Perkembangan teknologi energi terbarukan terus menjadi fokus utama dalam upaya mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Salah satu teknologi yang kini menarik perhatian para peneliti adalah Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), yaitu sel bahan bakar yang menggunakan metanol sebagai sumber energi dan membran penukar proton (PEM) sebagai penghubung reaksi antara anoda dan katoda. Membran elektrolit berperan penting dalam menentukan efisiensi dan kestabilan sistem DMFC. Selama ini, membran berbasis Nafion telah digunakan secara luas karena stabilitas dan konduktivitas protonnya yang tinggi. Namun, harga yang mahal, penurunan kinerja pada suhu tinggi, dan perembesan metanol (methanol crossover) menjadi tantangan yang masih perlu diatasi.
Sebagai solusi terhadap keterbatasan tersebut, tim peneliti dari Institut Teknologi Kalimantan (ITK) bekerja sama dengan Department of Chemical Sciences, Faculty of Science and Technology, Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) melakukan riset pengembangan membran elektrolit komposit berbasis kitosan alami. Kitosan merupakan biopolimer hasil deasetilasi kitin yang banyak ditemukan pada limbah kulit udang dan kepiting. Bahan ini memiliki berbagai keunggulan seperti biodegradabilitas, biokompatibilitas, nontoksisitas, serta permeabilitas metanol yang rendah. Sifat alami tersebut menjadikan kitosan sebagai kandidat ideal untuk menggantikan membran sintetis dalam aplikasi DMFC.
Untuk meningkatkan performa kitosan sebagai membran elektrolit, peneliti melakukan modifikasi struktur dengan menambahkan Natrium Tripolifosfat (Na-TPP) sebagai coupling agent. Na-TPP berfungsi memperkuat ikatan antar rantai polimer, menciptakan jalur lintasan proton yang lebih efisien, dan meningkatkan stabilitas mekanik serta termal membran. Inovasi ini menjadi langkah baru dalam pengembangan material polielektrolit, mengingat peran Na-TPP dalam meningkatkan sifat hidrofilik membran sangat penting bagi transportasi ion dan efisiensi sistem DMFC. Pendekatan ini masih relatif jarang dikaji secara mendalam, sehingga penelitian ini memiliki nilai kebaruan yang signifikan.
Selain itu, penelitian ini juga melibatkan penambahan material pengisi kaya silika (silica-rich material) ke dalam matriks membran kitosan. Material berbasis silika dipilih karena kompatibilitasnya yang baik dengan kitosan melalui interaksi hidrogen antara gugus amina dan hidroksil pada kitosan dengan gugus silanol (-SiOH) pada silika. Kehadiran silika tidak hanya memperkuat sifat mekanik membran, tetapi juga menjaga kelembapan dan meningkatkan konduktivitas proton selama operasi suhu tinggi. Dengan demikian, kombinasi antara kitosan, Na-TPP, dan silika diharapkan mampu menghasilkan membran komposit dengan keseimbangan optimal antara konduktivitas, kestabilan, dan efisiensi energi.
Tahapan penelitian meliputi proses sintesis membran menggunakan teknik solution casting, karakterisasi gugus fungsi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), pengamatan morfologi melalui Scanning Electron Microscopy (SEM), serta pengujian performa melalui analisis kapasitas pertukaran ion (Ion Exchange Capacity) dan konduktivitas proton. Hasil penelitian ini diharapkan mampu mencapai Tingkat Kesiapterapan Teknologi (TKT) 3, dengan potensi besar untuk dikembangkan menuju aplikasi skala industri. Temuan ini akan dipublikasikan dalam jurnal internasional bereputasi dan diseminarkan dalam forum ilmiah internasional sebagai bentuk kontribusi terhadap pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi energi bersih.
Kegiatan penelitian kolaboratif ini didukung oleh pendanaan dari Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (LPPM) melalui kontrak nomor 13291/IT10.L1/PPM.04/2025. Dukungan tersebut menjadi wujud nyata komitmen ITK dalam mendorong inovasi riset terapan berbasis potensi lokal dan kerja sama global. Melalui sinergi antara ITK dan UKM, penelitian ini diharapkan mampu memperkuat posisi Indonesia dalam pengembangan material energi terbarukan dan berkontribusi pada terciptanya teknologi sel bahan bakar yang lebih efisien, ekonomis, dan ramah lingkungan di masa depan.
Tim Penelitian :
1. Dr. Moch Purwanto, S.Si., M.Si (Institut Teknologi Kalimantan)
2. Riza Hudayarizka, B.Sc., M.Sc (Institut Teknologi Kalimantan)
3. Dr. Musyarofah, S.Pd., M.Si (Institut Teknologi Kalimantan)
4. ChM. Dr. Mohamad Azuwa Bin Mohamed (Universiti Kebangsaan Malaysia)
1. Memberikan kontribusi terhadap inovasi material membran elektrolit berbasis kitosan alami yang lebih ramah lingkungan dan berpotensi menggantikan material sintetis seperti Nafion dalam sistem Direct Methanol Fuel Cell (DMFC).
2. Modifikasi membran dengan Na-TPP dan silica-rich filler diharapkan mampu meningkatkan stabilitas, konduktivitas proton, serta menekan perembesan metanol, sehingga meningkatkan efisiensi energi DMFC.
3. Pemanfaatan kitosan yang berasal dari kitin (limbah perikanan) mendukung pengembangan material fungsional berbasis sumber daya alam Indonesia dan mendorong ekonomi sirkular.
4. Hasil penelitian ini menjadi dasar bagi pengembangan lebih lanjut teknologi sel bahan bakar generasi baru serta memperkuat peran perguruan tinggi dalam riset energi bersih dan berkelanjutan.