Arang dan biochar sering dianggap sebagai bahan yang sama karena keduanya sama-sama berwarna hitam, berasal dari biomassa, dan memiliki kandungan karbon yang tinggi. Namun, secara fungsi dan tujuan pembuatannya, arang dan biochar memiliki perbedaan yang sangat penting.

Perbedaan tersebut tidak hanya terletak pada cara pembuatannya, tetapi juga pada tujuan penggunaan, karakter karbon, stabilitas karbon, serta manfaat yang ingin diperoleh.

Secara sederhana, arang pada umumnya dibuat untuk menghasilkan bahan bakar, sedangkan biochar dibuat sebagai material karbon yang relatif stabil untuk aplikasi tanah, pertanian, lingkungan, dan penyimpanan karbon.

1. Apa Itu Arang?

Arang adalah material padat kaya karbon yang dihasilkan dari pemanasan biomassa dengan oksigen terbatas. Bahan yang digunakan dapat berupa kayu, bambu, tempurung kelapa, ranting, atau biomassa lainnya.

Dalam penggunaan tradisional, tujuan utama pembuatan arang adalah menghasilkan bahan bakar yang memiliki nilai kalor tinggi.

Arang kemudian digunakan untuk:

• memasak;
• pembakaran;
• bahan bakar industri;
• pembuatan briket;
• berbagai kebutuhan energi lainnya.

Karena tujuan utamanya adalah energi, karakteristik yang biasanya diperhatikan pada arang adalah nilai kalor, kadar air, kadar abu, fixed carbon, kemampuan terbakar, dan kekuatan fisiknya.

Dengan demikian, karbon yang terdapat di dalam arang pada dasarnya merupakan energi kimia yang tersimpan dalam material karbon.

Ketika arang dibakar, karbon tersebut mengalami oksidasi dan sebagian besar dikonversi menjadi karbon dioksida (CO₂), sambil menghasilkan energi berupa panas.

Secara sederhana:

Biomassa → Arang → Pembakaran → CO₂ + Energi

2. Apa Itu Biochar?

Biochar adalah material kaya karbon yang dihasilkan melalui proses termokimia biomassa, terutama pirolisis dalam kondisi oksigen yang sangat terbatas, dengan tujuan menghasilkan material karbon yang dapat dimanfaatkan untuk tanah, pertanian, lingkungan, dan penyimpanan karbon.

Bahan bakunya dapat berasal dari:

• sekam padi;
• jerami;
• tongkol jagung;
• limbah perkebunan;
• ranting dan limbah kayu;
• bambu;
• tempurung kelapa;
• limbah peternakan;
• berbagai residu biomassa lainnya.

Dalam proses pirolisis, biomassa dipanaskan tanpa pembakaran sempurna. Sebagian material berubah menjadi gas dan senyawa volatil, sedangkan sebagian karbon tertinggal dalam bentuk padat.

Fraksi padat inilah yang kemudian dapat menjadi biochar.

Namun, tidak semua arang otomatis menjadi biochar.

Material karbon yang dibuat untuk bahan bakar disebut arang berdasarkan fungsi utamanya. Material yang diproduksi dan dikendalikan untuk aplikasi tanah atau lingkungan dapat dikategorikan sebagai biochar.

3. Kandungan Karbon: Persamaan Utama Arang dan Biochar

Baik arang maupun biochar sama-sama kaya karbon.

Karbon merupakan komponen penting dari keduanya karena proses pemanasan menyebabkan sebagian besar komponen biomassa yang mudah menguap keluar, sementara karbon semakin terkonsentrasi dalam fraksi padat.

Akan tetapi, kandungan karbon tidak memiliki satu nilai yang berlaku untuk semua arang atau biochar.

Jenis bahan baku, temperatur pirolisis, waktu pemanasan, kadar air, dan kondisi proses sangat memengaruhi kandungan karbon akhir.

