Tinjauan Kerangka Kerja Penilaian Siklus Hidup (“LCA ......environmental assessment of a traction lithium-ion battery pack for plug-in hybrid electric vehicles,” J. Clean. Prod.,

Tinjauan Kerangka Kerja Penilaian Siklus Hidup (“LCA”) Baterai Lithium-ion Kendaraan Listrik

Disampaikan pada :Seminar Nasional Teknologi Bahan dan Barang Teknik Kementerian Perindutrian RI26 Agustus 2020

Erik IswandiEnergy Security – Indonesia Defense University

Creator: Nick Dimbleby IPTC Photo Metadata

OUTLINE PRESENTASI

Pendahuluan

Bahan dan Metode

Kesimpulan dan Saran

Hasil dan Pembahasan

source : https://bit.ly/2QioQvO

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pengembangan kendaraan listrik (“EV”) sebagai solusi Perubahan Iklim Global, menuntut penyediaan baterai terutama tipe lithium-ion (“LiB”)

Pemerintah menerbitkan Peraturan Presiden (PerPres) No.55 Tahun 2019 tentang Percepatan Pengembangan Kendaraan Bermotor Listrik (Mobil Listrik) dalam rangka mendorong pembangunan industri otomotif jenis EV.

Setiap penanggung jawab usaha wajib memenuhi ketentuan baku mutu lingkungan, melakukan pemantauan, serta pelaporan. Life Cycle Assessment (LCA) akan dijadikan sebagai salah satu kriteria penilaian dalam program PROPER, akan dituangkan dalam revisi PerMenLH No.3 Tahun 2014.

Timbul pertanyaan dikalangan pelaku industri maupun pemerintah tentang bagaimana melakukan LCA pada industri baterai secara khusus dan lebih luasnya terhadap EV agar penilaian dapat bermanfaat bagi kedua belah pihak dan terstandarisasi.

PENDAHULUAN

Ruang Lingkup

Penelitian terbatas pada review terhadap studi literatur mengenai penilaian beban lingkungan potensial yang ditimbulkan oleh industri LiB.

Penilaian beban lingkungan dimaksud adalah melalui pendekatan LCA yakni mempertimbangkan semua unit sistem dalam siklus hidup LiB.

Tujuan Penelitian

Melalui kajian ini diharapkan pemahaman yang jelas dan kerangka kerja pelaksanaan bagi pelaku indutri, pemerintah maupun praktisi LCA tentang bagaimana melakukan LCA pada LiB dengan memperhatikan ketentuan setiap tahapan sehingga diperoleh hasil yang optimal.

BAHAN DAN METODE

BAHAN METODE

Sejumlah besar penelitian yang telah diterbitkan hingga tahun 2019 tentang penilaian beban lingkungan dari produksi LiB.

Standar ISO 14040 dan turunan-nya yang telah diadopsi oleh Pemerintah Indonesia, yakni SNI ISO 14040; 2016 dan SNI ISO 14044; 2017.

Menganalisis pelaksanaan LCA LiB dengan mengacu standar yang ditetapkan ISO 14040, SNI ISO 14040 dan SNI ISO 14044.

Melakukan perbandingan dan menyusun kerangka kerja yang lebih mudah dipahami serta komprehensif terhadap pelaksanaan LCA LiB.

PEMBAHASAN1. PROPER dan LCA

LCA adalah kompilasi dan evaluasi masukan,

keluaran dan dampak lingkungan potensial dari

sistem produk disepanjang daur hidupnya

Mengidentifikasi peluang perbaikan kinerja-

lingkungan produk pada berbagai titik dalam

daur hidupnya

Inventori data daur hidup meliputi aliran dasar

dan aliran produk termasuk input energi, bahan

baku, limbah & lepasan, dan co-produk,

tergantung pada :

1. Batas Sistem

2. Kategori Dampak

LCA akan menjadi kriteria penilaian dari PROPER

yang akan dituangkan dalam revisi Permen LH

No.03 Tahun 2014

4 tahapan LCA

Gambar 1. Tahapan LCA Sumber : SNI ISO 14040; 2016 dan SNI ISO 14044; 2017

PEMBAHASAN2. TUJUAN dan RUANG LINGKUP LCA LiB

Penetapan tujuan akan sangat berpengaruh terhadap proses penilaian

berikutnya. Sebagai contoh, apabila LCA ditujukan untuk keputusan

industri maka pelaksanaan LCA akan berorientasi pada peningkatan

efisiensi biaya dan deklarasi produk lingkungan (EPD).

