model baterai termal berbasis zeolit untuk memanfaatkan panas limbah fasilitas industri sebagai sumber pendinginan pada data center. Sistem ini dapat mengurangi konsumsi listrik untuk pendinginan data center hingga 86%, serta mengintegrasikan penggunaan panas limbah dari industri secara efisien. Model menggunakan zeolit yang dikeringkan dengan panas limbah di fasilitas industri, kemudian diangkut ke data center untuk menggantikan chiller berkapasitas listrik tinggi dalam proses pendinginan dengan adsorpsi uap air. Jarak rata-rata antar fasilitas memungkinkan transportasi bahan termal ini dengan truk listrik atau kereta tanpa kehilangan energi signifikan. Penerapan teknologi ini akan meningkatkan efisiensi daya data center hingga 12%, mengurangi beban listrik keseluruhan hingga lebih dari 75%, tetapi meningkatkan konsumsi air sekitar 15-25%. Peneliti dan industri mulai berdiskusi untuk memperluas aplikasi nyata sehingga sistem ini dapat membantu pertumbuhan data center tanpa membebani jaringan listrik.

Para peneliti telah mengembangkan model jantung dinamis 3D yang meniru gerakan kompleks sisi kiri jantung, termasuk atrium, ventrikel, dan katup mitral. Model ini dibuat dengan bahan lunak menggunakan teknologi cetak 3D dan dilengkapi dengan fitur struktural seperti sutur yang meniru chordae tendineae. Model jantung ini menggunakan aktuator McKibben sebagai robot lunak untuk menghasilkan kontraksi ventrikel dan gerakan katup yang realistis. Sensor tekanan fleksibel juga dipasang dalam model untuk memantau dinamika tekanan di dalam jantung dan membantu penelitian aliran darah. Penggunaan model ini dapat meningkatkan latihan bedah presisi, terutama pada prosedur perbaikan katup, serta menghindari isu etis terkait penggunaan jaringan hewan. Inovasi ini berpotensi mempercepat ke arah pengobatan yang lebih personal dan mengurangi kesalahan saat operasi yang sebenarnya.

Baterai solid-state menjadi solusi utama untuk permasalahan baterai kendaraan listrik seperti jarak tempuh terbatas dan waktu pengisian lama. Teknologi ini menggantikan elektrolit cair dengan bahan padat untuk meningkatkan kinerja baterai. Berbagai jenis baterai solid-state sedang dikembangkan, termasuk lithium-metal, sulfida, oksida keramik, polimer, halida, film tipis, dan lithium-sulfur. Setiap teknologi memiliki keunggulan dan tantangan masing-masing, seperti konduktivitas ionik, stabilitas kimia, dan skalabilitas manufaktur. Jika tantangan teknis dan biaya dapat diatasi, baterai solid-state dapat menghasilkan baterai EV yang lebih aman, tahan lama, dan mampu mengisi daya lebih cepat. Ini akan mengubah industri kendaraan listrik dan mempercepat transisi ke mobilitas ramah lingkungan.

Aalo Atomics telah menjalin kemitraan dengan Baker Hughes untuk menyediakan turbin uap 10 MWe sebagai komponen utama dalam reaktor natrium cair modular eksperimental mereka. Turbin uap ini akan mengubah energi termal menjadi listrik untuk pusat data AI. Tujuan utama adalah mencapai 'first criticality' di akhir tahun ini pada reaktor Aalo-X. Baker Hughes dipilih karena filosofi desain modular yang cocok dengan pendekatan 'plug-and-play' Aalo Atomics. Pengiriman turbin dijadwalkan selesai pada akhir 2026, sekaligus memperkuat integrasi komponen industri yang sudah teruji pada reaktor pilot. Selain itu, pengiriman test module ke Idaho National Laboratory dilakukan untuk mendukung pembangunan fasilitas uji reaktor. Teknologi Extra-Modular Reactor (XMR) yang menggunakan natrium cair memberikan solusi jembatan antara mikroreaktor dan reaktor modular kecil untuk memenuhi kebutuhan daya 24/7 pusat data AI yang besar. Dengan dukungan DOE dan kemajuan desain, reaktor modular ini diproyeksikan menjadi sumber daya karbon-nyaman andal di masa depan.

Peneliti di UChicago PME mengembangkan proses milling satu langkah untuk menggabungkan sulfur, elektrolit padat, dan karbon konduktif dalam baterai solid-state. Proses ini meningkatkan kontak antar partikel dan kinerja baterai secara keseluruhan. Inovasi ini bertujuan mengatasi masalah harga baterai lithium yang semakin mahal sekaligus memanfaatkan sulfur yang melimpah dan murah. Kombinasi bahan dalam satu tahap pencampuran menciptakan interfase metastabil yang mempermudah reaksi elektrolit dengan katasoda sulfur. Hasilnya, kapasitas pelepasan baterai mencapai sekitar 1.500 mAh/g, mendekati kapasitas teoritis sulfur sebesar 1.675 mAh/g. Selain itu, penggunaan elektroda silikon negatif dan lithium sulfida positif mengurangi perubahan volume baterai selama siklus pengisian dan pengosongan daya. Inovasi ini menunjukkan bahwa penyusunan material yang tepat tanpa perlu bahan tambahan mampu meningkatkan efisiensi baterai solid-state. Kerjasama antar institusi menunjukkan potensi baterai sulfur solid-state sebagai opsi biaya rendah dan performa tinggi. Jika sukses diproduksi secara massal, teknologi ini dapat mempercepat transisi energi bersih di sektor kendaraan listrik.

Nuclear Regulatory Commission (NRC) Amerika Serikat telah menyetujui izin konstruksi untuk reaktor Natrium 345 megawatt di Kemmerer, Wyoming. Reaktor ini merupakan reaktor cepat berbasis natrium dengan sistem penyimpanan energi garam cair, didukung oleh Bill Gates dan TerraPower. Ini adalah izin konstruksi pertama di AS untuk reaktor nuklir komersial maju. Reaktor Natrium memiliki output dasar 345 MW dengan kemampuan penyimpanan energi yang dapat meningkatkan hingga 500 MW pada puncak permintaan listrik. Proses peninjauan NRC yang biasanya memakan waktu 27 bulan berhasil dipercepat menjadi 18 bulan berkat aplikasi yang lengkap dan dukungan pemerintah. Proyek ini merupakan bagian dari Program Demonstrasi Reaktor Lanjut dengan dana federal hingga 2 miliar dolar AS. Persetujuan ini menandai kemajuan penting dalam energi nuklir maju di AS yang mendorong pembangunan reaktor skala utilitas pertama dengan integrasi penyimpanan energi. Reaktor akan menggunakan bahan bakar HALEU, membantu mengurangi ketergantungan impor. TerraPower merencanakan memulai konstruksi dalam beberapa minggu dan operasional di awal 2030-an.