Biochar (BC) adalah bahan kaya karbon yang dihasilkan oleh pirolisis biomassa yaitu pemanasan dalam ketiadaan oksigen sebagian atau seluruhnya. Biochar mungkin sangat “bandel” di alam, tidak seperti bentuk lain dari bahan organik tanah (SOM). Dengan demikian, amandemen biochar pada tanah bertindak sebagai teknik penyerapan karbon yang juga dapat meningkatkan kesuburan tanah. Manfaat agronomi dari tanah yang diamandemen dengan biochar dapat menjadi hasil dari perbaikan sifat fisik tanah (densitas curah, porositas, kapasitas menahan air, permeabilitas, agregasi), sifat biologis (lingkungan yang lebih baik untuk populasi mikroba seperti mikoriza) dan sifat kimia (pH, KTK). dan kapasitas retensi nutrisi).
Berbagai teknologi pirolisis dan berbagai bahan baku dapat digunakan untuk memproduksi biochar. Hal ini dapat mengakibatkan variasi yang besar dalam sifat biochar yang dihasilkan yang pada gilirannya dapat mempengaruhi efektivitas biochar untuk meningkatkan kesuburan tanah. Pirolisis suhu rendah (300-500°C) menunjukkan peningkatan hasil biochar dan kandungan karbon sedangkan pirolisis suhu tinggi (>500°C) menunjukkan hasil biochar yang lebih rendah dan luas permukaan yang lebih tinggi dengan peningkatan kapasitas adsorpsi untuk berbagai senyawa. Penelitian tentang pengaruh teknologi pirolisis terhadap kualitas agronomis biochar sampai saat ini masih sedikit. Di bawah kondisi pedesaan (sub)-tropis, biochar sebagian besar telah diproduksi dengan kiln tradisional berukuran sedang yang terbuat dari batu bata atau gundukan tanah sederhana, kiln retort yang disempurnakan atau unit pirolisis top-lit up-draft (TLUD) [ 17 , atau unit pirolisis top-lit up-draft (TLUD). Kiln tradisional dapat dioperasikan menggunakan semua jenis bahan baku campuran biomassa. Namun, gas pirolisis seperti metana (CH 4 ), karbon monoksida (CO) dan aerosol (PM 2,5 dan PM 10) dilepaskan tanpa diolah, dan ini menyebabkan emisi gas rumah kaca, emisi polutan dan kehilangan energi.
Retort kiln yang lebih baik memiliki fitur untuk mensirkulasi ulang singas yang dihasilkan ke dalam ruang pembakaran, menghasilkan emisi gas rumah kaca dan racun hingga 75% lebih sedikit serta efisiensi konversi yang lebih tinggi (40–50%) dibandingkan dengan kiln batu bata tradisional, karena lebih sedikit kehilangan molekul kaya energi. Di sisi lain, kiln retort yang diperbaiki lebih mahal, sulit dioperasikan dan sering menghabiskan banyak bahan biomassa awal. Kiln TLUD membakar bahan baku dengan bersih, sehingga mengurangi emisi gas, karena sebagian besar syngase dibakar di bagian depan api. Jika digunakan di dalam ruangan hal ini mengurangi dampak negatif kesehatan. Ada beberapa keterbatasan dengan menggunakan TLUD yang relatif kecil karena menghasilkan biochar yang sangat sedikit (sekitar 300 g per putaran) sehingga sangat berguna untuk berkebun dapur skala kecil. TLUD yang lebih besar, sambil menghasilkan lebih banyak biochar, membutuhkan investasi dan keahlian yang signifikan agar dapat dioperasikan dengan sukses.