Pada studi literatur, kajian LCA pada umumnya dimaksudkan untuk

melakukan perbandingan dampak lingkungan antara kendaraan

konvensional dengan EV [7]. Dengan begitu, pada awal-awal tahun

penelitian LCA baik pada EV atau LiB, mengedepankan dampak lingkungan

berupa GRK dan jumlah konsumsi energi yang dibutuhkan dalam satuan

unit fungsi.

TUJUAN

PEMBAHASAN2. TUJUAN dan RUANG LINGKUP LCA LiB

RUANG LINGKUP

Batasan system adalah

rangkaian kriteria untuk

menetapkan unit proses

mana saja yang menjadi

bagian dari sistem

produk.

Ada empat pilihan utama

untuk menentukan

batas-batas sistem yang

digunakan berdasarkan

ISO 14044 dalam studi

LCA, namun dalam

penerapan-nya pada LiB

hanya ada dua opsi yang

sesuai yakni :

Cradle to gate

Cradle to grave

Untuk hasil penilaian lebih komprehensif, kami sangat menyarankan cradle to grave karena

pada pemakaian dan masa hidup baterai [19] serta daur ulang [20] sangat signifikan terhadap beban lingkungan. Penentuan masa hidup LiB menggunakan DoD sebesar 80%.

Gambar 2. Batas sistem cradle to grave LiB

PEMBAHASAN2. TUJUAN dan RUANG LINGKUP LCA LiB

Unit Fungsi dan Kategori DampakKategori Dampak Referensi Utama

GWP (Global Warming Potential) [21][22][23][24]

CED (Cumulative Energy Demand) [24][25][26][27]

AP (Acidification Potential) [28][19][24]

ADP (Abiotic Depletion Potential) [9][19][24]

EP (Eutrophication Potential) [19][24][29]

ODP (Ozone Depletion Potential) [24][29]

HTP (Human Toxicity Potential) [26][24]

Human Health Cancerous [24]

PMF (Particulate Matter Formation)

[26][28]

POF (Photochemical Oxidant Formation)

[26][24][29]

FE (Fresswater Ecotocity) [26]

Unit fungsi yang umum adalah penggunaan 1 Wh atau

pengendaraan sepanjang 100 km. Kami sangat

menyarankan bahwa unit fungsi dalam penilaian LCA adalah

satuan jarak yakni km, karena kumulatif konsumsi energi

pada perakitan dan pengisian baterai dapat dihitung

menggunakan unit fungsi jarak.

Kategori Dampak. Banyak studi LCA LiB berfokus pada

emisi GRK. Sementara beberapa penelitian memberikan

hasil bahwa dampak LCA LiB jauh lebih besar pada aspek

beban lingkungan lainnya.

Dalam LCA LiB, kami menyarankan untuk menilai enam

kategori dampak karena berdasarkan studi literatur,

kategori dimaksud sangat signifikan pada hasil LCA untuk

dikomparasikan atau menyusun program berkelanjutan.

PEMBAHASAN3. Analisis Inventori Data

Dalam penerapan LCA LiB kami

menawarkan analisis inventori data dibagi

menjadi lima unit sistem yang telah

tersajikan pada Gambar 2, yakni :

1. Ekstraksi bahan baku

2. Pengolahan material

3. Pembuatan produk meliputi pembuatan

komponen sel baterai dan pengemasan.

4. Penggunaan produk

5. Akhir masa pakai (“EoL”)

Seluruh unit sistem ini tidak

mengecualikan kegiatan antara

yang diperlukan seperti

pengangkutan. Juga

mempertimbangan aliran dasar

dan aliran produk.

Setiap keluaran juga dapat

mempertimbangkan tindakan recycle dan secondary usage.

PEMBAHASAN4. Life Cycle Assessment Inventory

LCIA untuk memahami dan mengevaluasi besarnya

dan pentingnya dampak lingkungan potensial dari

suatu sistem produk di seluruh daur hidupnya

Unsur Wajib Keterangan

Kategori DampakPemilihan kategori dampak, indikator dan model.

