Peningkatan Produktivitas Pertanian Pangan : Aplikasi Biochar atau Buka Hutan Untuk Food Estate ?

Indonesia saat ini menempati peringkat 69 dari 113 negara pada tahun 2022 dalam ketahanan pangan dan ini lebih rendah daripada Malaysia dan Vietnam dengan poin indikatornya dibawah rata-rata global. Kondisi ini memprihatinkan mengingat Indonesia pernah menjadi swasembada pangan sebelumnya bahkan harga beras di Indonesia paling mahal di ASEAN. Upaya mempertahankan produktivitas pangan memang menjadi tantangan tersendiri apalagi untuk meningkatkannya. Seiring dengan pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat maka otomatis kebutuhan pangan juga semakin meningkat. Kondisi menurunnya produksi dan produktivitas pangan terkait dengan sejumlah faktor antara lain alih fungsi lahan menjadi lahan non-pertanian, dan kerusakan tanah / lahan. Sejumlah peraturan dibuat untuk menahan laju penurunan produktivitas pangan akibat dua hal tersebut. 

Terkait kerusakan lahan upaya perbaikan perlu dilakukan sehingga produktivitas pertanian meningkat. Diperkirakan area kerusakan lahan yang terjadi sangat luas dengan tingkat keparahan tinggi. Hal ini sehingga menuntut upaya perbaikan bertahap dan berkelanjutan dengan berbagai strategi termasuk perbaikan pola bertani bahkan sejumlah insentif. Hanya dengan upaya ini sektor pertanian sebagai sumber pangan bisa diperbaiki atau jika tidak maka kerusakan lahan pertanian semakin parah sehingga upaya perbaikan juga semakin sulit. 

Aplikasi biochar atau buka hutan untuk lahan food estate ?
Aplikasi biochar akan mampu memperbaiki lahan-lahan rusak tersebut. Selain sebagai agen pupuk lepas lambat sehingga pemakaian pupuk menjadi efisien dan tidak mencemari lingkungan, menaikkan pH tanah, meningkatkan karbon organik tanah serta meningkatkan produktivitas pertanian, biochar juga akan membantu mengatasi pengelolaan limbah-limbah pertanian yang selama ini banyak mencemari lingkungan.  Peningkatan produktivitas pertanian dari penggunaan biochar rata-rata sekitar 20%. Jika produksi beras Indonesia saat ini berkisar 31 juta ton per tahun, maka aplikasi biochar akan meningkatkan produksi beras total menjadi 37,2 juta ton (terjadi kenaikan 6,2 juta ton). Dengan rata-rata produksi beras per hektar 6 ton maka kenaikan 6,2 juta ton tersebut ekuivalen dengan menambah luas lahan pertanian 1,03 juta hektar. Bahkan lahan-lahan rusak dari pasca tambang bisa direklamasi dan rehabilitasi dengan aplikasi biochar tersebut, dengan luasan lahan juga mencapai jutaan hektar. Hal ini tentu lebih baik daripada pembukaan lahan hutan baru untuk food estate karena dampak lingkungannya.   

Seiring dengan pertumbuhan populasi manusia, kebutuhan akan pangan dan energi akan terus meningkat. Jumlah penduduk Indonesia pada tahun 2045 diperkirakan mencapai 319 juta jiwa dan jumlah penduduk dunia pada tahun 2050 mendekati 10 miliar jiwa. Kebutuhan dan urgensi biochar untuk memperbaiki kualitas tanah semakin tinggi. Puluhan juta hektar dari seluruh tanah masam Indonesia yang tergolong tanah masam lahan kering perlu diperbaiki dengan biochar. Artinya potensi bisnisnya mencapai miliaran dolar atau trilyunan rupiah. Sedangkan import beras tahun 2024 ditargetkan mencapai 3,6 juta ton (sebagai buffer), jumlah yang besar.  Dengan kebutuhan beras tahunan sekitar 31 juta ton, maka kontribusi beras import mencapai 10% lebih.

