Matahari menyinari atap, dinding, dan jendela bangunan setiap hari. Sebagian energi matahari membantu menerangi dan menghangatkan lingkungan, tetapi sebagian lainnya justru menjadi sumber masalah. Ketika panas berlebih masuk ke dalam bangunan, suhu ruangan meningkat dan sistem pendingin udara harus bekerja lebih keras. Akibatnya konsumsi listrik bertambah, biaya operasional meningkat, dan emisi karbon yang dihasilkan juga semakin besar.

Para ilmuwan di seluruh dunia terus mencari cara agar panas yang datang dari matahari tidak terbuang percuma. Mereka ingin mengubah panas tersebut menjadi sumber energi yang dapat dimanfaatkan kembali. Salah satu pendekatan yang paling menjanjikan adalah penggunaan material penyimpan panas atau phase change materials. Material ini mampu menyerap energi panas ketika suhu meningkat dan melepaskannya kembali ketika suhu menurun.

Baca juga artikel tentang: Arsitektur Di Era AI: Bagaimana Teknologi Membentuk Kota Yang Lebih Hijau Dan Efisien

Sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan pada tahun 2026 memperkenalkan material komposit baru berbasis busa karbon dan serat karbon yang mampu menyimpan energi panas dengan sangat baik sekaligus mengubah cahaya matahari menjadi panas secara efisien. Temuan ini membuka peluang besar bagi pengembangan bangunan cerdas yang lebih hemat energi dan lebih ramah lingkungan.

Untuk memahami pentingnya penelitian ini, bayangkan sebuah rumah yang berdiri di daerah tropis. Pada siang hari, sinar matahari terus memanaskan atap dan dinding bangunan. Panas tersebut kemudian merambat ke dalam ruangan. Ketika suhu ruangan meningkat, penghuni biasanya menyalakan pendingin udara untuk menjaga kenyamanan. Proses ini menghabiskan energi listrik dalam jumlah yang tidak sedikit.

Bagaimana jika sebagian panas yang masuk ke bangunan dapat ditangkap dan disimpan terlebih dahulu sebelum menyebar ke seluruh ruangan? Bagaimana jika panas tersebut dapat dilepaskan kembali secara terkendali saat diperlukan? Inilah prinsip kerja material penyimpan panas.

Material penyimpan panas bekerja dengan memanfaatkan perubahan fase. Ketika menerima energi panas, material berubah dari keadaan padat menjadi cair. Selama proses perubahan tersebut, material menyerap energi dalam jumlah besar tanpa mengalami peningkatan suhu yang signifikan. Ketika suhu lingkungan menurun, material kembali menjadi padat dan melepaskan energi yang sebelumnya tersimpan.

Karena kemampuannya tersebut, banyak peneliti menganggap material penyimpan panas sebagai semacam baterai termal. Jika baterai listrik menyimpan energi dalam bentuk listrik, maka material ini menyimpan energi dalam bentuk panas.

Meskipun konsepnya sangat menarik, penerapan material penyimpan panas selama ini menghadapi sejumlah tantangan. Banyak material mengalami kebocoran ketika berubah menjadi cair. Sebagian material juga kehilangan bentuknya setelah digunakan berulang kali. Selain itu, kemampuan penghantaran panas pada beberapa material masih tergolong rendah sehingga proses penyimpanan dan pelepasan energi berlangsung kurang efisien.

Para peneliti dalam studi terbaru ini mencoba mengatasi berbagai keterbatasan tersebut dengan membangun kerangka tiga dimensi berbasis karbon. Struktur ini menyerupai spons berpori yang sangat kuat dan memiliki banyak ruang kosong di dalamnya. Ruang kosong tersebut kemudian diisi oleh material penyimpan panas berupa asam dekanoat.

Kerangka karbon berfungsi sebagai penopang yang menjaga kestabilan bentuk material selama proses perubahan fase berlangsung. Pada saat yang sama, karbon juga membantu mempercepat perpindahan panas karena memiliki konduktivitas termal yang baik.

Untuk meningkatkan performanya lebih jauh, para peneliti menambahkan serat karbon ke dalam struktur tersebut. Serat karbon terkenal karena kekuatannya yang tinggi, bobotnya yang ringan, dan kemampuannya menghantarkan panas dengan baik. Kombinasi antara busa karbon, serat karbon, dan material penyimpan panas menghasilkan material komposit yang memiliki karakteristik sangat menarik.

Kinerja komposit busa karbon bertulang serat karbon sebagai material penyimpanan energi termal fototermal, yang mampu menyerap cahaya secara efisien, mengubahnya menjadi panas, serta mempertahankan efisiensi konversi energi yang tinggi pada berbagai intensitas cahaya dan tegangan listrik (Wang, dkk. 2026).

Hasil pengujian menunjukkan bahwa material ini mampu menampung sekitar 85 persen material penyimpan panas dalam strukturnya. Angka tersebut tergolong sangat tinggi dan menunjukkan bahwa sebagian besar volume material benar benar digunakan untuk menyimpan energi.

