Abstrak
Sekam padi, produk sampingan penting dari budidaya padi, merupakan ≈20% dari total berat produksi. Pengelolaannya sering kali tidak memadai, dengan praktik yang tidak berkelanjutan seperti pembakaran yang tidak terkendali menghasilkan dampak lingkungan yang parah. Studi ini melakukan analisis siklus hidup (LCA) untuk mengevaluasi produksi biochar, penggunaannya sebagai penyerap nutrisi dalam pengolahan air, dan aplikasi lahan berikutnya sebagai sistem pengolahan sekam padi, membandingkannya dengan sistem alternatif pembakaran langsung untuk pembangkitan energi. Penilaian ini menggunakan OpenLCA 2.2.0, yang mengintegrasikan data laboratorium dan basis data akses terbuka, bersama dengan metode IMPACT2002+, untuk mengevaluasi dampak lingkungan. Hasilnya menunjukkan bahwa proses persiapan biomassa menghasilkan beban lingkungan yang paling signifikan karena konsumsi energinya yang intensif dan penggunaan reagen. Sebaliknya, aplikasi lahan menghasilkan manfaat bersih dalam beberapa kategori yang dievaluasi, menyoroti potensinya sebagai penyerap karbon dan alternatif berkelanjutan untuk pertanian. Analisis sensitivitas terhadap variasi sumber energi, konsentrasi MgCl₂, dan dosis biochar yang diaplikasikan menunjukkan bahwa energi angin merupakan pilihan yang paling menguntungkan. Konsentrasi MgCl₂ yang tinggi meningkatkan dampak, dan memvariasikan dosis biochar yang diaplikasikan ke tanah tidak menghasilkan perubahan signifikan pada sebagian besar kategori dampak yang dievaluasi.

1 Pendahuluan
Produksi beras global pada periode 2023/24 adalah 530,1 juta ton, dengan Tiongkok dan India sebagai produsen paling menonjol. [ 1 ] Sebaliknya, Kolombia adalah produsen beras terbesar kedua di Amerika Latin dan Karibia, menempati peringkat pertama dalam nilai ekonomi di antara tanaman siklus pendek, memposisikan beras sebagai produk pertanian ketiga yang paling banyak dibudidayakan setelah kopi dan jagung. [ 2 ] Produsen paling signifikan di tingkat nasional ditemukan di departemen seperti Tolima, Meta, Casanare, dan Huila. [ 3 ]

Namun, beras memiliki kepentingan global yang sangat besar dalam hal aspek pangan, sosial, dan lingkungan. Di satu sisi, bagi hampir setengah dari populasi dunia, sereal ini merupakan makanan pokok yang diproduksi di ≈193 juta hektar (11% dari lahan subur dunia). [ 4 ] Di sisi lain, 30% emisi metana global dan 11% emisi nitrogen oksida berasal dari sawah. [ 5 ] Selain itu, produksi padi menghasilkan limbah pertanian yang sering dibuang secara tidak memadai, [ 6 ] seperti sekam padi, yang menyumbang 20% ​​dari total berat produksi padi. ​​[ 7 ] Metode utama pengolahannya adalah insinerasi karena biayanya yang rendah, [ 8 ] suatu praktik yang dianggap tidak berkelanjutan karena dampak buruknya, termasuk modifikasi sifat fisik dan kimia tanah dan gangguan biologis, [ 9 ] serta emisi partikulat dan gas rumah kaca. [ 10 ]

Teknologi yang paling banyak dipelajari dan digunakan untuk mengelola limbah ini adalah pembakaran langsung untuk menghasilkan energi. [ 11 , 12 ] Penelitian sebelumnya tentang analisis lingkungan kualitatif pada energi yang diperoleh dari sekam padi menyoroti keuntungan utama bahwa emisi CO2 bersih sama dengan nol pada tahap pembakaran, [ 13 ] serta emisi berbahaya yang lebih rendah seperti NOx, CH 4 , SOx, dan CO dibandingkan bahan bakar fosil karena kandungan S dan N yang sangat rendah, [ 11 ] dan penggunaan akhirnya sebagai pembangkit energi meningkatkan nilai tambah dari residu pertanian ini.