Biochar selain memperbaiki kerusakan tanah sehingga meningkatkan kesuburannya yang pada akhirnya meningkatkan produktivitas pertanian juga sebagai bagian dari solusi iklim yakni dengan cara carbon sequestration. Biochar yang diaplikasikan ke tanah tersebut akan bertahan ratusan bahkan ribuan tahun, dan tidak terdekomposisi. Hal inilah menjadi faktor keuntungan lainnya bagi produsen biochar yakni mendapatkan carbon credit. Kualitas biochar akan menentukan perolehan atau harga carbon credit tersebut, sehingga bahan baku biochar serta proses produksinya berpengaruh. Harga carbon credit semakin meningkat sehingga semakin menarik dan juga pasar carbon credit yang terus bertambah.

Kerusakan tanah atau lahan pertanian yang terjadi banyak disebabkan oleh pemakaian pupuk kimia yang berlebihan. Apabila pemakaian pupuk kimia tersebut bisa dikurangi dosisnya atau dengan penggunaan secukupnya maka akan terjadi perbaikan kualitas lahan. Bahkan apabila pupuk kimia secara bertahap pupuk kimia terus dikurangi dosisnya dan pupuk organik / kompos semakin ditambah sehingga pada akhirnya pupuk kimia tidak digunakan sama sekali maka kesuburan tanah akan optimal demikian juga produktivitas pertaniannya. 

Photo dari sini

Hal tersebut tentu saja membutuhkan waktu dan upaya yang berkelanjutan. Peternakan juga mesti digalakkan sehingga kompos / pupuk organik juga bisa diproduksi secara cukup memadai dari pengolahan kotoran ternak tersebut. Pertanian terpadu (integrated farming) dengan peternakan tersebut menjadi solusi terbaik perbaikan lahan-lahan pertanian dengan biochar terutama meningkatkan efisiensi pemupukan tersebut. Apabila hal-hal diatas bisa diimplentasikan dengan baik maka pembukaan hutan untuk lahan food estate juga bisa diperlambat / ditahan dengan memperhatikan semua aspek secara komprehensif sehingga bukan pilihan solusi jangka pendek yang cenderung dipaksakan, dan buru-buru karena upaya pencitraan rezim bahkan dengan biaya ratusan trilyun.        

Biochar untuk Meningkatkan Porositas Tanah Rusak dan Tanah Marjinal

Pada dasarnya bahan atau material berpori akan memiliki luas permukaan yang besar. Semakin banyak pori maka bahan tersebut akan memiliki luas permukaan yang semakin besar juga. Upaya memperbanyak pori atau memperluas permukaan tersebut bisa dilakukan dengan banyak hal tergantung dari tujuannya. Jenis pori juga berpengaruh pada luas permukaan total dan juga penggunaan atau aplikasi suatu bahan tersebut. Sebagai contoh bahan yang lebih banyak atau dominan dengan pori-pori mikronya (micropore) akan memiliki luas permukaan lebih besar dan memiliki kegunaan spesifik yang berbeda dengan bahan yang dominan dengan pori-pori sedang (mesopore) maupun pori-pori besar (macropore). Merancang bagaimana suatu bahan supaya dominan micropore, mesopore atau macropore bisa dilakukan yakni dengan pemilihan bahan baku dan teknologi prosesnya, sebagai contoh biochar yang dihasilkan dari pirolisis akan menghasilkan luas permukaan lebih besar bila dibandingkan biomasa awalnya yang belum diproses tersebut. 

Pada tanah terkait halnya pada penggunaan untuk pertanian atau budidaya tanaman, aspek porositas atau pori-pori tanah tersebut menjadi aspek penting. Hal tersebut terutama terkait pada retensi hara dan air serta aerasi tanah tersebut. Memperluas pori-pori tanah akan sangat bermanfaat untuk meningkatkan kualitas tanah sehingga mendukung keberhasilan pertanian atau budidaya tanaman tersebut. Tanah yang mempunyai ruang pori lebih banyak akan mampu menyimpan air dan hara dalam jumlah banyak juga. Tanah yang memiliki pori berukuran kecil (micropore) dan sedang (mesopore) yang tinggi akan cenderung menahan air dan hara lebih kuat dibandingkan tanah yang mempunyai banyak pori berukuran besar (macropore). Dan jika terjadi penguapan atau pengunaan air oleh tanaman ataupun terjadi proses leaching pada unsur hara maka pori-pori besar (macropore) dahulu yang ditinggalkan oleh air dan hara tersebut menyusul pori-pori sedang (mesopore) dan mikro (micropore). 