Yang lebih mengesankan lagi, material ini mampu mempertahankan kinerjanya meskipun telah mengalami ratusan siklus pemanasan dan pendinginan. Setelah 300 siklus penggunaan, material masih mampu mempertahankan lebih dari 90 persen kapasitas penyimpanan panasnya. Temuan ini menunjukkan tingkat stabilitas yang sangat baik untuk aplikasi jangka panjang.

Keunggulan berikutnya terletak pada kemampuan fototermal material tersebut. Istilah fototermal mengacu pada kemampuan mengubah energi cahaya menjadi energi panas. Dalam pengujian laboratorium, material ini mampu mencapai efisiensi konversi fototermal antara 78 hingga 95 persen.

Angka tersebut menunjukkan bahwa hampir seluruh energi cahaya yang diterima dapat diubah menjadi energi panas yang berguna. Dengan kata lain, material ini sangat efektif dalam memanen energi matahari.

Struktur mikropori komposit busa karbon bertulang serat karbon serta kemampuannya mempertahankan bentuk dan mencegah kebocoran material perubahan fasa selama pemanasan pada 50 °C, sehingga menunjukkan stabilitas termal dan struktural yang sangat baik (Wang, dkk. 2026).

Selain itu, para peneliti juga menemukan kemampuan elektrotermal yang sangat baik. Ketika dialiri listrik, material dapat menghasilkan panas dengan efisiensi lebih dari 80 persen. Kemampuan ganda ini membuat material dapat memanfaatkan dua sumber energi sekaligus, yaitu sinar matahari dan energi listrik.

Dalam konteks smart building, teknologi ini menawarkan berbagai manfaat yang sangat menarik. Bayangkan sebuah gedung perkantoran yang menggunakan lapisan material penyimpan panas pada dinding, atap, atau fasad bangunannya. Pada siang hari, material tersebut menyerap sebagian energi panas matahari dan menyimpannya di dalam struktur internalnya.

Proses ini membantu mengurangi jumlah panas yang masuk ke dalam ruangan. Akibatnya beban kerja sistem pendingin udara menjadi lebih ringan. Konsumsi energi listrik menurun dan biaya operasional bangunan dapat ditekan.

Ketika malam hari tiba dan suhu lingkungan mulai turun, material secara perlahan melepaskan energi panas yang telah disimpan sebelumnya. Pelepasan energi yang terkendali ini membantu menjaga kestabilan suhu ruangan dan mengurangi fluktuasi temperatur yang sering terjadi pada bangunan konvensional.

Kemampuan tersebut sangat sesuai dengan konsep green building yang menekankan efisiensi energi, kenyamanan penghuni, dan pengurangan dampak lingkungan. Salah satu tujuan utama bangunan hijau adalah mengurangi ketergantungan terhadap sistem mekanis yang mengonsumsi energi tinggi. Material penyimpan panas dapat menjadi salah satu solusi untuk mencapai tujuan tersebut.

Menariknya, bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini relatif murah dan tersedia dalam jumlah melimpah. Para peneliti menggunakan sukrosa sebagai salah satu bahan awal pembentukan struktur karbon. Sukrosa merupakan senyawa yang umum ditemukan dalam gula. Pendekatan ini membuat teknologi tersebut berpotensi diproduksi dalam skala besar dengan biaya yang lebih rendah dibandingkan beberapa material canggih lainnya.

Potensi aplikasinya juga tidak terbatas pada sektor bangunan. Material ini dapat digunakan pada kendaraan listrik untuk mengelola panas baterai, pada sistem penyimpanan energi terbarukan, pada perangkat elektronik yang menghasilkan panas tinggi, hingga pada berbagai fasilitas industri yang membutuhkan pengaturan suhu secara efisien.

Penelitian ini menunjukkan bahwa masa depan bangunan tidak hanya ditentukan oleh desain arsitektur atau kecanggihan perangkat lunak. Material yang digunakan untuk membangun gedung juga akan memainkan peran yang semakin penting. Dinding, atap, dan elemen bangunan lainnya tidak lagi hanya berfungsi sebagai pelindung. Mereka akan menjadi komponen aktif yang mampu menyerap energi, menyimpannya, dan mengelolanya sesuai kebutuhan.

Jika teknologi seperti ini terus berkembang, bangunan masa depan dapat berfungsi layaknya organisme hidup yang cerdas. Bangunan tidak hanya melindungi penghuninya dari lingkungan luar, tetapi juga secara aktif mengatur aliran energi untuk menciptakan kenyamanan sekaligus mengurangi konsumsi sumber daya. Dari sinilah langkah menuju kota yang lebih hemat energi, lebih cerdas, dan lebih berkelanjutan mulai terbentuk.

Baca juga artikel tentang: Arsitektur Front End Cerdas Untuk Aplikasi Cepat, Aman, Dan Siap Masa Depan

REFERENSI:

Wang, Zekun dkk. 2026. Carbon fiber-reinforced carbon foam-based composite phase change materials for efficient photothermal and electrothermal conversion. Journal of Power Sources 665, 238985.