Biochar dan IoT di Perkebunan Sawit

Monitoring hingga tindakan perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil optimal sesuai target yang diharapkan. Memastikan suplai hara dan air selalu mencukupi untuk kebutuhan tanaman adalah hal penting dilakukan. Variabel-variabel lain yang mempengaruhi proses penyerapan hara dan pertumbuhan tanaman perlu dimonitor dengan baik. Biochar sebagai tanah (soil amendment) untuk memperbaiki sifat-sifat tanah seperti struktur tanah, aerasi tanah, ketersediaan air dan hara, menekan perkembangan penyakit tanaman tertentu, menciptakan habitat yang baik untuk mikroorganisme simbiotik serta menurunkan kemasaman tanah. Biochar juga menjerap (adsorbsi) gas rumah kaca berupa karbon dioksida dari atmosfer sehingga mengurangi gas tersebut di atmosfer. Sensor-sensor menjadi penting digunakan untuk membaca variabel-variabel di atas. Seberapa banyak sensor dipasang dan jenisnya juga sangat tergantung pada tujuan yang dicapai. Penggunaan aneka macam sensor dengan jumlah yang banyak juga merupakan biaya tersendiri, sedangkan suatu produksi selalu mencari cara paling efisien sehingga memaksimalkan keuntungan. Penggunaan sensor yang efektif dan efisien menjadi kunci sukses memonitor kondisi aplikasi biochar di lapangan dengan periodisasi waktu yang ditentukan bahkan real time sepanjang waktu. 

IoT (Internet of Things) diprediksi akan menjadi trend dalam waktu tidak lama lagi dan  tidak bisa dihindari. Sejumlah area perkebunan yang lokasinya jauh di pelosok pedesaan seperti di perkebunan kelapa sawit, pada umumnya masih terkendala jaringan internet, kondisi ini membuat IoT belum dapat diaplikasikan ataupun masih belum optimal. Perkebunan sawit adalah salah satu lokasi ideal untuk aplikasi biochar untuk kapasitas besar demikian juga dengan IoT, untuk lebih detail baca disini. Sambil menunggu adanya jaringan internet di daerah tersebut yang disediakan oleh perusahaan telekomunikasi, sinyal satellite bisa digunakan walaupun dengan penggunaan data yang kecil sehingga informasi yang ditampilkan juga lebih sedikit dan sederhana. Hal tersebut membuat hanya informasi yang benar-benar penting yang perlu dimonitor apalagi pada lokasi perkebunan sulit dijangkau. Pada tahap seperti itu monitoring secara manual masih banyak dibutuhkan, sehingga informasi online dari satellite hanya membantu untuk verifikasi. Perangkat seperti drone juga bisa digunakan untuk memantau pertumbuhan atau kondisi kebun secara umum. 

Pada dasarnya IoT berikut perangkat pendukungnya seperti kecerdasan buatan dan big data adalah alat untuk membantu membuat keputusan khususnya bagi pengelola perkebunan seperti perkebunan kelapa sawit tersebut. Mengetahui kondisi perkebunan sehingga bisa mempertahankan level performa produktivitas perkebunan merupakan hal penting sebagai bagian menjaga performa perusahaan itu sendiri. Walaupun dengan perangkat IoT membantu sedemikian rupa tetapi hal penting yang tetap dibutuhkan adalah ilmu dasar hingga karakteristik pengelolaan perkebunan itu sendiri. Ilmu-ilmu tersebut akan sangat berguna untuk menganalisis data yang disajikan perangkat IoT lebih tajam dan akurat atau tepat sasaran. Pemilihan sensor, jumlah sensor hingga lokasi pemasangan sensor harus dilakukan secara efektif dan hal itu hanya bisa dilakukan dengan basic keilmuan yang memadai. Sejumlah analisa secara kimia juga pada umumnya juga belum bisa dilakukan secara sensoris tetapi menggunakan reagen dan sebagainya. Selain itu IoT juga merupakan hal baru sehingga sejumlah aktivitas atau praktek tertentu dalam pertanian atau perkebunan tertentu dan lebih khusus pada aplikasi biochar belum teridentikasi bagi pengembang IoT. Hal tersebut itulah sehingga perlu kerjasama antara peneliti, praktisi dan pengembang IoT sehingga produk perangkat IoT nantinya juga semakin efektif dan efisien.