Pemberian bahan organik berupa kompos ke tanah umumnya digunakan untuk membentuk ruang pori mikro (micropore) menjadi lebih banyak. Semakin ruang pori mikro (micropore) yang terbentuk maka tanah akan mempunyai daya lengas yang semakin meningkat. Bahan organik tanah tersebut mempunyai pori-pori yang lebih banyak dibandingkan partikel mineral tanah, yang berarti luas permukaan penyerapan juga lebih banyak. Pemberian bahan organik berupa kompos tersebut selain meningkatkan jumlah pori atau porositas tanah juga menurunkan berat volume. Bahan organik atau kompos tersebut merupakan sumber energi bagi aktivitas mikrobia tanah, menurunkan berat volume tanah, memperbaiki struktur tanah, aerasi dan daya mengikat air. Tanah dengan pori total tinggi seperti tanah lempung, cenderung mempunyai berat volume yang rendah sedangkan tanah dengan pori total rendah seperti tanah pasir (tekstur kasar), cenderung mempunyai berat volume yang tinggi.  

Selain meningkatkan pori total, pemberian kompos juga meningkatkan pH tanah yakni pada tanah pasir, dan tanah masam antara lain entisol, ultisol dan andisol serta mampu menurunkan Al tertukar tanah. Peningkatan pH disebabkan adanya proses perombakan kompos tersebut. Hasil perombakan tersebut akan menghasilkan kation-kation basa yang mampu meningkatkan pH atau pelepasan kation-kation basa dari kompos ke dalam tanah sehingga tanah jenuh dengan kation-kation basa. Proses pelapukan atau dekomposisi kompos tersebut akan membebaskan kation basa yang menyebabkan pH tanah meningkat.  

C-organik tanah juga akan meningkat dengan pemberian kompos tersebut dan N (nitrogen) total. Semakin banyak bahan organik yang ditambahkan ke dalam tanah, semakin besar peningkatan C-organik dalam tanah tersebut. Kompos dari kotoran hewan memiliki rasio C/N terendah dibandingkan kompos dari tanaman. Bahan organik yang memiliki kandungan lignin tinggi maka kecepatan mineralisasi N akan terhambat dan rasio C/N akan tinggi. Padahal suatu dekomposisi bahan organik lanjut dicirikan dengan rasio C/N yang rendah. Sedangkan rasio C/N yang tinggi menunjukkan bahwa dekomposisi belum berlanjut atau baru dimulai. Dalam proses tersebut terjadi penurunan karbon / C dan peningkatan nitrogen / N. 

Kebutuhan kompos di lahan marjinal seperti lahan pasir juga jauh lebih besar yakni bisa mencapai hampir dua kali lipat dibandingkan lahan biasa atau standar. Sedangkan kebutuhan pupuk kimia lahan marjinal biasanya lebih sedikit dibandingkan lahan biasa / standar. Idealnya dengan penggunaan pupuk kompos dengan dosis optimal akan mampu meningkatkan produktivitas tanaman dan melestarikan lingkungan. 

Berbeda dengan kompos yang akan habis terdekomposisi, sebagai pembenah tanah, biochar bisa bertahan ratusan tahun di tanah. Biochar yang memiliki luas permukaan besar besar juga memiliki banyak pori mikro (micropore) yang meningkatkan porositas tanah seperti halnya kompos. Kondisi pirolisis adalah hal penting dalam menentukan kualitas biochar selain bahan baku biochar itu sendiri. Pada tanah tekstur kasar seperti lahan pasir, biochar akan memperbaiki retensi air dan hara karena pori-pori mikronya memperlambat keluarnya (slow velocity). Kualitas biochar ini berbanding lurus dengan kemujaraban (efficacy) treatment biochar. Sejumlah parameter terkait aplikasi biochar untuk perbaikan / treatment tanah juga mirip dengan kompos antara lain : soil carbon content and mineralization, soil micro-structural & aggregation, bioavailable nitrogen, serta microbial activity & diversity. Hampir semua biochar bukan pupuk sebagaimana kompos, lebih detail baca disini, sehingga inokulasi (charging) biochar sebelum aplikasi bisa dilakukan dengan mengisi pori-pori biochar dengan air yang mengandung unsur kimia atau microba spesifik. Hal ini akan menghasilkan efek positif yang cepat dibandingkan dengan biochar saja. Selain itu biochar juga untuk pengurangan karbondioksida (CO2) di atmosfer sebagai carbon sequestration. Hal ini sangat sejalan dengan masalah perubahan iklim dan global warming saat ini. 