Klasifikasi Klasifikasi penempatan hasil LCI

Karakterisasi Perhitungan hasil indikator (konversi)

Unsur Pilihan Keterangan

Normalisasi Pemilihan kategori dampak, indikator dan model.

Pengelompokan Memilah dan memberi peringkatan

Pembobotan Penekanan pada dampak penting

Metode LCIA Referensi Utama

ILCD Midpoint [21][25]

ReCiPe Midpoint [26][31][32]

CML [19][29]

Greet Midpoint [33]

EI99 Endpoint [34][9]

Pengklasifikasian dan normalisasi dapat

menggunakan faktor karakterisasi yang

ada pada setiap metode LCIA atau sumber

lain yang dapat dipercaya misal faktor

karakterisasi GRK yang diterbitkan IPCC

tahun 2007.

Namun demikian, kami sangat

menganjurkan bahwa normalisasi dan

pembobotan disesuaikan dengan

kesepakatan stakeholder atau instansi

yang terkait.

Pembahasan

Pada tataran praktis, LCIA terbatas membahas

isu lingkungan yang berkaitan dengan tujuan

dan ruang lingkup yang telah ditetapkan.

Oleh karena itu, sebenarnya LCIA bukanlah

kajian baku yang mencakup semua isu

lingkungan yang terdapat pada sistem produk

PEMBAHASAN4. Life Cycle Assessment Inventory

PEMBAHASAN5. INTERPRETASI

Interpretasi LCA menggunakan prosedur yang

sistematis untuk mengidentifikasi, menguji,

memeriksa, mengevaluasi dan menyajikan

kesimpulan berdasarkan temuan dari LCA, dalam

rangka memenuhi persyaratan untuk penerapan

sebagaimana dijelaskan dalam tujuan dan lingkup

kajian :

Baseline : Penentuan anilai dasar kinerja

lingkungan dari proudk

Hotspot : Penentuan bagian dari system produk

yang memberikan dampak besar terhadap dampak

Area of Improvement : Penentuan area

perubahan

Kategori Dampak Unit Sistem

GWP (Global Warming

Potential)

Penggunaan

Produk

CED (Cumulative Energy

Demand)

Penggunaan

Produk

AP (Acidification Potential)Penggunaan

Produk

ADP (Abiotic Depletion

Potential)

Penggunaan

Produk

EP (Eutrophication Potential)Penggunaan

Produk

ODP (Ozone Depletion

Potential)

Ekstraksi

material

HTP (Human Toxicity

Potential)

Penggunaan

Produk

Tabel hasil interpretasi kategori dampak signifikan

pada unit sistem LiB [24]

PEMBAHASAN6. PELAPORAN

Peloporan bukanlah tahapan dalam pelaksanaan LCA namun hal ini akan

membantu stakeholder dan instansi yang dituju untuk memahami lebih

mudah maksud dan hasil yang dicapai. Selain menjabarkan keempat tahapan

di atas, pelaporan sebaiknya berisi program dan rencana kerja perbaikan

berkelanjutan, yang setidaknya mencakup upaya :

1. Efisiensi sumber daya dan energi

2. Peluang recycle dan secondary usage baik pada LiB,

produk tambahan/turunan, maupun limbah yang

dihasilkan

3. Pengurangan pencemaran udara, air, dan tanah

1. Penelitian LCA LiB setidaknya telah dilakukan

sejak tahun 2000 dengan berbagai metode

LCIA, asumsi, dan ketidakpastian. Pada

kenyataannya, perbedaan ini berdampak

pada hasil LCA.

2. Hasil akhir yang diharapkan dari LCA LiB ini

adalah upaya efisiensi dan peluang perbaikan

lingkungan dan kesehatan manusia.

1. Mengidentifikasi beban lingkungan lebih

komprehensif pada skema cradle to grave.

2. Lima unit sistem dan tujuh kategori dampak

yang menjadi bagian pelaksanaan LCA LiB.

3. Perbedaan interpretasi merupakan hal yang

wajar dengan dukungan tranparansi terkait

pilihan nilai, asumsi dan keterbatasan dari

metodologi dan kualitas data.

Kami memberikan saran terutama pada stakeholder dan instansi yang

menggunakan hasil laporan LCA LiB, agar dapat menyediakan standar

penerapan LCA. Pada kasus di Indonesia yang mana LCA akan menjadi

kriteria baru dalam penilaian PROPER dan mengingat rencana indutrial

baterai EV maka perlu peraturan atau standarisasi turunan yang

menyediakan pedoman kerangka kerja LCA LiB.

