Biochar: Apa yang Dilakukannya dan Kapan Gagal

Biochar adalah arang yang dibuat untuk tanah, bahan tanaman yang dimasak panas nyaris tanpa oksigen sehingga karbonnya tertinggal alih-alih terbakar habis. Tahap pemasakan itu disebut pirolisis. Hasilnya adalah butiran hitam berpori yang menahan air dan hara di tempat yang bisa dijangkau akar, dan USDA Northeast Climate Hub memberi Anda satu angka acuan saat berbelanja. Rasio H:Corg di bawah 0,7 menandai arang yang bertahan di tanah selama ratusan tahun. Manfaatnya nyata bila kecocokannya tepat, dan pada gandum lahan kering di Oregon, Utah State University Extension mencatat hasil panen hampir 30% lebih tinggi pada takaran 22 t per hektare, disertai kenaikan pH tanah.

Dua karung yang sama-sama berlabel biochar bisa bekerja berbeda di bedengan yang sama. Bahan baku, suhu pirolisis, dan ukuran partikel berbeda antarbatch, dan masing-masing mengubah kerja arang begitu masuk ke tanah. Itulah sebabnya pembenah tanah sesederhana ini punya rekam jejak yang terbelah dalam uji coba lapangan. Sebagian tanaman untung, sebagian tidak berubah sama sekali, dan beberapa justru mundur.

Pengisian (charging) adalah separuh sisanya. Arang segar hampir tidak punya hara sendiri dan bukan pupuk. Arang berkarbon tinggi yang dimasukkan dalam kondisi kering menarik nitrogen menjauh dari tanaman Anda pada musim pertama, karena mikroba tanah melahap karbon mudah terurai di dalamnya dan membawa serta nitrogennya. Biochar yang sudah diisi, didiamkan dalam kompos atau pupuk kandang selama beberapa minggu sebelum menyentuh tanah Anda, terhindar dari hambatan itu. Campuran Northeast memakai 70% hingga 90% kompos dengan sisanya biochar.

Penyerapan karbon adalah perkara terpisah dari urusan kebun. Bagian itu juga yang paling sering dilebih-lebihkan di banyak halaman, dengan angka bulat tanpa sumber. Setiap angka di sini berasal dari jurnal yang ditelaah sejawat, program penyuluhan universitas, atau laporan USDA, termasuk uji coba yang menunjukkan biochar tidak berpengaruh apa-apa. Periksa tanah Anda sendiri lebih dulu. Arang yang menaikkan pH membantu lahan masam dan merugikan tanah yang sudah mendekati netral.

Biochar adalah arang berpori dan basa yang hampir tidak membawa hara sendiri. Setiap manfaat biochar di bawah ini adalah perubahan pada tanah Anda, bukan makanan bagi tanaman. Ruang pori menahan air seperti spons, dan permukaan bermuatan bekerja seperti rak yang mencegah ion hara langsung hanyut melewati akar. Itulah seluruh mekanismenya.

Kapasitas menahan air adalah perubahan yang paling awal disadari kebanyakan pekebun. Dalam satu uji coba, tanah dengan biochar menahan 67,17% airnya pada hari ke-20 dibanding 55,5% pada tanah yang sama tanpa biochar. Kapasitas tukar kation, yaitu kemampuan tanah menggenggam hara bermuatan positif, naik 20% pada pasir berlempung dengan takaran 1% dan 30% pada takaran 3%. Utah State University Extension menelusuri pengaruhnya terhadap retensi hara pada media tanam rumah kaca, di mana pencucian hara turun 11%. Emisi dinitrogen oksida dari tanah turun rata-rata hampir 40% dalam sebuah telaah meta-analisis.

Bacalah setiap angka di atas sebagai hasil satu biochar pada satu jenis tanah. Efek-efek ini tidak berlaku universal, dan harus dicocokkan dengan tujuan yang Anda kelola. Biochar bisa menaikkan kapasitas menahan air sekaligus menaikkan laju infiltrasi, dan itu adalah pertukaran nyata, bukan bonus. Hasil akhirnya bergantung pada tanah yang Anda garap.

pH tanah adalah efek yang paling perlu diawasi, karena biochar bersifat basa dan mendorong pH naik dengan besaran yang bergantung pada bahan baku serta pada media tempat Anda menyebarnya. Satu biochar jerami padi yang terukur pH 10,50 mengangkat tanah berpasir sebanyak 4,5 unit pH dari 5,24. Itu membawa tanah masam jauh melewati netral, dan itulah sebabnya pH awal maupun pH arang itu sendiri harus diperiksa. Uji dulu.

