Transformasi Teknologi: Nano, Energi, dan Robotika

Everllence, sebuah perusahaan di Augsburg, Jerman, baru-baru ini berhasil menguji mesin pembakaran menggunakan 100% hidrogen yang merupakan bagian dari proyek HydroPoLEn. Mesin ini didesain khusus untuk mengoperasikan hidrogen, sehingga meningkatkan efisiensi dan kepadatan daya. Proyek ini mendapat dukungan dari Kementerian Ekonomi dan Energi Jerman yang berfokus pada pengembangan teknologi bahan bakar alternatif. Selain mesin, infrastruktur pasokan hidrogen juga telah dibangun di lokasi riset untuk mendukung pengujian dan pengembangan lebih lanjut. HydroPoLEn adalah kolaborasi yang melibatkan Everllence sebagai pengembang mesin, WTZ yang mengurusi pengujian dan termodinamika, serta NMA dari Technische Universität München yang melakukan penelitian akademik dan pemodelan. Proyek ini bertujuan mengatasi tantangan teknis seperti adaptasi komponen dan sistem pengaman untuk bahan bakar hidrogen yang berbeda sifatnya dari bahan bakar konvensional. Dengan pengembangan ini, para ahli percaya hidrogen dapat menjadi solusi utama untuk mengurangi emisi karbon di industri pelayaran khususnya pada kapal penumpang. Selain penggunaan mesin hidrogen, para peneliti di Karlsruhe Institute of Technology juga berhasil mencapai rekor pengoperasian turbin gas bahan bakar hidrogen selama 303 detik, yang sebelumnya hanya mampu bertahan beberapa detik karena risiko kerusakan. Ini menandai kemajuan besar dalam teknologi pembangkit listrik bebas karbon. Secara keseluruhan, perkembangan ini memperlihatkan potensi besar hidrogen sebagai bahan bakar alternatif untuk sektor maritim. Meski masih dalam tahap awal, kolaborasi antara industri dan akademisi sangat penting untuk mempercepat penerapan teknologi hijau ini demi masa depan yang lebih bersih dan berkelanjutan.

Para ilmuwan Amerika Serikat telah mengembangkan perangkat lunak simulasi bernama Griffin yang mampu mensimulasikan berbagai proses kompleks dalam reaktor nuklir. Dengan kemampuan prediksi yang mendalam, perangkat lunak ini membantu para insinyur melihat bagaimana reaktor akan bekerja dalam kondisi nyata tanpa harus membuat prototipe fisik. Griffin dikembangkan oleh laboratorium Idaho National Laboratory dan Argonne National Laboratory, serta dibangun di atas platform simulasi MOOSE. Perangkat ini dapat menggabungkan simulasi dan analisis neutron, aliran panas, mekanika struktural, dan perilaku bahan dalam satu model yang terintegrasi. Perangkat lunak ini dapat digunakan untuk beragam jenis reaktor nuklir, termasuk reaktor cair, reaktor suhu tinggi, hingga reaktor mikro. Selain itu, Griffin juga berperan dalam pengembangan teknologi nuklir untuk misi luar angkasa NASA seperti roket termal nuklir dan sistem tenaga di bulan dan Mars. Selain untuk teknologi tenaga nuklir, Griffin juga membantu riset fusi dengan mensimulasikan interaksi neutron dalam pembiakan bahan bakar tritium, yang penting bagi pembangunan pembangkit energi fusi di masa depan. Dengan demikian, manfaat Griffin sangat luas di bidang energi dan eksplorasi ruang angkasa. Penggunaan Griffin diharapkan dapat mempercepat inovasi teknologi nuklir dengan biaya lebih rendah dan risiko lebih kecil. Profesor menyatakan bahwa perangkat lunak ini akan menjadi alat penting dalam mewujudkan energi nuklir yang lebih aman, efisien, dan berkelanjutan untuk masa depan.

