Ulasan mengenai fuel cell atau sel bahan bakar sebagai sumber energi masa depan telah dikupas tuntas di salah satu rubrik majalah 1000guru. Salah satu jenis sel bahan bakar yang menarik untuk kita ulas lebih dalam adalah proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), yaitu sel bahan bakar yang memanfaatkan polimer elektrolit sebagai membran penukar ion yang berada di antara katoda dan anoda. Untuk para peneliti fuel cell, tentunya nama Nafion® sudah tidak asing lagi. Nafion® merupakan membran polimer komersial yang umum digunakan untuk aplikasi sel bahan bakar. Nafion® memilki struktur rantai utama politetrafluoroetilen (PTFE) dengan gugus samping sulfonat (-SO3H). Rantai utama Teflon yang bersifat hidrofobik ini menyebabkan Nafion® memiliki kestabilan mekanik dan termal yang baik sedangkan gugus samping sulfonatnya membentuk saluran hidrofilik sehingga memudahkan adanya kation melewati membran. Hanya saja, harganya yang tidak murah membuat para peneliti Indonesia tergerak untuk mencari membran alternatif yang diharapkan bisa menggantikan Nafion®, dengan harga yang lebih murah tentunya.
Untuk merancang polimer elektrolit sebagai membran alternatif, tentu kita harus ‘meniru’ karakteristik Nafion®, yaitu memiliki struktur rantai utama yang kuat dan memiliki gugus hidrofilik yang bisa membuat saluran agar proton mudah dilewatkan. Salah satu polimer produk dalam negeri yang dapat dijadikan kandidat adalah selulosa. Dengan struktur rantai utama yang kuat, sumber selulosa yang melimpah juga menjadi nilai tambahan jika membran ini menjadi kandidat alternatif Nafion®. Selain itu, terdapat sumber selulosa dengan susunan rantai polimer yang sangat teratur yaitu bakterial selulosa, atau lebih dikenal dengan nama dagang ‘nata de coco’. Membran nata de coco ini diketahui memiliki ketahanan termal dan mekanik yang baik sehingga cocok untuk aplikasi sel bahan bakar yang dioperasikan di suhu tinggi (~ 200 °C).
Tantangan selanjutnya bagi membran nata de coco adalah kemampuan untuk menghantarkan proton dari anoda ke katoda, yang biasa disebut sebagai konduktivitas proton. Secara sederhana, dibutuhkan saluran ionik yang dibentuk oleh gugus hidrofilik untuk memudahkan proton melewati membran. Gugus hidrofilik pada rantai selulosa adalah gugus hidroksil (-OH) yang ukurannya cukup kecil sehingga saluran ionik yang dibentuk tidak cukup memudahkan proton untuk melewatinya. Oleh karena itu, dibutuhkan modifikasi terhadap gugus hidroksil bebas pada bakterial selulosa dengan gugus hidrofilik yang ukurannya lebih besar. Beberapa peneliti melakukan modifikasi dengan gugus fosfat, sulfonat, dan sebagainya. Modifikasi ini terbukti dapat meningkatkan konduktivitas proton membran nata de coco, yang bahkan nilainya bersaing dengan Nafion®.
Sayangnya, membran nata de coco sepertinya masih menemukan beberapa kendala untuk diaplikasikan sebagai membran elektrolit. Salah satu kendala yang dimiliki membran nata de coco adalah produksi ulang dalam skala besar dan fabrikasi rangkaian sel bahan bakar. Tentunya kendala ini semakin membangkitkan semangat peneliti Indonesia untuk mengembangkan proses produksi dalam skala besar dan juga melakukan optimasi dalam fabrikasi rangkaian sel bahan bakarnya. Salah satu contohnya yaitu dengan memasangkan membran nata de coco ke anoda katoda yang cocok. Beberapa peneliti kita juga mengembangkan anoda katoda dari nata de coco yang dimodifikasi, sehingga dapat meningkatkan kecocokan dengan membran nata de coco untuk fabrikasi rangkaian sel bahan bakar. Semoga suatu saat Indonesia sanggup memproduksi rangkaian sel bahan bakar sendiri, dengan bahan-bahan terbaik dari dalam negeri, untuk sumber energi terbarukan di masa depan.
Bahan bacaan:
- Neburchilov, V., Martin, J., Wang, H., Zhang, J., (2007), A review for polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cells, Journal of Power Source, 169, 221-238.
- Radiman, C., Yuliani, G., (2008), Coconut water as a potential resource for cellulose acetate membrane preparation, Polymer International, 57, 502-508.
- Radiman, C., Rifathin, A., (2013), Preparation of phosphorylated nata-de-coco for polymer electrolyte membrane applications, Journal of Applied Polymer Science, 130, 399-405
- Aritonang, H., Onggo, D., Ciptati, C., Radiman, C., (2015), Insertion of Platinum Particles in Bacterial Cellulose Membranes from PtCl4 and H2PtCl6 Precursors, Macromolecular Symposia, 353, 55-61
Penulis:
Asri Sarinastiti Suparman, ibu rumah tangga, alumnus Program Studi Magister Kimia ITB, saat ini tinggal di Jepang.
