Pencemaran nitrogen, khususnya dalam bentuk amonium (NH₄⁺) dan nitrat (NO₃⁻), merupakan salah satu masalah lingkungan paling serius di sektor pertanian modern. Penggunaan pupuk nitrogen yang berlebihan membuat unsur ini mudah tercuci ke air tanah dan badan air permukaan, memicu eutrofikasi, penurunan kualitas air, hingga mengancam kesehatan manusia dan ekosistem.
Di tengah tantangan ini, biochar muncul sebagai salah satu solusi yang menjanjikan.
Biochar adalah material berpori kaya karbon yang dihasilkan dari proses pirolisis biomassa (seperti jerami atau limbah pertanian) dalam kondisi minim oksigen. Selain dikenal mampu meningkatkan kesuburan tanah dan menyimpan karbon dalam jangka panjang, biochar juga berpotensi menyerap nitrogen berlebih, sehingga mengurangi risiko pencemaran.
Namun, tidak semua biochar bekerja dengan cara yang sama.
Penelitian menunjukkan bahwa dua faktor utama sangat menentukan kemampuan biochar dalam menyerap nitrogen:
- Jenis bahan baku (feedstock)
- Suhu pirolisis saat pembuatan biochar
Untuk menjawab pertanyaan tersebut, biochar dibuat dari tiga jenis limbah pertanian:
- Jerami gandum
- Jerami jagung
- Kulit kacang tanah
Masing-masing diproses pada suhu 400, 500, 600, dan 700°C.
Seiring meningkatnya suhu pirolisis:
- Hasil biochar menurun, begitu pula kandungan nitrogen, hidrogen, dan oksigen.
- Kadar karbon, abu, dan pH meningkat, membuat biochar lebih stabil dan lebih basa.
- Struktur biochar menjadi semakin aromatik dan kurang polar.
Biochar suhu rendah (400–500°C) cenderung memiliki lebih banyak gugus fungsional aktif yang berperan penting dalam pertukaran ion, sedangkan biochar suhu tinggi lebih inert dan kurang reaktif.
Biochar dan Amonium: Kombinasi yang Cocok
Kabar baiknya, semua biochar mampu menyerap amonium (NH₄⁺) dalam jumlah yang signifikan.
Namun, kemampuannya tidak sama:
- Biochar jerami jagung menunjukkan kemampuan tertinggi
- Diikuti oleh biochar kulit kacang
- Dan terakhir biochar jerami gandum
Kunci keberhasilan biochar jerami jagung terletak pada kapasitas tukar kation (CEC) yang tinggi. Semakin besar CEC, semakin kuat kemampuan biochar “mengikat” ion bermuatan positif seperti NH₄⁺.
Menariknya, biochar suhu rendah justru lebih efektif menyerap amonium dibanding biochar suhu tinggi. Artinya, dalam konteks pengendalian pencemaran nitrogen, biochar tidak harus dibuat pada suhu ekstrem.
Lalu, Bagaimana dengan Nitrat?
Di sinilah ceritanya berubah.
Penelitian ini menemukan bahwa biochar hampir tidak mampu menyerap nitrat (NO₃⁻). Bahkan, pada beberapa kondisi, biochar justru melepaskan nitrat ke dalam larutan.
Hal ini masuk akal secara kimia:
- Permukaan biochar umumnya bermuatan negatif
- Nitrat juga bermuatan negatif
- Akibatnya, terjadi tolak-menolak, bukan penyerapan
Temuan ini menjelaskan mengapa hasil penelitian tentang biochar dan nitrat sering kali berbeda-beda di berbagai studi.
Apa Artinya bagi Pertanian dan Lingkungan?
Kesimpulan penting dari kajian ini adalah:
- Biochar sangat potensial untuk mengatasi pencemaran amonium atau amonia
- Biochar belum efektif untuk mengendalikan pencemaran nitrat, kecuali dimodifikasi lebih lanjut
Artinya, biochar cocok digunakan:
- Pada tanah dengan dominasi nitrogen dalam bentuk NH₄⁺
- Pada sistem pertanian tertentu, seperti sawah atau tanah dengan nitrifikasi terbatas
Namun, untuk mengatasi pencemaran nitrat, diperlukan strategi tambahan, misalnya modifikasi biochar, kombinasi dengan mikroorganisme, atau pendekatan manajemen pupuk yang lebih presisi.
Dari Limbah Jadi Solusi
Yang paling menarik, biochar dibuat dari limbah pertanian yang sering dibakar atau dibuang. Dengan pendekatan yang tepat, limbah ini bisa diubah menjadi alat pengendali pencemaran, peningkat kualitas tanah, dan penyimpan karbon sekaligus.
Singkatnya, biochar bukan solusi ajaib untuk semua bentuk nitrogen, tetapi jika digunakan dengan pemahaman yang tepat, ia bisa menjadi senjata penting dalam pertanian berkelanjutan dan perlindungan lingkungan.