Hasil review umum studi literatur

Penerapan LCA LiB :

Diterapkan

Rekomendasi Kerangka Kerja

Penerapan LCA LiB :

TERIMA KASIH

DAFTAR PUSTAKA

[1] U. S. E. I. Administration, “Energy Information Administration,” Choice Rev. Online,

vol. 44, no. 07, pp. 44-3624-44–3624, 2007.

[2] B. Bednar-Friedl et al., “Transport,” Springer Clim., pp. 279–300, 2015.

[3] “Factcheck: How electric vehicles help to tackle climate change.” [Online].

Available: https://www.carbonbrief.org/factcheck-how-electric-vehicles-help-to-

tackle-climate-change. [Accessed: 01-Aug-2020].

[4] IEA, “Global EV Outlook 2020,” IEA, Paris, 2020. [Online]. Available:

https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2020. [Accessed: 02-Aug-2020].

[5] T. Mola, “Inilah 4 Jenis Mobil Listrik dan Keunggulannya - Otomotif Bisnis.com.”

[Online]. Available:

https://otomotif.bisnis.com/read/20190710/46/1122549/inilah-4-jenis-mobil-

listrik-dan-keunggulannya. [Accessed: 02-Aug-2020].

[6] Battery University Group, “Types of Lithium-ion Batteries – Battery University.”

[Online]. Available:

https://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion. [Accessed: 02-

Aug-2020].

[7] L. L. P. de Souza, E. E. S. Lora, J. C. E. Palacio, M. H. Rocha, M. L. G. Renó, and O. J.

Venturini, “Comparative environmental life cycle assessment of conventional

vehicles with different fuel options, plug-in hybrid and electric vehicles for a

sustainable transportation system in Brazil,” J. Clean. Prod., vol. 203, pp. 444–468,

2018.

[8] G. Majeau-Bettez, T. R. Hawkins, and A. H. StrØmman, “Life cycle environmental

assessment of lithium-ion and nickel metal hydride batteries for plug-in hybrid

and battery electric vehicles,” Environ. Sci. Technol., vol. 45, no. 10, pp. 4548–4554,

May 2011.

[9] D. A. Notter et al., “Contribution of li-ion batteries to the environmental impact

of electric vehicles (Environmental Science & Technology (2010) 44 (6550-

6556)),” Environ. Sci. Technol., vol. 44, no. 19, p. 7744, 2010.

[10] J. F. Peters, M. Baumann, B. Zimmermann, J. Braun, and M. Weil, “The

environmental impact of Li-Ion batteries and the role of key parameters – A

review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 67. Elsevier Ltd, pp. 491–

506, 01-Jan-2017.

[11] D. F. Ciambrone, Environmental Life Cycle Analysis. CRC Press, 2018.

[12] I. I. S. ISO, “ISO-14040 Environmental management–life cycle assessment–

principles and framework: International Organization for Standardization,” 2006.

[13] K. P. RI, “Kemenperin: Pemerintah Serius Garap Mobil Listrik.” [Online]. Available:

https://kemenperin.go.id/artikel/20935/Pemerintah-Serius-Garap-Mobil-Listrik.

[Accessed: 05-Aug-2020].

[14] Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan, “Kriteria Baru Proper: Penilaian

Daur Hidup/ Life Cycle Assessment (LCA) - Kementerian LHK.” [Online]. Available:

https://www.menlhk.go.id/site/single_post/1110. [Accessed: 05-Aug-2020].

[15] K. P. RI, “Kemenperin: Mengembangkan Mobil Listrik.” [Online]. Available:

https://kemenperin.go.id/artikel/20476/Mengembangkan-Mobil-Listrik.

[Accessed: 05-Aug-2020].

[16] Badan Standarisasi Nasional, SNI ISO 14044:2017. Indonesia:

http://sispk.bsn.go.id/SNI/DetailSNI/11318, 2017.

[17] M. Curran, “Life Cycle Assessment: A review of the methodology and its

application to sustainability,” Curr. Opin. Chem. Eng., vol. 2, pp. 273–277, Aug.

2013.