Tim peneliti dari Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) di Cina mengembangkan cara baru untuk mengatasi masalah di lapisan interface tersembunyi pada solar cell perovskite terbalik. Lapisan ini menjadi tantangan karena sering menyebabkan cacat elektronik dan kerusakan yang menurunkan kinerja dan umur perangkat. Pengembangan metode crystal-solvate (CSV) pre-seeding memungkinkan kristal perovskite tumbuh dengan sangat teratur dari bawah ke atas. Nanokristal khusus yang digunakan bekerja sebagai template yang membantu perbaikan struktur dan mengurangi kekosongan di lapisan dasar tersebut. Selain itu, teknik ini juga meningkatkan daya basah permukaan yang biasanya sukar dilapisi dan mengeluarkan molekul pelarut secara bertahap selama proses pemanasan untuk memperbaiki cacat dan menyusun ulang kristal pada interface. Proses ini menjadikan film perovskite lebih sempurna dan kuat. Dengan metode ini, peneliti berhasil membuat mini-modul berukuran hampir 50 cm dengan efisiensi konversi daya mencapai 23,15%. Hebatnya, efisiensi modul besar ini hampir tidak berkurang dibandingkan dengan sel kecil, menunjukkan potensi produksi massal yang stabil. Penemuan ini tidak hanya menjanjikan untuk panel surya tapi juga dapat diterapkan pada teknologi semikonduktor dan perangkat pemancar cahaya lainnya. Metode ini membuka peluang besar untuk kemajuan teknologi energi terbarukan dan elektronik.

Para peneliti dari Universitas Jena dan Ulm di Jerman berhasil mengembangkan baterai berbasis kopolimer yang mampu menyimpan energi matahari selama beberapa hari dengan efisiensi tinggi. Teknologi ini memungkinkan penyimpanan energi yang dihasilkan dari sinar matahari dan kemudian melepaskannya dalam bentuk hidrogen hijau yang ramah lingkungan. Hidrogen hijau adalah alternatif bahan bakar yang sangat penting karena dapat digunakan untuk aplikasi berenergi tinggi tanpa menghasilkan emisi karbon, berbeda dengan hidrogen yang dihasilkan dari reformasi metana. Namun, tantangan besar dalam produksi hidrogen hijau adalah penyimpanannya yang efisien dan terjangkau. Baterai ini menggunakan kopolimer larut air dengan aktivitas redoks yang kuat sebagai unit fungsional utama. Dengan mengubah nilai pH sebagai sebuah saklar, baterai ini bisa diisi ulang secara reversibel, dengan perubahan warna sebagai indikator status muatannya, dari kuning (kosong) ke ungu (penuh). Pengisian energi melalui sinar matahari mencapai efisiensi 80%, dan saat melepaskan energi sebagai hidrogen hijau dengan bantuan katalis, sistem tetap efisien dengan 72%. Hal ini menunjukkan potensi teknologi ini dalam siklus pengisian dan pengosongan yang berulang tanpa penurunan performa signifikan. Inovasi ini membuka jalan bagi teknologi penyimpanan energi surya yang lebih hemat biaya, dapat diskalakan, dan ramah lingkungan. Ini akan berkontribusi besar terhadap transisi menuju ekonomi energi kimia yang berkelanjutan dan memperluas penggunaan hidrogen hijau dalam berbagai sektor industri.

Sebuah perusahaan Tiongkok, Hunan Tyen dari Changan, telah menciptakan perangkat baru yang disebut Power Turbine Generator (PTG) untuk mengatasi masalah utama kendaraan listrik yakni keterbatasan jarak tempuh. Perangkat ini dapat dipasang dan dilepas sesuai kebutuhan, memungkinkan kendaraan listrik menempuh jarak lebih jauh tanpa harus menambah baterai besar. PTG bekerja dengan menghasilkan listrik dari bahan bakar melalui sistem turbin yang efisien dan kompak. Dengan teknologi simulasi canggih, desain internalnya memaksimalkan aliran udara dan performa komponen-komponennya, seperti bantalan bola dan kompresor, sehingga meningkatkan efisiensi konversi energi. Keunggulan utama PTG selain ukuran yang lebih kecil dan daya yang lebih tinggi, adalah kemampuannya untuk menggunakan berbagai jenis bahan bakar. Ini membuat perangkat sangat fleksibel, cocok untuk pengemudi yang jarang memerlukan jarak jauh, tetapi membutuhkan cadangan ketika melakukan perjalanan jauh. Selain untuk mobil penumpang, teknologi ini juga memiliki potensi aplikasi lainnya, seperti sistem tenaga portabel dan kendaraan udara tanpa awak. Dengan keberadaan PTG, ketergantungan pada baterai besar yang berat dan mahal dapat dikurangi, membantu menekan biaya dan meningkatkan daya jelajah kendaraan listrik. PTG diharapkan bisa membantu mengatasi kecemasan jarak tempuh yang sering dialami pengguna mobil listrik terutama di wilayah dengan infrastruktur pengisian yang masih kurang, serta memberikan solusi praktis untuk kondisi cuaca buruk dan penggunaan kecepatan tinggi yang biasanya mengurangi jarak tempuh baterai.

