Dalam beberapa dekade terakhir, kesehatan tanah telah menjadi perhatian utama keberlanjutan global dan masalah ketahanan pangan, dengan degradasi dan polusi tanah pertanian dianggap sama seriusnya dengan krisis iklim dan hilangnya keanekaragaman hayati. Polusi tanah menduduki peringkat ketiga dalam arti penting ancaman terhadap kesehatan tanah di Eropa dan Eurasia ( FAO, 2015 ), dan di Inggris dan Wales, tanah yang terdegradasi diperkirakan menelan biaya sekitar £1,2 miliar per tahun, dengan polusi disorot sebagai salah satu penyebab negatif utama. Selain itu, ada banyak masalah lingkungan yang lebih luas yang disebabkan secara langsung dan tidak langsung oleh polusi tanah di Negara Inggris Raya, seperti ekotoksisitas, eutrofikasi, dan emisi gas rumah kaca. Oleh karena itu, tantangan untuk mengurangi pencemaran tanah menuntut pengembangan dan perbaikan strategi pengelolaan tanah berbasis bukti.
Polusi yang berasal dari penggunaan pupuk adalah masalah global yang lazim, dan meskipun ada sedikit keberhasilan dalam pengurangan (terutama melalui undang-undang), tingkat polusi yang mengkhawatirkan masih ada di Inggris Raya. Meskipun bukan satu-satunya penyebab, pertanian seringkali menjadi sumber polusi nitrogen (N) yang menyebar dan strategi harus ditujukan untuk mencegah hilangnya N dari pertanian. Penggunaan pupuk yang berlebihan dapat menyebabkan akumulasi bentuk nitrogen reaktif di tanah. Oleh karena itu, mengurangi tingkat kelebihan nitrogen dalam tanah harus menjadi fokus remediasi – hasil yang diinginkan adalah memaksimalkan efisiensi penggunaan nitrogen pertanian, dengan menangkap nitrogen dari tanah yang sangat tercemar, atau tanah di mana pencemaran air sangat mungkin terjadi, dan mendaur ulang untuk tanah yang kekurangan.
Hilangnya nitrogen dari tanah bermanifestasi sebagai dampak keuangan yang besar bagi petani, surplus rata-rata nitrogen di lahan pertanian pada tahun 2019 diperkirakan sebesar 76 kg hektar −1, sebagian besar darinya diperkirakan akan terlepas dari tanah. Rata-rata lahan pertanian Inggris seluas 81 ha, ini akan merugikan petani £1620 per tahun. Meskipun demikian, masalah lengkapnya sering kali kurang dihargai. Oleh karena itu, penggunaan nitrogen dalam pertanian perlu didekati dengan cara yang lebih dinamis, dan penangkapan kembali serta daur ulangnya dapat menjadi strategi kunci dalam mengurangi kerusakan finansial dan lingkungan.
Strategi remediasi saat ini untuk nitrogen yang berasal dari pertanian termasuk mengurangi beban nitrogen di badan air yang sudah terkontaminasi atau, kadang-kadang, melalui metode baru untuk memulihkan air eutrofik (misalnya fitoremediasi. Namun, mencegah nitrogen keluar dari tanah pertanian adalah strategi yang lebih hemat biaya, sebuah studi kasus dari Jerman menemukan tindakan pencegahan (seperti lebih banyak pertanian organik, lebih sedikit pupuk mineral, dan menggunakan strip penyangga) lima kali lebih murah daripada denitrifikasi untuk mencapai tingkat yang dapat diterima. Sementara di Belanda, pengurangan mencapai biaya sepuluh kali lipat. Selain itu, penangkapan dan penghilangan nitrogen di lahan dapat memungkinkan daur ulang nutrisi yang sederhana dan cepat.
Salah satu strategi yang diusulkan untuk remediasi tanah adalah penggunaan sorben berbasis karbon karena sifat fisikokimianya memungkinkan penyerapan berbagai jenis polutan, dan metode pembuatannya relatif sederhana dan murah. Satu jenis, biochar, telah menerima banyak fokus penelitian selama dua dekade terakhir, dan telah dikomersialkan oleh banyak perusahaan, terutama untuk digunakan sebagai amandemen tanah di bidang pertanian.
Untuk tujuan remediasi tanah, keuntungan menggunakan batang biochar dari bahan baku murah (banyak bentuk residu biomassa pertanian/industri/domestik dapat digunakan), kapasitas penyerapannya (biasanya mirip dengan karbon aktif, sorben yang banyak digunakan). Yang dapat disesuaikan dengan polutan yang berbeda, dan kemudahan penerapannya pada tanah, sesuatu yang sering gagal dicapai oleh strategi remediasi lainnya, seperti penghalang reaktif permeabel (PRB). Juga, biochar dapat dengan mudah dimodifikasi selama produksinya untuk memiliki sifat tambahan yang relevan dengan aplikasinya, termasuk magnetisasi melalui impregnasi oksida besi pada permukaannya.
Biochar magnetik dapat didefinisikan sebagai biochar yang telah diresapi dengan partikel magnetik melalui berbagai metode, menjadikannya dengan sifat magnetik. Partikel tersebut termasuk magnetite, maghemite , hematite, dan besi bervalensi nol, dan seringkali ada sebagai partikel nano yang terikat pada permukaan biochar atau terkandung di dalam pori-pori. Beberapa biochar yang tidak dimodifikasi juga dapat digolongkan sebagai magnet, misalnya bahan baku yang mengandung besi konsentrasi tinggi yang berhasil membentuk partikel magnetik melalui perubahan kimia yang disebabkan oleh pirolisis. Oleh karena itu, ada berbagai macam sifat fisik dan kimia dari biochar magnetik , sebagaimana dipengaruhi oleh partikel magnetik yang ada dan mode impregnasi, yang selanjutnya mengarah pada variabilitas dalam mekanisme dan kapasitas penyerapan polutan nitrogen.
Biochar magnetik dapat sangat memperluas cakupan aplikasi biochar karena dapat dipindahkan dari media oleh pemisahan magnetik. Dalam konteks remediasi tanah, hal ini menghadirkan peluang untuk penyerapan dan, secara kritis, penghilangan polutan selanjutnya (seperti nitrogen), daripada hanya imobilisasi atau pengurangan bioavailabilitas. Hal ini tidak hanya akan meminimalkan risiko polutan dilepaskan kembali menjadi bentuk yang tersedia secara hayati atau dapat dilepaskan, tetapi juga berarti polutan dan biochar dapat didaur ulang.
Dengan demikian, sistem dapat beroperasi dalam ekonomi sirkular, mengurangi jumlah pupuk yang perlu dibawa ke pertanian dari pemasok industri. Oleh karena itu, hal ini akan meminimalkan beban ekonomi dan lingkungan yang ditimbulkan oleh produksi dan transportasi agrokimia, yang dapat menjadi signifikan seperti yang ditunjukkan dalam berbagai Penilaian Siklus Hidup penggunaan pupuk N, sekaligus membatasi jumlah sampah yang dihasilkan. Selain itu, penghilangan biochar magnetik mengurangi kemungkinan dampak negatif terhadap lingkungan, seperti ekotoksisitas terhadap organisme yang dapat disebabkan oleh pelepasan kembali polutan yang terserap.
Peluang biochar sebagai pembawa bahan kimia pertanian telah diulas, yang menyatakan bahwa biochar dapat digunakan sebagai pupuk pelepasan terkontrol yang sangat efisien, dengan menggunakan publikasi terbaru tentang mekanisme penyerapan dan interaksi biochar-tanah sebagai bukti.
English