Pada biochar, berbagai penelitian menunjukkan kandungan karbon dapat berada dalam rentang yang sangat luas. Salah satu kajian komprehensif melaporkan kandungan karbon biochar sekitar 62,2–92,4% pada berbagai kombinasi bahan baku dan kondisi pirolisis.

Hal ini menunjukkan bahwa istilah "biochar" tidak berarti memiliki kandungan karbon dengan angka tertentu. Karakter biochar harus dilihat berdasarkan bahan baku dan proses produksinya.

4. Karbon pada Arang: Energi yang Disimpan

Pada arang bahan bakar, karbon terutama memiliki nilai karena dapat menghasilkan energi ketika dibakar.

Karbon tersebut menjadi sumber energi kimia.

Semakin baik arang digunakan sebagai bahan bakar, semakin efektif karbonnya dioksidasi dan menghasilkan panas.

Karena itu, dari perspektif energi:

Karbon arang → dibakar → menghasilkan panas → karbon kembali terutama sebagai CO₂

Artinya, karbon yang sebelumnya tersimpan dalam biomassa hanya dipindahkan sementara ke dalam bentuk arang sebelum akhirnya dilepaskan kembali ketika arang dibakar.

Inilah perbedaan mendasar antara perspektif arang sebagai bahan bakar dan biochar sebagai material penyimpan karbon.

5. Karbon pada Biochar: Yang Penting Bukan Hanya Banyak, tetapi Stabil

Dalam biochar, keberadaan karbon mempunyai fungsi yang berbeda.

Tujuan penting proses pirolisis adalah mengubah sebagian karbon biomassa menjadi struktur karbon yang lebih stabil dan lebih sulit mengalami dekomposisi.

Selama proses pirolisis, selulosa, hemiselulosa, lignin, dan komponen organik lainnya mengalami perubahan akibat panas.

Sebagian senyawa volatil keluar sebagai gas dan uap, sementara sebagian karbon mengalami perubahan struktur menjadi karbon yang lebih terkondensasi dan aromatik.

Hasilnya adalah material karbon yang lebih resisten terhadap penguraian dibandingkan sebagian besar biomassa asalnya.

Secara sederhana:

Biomassa → Pirolisis → Biochar kaya karbon → Karbon relatif stabil → Tanah

Karena itu, dalam konteks biochar, terdapat dua konsep yang harus dibedakan:

Kandungan karbon dan stabilitas karbon.

Kandungan karbon menjawab:

Berapa banyak karbon yang terdapat dalam biochar?

Sedangkan stabilitas karbon menjawab:

Seberapa sulit karbon tersebut terurai dan kembali ke atmosfer?

Keduanya tidak sama.

Karbon tinggi tidak otomatis berarti karbon sangat stabil.

6. Mengapa Karbon Biochar Lebih Stabil?

Biomassa biasa mengandung banyak senyawa organik yang relatif mudah diuraikan oleh mikroorganisme.

Ketika biomassa mengalami pirolisis, sebagian struktur tersebut mengalami transformasi menjadi struktur karbon yang lebih terkondensasi dan aromatik.

Struktur tersebut cenderung lebih tahan terhadap proses degradasi biologis.

Temperatur pirolisis menjadi salah satu faktor penting.

Secara umum, peningkatan temperatur pirolisis dapat meningkatkan tingkat aromatisasi dan stabilitas sebagian fraksi karbon biochar. Namun, hubungan tersebut tidak sederhana karena karakter akhir biochar juga dipengaruhi oleh jenis bahan baku, waktu tinggal, kondisi oksigen, dan teknologi pirolisis.

Karena itu, dua biochar yang dibuat dari bahan baku berbeda atau menggunakan kondisi pirolisis berbeda dapat mempunyai karakter karbon yang berbeda pula.

7. Tidak Semua Karbon Biochar Bersifat Permanen

Penting untuk memahami bahwa biochar bukan berarti seluruh karbon di dalamnya akan tersimpan selamanya.

Biochar terdiri dari berbagai fraksi karbon.

Sebagian karbon relatif mudah terurai, sedangkan sebagian lainnya sangat resisten terhadap degradasi.

