kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah ...

KUALITAS LIMBAH PERTANIAN SEBAGAI BAHAN BAKU
PEMBENAH TANAH BERUPA BIOCHAR UNTUK
REHABILITASI LAHAN
NL. Nurida, A. Dariah dan A. Rachman
ABSTRAK
Dalam upaya meningkatkan kualitas sifat fisik tanah, sebaiknya dipilih
bahan pembenah dari bahan yang sulit terdekomposisi agar dapat bertahan lama
dalam tanah. Bahan yang mudah diperoleh dan relatif murah adalah penggunaan
limbah pertanian seperti tempurung kelapa, kulit buah kakao, sekam padi, batang
kayu bakau, tempurung kelapa sawit dll. Penelitian ini bertujuan untuk
mendapatkan limbah pertanian yang berkualitas sebagai bahan baku pembenah
tanah dalam rangka rehabilitasi lahan kering. Limbah pertanian yang diuji adalah
(1) tempurung kelapa, (2) kulit buah kakao, (3) sekam padi, dan (4) kulit kelapa
sawit, dengan lama pembakaran (1) 1 jam, (2) 2 jam dan (3) 3,5 jam.
Pembakaran dilakukan dengan menggunakan pirolisator untuk mendapatkan
arang (biochar) melalui pembakaran tidak sempurna (pyrolisis) dengan suhu
sekitar 250-300 0 C. Kriteria yang digunakan jumlah arang yang dihasilkan
kemampuan meretensi air (water holding capacity), C-organik total, dan
kelembaban, kadar N, P, dan K. Hasil penelitian menunjukkan bahwa melalui
proses pembakaran tidak sempurna (pirolisis), jumlah arang yang dihasilkan
sekitar 18,0-53,5%. Tempurung kelapa sawit, kulit buah kakao dan sekam padi
menghasilkan arang yang paling tinggi bila dibakar selama 3.5 jam, sedangkan
hasil arang tertinggi dari tempurung sawit dicapai bila dibakar selama 1 jam.
Kemampuan meretensi air paling tinggi dicapai bila dilakukan pembakaran
selama 1 jam untuk arang tempurung kelapa dan tempurung sawit, serta
pemakaran 3,5 jam untuk arang kulit buah kakao dan sekam padi. Kadar Corganik
arang tempurung kelapa tergolong paling rendah yaitu hanya C-organik
sebesar 1,37-1,70%, selain itu kandungan unsur hara makro yang terkandung
dalam arang tempurung kelapa juga tergolong paling rendah baik yang dibakar 1
jam, 2 jam maupun 3,5 jam. Dengan pertimbangan sifat fisik dan kimia arang
yang dihasilkan, maka telah terpilih 3 jenis bahan arang (biochar) terbaik yaitu
kakao dengan lama pembakaran 3,5 jam; tempurung sawit dengan lama
pembakaran 1 jam dan sekam padi dengan lama pembakaran 3.5 jam.
PENDAHULUAN
Pada saat ini, pertanian tanaman pangan di lahan kering dihadapkan
kepada masalah pengelolaan lahan yang tidak sesuai dengan potensi dan
kesesuaiannya. Selain untuk menanggulangi penurunan degradasi kimia tanah,
kegiatan rehabilitasi lahan juga harus diarahkan pada perbaikan sifat fisik tanah.
211

212
NL. Nurida et al.,
Untuk mempercepat pemulihan sifat fisik tanah perlu dilakukan upaya rehabilitasi
lahan dengan menggunakan berbagai bahan amelioran yang mudah tersedia.
Salah satu upaya perbaikan kualitas tanah yang dapat ditempuh adalah
penggunaan bahan-bahan yang tergolong sebagai bahan pembenah tanah.
Dalam upaya meningkatkan kualitas sifat fisik tanah, sebaiknya dipilih bahan
pembenah dari bahan yang sulit terdekomposisi agar dapat bertahan lama dalam
tanah. Bahan yang mudah diperoleh dan relatif murah adalah penggunaan limbah
pertanian seperti tempurung kelapa, kulit buah kakao, sekam padi, batang kayu
bakau, tempurung kelapa sawit dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut sangat sulit
didekomposisi, dan dalam penerapannya diperlukan proses antara yaitu
pembakaran tidak sempurna (pyrolisis) sehingga diperoleh arang yang
mengandung karbon aktif untuk diaplikasikan ke dalam tanah.