Para ilmuwan di China telah mengembangkan teknologi baterai lithium cair yang bisa meningkatkan kapasitas penyimpanan energi hingga dua kali lipat dibanding teknologi yang ada saat ini. Baterai lithium sangat penting untuk berbagai perangkat elektronik seperti smartphone dan kendaraan listrik, namun kini mereka sudah hampir mencapai batas maksimal energinya. Teknologi baru ini dihasilkan oleh tim peneliti dari Nankai University dan Shanghai Institute of Space Power Sources. Mereka menciptakan jenis elektrolit baru yang mampu meningkatkan kepadatan energi baterai hingga 700 watt-jam per kg, jauh di atas batas normal sekitar 350 watt-jam per kg saat ini. Dengan baterai baru ini, kendaraan listrik yang sebelumnya hanya mampu menempuh jarak sekitar 500 km dalam sekali pengisian, kini bisa melaju lebih dari 1.000 km. Artinya, pengemudi tidak perlu sering mengisi ulang baterai, dan penggunaan kendaraan listrik jadi lebih praktis dan efisien. Selain itu, baterai baru ini juga dikabarkan dapat bekerja lebih baik dalam kondisi suhu rendah, sehingga membuat kendaraan listrik lebih tahan dan dapat diandalkan saat cuaca dingin. Kemampuan ini sangat penting karena masalah daya tahan baterai di cuaca dingin sering menjadi kendala penggunaan EV. Penemuan ini dapat menjadi solusi penting untuk mengatasi keterbatasan baterai cair saat ini dan mempercepat adopsi kendaraan listrik di masa depan. Namun, masih perlu pengujian lebih lanjut untuk memastikan keamanan dan biaya produksi yang efisien sebelum teknologi ini bisa dipasarkan secara luas.

Para peneliti dari Chinese Academy of Sciences (CAS) berhasil menciptakan sel surya berbasis kesterite dengan efisiensi konversi daya sebesar 15,45 persen. Hasil ini menjadi rekor dunia untuk teknologi sel surya kesterite yang sebelumnya hanya mencapai 14,2 persen. Keberhasilan ini membuka peluang besar untuk mengembangkan teknologi sel surya yang lebih murah dan ramah lingkungan. Kesterite adalah mineral alami yang terbuat dari logam tembaga, seng, timah, dan sulfur. Keunggulan utamanya adalah kelimpahan bahan dan biaya produksinya yang rendah, sehingga sangat potensial untuk digunakan sebagai bahan dasar sel surya thin-film generasi berikutnya. Meski demikian, pengembangan kesterite menghadapi tantangan teknis berupa migrasi ion logam yang sulit dikontrol, yang mengakibatkan cacat dan menurunkan efisiensi perangkat. Untuk mengatasi masalah ini, peneliti CAS memperkenalkan mekanisme baru dengan memanfaatkan fase antarmuka berbahan lithium tin sulfida atau Li₂SnS₃ (LTS). Fase ini mengubah jalur migrasi ion dan menyeimbangkan pergerakan ion tembaga dan timah, sehingga mengurangi cacat dan memperbaiki kualitas kristal sel. Hal ini juga menstabilkan sambungan antar lapisan dalam sel surya, meningkatkan efisiensi dan keandalannya. Dalam pengujian dengan kondisi pencahayaan standar, sel surya ini mencatat tegangan sirkuit terbuka lebih dari 600 mV pada celah pita 1,10 eV, angka yang tinggi dan menunjukkan pengurangan kerugian energi yang signifikan. Hasil ini menandai bahwa kendala besar yang selama ini menghambat efisiensi sel kesterite berhasil diatasi dengan solusi baru yang dikembangkan. Selain rekor efisiensi, tim CAS juga sudah membangun portofolio hak kekayaan intelektual untuk proses pembuatan menggunakan Li₂SnS₃, menyiapkan landasan bagi produksi massal dan industrialisasi teknologi ini. Ini menjadi tonggak penting untuk masa depan teknologi tenaga surya yang lebih murah, melimpah, dan ramah lingkungan.