Mengapa satu tumpukan kayu berubah menjadi abu kelabu di tungku api dan menjadi arang hitam di dalam kiln? Oksigen adalah seluruh perbedaannya. Api terbuka memberi karbon banyak udara, sehingga karbon terbakar menjadi karbon dioksida dan menyisakan sedikit abu mineral. Pirolisis menahan udara itu. Panaskan biomassa yang sama dalam ruang nyaris tanpa udara dan tidak ada oksigen yang membakar karbonnya, sehingga sebagian karbon tetap tinggal sebagai padatan.

Pemanggangan terkendali itu berlangsung pada sekitar 350 hingga 700°C dengan sangat sedikit oksigen, menurut Utah State. Antara 10% dan 50% karbon dalam bahan asli tertinggal sebagai arang, dan rentangnya selebar itu karena bergantung pada sistem yang digunakan. Sisanya lepas sebagai uap. Syngas, bio-oil, dan cuka kayu keluar sebagai produk sampingan.

Bahan baku menentukan batas atas rendemen. Bahan berlignin tinggi seperti biomassa berkayu dan cangkang kacang memberi arang terbanyak per ton, sedangkan bahan berlignin rendah seperti jerami gandum memberi paling sedikit. Jadi hal pertama yang perlu ditanyakan tentang bahan baku biochar mana pun adalah seberapa berkayu bahan itu. Laju pemanasan sama pentingnya, dan pirolisis lambat adalah pengaturan yang memihak arang padat ketimbang bahan bakar.

Arang jauh lebih ringan daripada kayu asalnya, jadi mengangkut limbah tebangan mentah ke pabrik yang jauh jarang menguntungkan. Peralatan portabel menjawab masalah itu. Kiln flame cap, air curtain burner, atau CharBoss milik Forest Service semuanya bisa beroperasi tepat di tempat bahan itu ditebang, dan itulah sebabnya sebagian besar biochar Colorado berasal dari pohon mati akibat kumbang dan limbah penjarangan hutan.

Buka satu karung biochar kayu keras dan baunya seperti api unggun yang sudah padam, dan debu hitamnya melapisi jari Anda bahkan sebelum sekop pertama masuk ke tumpukan kompos. Itulah kayu keras kemasan yang saya campurkan ke kompos buatan sendiri lalu saya diamkan beberapa minggu. Dua karung yang tampak sama bisa berkinerja sama sekali berbeda pada tanah yang sama. Sumber biomassa, suhu pirolisis, dan ukuran produk adalah pembedanya.

Kualitas biochar dimulai dari satu angka yang bisa Anda tanyakan langsung ke pemasok. Rasio H:Corg membandingkan hidrogen dengan karbon organik, dan nilai di bawah 0,7 menandai arang yang masih menyimpan 60% hingga 90% karbonnya setelah 100 tahun di dalam tanah. Arang yang dibuat di atas 550°C didominasi inertinit, bentuk karbon paling stabil. Mintalah angka itu, dan anggap penjual yang tidak bisa menunjukkannya sedang menjual tebakan.

Bahan baku biochar juga menentukan berapa banyak karbon yang benar-benar sampai ke dalam karung. Colorado State melaporkan bahwa hanya 10% hingga 50% karbon bahan baku yang bertahan melewati pirolisis, dan besarannya bergantung pada sistem yang digunakan. Dua karung dari kayu yang sama bisa membawa jumlah karbon yang sangat berbeda. Biochar berbahan pupuk kandang adalah yang harus dijauhkan dari lahan bergaram. Cocokkan arang dengan tanah Anda dulu, baru berdebat soal harga.

Daun bawah yang pucat pada buncis tegak adalah gejala klasik terikatnya nitrogen. Itulah yang muncul di bedengan tinggi bagian tengah di sepanjang pagar selatan, sementara dua bedengan di sebelahnya tetap hijau tua sepanjang musim. Saya membenamkan arang segar berkarbon tinggi hanya di bedengan itu. Mekanismenya bukan misteri. Mikroba tanah memakan fraksi karbon yang mudah terurai dalam arang mentah, dan mereka menarik nitrogen keluar dari tanah sambil melakukannya. Para petani menyebut hasilnya sebagai hambatan hasil panen tahun pertama.