Urgensi Aplikasi Biochar pada Perkebunan Sawit di Indonesia

Banyaknya tanah-tanah masam di Indonesia yang dipergunakan untuk area perkebunan sawit membuat produktivitas buah sawit atau TBS yang dihasilkan tidak maksimal. Tanah-tanah masam dengan pH rendah tersebut membuat penyerapan unsur hara ke tanaman rendah dan begitu pula aktivitas mikroba tanah yang banyak berperan untuk kesuburan tanah. Kondisi ini seharusnya tidak boleh dibiarkan karena selain membuat budidaya perkebunan sawit tidak optimal juga pupuk yang digunakan juga akan banyak. Hal tersebut membuat biaya operasional budidaya perkebunan sawit menjadi tinggi. Biochar adalah produk pirolisis biomasa yang efektif dan efisien mengatasi masalah tersebut. Dengan jumlah limbah biomasa yang dihasilkan pabrik sawit atau pabrik CPO yang berlimpah sebagai bahan baku biochar seharusnya upaya perbaikan kualitas tanah perkebunan tersebut mudah dilakukan dan bahkan telah menjadi standar operasional perkebunan tersebut. Tetapi faktanya tidak demikian.

Mengapa biochar belum digunakan untuk perbaikan kualitas tanah sehingga meningkatkan produksi buah sawit atau TBS tersebut ? Masih kurangnya informasi dan edukasi tentang manfaat dan penggunaan biochar adalah faktor utamanya. Hal tersebut tentu saja membuat aplikasi biochar di perkebunan sawit belum dilakukan walaupun pabrik sawit mempunyai limbah biomasa berlimpah seperti tandan kosong sawit dan fiber yang umumnya belum dimanfaatkan dan menimbulkan masalah lingkungan. Prioritas untuk mengolah tandan kosong sawit dibanding produk lainnya seperti pellet tankos (EFB pellet) atau kompos juga perlu pertimbangan tersendiri. Pilihan terbaik tentu saja berdasarkan kajian yang komprehensif sesuai karakteristik bisnis atau usaha yang ingin dibangun. Mempertimbangkan tidak hanya manfaat ekonomi yang jangka pendek, tetapi juga manfaat lingkungan dan jangka panjangnya.  

Secara kuantitatif peningkatan produksi buah sawit atau TBS meningkat minimal 20% dengan aplikasi biochar adalah sesuatu yang wajar. Dan peningkatan produksi buah 20% juga akan menghasilkan keuntungan yang besar. Sejumlah komoditas pertanian lain bisa ditingkatkan produktivitasnya 30%, 40% bahkan lebih dari 100%. Masih rendahnya produktivitas buah sawit di Indonesia, bisa ditingkatkan dengan aplikasi biochar tersebut yang terutama sangat efektif perbaikan kualitas tanah perkebunan sawit tersebut. Apalagi sekitar 80% komponen biaya produksi minyak sawit (CPO) adalah berasal di perkebunannya, dan 20% di sektor pengolahannya (pabrik sawit). Biaya operasional perkebunan pabrik sawit terutama pupuk juga bisa dikurangi dengan penggunaan biochar tersebut. Prioritas pengembangan BBN (bahan bakar nabati) juga semakin baik jika volume bahan baku BBN meningkat seperti CPO. Hal ini semakin terlihat strategisnya peran biochar tersebut. Selain itu dari aspek perubahan iklim, biochar juga akan menyerap konsentrasi CO2 di atmosfer atau mengurangi konsentrasi gas rumah kaca, sebagai solusi masalah dunia saat ini.

Tipikal water tube boiler

 

Sedangkan dari sisi pabrik sawit, keuntungan lain yang didapat dari produksi biochar tersebut adalah penggunaan excess energy dari proses pyrolysis atau produksi biochar bisa sebagai sumber energi bagi boiler. Boiler feed water (BFW) juga akan mengalami preheating dua kali ketika digunakan untuk pendingin pada kondenser pyrolysis dan selanjutnya economizer pada boiler.  Dengan cara tersebut energi yang dibutuhkan boiler semakin berkurang. Ketika sumber energi boiler menggunakan sumber energi dari pyrolysis tersebut, ini berarti cangkang sawit (PKS/palm kernel shell) bisa diambil dan digunakan untuk hal lain bahkan bisa langsung dijual untuk pasar lokal maupun export. Kendala utama pengembangan usaha pada industri sawit terutama ketersediaan sumber energi. Jika sumber energi tersedia pengembangan usaha berbasis kelapa sawit sangat terbuka dan bervariasi, seperti produksi turunan CPO, pengolahan lanjut cangkang sawit, produksi PKO, produksi turunan PKO, pembangkit listrik biomasa dan sebagainya.

