Biochar dari biomassa kelapa sawit: bagaimana arang meningkatkan kualitas tanah asam tropis dan mengurangi emisi

Setiap tahun, industri minyak sawit Malaysia menghasilkan sekitar 66 juta ton limbah biomassa: tandan buah kosong (TBS), serat mesocarp, cangkang inti sawit, pelepah, dan batang dari penanaman kembali. Sebagian besar material ini dibiarkan di lapangan untuk membusuk, dibakar di boiler pabrik untuk energi, atau: dalam operasi yang lebih tua: dibakar secara terbuka di tempat pembuangan. Konversi biomassa limbah ini menjadi biocar menawarkan jalur yang berbeda secara fundamental: mengubah residu pertanian menjadi bahan penambah tanah yang stabil yang meningkatkan tanah tropis asam, mengurangi pencucian nutrisi, dan mengunci karbon ke dalam tanah selama berabad-abad.

Penelitian yang diterbitkan di Science of the Total Environment memperkirakan bahwa pemanfaatan biomassa kelapa sawit yang tersedia untuk produksi biocar di Malaysia dapat menghilangkan 6 hingga 12,4 juta ton CO2-ekuivalen setiap tahun, dan mengurangi emisi pertanian Malaysia hingga 54%. Bagi industri yang menghadapi persyaratan keberlanjutan RSPO yang semakin ketat dan mekanisme penyesuaian batas karbon internasional, biocar mewakili peluang agronomis dan aset akuntansi karbon.

Apa yang dilakukan biocar terhadap tanah tropis asam

Biocar diproduksi dengan memanaskan bahan organik pada suhu 300 hingga 700°C tanpa oksigen: sebuah proses yang disebut pirolisis. Bahan mirip arang yang dihasilkan memiliki mikrostruktur yang sangat berpori, luas permukaan internal yang besar, dan pH yang sebagian besar bersifat basa (7,5 hingga 10,5 tergantung pada suhu produksi dan bahan baku). Sifat fisik dan kimia ini menghasilkan beberapa peningkatan tanah secara simultan ketika biocar dimasukkan ke dalam Ultisol dan Oksisol asam Malaysia.

Penyangga pH adalah efek yang paling langsung. Biocar TBS yang diproduksi pada suhu sedang (400 hingga 500°C) memiliki pH 8 hingga 10. Diterapkan pada 5 hingga 10 ton per hektar, biocar ini meningkatkan pH tanah sebesar 0,5 hingga 1,2 unit selama 12 bulan: sebanding dengan aplikasi dolomit tetapi dengan manfaat tambahan yang dijelaskan di bawah ini. Tidak seperti kapur, yang larut relatif cepat, biocar mempertahankan efek penyangga pH-nya selama bertahun-tahun karena tahan terhadap dekomposisi mikroba. Penentuan usia karbon-14 biocar di tanah tropis menunjukkan waktu tinggal rata-rata 100 hingga 1.000 tahun.

Kapasitas pertukaran kation (KPK) meningkat secara terukur setelah penambahan biocar. Luas permukaan partikel biocar yang besar, dikombinasikan dengan gugus fungsi bermuatan negatif pada permukaannya, menyediakan situs baru untuk menahan ion K+, Ca2+, Mg2+, dan NH4+. Uji coba pot dan lapangan di Malaysia menunjukkan peningkatan KPK sebesar 15 hingga 40% setelah penambahan biocar pada 5 ton per hektar pada tanah lempung berpasir dengan KPK rendah: tanah yang sama di mana pencucian kalium paling parah. Ini secara langsung mengurangi kehilangan pupuk dan meningkatkan efisiensi masukan yang diterapkan.

Pengurangan pencucian nitrogen didokumentasikan dengan sangat baik. Studi menggunakan biocar turunan TBS menemukan bahwa pencucian amonium-N berkurang 21 hingga 46% dibandingkan dengan tanah yang tidak diubah di bawah kondisi curah hujan simulasi Malaysia. Pada tanah miring di mana kehilangan nitrat dan amonium ke drainase merupakan biaya yang signifikan dan masalah lingkungan, penambahan biocar secara langsung meningkatkan efisiensi penggunaan nitrogen dari pupuk urea dan pupuk majemuk yang diterapkan.