Para ilmuwan di Universitas Nankai dan Institut Sumber Daya Listrik Luar Angkasa Shanghai berhasil mengembangkan baterai lithium dengan kepadatan energi sampai 700 watt-jam per kilogram. Ini merupakan peningkatan besar dibandingkan baterai konvensional yang menggunakan elektrolit karbonat, yang memiliki keterbatasan dalam mobilitas ion dan kinerja di suhu rendah. Penelitian ini fokus pada pengembangan sistem elektrolit baru yang menggunakan pelarut hidrokarbon terfluorinasi. Pelarut ini mengubah cara garam lithium larut dan berinteraksi pada tingkat molekuler sehingga interaksi lithium-fluorin menjadi lebih lemah dan ion lithium dapat bergerak lebih bebas, meningkatkan efisiensi baterai. Selain performa tinggi pada suhu ruang, baterai ini juga mampu menjaga kepadatan energi sekitar 400 watt-jam per kilogram pada suhu rendah ekstrem hingga -50°C. Ini membuka peluang untuk aplikasi pada kendaraan listrik yang beroperasi di berbagai kondisi iklim dan dalam teknologi luar angkasa. Meski inovasi ini masih dalam tahap laboratorium dan belum siap untuk produksi massal, potensi aplikasinya sangat besar, terutama dalam kendaraan listrik, robotika, dan sistem daya ringan yang memerlukan kapasitas besar serta stabilitas di suhu ekstrim. Untuk mencapai penerapan komersial, tantangan berikutnya adalah menerjemahkan hasil laboratorium menjadi produk yang aman, terjangkau, dan mudah diproduksi secara massal. Kesuksesan ini akan membawa dampak besar pada masa depan teknologi penyimpanan energi dan kendaraan ramah lingkungan.

Para peneliti dari TU Wien dan China berhasil mengembangkan teknologi baru yang memungkinkan komputer kuantum bekerja menggunakan empat keadaan sekaligus, bukan hanya dua seperti pada komputer klasik. Hal ini dilakukan dengan menggunakan foton yang memiliki state kuantum berbeda berdasarkan bentuk gelombang spasialnya. Teknologi ini memanfaatkan orbital angular momentum dari foton, yaitu properti kuantum yang dapat memiliki banyak keadaan berbeda, berbeda dari yang biasanya digunakan yaitu polarisasi dengan hanya dua keadaan. Dengan cara ini, satu foton bisa membawa lebih banyak informasi sekaligus. Tim peneliti menciptakan sebuah gerbang logika kuantum yang dapat mengoperasikan dua foton dalam superposisi berbagai bentuk gelombang tersebut dan bisa menghubungkan atau memisahkan mereka secara terkontrol. Gerbang ini dinamakan controlled phase-flip gate yang telah diuji secara eksperimen. Teknologi ini juga dilengkapi dengan sistem phase-locking yang sangat presisi untuk memastikan performa gerbang tetap stabil dan akurat selama operasi, dengan tingkat kesetiaan proses mencapai angka antara 0,71 hingga 0,85, yang cukup tinggi untuk eksperimental quantum computing. Penemuan ini membuka kemungkinan yang lebih luas untuk pengembangan teknologi kuantum optik dengan kapasitas data yang lebih besar dan stabilitas lebih baik, serta aplikasi potensial yang bisa berkembang di berbagai bidang teknologi informasi dan komunikasi kuantum di masa depan.

WinGD, sebuah perusahaan energi laut asal Swiss, mengumumkan keberhasilan mesin kapal bertenaga amonia X-DF-A melewati uji tipe dan uji pabrik, sebuah prestasi dunia pertama. Mesin ini menggunakan amonia sebagai bahan bakar yang tidak mengandung karbon, sehingga sangat ramah lingkungan jika diproduksi dari sumber terbarukan. Tes dilakukan di fasilitas HD Hyundai Heavy Industries di Korea Selatan dengan mesin bore 52 yang akan dipasang pada kapal pengangkut LPG dan amonia berkapasitas 46.000 meter kubik milik perusahaan Belgia, EXMAR. Kapal ini diperkirakan menjadi kapal gas bertenaga amonia pertama yang beroperasi secara komersial. Semua pengujian diawasi oleh lembaga klasifikasi Lloyd’s Register dan dihadiri oleh perwakilan dari lembaga klasifikasi lainnya serta pengawas dari EXMAR, menegaskan standar keamanan dan kualitas yang tinggi. WinGD juga melaporkan telah menerima 30 pesanan mesin ini dari berbagai segmen kapal seperti gas carrier, bulk carrier, tanker, dan container vessel. Amonia sebagai bahan bakar dipandang penting untuk mengurangi emisi gas rumah kaca karena bebas karbon dan memiliki kerapatan energi lebih tinggi dibandingkan hidrogen. Proyeksi menyebut amonia bisa menjadi hampir 50 persen dari bahan bakar kapal pada 2050, yang akan sangat membantu mengurangi dampak perubahan iklim dari industri pelayaran. Para ahli WinGD menegaskan bahwa hasil pengujian ini membuktikan teknologi amonia memiliki keandalan, performa, dan keselamatan yang dibutuhkan untuk aplikasi komersial. Kolaborasi dengan pelaku industri seperti EXMAR menjadi kunci membawa teknologi ini ke pasar dan mempercepat transisi energi bersih di sektor pelayaran.