Biochar adalah zat heterogen yang kaya dengan karbon aromatik dan mineral. Biochar dihasilkan dari proses pirolisis (proses dimana bahan organik terdekomposisi pada suhu antara 350 sampai 1000 C dengan kondisi minim atau tanpa oksigen yang terkontrol dengan baik dan banyak digunakan untuk pembenah tanah (soil amendment). Kandungan karbon untuk biochar harus diatas 50%, sedangkan apabila produk pirolisis bahan organik dengan kandungan karbon kurang dari 50% tidak masuk kategori biochar tetapi disebut sebagai pyrogenic carbonaceous material (PCM). Kandungan karbon organik dari arang pirolisis (pyrolysed char) berfluktuasi antara kisaran 5% dan 95%, tergantung pada bahan baku dan suhu proses yang digunakan. Sebagai contoh kandungan karbon dari pirolisis kotoran ayam sekitar 25%, sedangkan dari kayu-kayuan sekitar 85% dan tulang kurang dari 10%. Ketika menggunakan bahan baku kaya mineral seperti lumpur endapan (sewage sludge) atau kotoran binatang, maka produk-produk pirolisis tersebut akan mengandung abu yang tinggi sehingga total pori lebih kecil. 

Selain itu biochar juga harus memiliki molar rasio H/Corg kurang dari 0,7 dan molar rasio O/Corg harus kurang dari 0,4.  Molar rasio H/Corg adalah indikator tingkat karbonisasi (pirolisis)-nya dan oleh karena itu sangat terkait dengan stabilitas biochar, yang merupakan salah satu karakteristik terpenting dari biochar. Rasio tersebut berfluktuasi tergantung pada jenis biomasa yang digunakan dan kondisi proses produksinya. Nilai rasio yang melebihi 0,7 mengindikasikan non-pyrolytic char atau kondisi proes pirolisis yang tidak memadai.  Sedangkan rasio O/Corg juga digunakan untuk membedakannya dari produk-produk karbon lainnya.  Luas permukaan spesifik juga merupakan ukuran kualitas dan karakteristik biochar, dan juga sebagai nilai kontrol terhadap metode pirolisis yang digunakan. Walaupun luas permukaan kurang dari 150 m2/gram dalam kasus tertentu bisa digunakan tetapi lebih dipilih atau disukai apabila lebih dari 150 m2/gram.

Dengan karakteristik seperti di atas, kompos dan biochar serta pupuk kimia bisa digunakan bersamaan, bahkan pada proses pengomposan biochar juga bisa ditambahkan untuk mengurangi N organik yang lepas ke atmosfer. Selain pori-pori mikro tanah semakin banyak atau pori-pori total semakin besar, hara dari kompos maupun pupuk kimia juga akan semakin lepas lambat (slow release). Seberapa lepas lambat (slow release) pupuk tersebut bisa dirancang sedemikian rupa tergantung kebutuhan, untuk lebih detail bisa dibaca disini. Ketika biochar ini digunakan dengan baik maka hal tersebut akan bisa memaksimalkan produktivitas panen, memperbaiki kesuburan tanah dan meminimalisir dampak lingkungan. Empat hal perlu diperhatikan pada aplikasi biochar yakni sumber biochar yang tepat (right source), lokasi yang tepat (right place), dosis yang tepat (right rate) dan waktu yang tepat (right timing).  Tidak semua jenis tanah dan tanaman akan menghasilkan peningkatan panen dari aplikasi biochar, sehingga menjadi hal penting untuk mengetahui jenis tanah seperti apa yang menghasilkan peningkatan produktivitas tersebut. Peta tanah (soil map) bisa membantu untuk mengidentifikasikan jenis tanah yang berpotensi memberikan manfaat atau keuntungan dari aplikasi biochar tersebut. Para petani bisa berkonsultasi dengan konsultan pertanian ataupun profesional di bidang tersebut untuk membantu pemilihan dan aplikasi biochar. 