Demikian pula, sebagai teknologi yang menjanjikan untuk pengelolaan limbah agroindustri ini, biochar, bahan karbon dan kaya karbon yang stabil yang diperoleh dari pirolisis pada suhu antara 300 dan 1000 °C dari berbagai biomassa, termasuk limbah agroindustri, disajikan. [ 14 ] Ini adalah bahan multifungsi yang mampu meningkatkan sifat fisikokimia dan biologi tanah, [ 15 , 16 ] memitigasi perubahan iklim melalui penyerapan karbon, [ 17 ] dan memulihkan nutrisi penting dari air limbah, seperti nitrat (NO 3 − ) dan fosfat (PO 4 3− ), [ 18 – 20 ] yang dianggap sebagai ancaman bagi air tawar secara global karena mereka adalah faktor pembatas untuk eutrofikasi. [ 21 ] Selain itu, biochar dapat digunakan untuk mengolah air limbah dan kemudian diaplikasikan ke tanah, sehingga secara efektif memulihkan nutrisi penting dari air limbah dan selanjutnya meningkatkan kesuburan tanah setelah biochar yang diperkaya dikembalikan ke tanah sebagai pupuk. [ 22 ]

Penelitian terkini telah menunjukkan kemajuan signifikan dalam pengembangan dan penerapan biochar yang dimodifikasi magnesium (MgBC), khususnya untuk menghilangkan nutrisi dan kontaminan serta memperbaiki tanah. [ 23 ] menunjukkan bahwa pra-pengembangan meningkatkan impregnasi MgO dalam biochar jagung, meningkatkan efisiensi penyerapan fosfor dan potensi penggunaan sebagai pupuk lepas lambat. [ 24 ] menemukan bahwa penggunaan MgBC dalam akuakultur secara substansial meningkatkan penghapusan fosfor dan nitrogen, mengurangi eutrofikasi dan menjadi layak secara lingkungan dan ekonomi. Penelitian lain menyoroti efektivitas MgBC dalam remediasi tanah yang terkontaminasi logam berat seperti kadmium, [ 25 ] perbaikan tanah asam, [ 26 ] penggunaannya sebagai bahan terkapsul dengan sifat magnetik untuk memfasilitasi pemulihannya setelah penyerapan fosfat, [ 27 ] penerapannya sebagai donor elektron untuk meningkatkan denitrifikasi, [ 28 ] serta dalam strategi untuk menyeimbangkan rasio N:P dalam air limbah kota dengan pemulihan nutrisi secara simultan. [ 29 ]

Namun, meskipun manfaat biochar sudah diketahui, penting untuk menganalisis secara mendalam apakah manfaatnya benar-benar lebih besar daripada potensi kerusakan yang dapat ditimbulkannya. Hal ini memerlukan deskripsi sistem yang komprehensif untuk menilai efektivitasnya, dengan mengatasi berbagai kemungkinan dampak lingkungan, sosial, dan ekonomi. [ 30 ] Oleh karena itu, sangat penting untuk menganalisis implementasi strategi ini dari perspektif siklus hidup untuk menentukan efektivitasnya dalam mengurangi perubahan iklim dan mengidentifikasi faktor-faktor utama yang memengaruhi. [ 31 ]

Dalam beberapa tahun terakhir, LCA, sebuah metode yang mapan dan terstandarisasi yang digunakan untuk menilai dampak lingkungan potensial dari suatu produk (proses atau jasa) sepanjang siklus hidupnya, [ 32 ] telah digunakan secara luas untuk mengevaluasi efisiensi sistem biochar dengan menilai dampaknya terhadap berbagai jenis bahan baku, termasuk sekam padi dari berbagai perspektif termasuk produksinya, [ 33 , 34 ] penerapannya pada tanah; [ 31 , 35 , 36 ] sebagai tambahan terhadap sistem insinerasi langsung untuk pembangkitan energi menggunakan berbagai mekanisme insinerasi dan produksi seperti fluidized bed [ 37 , 38 ] dan fired boiler. [ 39 ]