Solusinya berjalan dalam dua langkah, dan keduanya terjadi sebelum arang menyentuh tanaman. Mengisi biochar berarti mencampur arang mentah ke dalam kompos atau pupuk kandang. Lalu Anda biarkan mengendap selama berminggu-minggu sebelum musim tanam, agar hara dan kehidupan tanah lebih dulu mengisi ruang porinya. Biochar teraktivasi tiba di akar Anda dalam keadaan sudah terisi, dengan jauh lebih sedikit yang tersisa untuk diambil. Campuran kompos itu adalah keseluruhan tahap aktivasi. Anda tidak perlu produk kemasan berlabel.

Takaran aplikasi biochar itu adalah angka agronomis. Diukur dalam meter kubik yang disebar di atas satu hektare dengan alat berat, pada tanaman lahan luas, dan tidak bisa diperkecil begitu saja untuk bedengan tinggi di halaman rumah. Tidak ada sumber dalam riset ini yang memberi takaran volume untuk kebun rumah, jadi angka seukuran bedengan yang Anda baca daring adalah perkiraan seseorang. Mulai tipis, isi semuanya lebih dulu, dan amati satu bedengan selama satu musim penuh sebelum Anda menerapkannya ke seluruh halaman.

Biochar bersifat basa. Satu sifat itu mendorong sebagian besar kerugian biochar yang akan Anda temui, karena arang memperbaiki lahan masam dan tidak memberi keuntungan bagi tanah yang hasil ujinya sudah netral atau basa. Arang berkadar abu tinggi mendorong pH tanah naik paling kuat. Jadi kapan sebaiknya tidak memakai biochar? Mulailah dari satu angka laboratorium yang bisa Anda peroleh dengan beberapa dolar.

Dua bedengan saya menunggu dua tahun lagi untuk arang pertamanya sementara saya mencampurkannya ke segala hal lain musim gugur itu. Hasil ujinya 7,4 dan 7,6, dan pembenah bersifat basa hanya akan menjauhkan pH tanah dari titik yang diinginkan buncis dan bit. Sebagai gantinya saya benamkan arang itu di bawah pohon pinus, tempat jatuhnya jarum selama bertahun-tahun telah menurunkan bacaan hingga 5,9.

Musim pertama yang lemah punya satu penyebab yang perlu disingkirkan lebih dulu. Itu tidak selalu berarti tanah Anda tidak cocok untuk arang. Biochar segar berkarbon tinggi yang belum diisi menarik nitrogen menjauh dari tanaman Anda, karena mikroba tanah lebih dulu memakan karbon mudah teruarinya. USDA Northeast Climate Hub mendokumentasikan hambatan hasil panen ini dengan jelas. Campurkan arang ke dalam kompos atau pupuk kandang selama beberapa minggu sebelum tanam dan penyebab itu tersingkir.

Garam adalah hal kedua yang perlu diperiksa. Arang berbahan pupuk kandang memiliki daya hantar listrik lebih tinggi, sehingga menambah beban pada lahan yang kadar garamnya sudah tinggi. Lakukan uji pH dan garam terlarut sebelum Anda mengeluarkan satu sen pun untuk produk. Arang yang sama yang mengangkat hasil di satu lahan bisa tidak berpengaruh apa pun di lahan sebelahnya.

Ada dua angka yang sering dikutip soal pengaruh biochar terhadap karbon atmosfer, dan keduanya tidak mengukur hal yang sama. Sebuah model ekonomi terpadu menempatkan biochar sebagai penyerap hingga 2,8 GtCO2 per tahun, karena itulah yang akan terbangun pada harga karbon tertentu. Potensi berkelanjutannya berkisar 2,6 hingga 10,3 Pg CO2e per tahun, dan rentang itu menghitung lebih dari sekadar penyimpanan. Satu angka memproyeksikan penerapan. Yang lain adalah batas atas pada dasar perhitungan yang lebih luas. Satu angka bulat untuk penyerapan karbon menyembunyikan mana dari keduanya yang sedang Anda baca.

