Air bersih kini menjadi isu besar di seluruh dunia. Bukan hanya karena pencemaran logam berat atau limbah industri, tetapi juga akibat meningkatnya penggunaan antibiotik, terutama sejak pandemi COVID-19. Antibiotik yang dipakai secara berlebihan pada manusia maupun hewan ternak, salah satunya golongan tetrasiklin, banyak terbawa ke lingkungan perairan. Masalahnya, zat ini sulit terurai secara alami sehingga bisa bertahan lama di air tanah, sungai, hingga air minum. Dampaknya tidak main-main: mulai dari keracunan pada organisme perairan hingga memicu munculnya bakteri super yang kebal antibiotik.
Berbagai metode telah dicoba untuk mengatasi pencemaran antibiotik, seperti instalasi pengolahan air limbah, oksidasi lanjutan, hingga teknologi membran. Namun, banyak di antaranya mahal, rumit, atau tidak efektif pada kadar antibiotik yang rendah. Di sinilah biochar, arang dari biomassa yang dipanaskan dalam oksigen rendah, muncul sebagai solusi sederhana namun menjanjikan.
Biochar punya banyak keunggulan: kaya karbon, punya luas permukaan besar, banyak pori-pori, dan mampu menukar ion dengan baik. Semua ini membuat biochar efektif menyerap polutan organik maupun anorganik. Namun, biochar biasa masih memiliki keterbatasan, misalnya kurang hidrofilik, situs aktif di permukaan yang terbatas, serta luas permukaan yang bisa menurun karena terbentuknya zat tar saat produksi.
Untuk meningkatkan kemampuannya, para ilmuwan mengembangkan dua pendekatan: membuat graphene-like biochar (GBC) dengan struktur mirip graphene yang sangat berpori, serta menambahkan nitrogen ke dalam biochar (nitrogen-doped biochar). Menariknya, ketika diuji untuk menyerap antibiotik tetrasiklin, hasilnya berbeda pada biochar biasa (pristine biochar / PBC) dan biochar graphene (GBC).
Pada PBC, penambahan nitrogen memberikan efek yang bervariasi, kadang meningkatkan, kadang tidak terlalu berpengaruh. Namun pada GBC, doping nitrogen selalu meningkatkan kemampuan menyerap tetrasiklin secara konsisten.
Mengapa bisa begitu? Analisis model komputer dan perhitungan teori kuantum menunjukkan bahwa kuncinya ada pada dua hal: kemampuan pori-pori biochar untuk “mengisi” molekul antibiotik, serta interaksi elektrostatik antara permukaan biochar dengan molekul tetrasiklin. Penambahan nitrogen terbukti memperkuat interaksi elektrostatik ini, sehingga antibiotik lebih mudah menempel pada biochar. Sementara gaya van der Waals yang biasanya bekerja dalam adsorpsi tidak terlalu berubah.
Artinya, biochar hasil modifikasi nitrogen, terutama yang berbasis graphene, bisa menjadi penyerap antibiotik yang lebih handal dibanding biochar biasa. Temuan ini membuka jalan baru untuk pengolahan air yang lebih efektif, murah, dan ramah lingkungan dalam menghadapi pencemaran antibiotik.
Biochar bukan sekadar arang, tapi teknologi masa depan untuk menjaga air tetap bersih. Dengan sedikit sentuhan sains (seperti menambahkan nitrogen atau membentuknya menyerupai graphene) biochar bisa menjadi pahlawan baru dalam melawan ancaman “tak terlihat” seperti antibiotik yang mengotori lingkungan kita.