DAFTAR PUSTAKA

[18] Badan Standarisasi Nasional, SNI ISO 14040:2016.

http://sispk.bsn.go.id/SNI/DetailSNI/11258, 2016.

[19] R. Faria et al., “Primary and secondary use of electric mobility batteries from a life

cycle perspective,” J. Power Sources, vol. 262, pp. 169–177, Sep. 2014.

[20] M. A. Cusenza, S. Bobba, F. Ardente, M. Cellura, and F. Di Persio, “Energy and

environmental assessment of a traction lithium-ion battery pack for plug-in

hybrid electric vehicles,” J. Clean. Prod., vol. 215, no. April, pp. 634–649, 2019.

[21] M. Zackrisson, “Life cycle assessment of long life lithium electrode for electric

vehicle batteries : cells for Leaf, Tesla and Volvo bus,” Swerea IVF AB, IVF,

Materials and Production, RISE - Research Institutes of Sweden, 2017.

[22] L. A.-W. Ellingsen, B. Singh, and A. H. Strømman, “The size and range effect:

lifecycle greenhouse gas emissions of electric vehicles,” Environ. Res. Lett., vol. 11,

no. 5, p. 54010, 2016.

[23] H. Ambrose and A. Kendall, “Effects of battery chemistry and performance on the

life cycle greenhouse gas intensity of electric mobility,” Transp. Res. Part D

Transp. Environ., vol. 47, pp. 182–194, Aug. 2016.

[24] S. Amarakoon, J. Smith, and B. Segal, “Application of Life-Cycle Assessment to

Nanoscale Technology: Lithium-ion Batteries for Electric Vehicles,” 2013.

[25] S. Troy et al., “Life Cycle Assessment and resource analysis of all-solid-state

batteries,” Appl. Energy, vol. 169, pp. 757–767, May 2016.

[26] C. M. Lastoskie and Q. Dai, “Comparative life cycle assessment of laminated and

vacuum vapor-deposited thin film solid-state batteries,” J. Clean. Prod., vol. 91,

pp. 158–169, Mar. 2015.

[27] J. B. Dunn, L. Gaines, J. C. Kelly, C. James, and K. G. Gallagher, “The significance of

Li-ion batteries in electric vehicle life-cycle energy and emissions and recycling’s

role in its reduction,” Energy Environ. Sci., vol. 8, no. 1, pp. 158–168, 2015.

[28] G. P. Hammond and T. Hazeldine, “Indicative energy technology assessment of

advanced rechargeable batteries,” Appl. Energy, vol. 138, pp. 559–571, Jan. 2015.

[29] M. Zackrisson, L. Avellán, and J. Orlenius, “Life cycle assessment of lithium-ion

batteries for plug-in hybrid electric vehicles – Critical issues,” J. Clean. Prod., vol.

18, no. 15, pp. 1519–1529, Nov. 2010.

[30] K. Siregar, “Tinjauan Penilaian Siklus Hidup Bahan Bakar Biodiesel di Indonesia

Program Studi Teknik Pertanian , Fakultas Pertanian , Universitas Syiah Kuala

Email : [email protected] Review of Life Cycle Assesment of

Biodiesel in Indonesia Department of Agr,” Rona Tek. Pertanian, 7(2), vol. 7, no. 2,

pp. 81–99, 2014.

[31] L. A. W. Ellingsen, G. Majeau-Bettez, B. Singh, A. K. Srivastava, L. O. Valøen, and A.

H. Strømman, “Life Cycle Assessment of a Lithium-Ion Battery Vehicle Pack,” J.

Ind. Ecol., vol. 18, no. 1, pp. 113–124, 2014.

[32] M. C. McManus, “Environmental consequences of the use of batteries in low

carbon systems: The impact of battery production,” Appl. Energy, vol. 93, pp.

288–295, May 2012.

[33] B. Li, X. Gao, J. Li, and C. Yuan, “Life Cycle Environmental Impact of High-Capacity

Lithium Ion Battery with Silicon Nanowires Anode for Electric Vehicles,” Environ.

Sci. Technol., vol. 48, no. 5, pp. 3047–3055, Mar. 2014.

[34] H. S. Hamut, I. Dincer, and G. F. Naterer, “Exergoenvironmental analysis of hybrid

electric vehicle thermal management systems,” J. Clean. Prod., vol. 67, pp. 187–

196, Mar. 2014.