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 mau untuk Perbaikan Kesuburan Tanah, Bahan Bakar, Bahan Baku Industri ataukah Solusi Iklim ?

Saat ini maih banyak limbah-limbah pertanian (batang jagung, tanaman kedelai, kulit kedelai dan sebagainya) yang belum termanfaatkan sehingga malah mencemari lingkungan. Pemanfaatan limbah-limbah tersebut sehingga menjadi produk berguna yang memberi nilai tambah adalah solusi terbaiknya. Pemanfaatan atau pengolahan seperti apa yang menjadi solusi terbaik untuk pemanfaatan limbah-limbah tersebut ? Hal ini tentu tergantung pada sejumlah faktor yang mempengaruhinya seperti kesiapan pasar, ketersediaan dan keberlangsungan pasokan limbah biomasa khususnya limbah-limbah pertanian tersebut, kesiapan teknologi termasuk investasi teknologi tersebut, keuntungan dan keberlanjutan bisnisnya, infrastruktur dan sumber daya manusianya (SDM). Produksi biochar atau arang dari limbah biomasa tersebut bisa jadi merupakan opsi terbaik. Tetapi memang biochar atau arang tersebut multifungsi atau bisa digunakan pada sejumlah penggunaan. Lalu pertanyaannya adalah penggunaan biochar untuk bidang apa yang memberi hasil atau manfaat terbaik ?

Produksi biochar tersebut dilakukan dengan teknologi pirolisis lambat (slow pyrolysis). Dengan teknologi tersebut produksi biochar bisa optimal baik secara kualitas maupun kuantitas. Hal berbeda apabila menggunakan teknologi pirolisis cepat (fast pyrolysis) yang menghasilkan produk biooil atau produk cair sebagai produk utamanya, dengan produk biochar jauh lebih sedikit. Ataupun apabila menggunakan menggunakan teknologi gasifikasi yang produk utamanya berupa gas, sehingga proporsi biochar lebih kecil atau bisa dianggap sebagai produk samping saja maka hal tersebut juga akan kurang optimal. Hal-hal tersebut sehingga pemilihan teknologi yang tepat adalah sesuatu hal penting untuk bisa memberi hasil optimalnya. 

Produksi biochar untuk pertanian juga belum menjadi trend dikalangan petani di Indonesia, sehingga limbah-limbah pertanian mereka banyak yang tidak termanfaatkan bahkan mencemari lingkungan tersebut. Faktor lain yang mempengaruhi adalah kondisi tanah pertanian itu sendiri. Penggunaan pupuk kimia secara dominan dan berlebihan telah merusak tanah-tanah pertanian tersebut sehingga produktivitas pertanian terus menurun. Dan upaya memperbaiki tanah tersebut memerlukan upaya yang tidak mudah dan cepat sehingga kesuburan tanah tersebut bisa dipulihkan (recovery) dan terus dijaga untuk jangka panjangnya. Kombinasi penggunaan bahan organik dengan teknik tertentu perlu dilakukan untuk mencapai hal tersebut. Biochar bisa digunakan juga untuk membuat penggunaan bahan organik tersebut menjadi lebih efisien seperti mengurangi bahan yang tercuci (leaching) dan meningkatakan aktivitas mikroba tanah. Dengan efisiensi yang meningkat dari teknik tersebut karena penggunaan biochar, maka hal tersebut juga meminimalkan input sehingga biaya produksi bisa lebih ditekan. Integrasi pertanian dan peternakan menjadi keharusan untuk mendapatkan pasokan bahan organik secara mencukupi, kualitas terjaga dan berkelanjutan. Sedangkan pada tanah-tanah masam dan kering, penggunaan biochar terlihat memberi efek yang lebih signifikan.