Biochar dan Pupuk Organik Spesifik untuk Treatment Reklamasi Pasca Tambang

Aktivitas pertambangan bukan sekedar gali, muat dan angkut tetapi aspek kelestarian lingkungan juga merupakan hal penting yang harus diperhatikan. Bahkan reklamasi pasca telah menjadi kewajiban bagi perusahaan pertambangan dengan sangsi berat apabila diabaikan. Kerusakan lingkungan akibat pertambangan apabila dibiarkan akan menjadi masalah lingkungan serius seperti bencana alam, dan menjadi warisan buruk bagi generasi mendatang. Hal tersebut sehingga reklamasi pasca tambang harus dilakukan dengan baik atau memadai sehingga dampak buruk terhadap lngkungan bisa diminimalisir bahkan dieliminasi. Perencanaan dan pelaksanaan reklamasi perlu dilakukan dengan baik (memadai) sehingga tujuan reklamasi tersebut bisa tercapai. 

Kesuburan yang rendah pada lahan pasca tambang memang menjadi problem tersendiri untuk revegetasi lahan tersebut. Ketika perusahaan tambang memiliki pengelolaan yang baik terhadap tanah bekas galian (overburden/OB) dan tanah pucuk (top soil) sehingga bisa dikembalikan (back fill)  ke lubang bekas tambangnya (void) seperti semula maka penurunan kesuburan tanah tersebut bisa diminimalisir. Tetapi apabila pengelolaannya buruk maka kesuburan tanahnya akan turun drastis atau rusak parah sehingga pada kondisi tersebut treatment tertentu perlu dilakukan untuk mengembalikan, memperbaiki atau meningkatkan kesuburan tanah tersebut. Kondisi lahan yang memiliki kesuburan rendah atau seperti lahan tandus tersebut hampir sama seperti lahan pasir. Secara umum lahan pasir pantai memiliki karakteristik sebagai berikut tekstur tanah pasir (90%), struktur tanah berbutir, konsistensi (kegemburan) lepas, kandungan hara rendah, kemampuan tanah untuk menyimpan hara rendah, Permeabilitas, drainase dan infiltrasi sangat cepat, akibat aktivitas liat yang sangat rendah dan porus (mesopore dan macropore), kemampuan mengikat air rendah, kemampuan tanah dalam menopang pertumbuhan tanaman rendah dan kadar garam relatif tinggi atau merupakan lahan marjinal untuk pertanian atau budidaya tanaman, sehingga pendekatan treatment pada lahan pasir dengan lahan pasca tambang tersebut sebagai upaya pendekatan yang efektif. 

 

Pertanian atau budidaya lahan pasir bisa dilakukan baik untuk tanaman musiman maupun tanaman tahunan, demikian juga sama halnya pada lahan pasca tambang tersebut. Faktor efektivitas dan efisiensi perlu dilakukan mendapatkan hasil seoptimal mungkin seperti jenis hara dan jumlahnya, kebutuhan air dan sebagainya. Pengkondisian lahan sehingga mampu menahan air dan hara harus dilakukan sehingga pupuk yang ditambahkan bisa termanfaatkan dengan baik. Input yang minimal sehingga biaya produksi bisa ditekan atau faktor ekonomi merupakan hal penting lainnya. Dengan luasan lahan pasca tambang bisa mencapai ribuan hektar, maka input berupa pupuk berkualitas merupakan suatu keharusan. Selain pupuk anorganik sebagai unsur makro, pupuk organik sebagai penyedia unsur mikro juga perlu ditambahkan. Pupuk organik yang spesifik sesuai kondisi lahan dan kebutuhan tanaman bisa dibuat untuk maksud tersebut. Penggunaan kompos dengan volume berkisar 20-30 ton/hektar bisa secara signifikan dikurangi dengan penggunaan pupuk organik yang spesifik tersebut.