Oleh karena itu, istilah yang lebih tepat adalah karbon yang relatif stabil atau persisten, bukan karbon yang pasti permanen.

Stabilitas biochar dapat dipengaruhi oleh:

• jenis biomassa;
• temperatur pirolisis;
• lama pemanasan;
• struktur karbon;
• kadar abu;
• ukuran partikel;
• kondisi tanah;
• aktivitas mikroorganisme;
• kondisi lingkungan.

Inilah alasan mengapa penelitian biochar tidak cukup hanya mengukur total karbon. Peneliti juga perlu melihat karakter kimia dan struktur karbon untuk mengetahui seberapa stabil karbon tersebut.

8. Mengapa Biochar Penting untuk Carbon Sequestration?

Salah satu keunggulan biochar adalah kemampuannya mengubah sebagian karbon biomassa menjadi bentuk karbon yang lebih persisten.

Jika biomassa dibiarkan terurai, karbon organiknya akan mengalami berbagai proses dekomposisi dan sebagian dapat kembali ke atmosfer.

Jika biomassa dibakar secara langsung, karbon dilepaskan dengan cepat terutama dalam bentuk CO₂.

Tetapi jika sebagian biomassa dikonversi menjadi biochar dan biochar tersebut diaplikasikan ke tanah, sebagian karbon dapat dipertahankan dalam bentuk yang lebih stabil.

Maka terbentuk jalur:

Biomassa → Pirolisis → Biochar → Tanah → Karbon relatif stabil

Konsep inilah yang membuat biochar menarik dalam pembahasan carbon sequestration, pertanian berkelanjutan, dan pengelolaan residu biomassa.

Biochar bukan sekadar material hitam untuk dicampurkan ke tanah, tetapi dapat menjadi salah satu cara untuk mengubah aliran karbon biomassa menjadi bentuk karbon yang lebih persisten.

9. Struktur Berpori Biochar

Selain kandungan karbon, biochar mempunyai karakteristik lain yang penting, yaitu struktur porinya.

Selama pirolisis, sebagian komponen biomassa terlepas sehingga meninggalkan struktur karbon dengan berbagai ukuran pori.

Pori-pori tersebut menghasilkan luas permukaan yang memungkinkan biochar berinteraksi dengan air, unsur hara, senyawa organik, dan mikroorganisme.

Karakter tersebut menjadi salah satu alasan biochar dapat memberikan berbagai fungsi ketika diaplikasikan ke tanah.

Biochar dapat berpotensi:

• meningkatkan retensi air;
• membantu mempertahankan unsur hara;
• menyediakan habitat mikro bagi mikroorganisme;
• memengaruhi sifat fisik dan kimia tanah;
• meningkatkan kandungan karbon tanah.

Namun, efek tersebut tidak selalu sama pada setiap kondisi. Jenis biochar, jenis tanah, tanaman, dosis, ukuran partikel, dan kondisi lingkungan sangat menentukan hasil akhirnya.

10. Manfaat Arang dan Biochar

Perbedaan fungsi keduanya dapat diringkas sebagai berikut:

Aspek	Arang	Biochar
Tujuan utama	Bahan bakar	Aplikasi tanah dan lingkungan
Sumber	Biomassa	Biomassa
Proses	Pembakaran tidak sempurna/pirolisis oksigen terbatas	Pirolisis atau proses termokimia terkontrol
Kandungan karbon	Tinggi, tergantung bahan dan proses	Umumnya tinggi, tergantung bahan dan proses
Fokus karbon	Nilai energi	Stabilitas dan penyimpanan karbon
Karbon mudah terbakar	Diinginkan	Bukan tujuan utama
Struktur karbon stabil	Bukan parameter utama	Parameter penting
Aplikasi tanah	Bukan fungsi utamanya	Salah satu fungsi utama
Carbon sequestration	Bukan tujuan utama	Salah satu tujuan penting
Manfaat pertanian	Terbatas jika hanya digunakan sebagai arang	Berpotensi memperbaiki beberapa sifat tanah
Nilai lingkungan	Terutama sebagai energi	Karbon, tanah, biomassa, dan lingkungan

11. Apakah Arang Bisa Diubah Menjadi Biochar?

Tidak cukup hanya dengan mengganti namanya.