Sebaran angka yang dipublikasikan tampak lebih buruk daripada kenyataan buktinya. Di antara 19 studi, perkiraannya berkisar dari 0,03 hingga 11 Pg CO2e per tahun, dan tujuh dari 19 studi itu bersumber pada satu studi dasar oleh Woolf dan rekan. Sisanya menghitung hal yang berbeda. Sebagian melaporkan penghilangan karbon dioksida saja. Lainnya menambahkan emisi yang dihindari dan digantikan, yang menaikkan angka utama tanpa menyimpan satu gram karbon tambahan pun.

Pirolisis bukan cara paling ketat untuk menangkap karbon. Sistem yang dimodelkan menahan 56% karbon bahan baku, sedangkan bioenergi dengan penangkapan dan penyimpanan karbon menyimpan lebih dari 90%. Biochar mendapat tempatnya di ranah yang berbeda. Pada rasio H/C di bawah 0,7, 60% hingga 90% karbon itu masih ada di dalam tanah pada tahun ke-100, dan fraksi terukur itulah arti permanensi biochar. Jika Anda membeli kredit karbon, mintalah rasio itu secara eksplisit.

Penyimpanan karbon hanyalah separuh dari pengaruh biochar terhadap neraca gas rumah kaca. Pupuk melepaskan dinitrogen oksida, dan dalam pertanian Amerika Serikat itulah sumber terbesar dari semuanya, dihitung sebagai setara karbon dioksida. Besarnya hampir dua kali lipat sumber terbesar kedua. Colorado State Extension melaporkan penurunan rata-rata hampir 40% pada dinitrogen oksida tanah dalam telaah atas uji coba terdahulu. Sebarkan biochar di lahan yang dipupuk dan penurunan itu ikut diperhitungkan di samping karbon yang Anda simpan di dalam tanah.

Lakukan uji tanah sebelum Anda mengeluarkan uang. Anda perlu pH dan garam terlarut, karena dua angka itu menentukan apakah arang membantu lahan Anda atau merugikannya, dan uji laboratorium harganya hanya sepersekian dari satu palet produk yang salah. Lalu nilailah kualitas biochar dari lembar spesifikasi, bukan dari labelnya. Tanyakan kepada pemasok bahan bakunya, suhu pirolisisnya, dan rasio H:Corg di bawah 0,7, ambang untuk arang yang tetap stabil di dalam tanah selama ratusan tahun.

Belilah kompos pada saat yang sama. Campuran lapangannya adalah 10% hingga 30% biochar ke dalam 70% hingga 90% kompos, diaduk dan didiamkan selama beberapa minggu agar mikroba tanah lebih dulu melucuti karbon mudah terurai dari arang. Lewati masa tunggu itu dan arang segar akan mengikat nitrogen pada tahun pertama. Untuk aplikasi biochar dalam skala lapangan, USDA Northeast Climate Hub menetapkan arang serpih kayu yang sudah dicampur pada 7,5 hingga 19 m kubik per hektare. Tidak ada sumber dalam riset ini yang memberi takaran volume terverifikasi untuk kebun rumah, jadi perlakukan angka itu sebagai praktik pertanian, bukan sesuatu untuk diperkecil.

Dua hasil uji berikut menuntut kehati-hatian, bukan penolakan menyeluruh. Pada tanah yang sudah menunjukkan netral atau basa, biochar basa berkadar abu tinggi mendorong pH makin jauh ke arah yang tidak Anda inginkan. Pada lahan bergaram, biochar berbahan pupuk kandang membawa lebih banyak garam. Keduanya adalah masalah produk, dan keduanya bisa dihindari begitu Anda tahu apa yang sedang terjadi pada tanah Anda.

Petani di AS punya jalur pendanaan yang layak dihubungi. NRCS Conservation Practice Standard 336, Soil Carbon Amendment, ditetapkan pada 2022. Program ini menyediakan bantuan teknis dan finansial untuk menambahkan kompos atau biochar guna menaikkan karbon tanah. Adopsi komersial tetap rendah dibanding ukuran pasar potensialnya, dan pekebun rumahan serta pekebun komersial kecillah yang mendorong sebagian besar pertumbuhan yang ada. Jadi mulailah dari yang kecil. Benamkan satu batch biochar yang sudah diisi ke satu bedengan saja, lalu uji lagi bedengan itu musim depan.