Di Indonesia potensi penggunaan charcoal atau biochar cukup besar,
mengingat bahan baku seperti residu kayu, tempurung kelapa, sekam padi,
tanaman bakau cukup tersedia. Potensi tempurung kelapa di Indonesia sangat
besar mengingat luas areal tanaman kelapa di Indonesia tergolong terluas di
dunia yaitu mencapai 3,7 juta hektar dengan produksi setara kopra sebesar 3 juta
ton (Ditjen Bina Produksi, 2001). Proporsi tempurung dari satu buah kelapa
sekitar 15-19%. Pembuatan arang cukup dikenal masyarakat Indonesia, namun
belum dimanfaatkan sebagai pembenah tanah, selama ini umumnya pembuatan
arang (charcoal) dari limbah pertanian ditujukan untuk ekspor. Data dari Biro
Pusat Statistik (2000) menunjukkan bahwa ekspor arang terus meningkat
terutama yang berasal dari tempurung kelapa. Okimori et al. (2003) melaporkan
bahwa pada tahun 2000, Indonesia mampu mengekspor sekitar 150.000 ton
arang yang berasal dari bakau (44 394 ton), tempurung kelapa (26 735 ton) dan
sisanya berasal dari kayu.
Penggunaan bahan pembenah tanah berbahan baku limbah pertanian
yang sulit terdekomposisi merupakan salah satu alternatif yang dapat ditempuh
untuk mempercepat peningkatan kualitas sifat fisik tanah. Kendala-kendala fisik
dalam pemanfaatan lahan kering sebagai sumber pangan dapat dikurangi
sehingga produksi tanaman dapat ditingkatkan. Penelitian ini bertujuan untuk
mendapatkan limbah pertanian yang berkualitas sebagai bahan baku pembenah
tanah dalam rangka rehabilitasi lahan kering.

Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah
METODE PENELITIAN
Pemilihan bahan pembenah tanah berbahan baku limbah pertanian
dilakukan di laboratorium. Mengingat bahan baku limbah pertanian mempunyai
kualitas yang berbeda, maka untuk menghasilkan arang dalam bentuk padatan
diperlukan waktu pembakaran yang berbeda pula. Limbah pertanian yang diuji
adalah (1) tempurung kelapa, (2) kulit buah kakao, (3) sekam padi, dan (4)
tempurung kelapa sawit, dengan lama pembakaran (1) 1 jam, (2) 2 jam dan (3)
3,5 jam. Pembakaran dilakukan dengan menggunakan pirolisator untuk
mendapatkan arang (biochar) melalui pembakaran tidak sempurna (pyrolisis)
dengan suhu sekitar 250-300 0 C. Masing-masing jenis bahan baku dimasukkan ke
dalam drum pirolisator sampai penuh, selanjutnya hasil pembakaran (arang)
ditimbang. Pengujian bahan pembenah tanah dilakukan untuk mendapat 3 (tiga)
jenis bahan yang terbaik berdasarkan kriteria jumlah arang yang dihasilkan
kemampuan meretensi air (water holding capacity), C-organik total, dan
kelembaban, kadar N, P, dan K. Pengamatan terhadap kriteria penilaian
dilakukan sebelum dan sesudah proses pembakaran.
HASIL PENELITIAN
Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku arang (biochar)
Kualitas limbah pertanian yang digunakan sebagai bahan baku arang
(biochar) yang berasal dari limbah pertanian cukup beragam. Ditinjau sifat kimia
tanaman, keempat jenis limbah pertanian tersebut sangat potensial untuk
dijadikan bahan arang, namun perlu diuji lamanya pembakaran yang ideal untuk
menghasilkan arang yang berkualitas. Selain itu, untuk menentukan limbah
pertanian yang terbaik sebagai bahan baku pembenah tanah berupa arang masih
perlu dilihat dari sifat kimia dan fisika arang yang dihasilkan. Ogawa (2006)
mengemukakan bahwa kualitas charcoal atau biochar sangat tergantung pada
sifat kimia dan fisik biochar yang ditentukan oleh jenis bahan baku (kayu lunak,
kayu keras, sekam padi dll.) dan metode karbonisasi (tipe alat pembakaran,
temperatur), dan bentuk biochar (padat, serbuk, karbon aktif).
