Pencemaran tanah oleh logam berat dapat mengancam kualitas produk pertanian dan kesehatan manusia, sehingga perlu dipilih teknik remediasi tertentu yang ekonomis dan efektif untuk mengendalikan penurunan kualitas tanah yang terus menerus. Biochar merupakan produk karbon-netral atau karbon-negatif yang dihasilkan oleh transformasi termokimia biomassa berbasis tanaman dan hewan. Biochar menunjukkan banyak keuntungan dalam meningkatkan nilai pH tanah dan kandungan karbon organik, meningkatkan kapasitas menahan air tanah, mengurangi fraksi logam berat yang tersedia, meningkatkan hasil panen pertanian dan menghambat penyerapan dan akumulasi logam berat.
Kondisi yang berbeda, seperti jenis biomassa, suhu pirolisis, laju pemanasan dan waktu tinggal merupakan faktor penting yang mengatur karakteristik kinerja biochar. Dipengaruhi oleh nilai pH dan karbon organik terlarut dan kandungan abu biochar, mekanisme interaksi antara biochar dan logam berat terutama meliputi kompleksasi, reduksi, pertukaran kation, tarikan elektrostatik dan presipitasi. Terakhir, potensi risiko dari strategi remediasi in-situ biochar diuraikan, yang memberikan arahan untuk penelitian di masa depan untuk memastikan produksi yang aman dan pemanfaatan biochar yang berkelanjutan.
Tanah merupakan tujuan akhir logam berat (HMs) baik yang berasal dari alam maupun sumber antropogenik. Pemanfaatan dan peleburan sumber daya mineral, pelapisan logam, pemrosesan cat dan pelapisan, pembuatan peralatan elektronik, pengairan limbah pertanian dan penggunaan pestisida dan pupuk kimia yang tidak standar adalah antropogenik utama kegiatan yang memperburuk kontaminasi HMs di tanah. Misalnya, lebih dari 30.000 ton kromium dan 800.000 ton timbal telah dilepaskan ke lingkungan secara global dalam setengah abad terakhir, yang sebagian besar akhirnya terakumulasi di tanah. Dilaporkan bahwa sekitar seperenam dari total luas lahan pertanian di China dan sekitar 600.000 hektar lahan coklat di Amerika telah terkontaminasi oleh HM.
Hingga saat ini, polusi kadmium, timbal dan arsenik, serta risiko kesehatan ekologi terkait di Cina tenggara, lebih parah daripada di Cina barat laut. Demikian pula, di daerah industri lebih buruk daripada di daerah pertanian. Menurut hasil survei tanah nasional pada tahun 2014, kadar kadmium, merkuri, arsenik, tembaga, timbal, kromium, seng, dan nikel yang melebihi standar di tanah Tiongkok adalah 7,0%, 1,6%, 2,7%, 2,1%, 1,5%, 1,1%, 0,9% dan 4,8%, masing-masing. HM tanah memasuki rantai makanan terutama melalui tanaman pertanian dan akhirnya terakumulasi dalam organisme melalui diet, pernapasan, kontak kulit dan jalur paparan lainnya, yang secara langsung atau tidak langsung menyebabkan efek negatif yang serius pada kesehatan manusia. Terjadinya desa kanker yang disebabkan oleh HM adalah peringatan paling cepat. Degradasi tanah dan pengurangan lahan produksi pertanian yang disebabkan oleh polusi HMS membawa kebutuhan mendesak untuk penerapan berbagai teknik remediasi in-situ dan ex-situ yang efisien, untuk mengurangi risiko ekologis HMS dan memaksimalkan kualitas dan keamanan lahan pertanian.
Selama beberapa tahun terakhir, remediasi fisik (pencucian, desorpsi termal, pemadatan dan metode lahan tamu), remediasi kimia ( vitrifikasi , pelindian, imobilisasi dan metode elektrokinetik ), dan pendekatan remediasi biologis (mikroorganisme dan tumbuhan) telah diterapkan untuk mencapai tujuan ini. Namun demikian, metode-metode tersebut kurang lebih ada dengan keterbatasan masing-masing yaitu teknik yang rumit, inefisiensi, kelayakan yang buruk, durasi yang singkat, biaya ekonomis yang tinggi, risiko sekunder yang tinggi dan sebagainya. Saat ini, penerapan amandemen pada tanah yang terkontaminasi HM dianggap sebagai salah satu teknik remediasi in-situ yang paling menjanjikan. Penambahan tanah yang sering digunakan termasuk senyawa fosfat, bahan pengapuran, mineral lempung, abu layang batubara, kompos organik, oksida logam, dan biochar. Singkatnya, proses imobilisasi HMs dapat dicapai terutama melalui reaksi adsorpsi, kompleksasi, reduksi, dan presipitasi, yang menyebabkan redistribusi HMs dari fase cair tanah ke fase padat, sehingga mengurangi mobilitas dan bioavailabilitasnya.
Biochar adalah sejenis zat kaya karbon, berpori dengan gugus fungsi organik aktif yang melimpah dan struktur aromatik karbon dengan nilai pH netral hingga basa , kapasitas tukar kation yang relatif tinggi, luas permukaan spesifik yang besar, dan muatan permukaan negatif. Banyak peneliti melaporkan bahwa perkecambahan benih, pertumbuhan tanaman, hasil tanaman, dan aktivitas mikroba dan populasi telah meningkat secara signifikan di lingkungan yang terkontaminasi HM. tanah diubah dengan biochar. Sementara itu, efek biochar pada imobilisasi/mobilisasi untuk berbagai jenis HMs telah dikonfirmasi dalam banyak percobaan pot dan percobaan lapangan. Selain itu, proses produksi biochar dianggap sebagai metode pengelolaan yang efisien untuk membuang limbah organik dalam jumlah besar, yang menunjukkan keuntungan tertentu dalam aspek manfaat ekonomi dan kelayakan. Hebatnya, tidak dapat sepenuhnya diabaikan bahwa masih ada beberapa potensi risiko dalam penerapan biochar di lapangan, dan potensi ancaman ini dapat menghambat penerapannya lebih lanjut. Atas dasar ini, aspek biochar berikut ditinjau:
1) teknologi persiapan, karakteristik kinerja dan faktor-faktor yang mempengaruhi;
2) mekanisme interaksi dengan berbagai jenis HM;
3) efek pada pertumbuhan tanaman dan bioavailabilitas HM; dan
4) potensi risiko dalam aplikasi rekayasa lapangan. Selain itu juga dibahas mengenai promosi dan penerapan biochar di masa mendatang.
English