Hingga saat ini, belum ditemukan penelitian yang menggunakan LCA untuk evaluasi lingkungan produksi biochar sekam padi yang diimpregnasi dengan magnesium (RHB-Mg), penerapannya dalam penghapusan nutrisi dari air yang terkontaminasi, dan penggunaan selanjutnya dalam budidaya padi Kolombia, serta perbandingannya dengan alternatif lain seperti pembakaran langsung residu agroindustri ini. Oleh karena itu, tujuan utama penelitian ini adalah untuk mengevaluasi dampak lingkungan menggunakan LCA dari penerapan RHB-Mg dalam proses berurutan 1) Transportasi, 2) Produksi, 3) Adsorpsi nitrat dan fosfat dari air yang terkontaminasi dan 4) Amandemen untuk tanah budidaya padi irigasi dalam konteks Kolombia dan akhirnya perbandingannya dengan dampak yang dihasilkan dalam proses pembakaran langsung dan produksi energi.

Dalam lingkup dan kontribusi signifikan Tujuan Pembangunan Berkelanjutan (SDGs), produksi dan penerapan biochar yang dimodifikasi magnesium akan mendukung pengelolaan air berkelanjutan dengan memfasilitasi pembuangan nitrat dan fosfat, nutrisi yang bertanggung jawab atas eutrofikasi. Lebih jauh lagi, memanfaatkan limbah agroindustri seperti sekam padi akan mendorong praktik produksi dan konsumsi yang bertanggung jawab. Lebih jauh lagi, karena biochar dianggap sebagai strategi utama untuk penyerapan karbon dan pengurangan emisi gas seperti CH₄ dan N₂O di tanah pertanian, hal itu akan berdampak signifikan terhadap aksi iklim. Potensinya sebagai peningkat kualitas tanah akan mendukung konservasi dan pemulihan ekosistem darat, memberikan kontribusi penting bagi pertanian yang lebih tangguh dan berkelanjutan.

2 Bagian Eksperimen
2.1 Penilaian Siklus Hidup
Untuk menentukan dan mempelajari dampak lingkungan yang mungkin terjadi selama proses: 1) produksi biochar yang berasal dari sekam padi, modifikasinya dengan magnesium klorida (MgCl 2 ), dan penggunaan sebagai adsorben di perairan yang terkontaminasi dengan nitrat (NO 3 − ) dan fosfat (PO₄ 3 − ) dan aplikasi selanjutnya dari adsorben yang dimuat dengan nutrisi ini di tanah potensial untuk budidaya padi irigasi sebagai kontribusi terhadap ekonomi sirkular dan 2) pembakaran langsung limbah ini untuk pembangkitan energi sebagai sumber energi terbarukan. LCA dilakukan dari pintu gerbang ke liang lahat, menurut empat fase yang ditetapkan dalam standar LCA [ 32 ] : definisi tujuan dan ruang lingkup, inventarisasi siklus hidup (LCI), penilaian dampak siklus hidup (LCIA), dan perbaikan dan interpretasi.

Metodologi LCA diimplementasikan menggunakan perangkat lunak sumber terbuka dan gratis OpenLCA 2.2.0. Input, output, dan material yang terkait dengan keseluruhan produksi biochar, proses aplikasi, dan pembakaran langsung dievaluasi secara holistik. Analisis dilakukan menggunakan data primer dan sekunder dan mengadopsi asumsi konservatif.