Pada Tabel 1 dapat dilihat bahwa kandungan C-organik dan kandungan
unsur hara makro seperti N, P dan K dari tempurung kelapa tergolong paling
rendah dibandingkan ketiga limbah pertanian lainnya (kulit kakao, tempurung
kelapa sawit dan sekam padi). Limbah pertanian yang digunakan sebagai bahan
baku pembuatan arang adalah limbah pertanian dengan rasio C/N yang tinggi
213

214
NL. Nurida et al.,
(>20), bahkan tempurung kelapa mempunyai rasio C/N yang sangat tinggi yaitu
122. Limbah pertanian dengan rasio C/N tinggi tersebut kurang potensial untuk
dijadikan kompos, namun sangat potensial untuk dijadikan arang (biochar) yang
mampu berfungsi sebagai pembenah tanah. Kandungan C-organik total cukup
tinggi yaitu > 20%, bahkan kulit buah kakao, tempurung sawit dan sekam padi
memiliki kandungan C-organik total > 35%. Selain itu kandungan unsur hara
esensial (N, P dan K) dari tempurung kelapa relatif lebih rendah dibandingkan
limbah pertanian lainnya.
Tabel 1. Hasil analisis bahan arang (biochar) dari limbah pertanian yang
digunakan
Variabel
Tempurung
kelapa
Kulit buah
kakao
Tempurung
kelapa sawit
Sekam padi
C-organik total (%) 24.33 37.5 37.53 35.98
Asam humat (%) 0.56 0.91 2.1 0.79
Asam fulfat (%) 0.71 3.31 2.36 1.57
Kadar abu (%) 2.09 13.65 10.04 27.05
Kadar N (%) 0.20 1.91 1.09 0.73
C/N rasio 122 20 34 49
Kadar P (%) 0.02 0.4 0.09 0.14
Kadar K (%) 0.01 0.47 0.01 0.03
Sifat fisik arang (biochar) sebagai bahan pembenah tanah
Pada Tabel 2 dapat dilihat hasil analisis arang yang dihasilkan dari empat
macam limbah pertanian dengan lama pembakaran 1 jam, 2 jam dan 3,5 jam.
Setelah melalui proses pembakaran tidak sempurna (pirolisis) terlihat bahwa
jumlah arang yang dihasilkan sekitar 18,0-53,5%. Tempurung kelapa , kulit buah
kakao dan sekam padi menghasilkan arang yang paling tinggi bila dibakar selama
3.5 jam, sedangkan hasil arang tertinggi dari tempurung sawit dicapai bila dibakar
selama 1 jam. Namun demikian, untuk menghasilkan arang secara menyeluruh
dibutuhkan waktu yang berbeda yaitu 2 jam, 1 jam, 9 jam dan 1 jam masingmasing
untuk tempurung kelapa, kulit buah kakao, tempurung kelapa sawit dan
sekam padi (Tabel 2). Perbedaan waktu yang dibutuhkan sampai terbentuk arang
tergantung pada kadar air, bentuk dan komposisi kimia limbah pertanian yang
digunakan. Pembakaran dengan temperatur yang lebih tinggi akan menurunkan
produksi biochar namun meningkatkan fixed carbon (Tanaka, 1963), sedangkan
proporsi abu biochar berpengaruh langsung terhadap nilai pH.

Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah
Tabel 2. Hasil analisis fisik biochar sebagai bahan pembenah tanah
Variabel 1
jam
Tempurung kelapa Kulit Kakao Tempurung Sawit Sekam padi
2
jam
3.5
jam
1
jam
Berat arang (kg) 7.0 7.5 7.6 2.8 2.7 3.3 10.7 11.4 21.8 2.8 2.8 3.8
Persentase arang (%) 23.3 25.0 25.3 18.7 18.0 22.0 53.5 45.6 48.4 23.3 23.3 30.4
Persentase abu (%) 2.0 1.7 1.3 4.7 3.3 0.0 2.5 2.8 3.3 13.3 11.7 11.2
Volume asap cair (liter)
Persentase asap cair
6 7.5 11.5 5 5.5 6 6 8 12 3.5 3 5
(%)
Kemampuan retensi air
20.0 25.0 38.3 33.3 36.7 40.0 30.0 32.0 26.7 29.2 25.0 40.0
(%) 55.1 48.2 49.6 47.6 49.4 50.5 63.2 63.1 62.6 37.5 38.3 40.0
Kadar air (%) 8 6 7.5 17.5 19.5 11.5 5 3 6 2 3 2.5
(%) 70
60
50
40
30
20
(%) 70
60
50
40
30
20
1 jam
Tempurung kelapa
2 jam 3.5 jam
5' 10' 15' 20' 25' 30' 40' 50' 60' 75' 90'
Waktu (menit)
1 jam
Tempurung kelapa sawit
2 jam 3.5 jam
5' 10' 15' 20' 25' 30' 40' 50' 60' 75' 90'
Waktu (menit)
Gambar 1. Kemampuan retensi air biochar limbah pertanian
Kemampuan meretensi air merupakan kriteria yang penting mengingat
bahan pembenah tanah berupa arang akan digunakan di lahan kering yang
mempunyai kendala ketersediaan air. Arang tempurung kelapa sawit mempunyai
kemampuan meretensi air paling tinggi yaitu sekitar 62,6 – 63,2%, sedangkan
arang lainnya berkisar antara 37,5% sampai 55,1%. Kemampuan merentensi air
kemungkinan sangat tergantung pada bentuk dan porositas (volume pori) arang
2
jam
(%) 70
60
50
40
30
20
(%) 70
60
50
40
30
20
3.5
jam
1
jam
2
jam
3.5
jam
1
jam
1 j am
Kulit buah kakao
2 jam 3.5 jam
2
jam
5' 10' 15' 20' 25' 30' 40' 50' 60' 75' 90'
Waktu (menit)
1 jam
Sekam padi
2 jam 3.5 jam
5' 10' 15' 20' 25' 30' 40' 50' 60' 75' 90'
Waktu (menit)
3.5
jam
215

216
NL. Nurida et al.,
yang dihasilkan. Bila dilihat pada masing-masing jenis bahan baku, arang yang
mampu meretensi air tertinggi adalah sebagai berikut: arang tempurung kelapa
yang dibakar 1 jam, arang kulit buah kakao yang dibakar 3,5 jam, arang
tempurung sawit yang dibakar 1 jam serta arang sekam padi yang dibakar 3,5
jam.
Sifat kimia arang (biochar) sebagai bahan pembenah tanah
Pada Gambar 2 terlihat bahwa arang yang masih mempunyai kandungan
C-organik total cukup tinggi (>4%) sehingga diharapkan mampu meningkatkan
kadar bahan organik tanah dan berperan dalam memperbaiki sifat fisik dan
biologi tanah. Sebelum dibakar kadar C-organik tempurung kelapa sekitar
24,33%, namun setelah dalam bentuk arang kadar Corganik sangat rendah yaitu
hanya 1,37-1,70%, jauh lebih rendah dari ketiga jenis limbah pertanian lainnya.
Arang tempurung kelapa sawit memiliki kadar C-organik dan N-total lebih tinggi
dibandingkan arang lainnya, sedangkan arang coklat mengandung P dan K yang
masih cukup tinggi. Pada Gambar 2 dapat juga dilihat bahwa dari kandungan Ntotal,
P dan K arang tempurung kelapa jauh lebih rendah dibandingkan ketiga
jenis arang lainnya.