Lahan pasir pada umumnya memiliki kandungan P dan K yang tinggi. Fungsi bahan organik dalam hal ini pupuk kandang, dapat menstimulir ketersediaan hara P yang sudah terakumulasi di dalam lahan pasir tersebut dalam bentuk P total, sehingga P tersedia menjadi lebih besar. Dengan ketersediaan P, maka K tersedia juga menjadi lebih besar, karena P berinteraksi dengan K. Teknologi ameliorasi untuk meningkatkan kesuburan tanah tersebut dibutuhkan. Ameliorasi sendiri adalah upaya pembenahan kesuburan tanah melalui penambahan bahan-bahan tertentu. Amelioran adalah bahan yang dapat meningkatkan kesuburan tanah melalui perbaikan kondisi fisik dan kimia. Biochar sebagai bahan pembenah tanah akan efektif untuk maksud tersebut, bahkan bila dibandingkan bahan pembenah tanah lainnya, biochar memiliki banyak keunggulan salah satunya mampu bertahan atau tidak terurai di tanah hingga ratusan tahun. Sedangkan peningkatan efisiensi penggunaan biochar adalah dengan merancang pupuk lepas lambat (slow release fertilizer / SRF) sehingga pelepasan pupuk sesuai kebutuhan tanaman atau bisa dimanfatkan tanaman secara optimal. 

Tanaman terdiri dari 92 unsur, tetapi hanya 16 yang penting untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Dari 16 unsur tersebut, unsur C, H, dan O diperoleh dari udara dan air (berupa CO2 dan H2O), sedangkan 13 unsur mineral esensial lainnya diperoleh dari dalam tanah dan umumnya digolongkan sebagai “hara”. Unsur hara makro ada 6 yaitu N, P, K, S, Ca dan Mg. Unsur makro tersebut dibutuhkan oleh tanaman dalam jumlah banyak dengan kandungan (nilai) kritis antara 2 – 30 g/kg berat kering tanaman. Unsur hara makro ini terbagi menjadi dua yaitu unsur hara primer (N, P, K) dan unsur hara sekunder (S, Ca, Mg). Unsur hara primer diberikan dalam bentuk semua jenis tanaman dan semua jenis tanah. Sedangkan unsur hara sekunder hanya untuk jenis tanaman tertentu dan jenis tanah tertentu. Sedangkan unsur hara mikro terdiri dari 7 unsur yang terdiri dari 5 unsur yang merupakan logam yaitu Fe, Mn, Zn, Cu dan Mo, serta 2 unsur non logam yaitu Cl dan B. Kebutuhan unsur hara mikro relatif kecil berkisar antara 0,3 – 50 mg/kg berat tanaman kering. Kombinasi pupuk makro dan pupuk organik spesifik tersebut akan memaksimalkan pertumbuhan tanaman. 

Biochar dan Emisi N2O Pada Pertanian

Pabrik Pupuk Urea

Produksi pupuk urea di dunia pada tahun 2020 mencapai sekitar 181 juta ton dan pupuk jenis urea ini adalah yang paling banyak digunakan. Dalam prakteknya pemakaian pupuk urea tersebut banyak yang tidak efisien, sehingga terbuang sia-sia dan mencemari lingkungan. Diperkirakan tingkat kehilangan urea dan mencemari lingkungan tersebut,  dalam pemakaian mencapai sekitar 40% atau 72,4 juta ton secara global. Upaya meningkatkan efisiensi pemupukan bisa dilakukan dengan memodifikasinya menjadi pupuk lepas lambat (slow release fertilizer / SRF) salah satu yang sangat direkomendasikan yakni dengan biochar, sebagai agen lepas lambat tersebut, lebih detail baca disini. Selain itu juga penggunaan urea menyebabkan terjadinya emisi N2O. N2O (dinitrogen monoksida) adalah salah satu gas rumah kaca dan pencemar udara, N2O termasuk gas yang berbahaya karena memiliki 298 kali pengaruh yang lebih kuat per satuan berat daripada CO2 dalam rentang waktu 100 tahun. Di udara, N2O bereaksi dengan atom oksigen membentuk NO, dan NO kemudian akan memecah ozon.