Penggunaan biochar sebagai bahan terutama untuk bbq dan memasak serta penggunaan lainnya yakni sebagai reduktor pada pembuatan baja. Penggunaan untuk bbq tidak terlalu banyak, hal ini mengolah atau memasak makanan secara bbq hanya seperti hobi atau hanya segmen komunitas khusus saja. Dan biochar untuk memasak juga tidak banyak, atau hal ini lebih umum di Afrika, sedangkan di Indonesia pilihan menggunakan kayu bakar atau LPG lebih umum dijumpai. Demikian juga kebutuhan biochar sebagai reduktor pada pembuatan baja juga tidak banyak. Sedangkan penggunaan biochar untuk bahan bakar industri seperti bahan bakar boiler dan pembangkit listrik hampir tidak ada. Hal tersebut selain karena proses produksinya menjadi lebih lama (perlu proses karbonisasi), konversi ke dari biomasa ke biochar kecil (~25%), dan harga biochar lebih mahal. Wood pellet dan cangkang sawit (PKS/palm kernel shell) lebih menjadi pilihan untuk bahan bakar industri tersebut.    

Biochar juga bisa digunakan untuk bahan baku berbagai barang-barang industri kebutuhan manusia atau subtitusi bahan-bahan yang berasal yang berasal dari fossil (seperti migas) menjadi bahan-bahan lebih ramah lingkungan dan terbarukan. Bahan-bahan seperti plastik bisa digantikan dengan biochar. Papan partikel (particle board) yang biasanya masih menggunakan limbah-limbah kayu juga bisa digantikan dengan biochar tersebut. Trend ini saat ini belum terjadi, tetapi diprediksi tidak lama lagi akan menjadi perhatian bahkan trend baru di industri. 

Biochar untuk solusi iklim sepertinya akan menjadi trend tidak lama lagi. CO2 dari atmosfer yang dikonversi menjadi biomasa oleh tumbuhan, diubah menjadi biochar dan disimpan (sequestration) khususnya dalam tanah. Karbon yang tersimpan dalam biochar tersebut tidak akan lepas ke atmosfer karena biochar tidak terdekomposisi hingga ratusan bahkan ribuan tahun atau bisa disimpan secara permanen. Secara prinsip hal ini seperti menyimpan karbon (CO2) dengan hutan konservasi sehingga menjadi carbon sink. Pohon-pohon atau tanaman akan menyerap CO2 dari atmosfer dan dijaga sedemikian rupa untuk mencapai target serapan CO2 yang dikehendaki selanjutnya dikompensasi dengan carbon credit, demikian juga biochar, seberapa banyak karbon yang bisa disimpan (sequestration) selanjutnya juga dikompensasi dengan carbon credit tersebut. Dalam prakteknya penggunaan biochar tersebut akan optimal dengan upaya penyuburan tanah pada tanah-tanah sakit atau rusak atau bermasalah seperti tanah pasca tambang, tanah masam dan tanah sakit akibat overdosis pupuk kimia. Carbon sink dengan biochar tersebut lebih mudah dan murah dibandingkan dengan metode carbon capture and storage (CCS) dengan CO2 yang disimpan dalam lapisan bumi. 

Untuk menurunkan suhu bumi yakni dengan menurunkan konsentrasi gas rumah kaca. Untuk menurunkan 1 ppm konsentrasi CO2 di atmosfer sama dengan menyerap sekitar 15 gigaton CO2. Sedangkan biaya yang dibutuhkan untuk mitigasi bencana besar perubahan iklim diperkirakan 1,6 trilyun USD sampai 3,8 trilyun USD setiap tahunnya. Untuk mencapai konsentrasi CO2 di atmosfer menjadi 350 ppm dibutuhkan sekitar 70.000 biochar seukuran piramida Giza dengan asumsi bahan bakar fossil dihentikan penggunaannya. Dengan volume piramida Giza 2,6 juta m3 dan density biochar rata-rata 200 kg/m3 maka biochar seukuran piramida Giza memiliki berat 520 juta kg atau 520 ribu ton. Pekerjaan sangat besar tentu saja. Produksi biochar harus tumbuh 5000 kali dari kapasitas produksinya saat ini. Dengan biochar seukuran unit piramida Giza tersebut kita perlu membangun 4 piramida per hari (sekitar 2 juta ton biochar per hari) untuk 100 tahun ke depan dan dimulai saat ini.