Retensi air di tanah berpasir dan terdegradasi

Mikrostruktur biocar yang berpori menahan air di dalam saluran internalnya. Reservoir air mikro ini menyangga kelembaban tanah selama musim kemarau singkat yang semakin sering terjadi selama tahun-tahun El Nino di Semenanjung Malaysia dan Sabah. Uji coba pada tanah berpasir yang terdegradasi di Sabah menunjukkan bahwa petak yang ditambahkan biocar mempertahankan kadar air tanah yang terukur lebih tinggi selama 3 hingga 5 hari setelah kejadian curah hujan dibandingkan dengan kontrol yang tidak diubah. Untuk kelapa sawit yang mengalami abortus tandan selama tekanan panas dan defisit air, penyangga kelembaban tanah ini secara langsung mempertahankan hasil.

Biocar dan biologi tanah

Struktur biocar yang berpori menyediakan habitat bagi mikroorganisme tanah. Bakteri dan jamur mengkoloni pori-pori biocar, di mana mereka terlindungi dari predasi dan pengeringan. Selama 6 hingga 24 bulan setelah aplikasi, tanah yang ditambahkan biocar dalam uji coba lapangan Malaysia menunjukkan biomassa mikroba karbon yang jauh lebih tinggi, keragaman genus bakteri yang lebih besar, dan peningkatan aktivitas enzim (terutama fosfatase dan urease) dibandingkan dengan kontrol yang tidak diubah.

Aktivasi biologis ini memperkuat manfaat kimia langsung dari biocar. Aktivitas fosfatase yang lebih besar berarti lebih banyak fosfor yang terikat dapat tersedia bagi tanaman. Aktivitas urease yang lebih besar meningkatkan mineralisasi nitrogen dari masukan organik. Dikombinasikan dengan kondisioner tanah seperti SoilBoost EA yang secara langsung merangsang aktivitas enzim tanah, biocar menciptakan lingkungan tanah yang lebih kaya secara biologis di mana keseluruhan lebih besar dari jumlah bagian-bagiannya.

Tingkat aplikasi dan pertimbangan praktis

Biocar TBS tersedia dari beberapa pabrik minyak sawit Malaysia yang telah berinvestasi dalam unit pirolisis. Tingkat aplikasi 5 hingga 10 ton per hektar direkomendasikan untuk perubahan awal tanah yang terdegradasi atau sangat asam, dengan aplikasi pemeliharaan lanjutan 1 hingga 2 ton per hektar setiap tahun atau pada setiap siklus penanaman kembali. Biaya per ton saat ini lebih tinggi daripada input kapur yang sebanding, tetapi ketahanan efek biocar selama bertahun-tahun berarti bahwa biaya yang diamortisasi selama periode 5 tahun bersaing dengan pengapuran tahunan.

Biocar paling efektif ketika dimasukkan ke dalam lapisan tanah atas (0 hingga 20 cm) daripada diterapkan di permukaan, karena penggabungan memaksimalkan kontak dengan zona akar. Pada saat penanaman kembali, biocar yang dicampur ke dalam lubang tanam sebesar 2 hingga 3 kg per lubang memberikan peningkatan tanah yang terkonsentrasi pada titik di mana akar kelapa sawit muda pertama kali berkembang. Di perkebunan dewasa, biocar dapat diterapkan di permukaan ke lingkaran sawit dan diolah ke dalam tanah selama operasi pengelolaan antar baris normal.

Dikombinasikan dengan input organik: CSB Organico, mulsa TBS, dan biomassa tanaman penutup tanah legum dari Pueraria javanica: biocar menciptakan fondasi perubahan tanah jangka panjang yang menopang peningkatan biologis, kimia, dan fisik yang diperlukan untuk memaksimalkan produktivitas dari tanah perkebunan asam Malaysia.