Produksi EFB Pellet atau EFB Biochar ?

Salah satu kendala utama bagi pabrik sawit untuk mengembangkan usahanya adalah ketersediaan listrik. Dengan lokasi yang pada umumnya berada di daerah pelosok di tengah perkebunan sawit, pabrik sawit tidak mendapatkan suplai listrik dari PLN. Padahal listrik sangat penting pada suatu proses produksi, seperti pada produksi EFB pellet. Padahal tandan kosong atau EFB pada umumnya merupakan masalah lingkungan bagi pabrik sawit. Apabila setiap ton/jam produksi EFB pellet dibutuhkan 300 KW maka untuk produksi 10 ton/jam (5000 ton/bulan) dibutuhkan listrik sebesar 3 MW, export bahan bakar biomasa seperti wood pellet dan pks (palm kernel shell) atau cangkang sawit dengan bulk shipment biasanya membutuhkan 10 ribu ton/shipment. Sehingga apabila produksi EFB pellet direncanakan 10 ribu ton/bulan sehingga setiap bulan bisa melakukan export EFB pellet maka kapasitas pabrik atau produksi EFB pellet adalah 20 ton/jam (10000 ton/bulan) dibutuhkan listrik 6 MW. Bagi pabrik sawit memanfaatkan limbah cair atau POME untuk menjadi biogas adalah sumber energi potensial untuk produksi listrik tersebut. Tetapi dengan kapasitas pabrik sawit 30 ton TBS/jam hanya dihasilkan listrik sekitar 1 MW dari biogas POME, sehingga untuk menghasilkan 6 MW perlu pabrik sawit dengan kapasitas 6 x 30 ton TBS/jam sama dengan 180 ton TBS/jam. Padahal pabrik sawit rata-rata hanya berkapasitas 45 - 60 ton TBS/jam, sehingga menghasilkan listrik 6 MW dari biogas POME pabrik sawit tersebut adalah mustahil. 

Penggunaan EFB pellet adalah sama seperti wood pellet dan PKS terutama adalah untuk pembangkit listrik. Ketiganya adalah bahan bakar biomasa. Kandungan klorin dan kalium yang tinggi pada tandan kosong sawit atau EFB membuat penggunaannya terbatas pada pembangkit listrik karena penyebab korosi dan kerak. Tidak semua pembangkit listrik bisa menggunakan EFB pellet pada kapasitas atau jumlah besar. Pemakaian pada PLTU batubara dengan teknologi pulverized combustion hanya bisa digunakan dengan rasio kecil atau perkiraan kurang dari 5%, tetapi bisa digunakan lebih banyak atau bahkan 100% pada PLTU tipe fluidized bed dan stoker. Kapasitas PLTU tipe fluidized bed dan stoker pada umumnya jauh lebih kecil dibanding pulverized combustion.

Ketika sumber biomasa tersebut dikelola dengan benar maka penggunaan bahan bakar biomasa merupakan bahan bakar ramah lingkungan dan berkelanjutan (sustainable). Bahan bakar biomasa seperti ini merupakan bahan bakar carbon neutral, karena tidak menambah konsentrasi CO2 di atmosfer. Hal tersebut karena biomasa sebagai sumber bahan bakar tersebut berasal dari tumbuhan yang pertumbuhannya dari proses photosintesis dengan salah satunya menggunakan CO2 dari atmosfer, sehingga ketika biomasa tersebut dibakar maka praktis tidak ada penambahan CO2 ke atmosfer. Secara umum ada 2 cara mengatasi konsentrasi CO2 di atmosfer yang menyebabkan perubahan iklim dan pemanasan global yakni skenario carbon neutral dan skenario carbon negative. Pada skenario carbon negative, CO2 di atmosfer akan ditangkap dan diserap sehingga tidak lepas lagi dan konsentrasi CO2 di atmosfer bisa tereduksi, seperti aplikasi biochar di bawah ini.