2.1.1 Pengertian Tujuan dan Ruang Lingkup
Terdapat penelitian LCA terkait pembakaran sekam padi secara langsung sebagai alternatif pembangkitan energi, [ 37 – 39 ] dan juga penelitian yang mendukung biochar sekam padi hanya mencakup produksinya saja [ 34 ] dan penggunaannya sebagai amandemen tanah; [ 31 , 35 , 36 ] namun, tidak ada satupun penelitian tersebut yang menghubungkan aplikasi LCA biochar sebagai penyerap di perairan tercemar dan penggunaan selanjutnya sebagai amandemen tanah. Penelitian ini difokuskan pada pemeriksaan dampak lingkungan yang timbul dari proses produksi dan penerapan biochar yang berasal dari sekam padi dengan cakupan dari pintu gerbang sampai liang lahat, yaitu dari pengangkutan sekam padi, pencucian, pengeringan, modifikasi dengan magnesium klorida (MgCl 2 ), transformasinya menjadi biochar dan penggunaan sebagai adsorben pada air yang terkontaminasi nitrat (NO 3 − ) dan fosfat (PO₄ 3 − ) dan penyelesaian selanjutnya sebagai amandemen tanah, dan perbandingannya dengan proses atau teknologi lain untuk penanganan sekam padi, seperti pembakaran langsung untuk pembangkitan energi; Perlu dicatat bahwa untuk kedua kasus tersebut dampak yang terkait dengan penanaman padi, pemanenan dan pemrosesan mekanis beras sekam untuk memperoleh beras merah dan produksi sekam tidak termasuk.

2.1.2 Unit Fungsional
Unit fungsional yang digunakan dalam kedua sistem adalah 2 ton sekam padi. ​​Dalam sistem biochar, sekam padi yang diimpregnasi dengan magnesium klorida (MgCl 2 ) mengalami proses pirolisis pada suhu 400 °C untuk akhirnya menghasilkan 1 ton RHB-Mg, diikuti oleh penggunaannya sebagai adsorben dalam air yang terkontaminasi dengan NO 3 − dan PO₄ 3 ⁻. Unit fungsional ini juga diterapkan untuk menggunakan adsorben yang dimuat dengan nutrisi yang dianalisis setelah pengolahan air di tanah yang cocok untuk penanaman padi di bawah irigasi di Kolombia. Perlu dicatat bahwa hasil biochar sebesar 50% ditentukan dalam studi skala laboratorium sebelumnya menggunakan tungku muffle.

2.1.3 Kualitas Data
Untuk LCI, data dikumpulkan dari eksperimen skala laboratorium (sumber utama) yang terkait dengan produksi dan hasil biochar, aktivasinya dengan MgCl₂, dan efektivitasnya dalam menghilangkan NO₃⁻ dan PO₄ 3 ⁻ dari air, yang kemudian diskalakan ke unit fungsional yang disebutkan sebelumnya. Data yang digunakan dalam proses aplikasi tanah diperoleh dari studi serupa yang dipublikasikan dalam berbagai basis data ilmiah (sumber sekunder) dan yang digunakan untuk membuat model dalam basis data yang disediakan oleh perangkat lunak OpenLCA.

2.1.4 Batasan Sistem
S1: Produksi biochar

Proses sistem biochar yang dipelajari dibagi sebagai berikut:

1. Proses perolehan sekam padi : Ini termasuk pengangkutan dan pengumpulan biomassa.
2. Persiapan sekam padi melibatkan pencucian, pengeringan, dan modifikasi sekam padi dengan MgCl₂.
3. Proses pirolisis : Ini mengacu pada produksi RHB-Mg.
4. Proses adsorpsi dalam larutan berair : Ini berkaitan dengan penggunaan biochar sebagai adsorben dalam air yang terkontaminasi NO₃⁻ dan PO₄ ³ ⁻.
5. Proses akhir : Ini termasuk pengeringan biochar, persiapan lahan, dan penerapannya ke tanah.