(%)
(%)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Kadar C-organik
M entah dibakar 1 jam dibakar 2 jam dibakar 3 jam
0.6
0.4
0.2
0.0
Kelapa Kakao Sawit Sekam padi
Kadar P
M entah dibakar 1 jam dibakar 2 jam dibakar 3 jam
Kelapa Kakao Sawit Padi
Kadar N-total
Gambar 2. Kandungan C-organik, N-total, P dan K biochar limbah pertanian
(%)
(%)
M entah dibakar 1 jam dibakar 2 jam dibakar 3 jam
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Kelapa Kakao Sawit Padi
Kadar K
M entah dibakar 1 jam dibakar 2 jam dibakar 3 jam
Kelapa Kakao Sawit Padi

Kualitas limbah pertanian sebagai bahan baku pembenah tanah
Tabel 3. Hasil analisis kimia biochar limbah pertanian sebagai bahan
pembenah tanah
Variabel 1
jam
Tempurung kelapa Kulit kakao Tempurung sawit Sekam padi
2
jam
3.5
jam
1
jam
2
jam
Asam humat (%) tad tad tad tad tad tad 1.08 0.59 0.46 tad tad tad
Asam fulfat (%) 0.03 0.05 0.07 0.23 0.05 0.09 2.55 1.52 1.28 0.07 0.06 0.05
Kadar abu (%) 1.46 1.42 1.27 27.89 28.79 27.36 26.07 40.94 26.38 53.4 47.04 48.9
Kadar Ca (%) 0.06 0.04 0.05 1.29 1.44 1.3 0.67 1.00 0.66 0.31 0.13 0.21
Kadar Mg (%) 0.03 0.03 0.03 0.85 0.98 0.86 0.31 0.55 0.31 0.13 0.07 0.13
Keterangan: tad=data masih dianalisis
Ditinjau dari kadar abu dan kandungan unsur hara makro lainnya seperti
Ca dan Mg dalam arang tempurung kelapa juga tergolong paling rendah baik
yang dibakar 1 jam, 2 jam maupun 3,5 jam. Dengan demikian, ditinjau dari sifat
kimia arang maka dari seluruh arang yang dihasilkan, arang tempurung kelapa
mempunyai kualitas paling rendah untuk dijadikan pembenah tanah .
3.5
jam
KESIMPULAN
1. Limbah pertanian tempurung kelapa, kulit buah kakao, tempurung kelapa
sawit dan sekam padi sangat potensial untuk dijadikan bahan arang,
namun diperlukan lama pembakaran yang berbeda untuk menghasilkan
arang yang berkualitas.
2. Setelah melalui proses pembakaran tidak sempurna (pirolisis), jumlah
arang yang dihasilkan sekitar 18,0-53,5%. Kemampuan meretensi air paling
tinggi dihasilkan oleh arang tempurung kelapa (1 jam) dan arang
tempurung kelapa sawit, kulit buah kakao dan sekam padi (3,5 jam).
3. Kadar C-organik arang tempurung kelapa dan kandungan unsur hara arang
tempurung kelapa tergolong paling rendah baik yang dibakar 1 jam, 2 jam
maupun 3,5 jam.
4. Dengan pertimbangan sifat fisik dan kimia arang yang dihasilkan, maka
telah terpilih 3 jenis bahan arang (biochar) terbaik yaitu kakao dengan lama
pembakaran 3,5 jam; tempurung kelapa sawit dengan lama pembakaran 1
jam dan sekam padi dengan lama pembakaran 3.5 jam.
1
jam
2
jam
3.5
jam
1
jam
2
jam
3.5
jam
217

218
NL. Nurida et al.,
DAFTAR PUSTAKA
Biro Pusat Statistik. 2000. Ekspor-Impor Indonesia.
Direktorat Jenderal Bina Produksi. 2001. Statistik Perkebunan Indonesia.
Glaser, B., J. Lehmann, and W. Zech. 2002. Ameliorating physical and chemical
properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal: A review.
Biol. Fertil. Soils 35:219-230.
Ogawa, M.2006. Carbon sequestration by carbonization of biomass and
forestation:three case studies. p 133-146.
Okimori, Y., M. Ogawa, and F. Takahashi. 2003. Potential of CO2 reduction by
carbonizing biomass waste from industrial tree plantation in South Sumatra,
Indonesia. Mitigation and Adaption Strategies for Global Change 8. p 261-
280.
Tanaka, 1963. Fundamental study on wood carbonization. Bull. Exp. Forest of
Hokkaido University.