Sedangkan pada produksi biochar dengan pyrolysis selain tidak dibutuhkan daya listrik yang besar untuk operasionalnya juga listrik bisa dihasilkan dari penggunaan excess energy dari pyrolysis itu sendiri. Dengan menggunakan excess energy dari pyrolysis tersebut maka bahan bakar boiler pabrik sawit tidak perlu menggunakan cangkang sawit dan fiber. Penggunaan bahan bakar gas maupun cair dari excess energy proses pyrolysis juga membuat emisi pembakaran lebih bersih. Untuk mencapai pembakaran lebih sempurna bahan bakar gas atau cair lebih baik dibandingkan bahan bakar padat. Cangkang sawit sehingga semuanya bisa dijual atau bahkan di eksport. Produk biochar yang diaplikasikan pada perkebunan sawit juga akan meningkatkan kualitas tanah sehingga pemakaian pupuk bisa dikurangi dan produktivitas buah sawit akan meningkat. Biochar juga menyerap CO2 dari atmosfer sehingga penggunaan biochar pada kebun sawit yang luas artinya dengan aplikasi masif juga bisa untuk carbon trading. Perkembangan-perkembangan terbaru bahwa penggunaan biochar semakin luas seperti biomaterial untuk konstruksi, transportasi, plastik, packaging, furniture dan sebagainya. Penggunaan biomaterial untuk produk-produk tersebut berarti mensubtitusi penggunaan bahan baku berasal dari fossil.  

Jadi berdasarkan tinjauan di atas, produksi biochar dengan pyrolysis lebih menguntungkan dan mudah diimplementasikan bagi pabrik sawit dibandingkan dengan produksi EFB pellet. Penambahan produksi listrik dengan kapasitas besar dan tersedianya cukup bahan baku bukan hal mudah dan murah bagi rata-rata pabrik sawit di Indonesia dengan kapasitas 45 - 60 ton TBS / jam. Sedangkan pada produksi biochar dengan pyrolysis, sejumlah energi dihasilkan yang bisa digunakan untuk berbagai keperluan dan penggunaan biochar juga multi manfaat. Pabrik-pabrik sawit seharusnya mempertimbangkan hal ini khususnya dalam aspek pengelolaan limbah, produktivitas kebun, aspek lingkungan dan pengembangan usaha, untuk lebih bisa dibaca disini. Berdasarkan pengalaman struktur biaya bisnis produksi CPO atau minyak sawit terdiri dari sekitar 80% dari biaya produksi adalah biaya tanaman atau aspek kebun, sementara 20% lainnya merupakan biaya pengolahan atau aspek pabrik. Dan aspek biaya tertinggi kebun sawit adalah biaya pemupukan sehingga apabila kebutuhan pupuk bisa dikurangi dan produktivitas kelapa sawit bisa ditingkatkan tentu itu sangat menguntungkan, biochar efektif dan efisien digunakan untuk hal tersebut.   

EFB Biochar dan Penghematan Pupuk Pada Perkebunan Sawit

 

Produktivitas kebun sawit tinggi serta rendemen minyak tinggi selalu menjadi tujuan pada bisnis kelapa sawit. Estimasi nutrient yang dibutuhkan untuk menghasilkan 25 ton TBS/ha/tahun adalah 192 N, 11 P, 209 K, 36 Mg, dan 71 Ca dalam kg/ha/tahun. Dengan produksi 25 ton TBS/ha/tahun akan dihasilkan minyak mentah sawit atau CPO sekitar 6,5 ton (25% dari TBS). Analogi dalam bidang peternakan dimana komponen pakan memegang 75% dari biaya produksi atau menjadi komponen biaya tertinggi, demikian juga dengan pupuk khususnya pada perkebunan sawit. Pupuk merupakan biaya termahal atau 60% dari total biaya pemeliharaan. Untuk mencapai produktivitas tersebut perhitungan kebutuhan secara praktis kurang lebih sebagai berikut : suatu afdeling dengan luas 1.000 hektar dengan 1 hektar terdiri 143 pokok, maka terdapat 143.000 pokok pohon sawit. Apabila dosis/pokok 2,5 kg, maka kebutuhan pupuk adalah 357.500 kg (357,5 ton), dengan harga pupuk kimia non subsidi misalnya Rp 10.000/kg maka biaya yang dikeluarkan adalah 3.575.000.000 (Rp 3,575 milyar). Apabila kebun seluas 10.000 hektar berarti kebutuhan pupuk Rp 35,75 milyar sedangkan apabila kebun sawit seluas 20.000 hektar berarti mencapai Rp 71,50 milyar. Suatu jumlah yang tidak sedikit tentunya.