Arang yang awalnya dibuat untuk bahan bakar tidak otomatis menjadi biochar ketika dimasukkan ke tanah.

Untuk digunakan sebagai biochar, perlu diketahui:

1. bahan baku yang digunakan;
2. proses produksinya;
3. temperatur dan waktu pirolisis;
4. kandungan karbon;
5. stabilitas karbon;
6. kadar abu;
7. pH;
8. kemungkinan kontaminan;
9. karakteristik fisik;
10. tujuan dan dosis aplikasinya.

Hal tersebut penting karena biochar merupakan material yang digunakan secara langsung dalam sistem tanah dan lingkungan.

12. Perbedaan Paling Mendasar: Nasib Karbon

Jika ingin memahami perbedaan arang dan biochar secara sederhana, kita dapat melihat nasib karbonnya.

Arang

Biomassa → Arang → Dibakar → Energi + CO₂

Karbon terutama dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Biochar

Biomassa → Pirolisis → Biochar → Tanah → Karbon relatif stabil

Karbon dipertahankan dalam bentuk yang lebih stabil dan dimanfaatkan sebagai bagian dari sistem tanah dan lingkungan.

Dengan demikian, perbedaan antara keduanya bukan karena arang tidak mengandung karbon sedangkan biochar mengandung karbon.

Keduanya sama-sama kaya karbon.

Perbedaannya adalah bagaimana karbon tersebut diperlakukan dan untuk apa karbon tersebut dimanfaatkan.

13. Kesimpulan

Arang dan biochar berasal dari keluarga material yang sama-sama kaya karbon, tetapi memiliki orientasi penggunaan yang berbeda.

Arang pada dasarnya memanfaatkan karbon sebagai sumber energi.

Biochar memanfaatkan karbon sebagai material yang relatif stabil untuk tanah, lingkungan, dan penyimpanan karbon.

Kandungan karbon merupakan karakter penting, tetapi kandungan karbon saja tidak cukup untuk menentukan kualitas biochar.

Yang juga penting adalah bentuk dan stabilitas karbon tersebut.

Proses pirolisis mengubah sebagian karbon biomassa menjadi struktur yang lebih terkondensasi dan relatif resisten terhadap degradasi. Karena itu, biochar memiliki potensi untuk mempertahankan sebagian karbon biomassa lebih lama di dalam tanah.

Inilah yang membuat biochar memiliki posisi penting dalam konsep pertanian berkelanjutan, pengelolaan limbah biomassa, kesehatan tanah, dan carbon sequestration.

Dengan pendekatan tersebut, biomassa yang sebelumnya dianggap sebagai limbah tidak hanya dibakar dan menghasilkan emisi, tetapi dapat dikonversi menjadi material karbon yang mempunyai fungsi baru:

Limbah biomassa → Pirolisis → Biochar → Karbon stabil → Tanah → Ekosistem pertanian

Pada akhirnya, perbedaan arang dan biochar dapat dirangkum dalam satu kalimat:

Arang terutama dibuat untuk membakar karbon sebagai energi, sedangkan biochar dibuat untuk mempertahankan sebagian karbon dalam bentuk yang lebih stabil dan memanfaatkannya bagi tanah serta lingkungan.

Literatur

1. Tomczyk, A., Sokołowska, Z., & Boguta, P. (2020). Biochar physicochemical properties: pyrolysis temperature and feedstock kind effects. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 19, 191–215.
2. Leng, L., & Huang, H. (2019). An overview of the effect of pyrolysis process parameters on biochar stability. Bioresource Technology, 270, 627–642.
3. Ippolito, J. A., Cui, L., Kammann, C., et al. (2020). Feedstock choice, pyrolysis temperature and type influence biochar characteristics: a comprehensive meta-data analysis review. Biochar, 2, 421–438.