Biochar adalah bahan padat yang kaya akan karbon yang dihasilkan melalui proses pembakaran tidak sempurna atau proses pirolisis (pemanasan tanpa/terbatas oksigen). Potensi penggunaan biochar sangat besar, mengingat bahan bakunya seperti tempurung kelapa, sekam padi, kulit buah kakao, tongkol jagung, tempurung kelapa sawit, dan limbah pertanian lainnya. Biochar merupakan bahan organik karbon yang sangat stabil dan memiliki struktur mirip dengan arang. Berarti biochar memiliki daya tahan tinggi terhadap dekomposisi dan dapat bertahan didalam tanah dalam jangka waktu lama.

Biochar bukanlah pupuk melainkan pembenah tanah. Penggunaan biochar telah mendapatkan perhatian yang meningkat sebagai salah satu solusi untuk mitigasi perubahan iklim dan pengelolaan limbah organik. Seperti yang kami singgung di awal tadi bahwa biochar ini kaya akan unsur karbon. Unsur karbon adalah unsur kimia dengan simbol C dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Karbon adalah unsur non-logam yang memiliki peran penting kimia organik. Unsur karbon memiliki berbagai macam manfaat didunia pertanian, seperti :

1. Sumber bahan organik : karbon merupakan komponen utama dari bahan organik dalam tanah, seperti sisa-sisa tanaman, serasah, dan humus. Bahan organik ini mempunyai peran sebagai “makanan” untuk mikroorganisme tanah seperti, jamur dan bakteri yang berperan sebagai siklus nutrisi dan dekomposisi dari bahan organik.
2. Peningkatan struktur tanah : ketika karbon terikat dalam bentuk bahan organik akan meningkatkan agregat tanah. Agregat adalah gumpalan partikel tanah yang membentuk struktur lebih besar dan pori-pori mikro, meningkatkan drainase, aerasi tanah, dan retensi air.
3. Penyimpanan nutrisi : karbon dalam bentuk bahan organik mampu sebagai penyangga penyimpanan nutrisi penting dalam tanah, seperti nitrogen, fosfor, kalium, kalsium, dan unsur mikro lainnya. Karbon dapat mencegah hilangnya nutrisi melalui erosi dan filtrasi air tanah.
4. Pengikat air : karbon memiliki kemampuan menyimpan atau menahan air didalam tanah sehingga membantu dari kekeringan dan menyediakan ketersediaan air bagi tanaman.
5. Peningkatan kesuburuan tanah : keberadaan karbon dalam bentuk bahan organik memainkan peran krusial dalam meningkatkan kesuburan tanah. Melalui proses dekomposisi bahan organik ini akan menghasilkan senyawa organik komplek seperti asam humat yang akan membantu menyediakan nutrisi bagi tanaman dan memudahkan tanaman dalam mengaksesnya.
6. Memperbaiki struktur tanah : penggunaan pupuk kimia secara berlebihan akan merusak tanah sehingga dapat merubah sifat fisik, kimia, dan biologis tanah. Peran unsur karbon dapat memperbaiki tanah baik secara fisik, kimia, maupun biologis sehingga akan menjadi media tumbuh yang baik untuk tanaman.
7. Mitigasi perubahan iklim : sebagai bagian siklus karbon alami, karbon dalam bahan baku organik dapat berperan penyimpanan karbon dalam jangka waktu panjang. Dengan penyimpanan karbon dalam jangka waktu lama ini akan mengurangi karbon dioksida (CO2) di atmosfer, sehingga akan mengurangi efek pemanasan global.

Biochar dihasilkan melalui proses pirolisis. Proses pirolisis pada biochar adalah proses pemanasan biomassa seperti serasah tanaman, kayu, jerami, atau limbah pertanian. Pemasanan ini membutuhkan suhu yang cukup tinggi sekitar 200-350^o C selama 1-5 jam tanpa maupun terbatas oksigen. Proses ini bertujuan untuk merubah biomassa menjadi bahan yang stabil, secara kimia dikenal sebagai biochar.

Proses pirolisis biasanya terjadi dalam lingkungan oksigen atau dengan oksigen terbatas sehingga tidak pembakaran yang sempurna. Ini menyebabkan terjadinya reaksi termal komplek dalam biomassa seperti biochar. Berikut adalah mekanisme proses pirolisis pada biochar :

1. Pengeringan : Biomassa biasanya masih mengandung sejumlah air dan kelembaban. Dalam tahap ini, biomassa dipanaskan dengan suhu rendah untuk menghilangkan kelembaban dan air yang terkandung didalamnya.
2. Pemanasan awal : setelah tahap pengeringan, perlahan mulai dinaikkan suhunya menjadi lebih tinggi. Terjadi dekomposisi awal dari berbagai senyawa organik kompleks dalam biomassa seperti selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Senyawa-senyawa ini berada pada tahap pertengahan antara bahan organic utuh dan akhir biomassa.
3. Peristiwa pelepasan gas : seiring bertambahnya suhu, diikuti dengan proses pelepasan gas volatil dari biomassa. Gas-gas ini meliputi uap air, metana (CH4), karbon monoksida (CO), Hidrogen (H2), asam asetat, dan senyawa organik lainnya. Pelepasan gas ini terjadi karena dekomposisi lebih lanjut dari senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana.
4. Pembentukan biochar : pada suhu tinggi sekitar 350^o C terjadi pembentukan biochar secara intens. Proses ini melibatkan dekomposisi senyawa-senyawa organik yang tersisa dalam biomassa menjadi karbon padat. Molekul kompleks dalam biomassa terurai menjadi rantai karbon yang lebih pendek dan akhirnya membentuk biochar yang stabil secara kimia.
5. Pembentukan senyawa ring : tahap terakhir yang memberikan reaksi membentuk senyawa-senyawa aromatik dan ring karbon. Senyawa ini akan meningkatkan stabilitas biochar dan mempengaruhi sifat fisik dan kimia dari biochar itu sendiri.

Yang kerap menjadi pertanyaan adalah perbedaan antara proses pirolisis dengan pembakaran biasa. Proses pirolisis dengan pembakaran biasa memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Secara lingkungan reaksi, proses pirolisis terjadi dalam ruang lingkup tanpa maupun terbatas oksigen sehingga pembakaran yang terjadi tidak sempurna dan biomassa terurai menjadi produk seperti biochar. Sedangkan pembakaran biasa, proses pembakarannya kaya akan oksigen dan reaksi pembakarannya akan menghasilkan karbon diokasida (CO2) dan air (H20).

Pengaplikasian biochar bisa beberapa metode, yaitu :

1. Pencampuran dengan tanah : Biochar yang diaplikasikan secara tunggal yang dicampurkan dengan tanah mampu meningkatkan kesuburan tanah, meningkatkan struktur tanah, dan meningkatkan kapasitas penahanan air dan nutrisi.
2. Campuran dengan kompos dan pupuk : Campuran biochar dengan kompos maupun pupuk dapat memperkaya karbon dan nutrisi untuk pemenuhan asupan makanan bagi tanaman.
3. Aplikasi sebagai lapisan permukaan tanah : Biochar dapat diaplikasikan dipermukaan tanah. Tujuannya untuk mengurangi penguapan air, memperbaiki struktur tanah, dan mencegah kehilangan nutrisi.