Pertanyaannya adalah upaya apa yang bisa dilakukan untuk menekan biaya pupuk tetapi produktivitas sawit meningkat. Suatu hal yang kontradiktif sepertinya karena mengurangi pasokan pupuk tetapi mengharap produktivitas tinggi. Disinilah perlunya kita mengkaji dan mendalami fakta yang terjadi di lapangan. Dengan iklim tropis dan curah hujan yang tinggi membuat pupuk yang tercuci (leaching) besar. Suatu kondisi misalnya di daerah berbukit dan bergelombang maka ketika turun hujan pupuk yang tercuci sangat besar, bahkan sia-sia saja pemupukan yang dilakukan karena tidak terserap oleh pohon sawit sebagai targetnya. Tingginya tingkat ketercucian dari pemakaian pupuk oleh air hujan tersebut membuat pupuk yang tersedia secara riil hanya sedikit saja atau sejumlah analisis rata-rata hanya tersisa 50% saja. Dengan pupuk yang tersedia hanya sedikit otomatis juga sedikit pula yang terserap oleh pohon sawit tersebut. Ketika misalnya ketercucian (leaching) bisa dikurangi hingga 30% saja berarti pupuk yang masih tersedia menjadi 70%, sehingga pupuk terserap semakin banyak dan produktivitas sawit juga meningkat.

Tahap awal yang bisa dilakukan adalah yakni dengan biaya pupuk yang sama tetapi produktivitas sawit bisa meningkat hingga misalnya 30%. Selanjutnya jika hal tersebut bisa dicapai, konsumsi pupuk diturunkan misalnya hingga 30% tetapi produktivitas sawit bisa dipertahankan pada level tersebut. Hal tersebut dimungkinkan terjadi ketika biochar telah menjadi koloni mikroba dan kualitas tanah meningkat sehingga serapan pupuk maksimal. Biochar adalah salah satu media yang bisa digunakan untuk hal tersebut. Tandan kosong sawit atau EFB (empty fruit bunch) yang banyak tersedia di pabrik-pabrik sawit dan umumnya belum dimanfaatkan bisa sebagai bahan baku produksi biochar. Pabrik sawit dengan kapasitas produksi 60 ton/jam TBS akan menghasilkan EFB atau tankos 13,2 ton/jam sehingga jika pabrik sawit tersebut beroperasi 20 jam/hari maka EFB atau tankos yang dihasilkan 264 ton/harinya. Pada produksi biochar dengan pirolisis juga bisa dihasilkan asap cair (liquid smoke) yang bisa juga digunakan sebagai pupuk.

Mengapa biochar bisa digunakan untuk meningkatkan produktivitas kelapa sawit bahkan mengurangi konsumsi pupuk ? Hal tersebut karena biochar dengan pori-porinya dengan luas permukaan sekitar 200 m2/gram mampu menahan pupuk tersebut dari pencucian, menjaga kelembaban dan banyak mikroba tanah yang bisa hidup dalam pori-pori tersebut sehingga memperbaiki sifat fisika dan kimia tanah. Biochar bisa bertahan hingga ratusan tahun di dalam tanah sehingga tidak perlu ditambahkan setiap tahun ketika jumlahnya telah memadai. Implementasi biochar bisa dimulai dari skala kecil hingga skala yang massif. Untuk mengolah tandan kosong pada pabrik sawit tersebut menjadi biochar dibutuhkan alat pirolisis kontinyu, untuk lebih jelas bisa dibaca disini. Untuk memonitor efektifitas biochar pada perkebunan sawit saat ini bisa menggunakan teknologi internet atau IoT (Internet of Things) dan untuk lebih detail bisa dibaca disini dan disini.