Urea adalah salah satu pupuk konvensional yang biasa digunakan di pertanian. Urea memiliki kandungan utama berupa nitrogen yang diserap tanaman dalam bentuk ammoium (NH4+) dan nitrate (NO3−). Kehilangan nitrogen dalam pupuk tersebut terjadi akibat penguapan sebagai amoniak (NH3), imobilisasi dalam pori-pori tanah atau tercuci oleh air baik air hujan maupun air irigasi. Selain kerugian secara ekonomis, pencemaran lingkungan akibat kelebihan nitrogen juga menyebabkan sejumlah efek negatif.  Nitrogen dari urea bisa hilang juga karena denitrifikasi nitrat sempurna menghasilkan gas nitrogen (N2) atau melalui denitrifikasi nitrat tidak sempurna menghasilkan gas nitrogen monoksida (NO) dan dinitrogen oksida (N2O), yang menguap dari tanah. Nitrat, gas nitrogen monoksida (NO) dan dinitrogen oksida (N2O) berkontribusi pada masalah lingkungan. Nitrat adalah zat yang berbahaya yang menyebabkan pencemaran air. Kelebihan konsentrasi nitrat pada air minum membahayakan kesehatan, terutama pada bayi dan wanita hamil. 

Sedangkan dinitrogen oksida (N2O) sekarang telah menjadi zat perusak ozon terbesar yang diemisikan pada abad ke-21. Sumber utama emisi dinitrogen oksida (N2O) global adalah pupuk berbasis nitrogen terutama pupuk urea.Kehadiran N2O di wilayah terendah atmosfer (troposfer) dapat menyebabkan efek rumah kaca atau pemanasan global karena N2O menangkap radiasi infra merah yang dipancarkan kembali dari permukaan bumi dan selanjutnya menghangatkan atmosfer. Selain itu, N2O dapat bermigrasi hingga ke stratosfer dimana N2O bereaksi dengan atom oksigen menghasilkan beberapa oksida nitrat (NO). Kemudian, penipisan lapisan ozon terjadi karena NO bereaksi dengan ozon stratosfer (O3) membentuk NO2 dan O2. Selanjutnya, NO2 bereaksi dengan O membentuk kembali NO. Menipisnya lapisan ozon meningkatkan sinar UV dari matahari yang mencapai permukaan bumi.

Aplikasi biochar telah disarankan sebagai strategi untuk mengurangi emisi dinitrogen oksida (N2O) dari tanah pertanian sambil meningkatkan stok karbon (C) tanah, terutama di daerah tropis. Perubahan iklim, khususnya peningkatan suhu, akan mempengaruhi kondisi lingkungan tanah dan dengan demikian secara langsung mempengaruhi volume N2O tanah. Terkait masalah iklim ada dua hal peran biochar, yakni sebagai carbon sequestration / carbon sink dan mereduksi emisi dinitrogen oksida (N2O), sedangkan terkait pertanian yakni meningkatkan kesuburan tanah dan meningkatkan produktivitas produk pertanian. Multimanfaat aplikasi biochar ini diprediksi akan semakin tren pada era bioeconomy, ketika aspek keberlanjutan (sustainibility), ketercukupan pangan dan sebagai solusi iklim menjadi satu paket lengkap dalam satu aksi. 

Upaya meminimalisir penggunaan pupuk urea yakni dengan memodifikasinya menjadi pupuk lepas lambat (slow release fertlizer) dengan biochar sebagai agen lepat lambat tersebut. Penggunaan dosis urea berlebih selain merusak lingkungan juga merupakan pemborosan. Penggunaan urea bisa tetap digunakan sampai batas tertentu yakni seluruh urea tersebut bisa terserap oleh tanaman dengan kehilangan atau pencemaran lingkungan seminimal mungkin. Ketika seluruh nutrisi / hara pupuk bisa terserap sempurna oleh tanaman itu berarti tidak ada residu di dalam tanah, sehingga kerusakan atau pencemaran lingkungan bisa diminimalisir. Residu tersebut terutama untuk jangka panjang akan menyebabkan kerusakan tanah yang parah. Pelepasan lambat dengan mendekati kecepatan penyerapan hara oleh tanaman adalah kondisi yang diupayakan atau NUE (nutrient use efficiency) semaksimal mungkin.  Teknik modifikasi pupuk urea menjadi SRF adalah kuncinya. 

