Biochar adalah produk padat kaya karbon yang diperoleh dari perlakuan termal biomassa yang dipirolisis di bawah atmosfer terbatas oksigen. Produksi besar-besaran limbah pertanian di dunia menyediakan sumber yang melimpah untuk penyiapan biochar. Diperkirakan bahwa China dan Amerika Serikat memiliki 1,4 miliar ton produksi limbah biomassa pertanian tahunan, yang berpotensi menghasilkan ~420 Mton biochar per tahun. Negara lain, seperti Zimbabwe dan Ghana, dapat menghasilkan 3,5 dan 7,2 Mton biochar per tahun. Peningkatan perhatian sedang ditujukan untuk aplikasi biochar di bidang pertanian, perubahan iklim, perbaikan lingkungan, dan ilmu material. Biochar, berasal 2000 tahun yang lalu di Cekungan Amazon sebagai tanah hitam terra preta , adalah bahan tambahan yang tahan lama yang menghasilkan tanah pertanian yang subur. Pada tahun 2006, Johannes Lehmann berkomentar bahwa biochar dapat mengunci karbon dari atmosfer di dalam tanah untuk mengurangi perubahan iklim. Kemudian, perilaku penyerapan biochar terhadap polutan organik dan logam berat yang berbeda diselidiki untuk remediasi lingkungan masing-masing pada tahun 2008 dan 2009. Baru-baru ini, biochar dikembangkan menjadi bahan fungsional karena sifatnya yang murah dan berkelanjutan. Fungsionalitas biochar yang beragam menyarankan aplikasi multiguna, tetapi mereka membutuhkan pemahaman yang lebih dalam untuk desain biochar yang cerdas.
Banyak bahan biomassa yang berbeda dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan biochar untuk tujuan yang berbeda. Tantangannya adalah bagaimana memilih prekursor yang tepat dan prosedur persiapan untuk mendapatkan biochar untuk tujuan tertentu. Metode pembuatan biochar dapat diklasifikasikan sebagai pirolisis, gasifikasi, karbonisasi hidrotermal, dan karbonisasi flash. Dibandingkan dengan biomassa, yang merupakan bahan hidup, berwarna, dan kaya air dengan luas permukaan rendah, biochar adalah produk kaya karbon hitam dengan luas permukaan tinggi dan tanpa struktur seluler. Transformasi biomassa selama pirolisis mengubah struktur dengan cara yang berbeda dan selanjutnya mempengaruhi sifat biochar. Dengan meningkatnya suhu pirolisis (100~700 °C), warna biomassa berubah dari warna aslinya menjadi hitam, dan hasil produk (biasanya 91%–14% untuk biochar turunan jarum pinus), polaritas, kandungan hidrogen ( H% ) ( biasanya 6,2–1,3% untuk biochar turunan jarum pinus), kandungan oksigen (O%) ( biasanya 42–11% untuk biochar turunan jarum pinus), dan albedo biochar menurun . Sebaliknya, kandungan karbon ( C% ) (biasanya 50%–86% untuk biochar turunan jarum pinus), persentase abu (biasanya 13%–49% untuk biochar turunan jerami padi), aromatisitas, pH, luas permukaan (biasanya 0,65–490 m 2 g −1 untuk biochar yang berasal dari jarum pinus), dan potensi zeta ( ζ ) meningkat dengan meningkatnya suhu pirolisis (100–700 °C). Hidrofobisitas biochar meningkat dan kemudian menurun dengan suhu pirolisis, karena penelitian terbaru menunjukkan bahwa permukaan aromatik secara intrinsik agak hidrofilik, tetapi kontaminan hidrokarbon teradsorpsi memberikan hidrofobisitas permukaan aromatik pada rentang suhu menengah. Keanekaragaman biochar sehubungan dengan sifat, struktur, aplikasi, dan mekanismenya pasti membutuhkan penjelasan tentang hubungan antar variabel, terutama untuk hubungan struktur-aplikasi, yang sangat diperlukan dan menjadi perhatian mendasar.
Beberapa ulasan merangkum aplikasi biochar. Sebagai contoh, para peneliti meninjau sifat penyerapan biochar terhadap kontaminan organik dan anorganik. Aplikasi untuk iklim dan pertanian juga ditinjau. Sejumlah besar biomassa prekursor dan metode persiapan yang berbeda menawarkan peluang pemanfaatan selektif untuk biochar, terlepas dari ketidakpastian dan heterogenitas struktur biochar yang sangat besar. Untuk menyelidiki struktur aromatik dari biochar, banyak peneliti menyarankan graphene dan/atau grafit sebagai model yang ideal. Meskipun demikian, biomassa akan melalui proses aromatisasi dan grafitisasi pada suhu pirolisis tinggi (≥500 °C), tetapi sifat heterogen dan struktur biochar yang berasal dari suhu pirolisis tengah tidak sepenuhnya dipahami.
Selain itu, selain unsur utama “karbon”, banyak unsur lain yang ada di dalam biochar, yang memengaruhi peran, fungsi, dan aplikasi bahan tersebut. Unsur-unsur tersebut membentuk fase berbeda di dalam biochar, yang memberikan sifat fisik yang unik. Kimia permukaan biochar menjadi penting karena antarmuka antara biochar dan fase air menyediakan situs penting untuk penyerapan dan reaksi, termasuk gugus fungsi permukaan, radikal permukaan dan muatan permukaan. Biochar heterogen dapat dilihat sebagai agregasi dari banyak molekul, yang mengandung molekul kerangka dan kecil yang diekstrak. Sampai saat ini, beberapa penelitian berfokus pada struktur biochar, tetapi ringkasan sistematis yang merinci struktur biochar masih kurang. Pada tahun 2017, model struktural kuaterner biochar diusulkan dari tingkat makroskopik ke mikroskopis untuk biochar yang berasal dari suhu pirolisis tinggi.
English 