Di balik kejernihan segelas air, ada ancaman yang tak kasatmata. Ia tak berbau, tak berwarna, dan nyaris tak terurai oleh waktu. Para ilmuwan menyebutnya PFAS, singkatan dari per- dan polifluoroalkil, sekelompok bahan kimia sintetis yang kerap dijuluki “forever chemicals” atau bahan kimia abadi. Julukan itu bukan tanpa alasan. Ikatan karbon–fluorin yang sangat kuat dalam molekul PFAS membuatnya tahan terhadap panas, air, dan proses degradasi alami. Sekali lepas ke lingkungan, ia bisa bertahan sangat lama.
PFAS digunakan secara luas dalam berbagai produk modern: busa pemadam kebakaran, pelapis anti air pada tekstil, kemasan makanan tahan minyak, hingga peralatan industri. Namun di balik manfaat praktisnya, PFAS menyimpan sisi gelap. Senyawa seperti perfluorooktanoat atau PFOA dan perfluorooktana sulfonat atau PFOS, yang tergolong PFAS rantai panjang, telah dikaitkan dengan peningkatan kolesterol, gangguan perkembangan anak, hingga risiko kanker. Karena sifatnya yang persisten dan mudah terakumulasi dalam tubuh, PFAS menjadi ancaman serius bagi kesehatan manusia dan ekosistem.
Skala pencemarannya pun mengkhawatirkan. Ribuan lokasi di Amerika Serikat telah teridentifikasi terkontaminasi PFAS, memengaruhi pasokan air publik maupun swasta. Di Kanada, lebih dari seratus lokasi federal diduga atau dipastikan tercemar, banyak di antaranya terkait penggunaan busa pemadam kebakaran di bandara dan fasilitas militer. Bagi badan pengawas seperti Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat, batas aman PFOA dan PFOS dalam air minum ditetapkan sangat rendah, yakni dalam satuan bagian per triliun. Namun mencapai angka itu dengan metode konvensional bukan perkara mudah.
Berbagai teknologi telah dicoba untuk menyingkirkan PFAS dari air, mulai dari pertukaran ion, oksidasi tingkat lanjut, koagulasi, hingga filtrasi membran dan material berbasis grafena. Sayangnya, banyak di antaranya berbiaya tinggi, kurang efisien untuk konsentrasi rendah, atau bahkan menghasilkan limbah sekunder yang juga bermasalah. Di tengah tantangan ini, perhatian para peneliti tertuju pada material yang jauh lebih sederhana: biochar.
Biochar adalah arang kaya karbon yang dihasilkan dari pemanasan biomassa tanpa kehadiran oksigen, proses yang dikenal sebagai pirolisis. Bahan bakunya bisa berasal dari limbah pertanian, serpihan kayu, hingga lumpur limbah. Dengan memanfaatkan limbah organik, biochar tidak hanya membantu pengelolaan sampah berkelanjutan, tetapi juga berkontribusi pada penyimpanan karbon dalam jangka panjang.
Yang membuat biochar menarik adalah sifat fisikokimianya. Ia memiliki luas permukaan yang besar, struktur berpori, dan stabilitas kimia yang tinggi. Karakteristik ini menjadikannya kandidat potensial sebagai penyerap atau adsorben berbagai polutan, baik organik maupun anorganik. Dibandingkan karbon aktif yang selama ini menjadi andalan pengolahan air, biochar relatif lebih murah dan mudah diproduksi secara lokal.
Dalam pengolahan air limbah, biochar bekerja melalui beberapa mekanisme sekaligus: adsorpsi, pertukaran ion, bahkan katalisis pada kondisi tertentu. Namun biochar murni, tanpa perlakuan tambahan, sering kali memiliki keterbatasan. Luas permukaannya bisa lebih rendah dibandingkan karbon aktif komersial, dan sifatnya dapat berubah akibat proses fisik dan biologis di lingkungan.
Untuk mengatasi keterbatasan ini, para peneliti mengembangkan biochar fungsionalisasi. Melalui proses seperti impregnasi dengan oksida logam, aktivasi uap, atau perlakuan asam dan basa, permukaan biochar dimodifikasi agar memiliki lebih banyak situs aktif dan luas permukaan yang lebih besar. Fungsionalisasi ini juga dapat meningkatkan kekuatan mekanik dan stabilitasnya. Hasilnya adalah material yang lebih tangguh dan lebih efektif dalam menangkap polutan.
Dalam konteks PFAS, biochar menunjukkan potensi yang menjanjikan. Senyawa PFAS rantai panjang seperti PFOS dan PFOA umumnya lebih mudah teradsorpsi dibandingkan PFAS rantai pendek. Hal ini terkait dengan sifat hidrofobik dan ukuran molekulnya yang memungkinkan interaksi lebih kuat dengan permukaan karbon. Mekanisme yang terlibat bisa berupa interaksi hidrofobik, tarik-menarik elektrostatik, hingga interaksi pi-pi jika terdapat sistem aromatik pada permukaan biochar.
Sejumlah faktor memengaruhi efektivitas biochar dalam menghilangkan PFAS. Nilai pH air, misalnya, dapat menentukan muatan permukaan biochar dan bentuk spesies PFAS di dalam larutan. Kondisi yang lebih asam sering kali meningkatkan kapasitas sorpsi. Ukuran partikel biochar juga berperan; partikel yang lebih kecil umumnya menyediakan luas permukaan lebih besar untuk interaksi. Suhu pirolisis saat produksi biochar menentukan struktur pori dan komposisi kimianya, sehingga berpengaruh langsung pada kinerjanya sebagai adsorben. Bahkan dosis biochar yang digunakan dalam sistem pengolahan air turut menentukan efisiensi akhir.
Menariknya, biochar cenderung bekerja lebih efektif dalam sistem larutan tunggal dibandingkan dalam campuran yang mengandung berbagai jenis PFAS atau kontaminan lain. Dalam larutan campuran, terjadi kompetisi sorpsi antarmolekul, yang dapat menurunkan efisiensi penyerapan masing-masing senyawa. Tantangan ini mencerminkan kondisi nyata di lingkungan, di mana air tercemar jarang mengandung satu jenis polutan saja.
Meski demikian, perkembangan teknik fungsionalisasi terus meningkatkan performa biochar. Dengan memperkaya gugus fungsi di permukaan dan memperluas struktur pori, biochar yang dimodifikasi kini mampu menunjukkan kapasitas adsorpsi yang jauh lebih tinggi dibandingkan versi aslinya. Hal ini membuka peluang untuk merancang biochar yang lebih spesifik, disesuaikan dengan karakteristik PFAS tertentu dan kondisi perairan setempat.
Di tengah krisis pencemaran air global, biochar menawarkan narasi yang berbeda. Ia lahir dari limbah organik, diproses dengan teknologi yang relatif sederhana, dan berpotensi menjadi alat penting dalam memerangi bahan kimia yang nyaris tak terurai oleh alam. Perjalanan menuju solusi yang benar-benar efektif dan terjangkau memang masih panjang. Namun arang hitam ini membuktikan bahwa inovasi tak selalu harus rumit. Kadang, jawabannya justru tersembunyi dalam material paling dasar yang telah lama kita kenal.
Jika dikelola dengan bijak dan terus dikembangkan, biochar bisa menjadi bagian dari strategi besar untuk membersihkan air dari jejak “bahan kimia abadi” dan memulihkan kembali hak dasar manusia atas air yang aman dan sehat.