Pabrik Pupuk Kimia, Blue Hydrogen, Blue Ammonia dan Peternakan Ruminansia

Sebagai perbandingan populasi domba di New Zealand dengan penduduk 3 juta, jumlah dombanya 5 juta, lalu Australia dengan penduduk 25 juta, jumlah populasi sapinya 26 juta sedangkan Indonesia dengan jumlah penduduk 270 juta, jumlah populasi dombanya kurang dari 50 juta, apalagi populasi sapinya juga dipastikan jauh lebih kecil. Hal ini mengindikasikan bahwa sektor peternakan ruminansia ini belum sebagai mesin bisnis atau industri untuk pertumbuhan ekonomi. Padahal selain sumber daya alam (SDA) yang mendukung, kebutuhan daging dan kebutuhan pupuk untuk pertanian juga sangat besar. Ketika sektor peternakan ruminansia ini dioptimalkan maka selain swasembada daging sebagai sumber protein hewani bisa dicapai bahkan bisa diexport, dan juga akan memajukan pertanian karena kotoran ternak tersebut menjadi pupuk organik. Pupuk organik ini memiliki banyak kelebihan dibandingkan pupuk kimia, diantaranya tidak merusak fisika kimia tanah, mengaktifkan mikroba tanah dan menyediakan unsur hara yang lengkap. Ketika sektor peternakan ini dioptimalkan juga sangat mungkin akan menggantikan (mensubtitusi) penggunaan pupuk kimia atau bahasa lainnya juga terjadi swasembada pupuk sehingga pabrik pupuk kimia tutup atau berhenti berproduksi. Integrasi peternakan dan pertanian akan tercipta kedaulatan pangan, sesuatu capaian luar biasa apabila bisa terwujud.

Untuk menyelamatkan pabrik pupuk kimia tersebut bisa diubah menjadi pabrik atau produsen energi berupa blue hydrogen atau blue ammonia. Gas alam yang merupakan bahan bakar fossil dan menjadi bahan baku pupuk kimia tersebut dipisahkan unsur karbonnya sehingga didapat unsur hydrogen. Gas karbondioksida (CO2) yang telah dipisahkan dari gas alam selanjutnya ditangkap dan disimpan (CCS = Carbon Capture and Storage) sehingga tidak terlepas ke atmosfer. Dan karena bahan baku bahan bakar hydrogen tersebut berasal dari bahan bakar fossil tersebut maka disebut blue hydrogen, sedangkan apabila berasal dari bahan terbarukan seperti biomasa, air dan sebagainya maka disebut green hydrogen. Jadi bisa dikatakan blue hydrogen masih setengah fossil karena bahan baku dari sumber fossil dan green hydrogen sudah 100% dari sumber terbarukan. Senyawa hydrogen atau gas hydrogen memiliki ikatan atom berupa dua unsur hidrogen (H2) sebagai senyawa stabil di alam, dan untuk meningkatkan energinya gas hidrogen tersebut bisa dibuat ammonia (NH3) yakni dengan tiga ikatan hidrogen. Sama seperti istilah blue hydrogen di atas, ketika ammonia tersebut berasal dari bahan bakar fossil maka disebut blue ammonia dan apabila berasal dari bahan terbarukan istilahnya green ammonia. Perusahaan Jepang bahkan sudah membuat pembangkit listrik (generator) yang menggunakan 100% sebagai bahan bakarnya, untuk lebih detail baca disini. 

Upaya menggenjot sektor peternakan dengan integrasi dengan sektor pertanian bukanlah hal yang mudah. Faktor-faktor kemampuan akses pasar, teknik beternak, penyediaan pakan, manajemen dan bisnis peternakan adalah sejumlah hal menjadi penghambat terwujudnya visi kedaulatan pangan. Apalagi untuk inovasi-inovasi sehingga bisa berdaya saing level internasional. Faktor motivasi, kemauan yang rendah, budaya membaca dan belajar rendah, silaturahim untuk networking kurang, keberpihakan pemerintah dengan kebijakan untuk daya dukung kurang, dan sebagainya turut menghambat juga disisi lain. Tetapi dengan potensi SDA berlimpah dan kemauan kuat seharusnya kendala tersebut bisa diatasi, apalagi peternakan ruminansia khususnya domba kambing juga sangat dianjurkan dalam Islam sehingga sebagai muslim seharusnya akan semakin termotivasi. Hampir tidak ada ketika melakukan suatu usaha apapun apalagi untuk mewujudkan suatu gagasan besar tanpa halangan, karena memang sunatullahnya seperti itu.