Untuk menghindari tantangan tersebut, kiln api tirai, lubang terbuka ” Kon-Tiki ” baru-baru ini dikembangkan. Ini mengikuti prinsip pirolisis biomassa lapis demi lapis dalam tanur logam terbuka berbentuk kerucut yang mudah dioperasikan, cepat, dan menghasilkan emisi gas rumah kaca yang rendah. Dengan demikian memungkinkan produksi biochar dalam jumlah yang relatif besar (700 sampai 850 L volume biochar dalam 4-5 jam). Tungku tirai api bahkan dapat dioperasikan sebagai lubang berbentuk kerucut sederhana di tanah, menghasilkan emisi rendah yang sama dan kualitas biochar yang serupa dengan versi logam, tetapi pada dasarnya tanpa biaya apa pun selain beberapa jam tenaga kerja yang diperlukan untuk menggali dan mempersiapkan lubang tanah.
Sebagian besar penelitian pada tanah yang lapuk menunjukkan efek positif yang signifikan dari aplikasi biochar pada produksi tanaman; namun, penelitian lain belum menunjukkan efek biochar yang signifikan atau bahkan negatif pada hasil panen. Beberapa contoh dari negara tropis yang sebagian besar tanahnya asam dan lapuk adalah sebagai berikut. Hasil lobak meningkat secara signifikan pada tanah yang diubah dengan biochar yang dicampur dengan pupuk mineral N dalam percobaan pot, menekankan peran biochar dalam meningkatkan efisiensi penggunaan nitrogen. Selain itu, praktik pertanian konservasi yang dilakukan dengan 4 ton/ha biochar di ladang jagung di Kaoma , Zambia yang ditandai dengan tanah asam berpasir menghasilkan peningkatan yang kuat (0,9 ± 0,1 t ha – tanpa biochar menjadi 3,8 ± 0,5 t ha – dengan biochar) dalam hasil panen.
Selanjutnya, aplikasi biochar pada 10 t ha -1 bersama dengan pupuk mineral NPK (50g m -2 ) di lahan jagung, kacang tunggak dan kacang tanah menunjukkan peningkatan masing-masing 322%, 300% dan 200% dibandingkan dengan petak kontrol (tanpa biochar dan NPK) di Sumatera Selatan, Indonesia. Sebaliknya, penerapan biochar di lapangan tidak menunjukkan efek agronomi di empat dari enam lokasi di Zambia. Dalam tujuh uji coba lapangan pada lima peternakan yang bekerja di Inggris, mengamati efek hasil positif dalam tiga percobaan, tidak ada efek dalam tiga percobaan dan efek hasil negatif dalam satu percobaan.
Baru-baru ini, teknik pengayaan hara biochar, yaitu mencampur hara dengan biochar sebelum ditambahkan ke tanah, telah menghasilkan beberapa peningkatan hasil panen yang menjanjikan. Biochar yang diperkaya dengan urin sapi dan diubah menjadi tanah di Dhading , Nepal, meningkatkan hasil labu menjadi 82,6 t ha -1, lebih dari 300% lebih tinggi dibandingkan dengan hanya urin dan 85% lebih tinggi dari hasil dengan jumlah yang sama biochar tanpa penambahan urin. Dalam studi lain, biochar diperkaya dengan nutrisi kompos dengan co-composting di hadapan biochar, ditambahkan ke tanah berpasir dan meningkatkan hasil Chenopodium quinoa sebesar 300% dibandingkan dengan perlakuan biochar non-diperkaya di ada dan tidak adanya kompos. Pengayaan nutrisi biochar mungkin efektif karena penetrasi nutrisi dalam mikro dan nanopori biochar.
Pori-pori penyerap karbon seperti biochar sangat sempit sehingga pergerakan air dibatasi dan struktur air seperti es terbentuk. Pekerjaan sebelumnya telah memberikan bukti hubungan antara penyerapan senyawa organik dan volume nanopori dari matriks tersebut dan mungkin saja fenomena serupa dapat terjadi untuk nutrisi dalam biochar. Penambahan unsur hara pada biochar terbukti menjadi metode yang menjanjikan untuk memperkaya biochar dan membuatnya menjadi pupuk slow release. Namun, studi sistematis tentang cara optimal untuk melakukan pengayaan nutrisi tersebut masih kurang.
English