Pada Gambar 1 , proses-proses yang dipertimbangkan untuk analisis ditunjukkan, beserta masukan dan keluaran untuk masing-masing proses. Biochar yang berasal dari sekam padi memiliki berbagai kegunaan; namun, untuk LCA ini, dua dari aplikasi yang paling banyak dipelajari digabungkan secara berurutan: penggunaannya sebagai penyerap untuk NO₃⁻ dan PO₄ 3 ⁻ dalam air [ 40 – 45 ] dan sebagai penambah tanah. [ 46 – 51 ]

LCA mencakup perluasan sistem untuk memodelkan secara akurat manfaat dari proses produksi biochar dan dampak (positif atau negatif) dari penggunaannya sebagai penyerap dan aplikasi selanjutnya ke tanah. Mengenai produksi, dampak negatif seperti emisi gas rumah kaca dipertimbangkan. [ 52 ] Dalam perannya sebagai penyerap, dampak positif dicatat untuk mengurangi kadar NO₃⁻ dan PO₄ 3 ⁻ dalam air, yang membantu mencegah eutrofikasi di badan air penerima. [ 45 ]

Mengenai penerapan biochar pada tanah, LCA memperhitungkan dampaknya pada proses-proses seperti penyerapan karbon tanah (CO₂), [ 52 ] pengurangan emisi nitrogen oksida (N₂O) dan metana (CH₄) dari tanah, [ 31 ] dampak pada penggunaan pupuk, [ 31 ] dan penggunaan air untuk irigasi [ 53 ] pada budidaya padi irigasi di Kolombia.

Tanpa data uji lapangan, manfaat dihitung dengan merujuk pada dampak lingkungan dari proses dan praktik konvensional yang ditemukan dalam studi serupa dan menggunakan basis data gratis yang disediakan oleh perangkat lunak OpenLCA.

S2: Insinerasi langsung

Untuk pembakaran langsung dan produksi energi, disimulasikan insinerator fluidized bed yang mampu menggunakan sekam padi. ​​[ 54 ] Data yang digunakan untuk melakukan simulasi diambil dari penelitian lain (sumber sekunder). Seperti dijelaskan dalam Gambar 2 , proses yang diperhitungkan dalam sistem ini adalah pengangkutan sekam mentah dan pembakaran berikutnya dalam insinerator fluidized bed, mengenai input dan output, baik efek positif seperti pembangkitan energi [ 55 , 56 ] dan efek buruk seperti emisi CO, SO 2 , NOx dan produksi abu. [ 13 ]

2.2 Inventaris Siklus Hidup
ISO 14 040 menunjukkan bahwa analisis inventaris melibatkan pengumpulan data dan prosedur perhitungan untuk mengukur masukan dan keluaran yang relevan dari suatu sistem produk. Untuk kasus khusus ini, struktur inventaris, isi, dan asumsi untuk setiap proses sistem biochar ( Tabel 1 ) dan sistem insinerasi ( Tabel 2 ) dijelaskan.

Tabel 1. Data inventaris LCA untuk sistem biochar.

*) Data diperoleh dari percobaan laboratorium.

Tabel 2. Data inventaris LCA untuk sistem insinerasi langsung.

Perhitungan emisi gas rumah kaca dan partikel dalam proses pengangkutan biomassa, pengeringan, dan produksi biochar yang dijelaskan dalam Tabel 1 dilakukan dari European Reference Life Cycle Database (ELCD), yang tersedia gratis di OpenLCA. Sementara itu, konsumsi listrik oven pengering, muffle furnace, dan agitator dihitung dengan mempertimbangkan potensi dan waktu pengoperasiannya.

Demikian pula, perhitungan produksi energi, emisi gas rumah kaca, dan produksi abu yang disajikan dalam sistem insinerasi (Tabel 2 ) dilakukan melalui tinjauan pustaka untuk memasukkan nilai yang diperoleh ke dalam perangkat lunak dan mengukur dampak terkait.

2.2.1 Inventarisasi Sistem Biochar
Pengangkutan Sekam Padi
Untuk biomassa yang diperoleh, truk ringan dengan kapasitas maksimum 3,3 ton dianggap sebagai alat transportasi, dan selanjutnya diangkut sejauh 20 km ke lokasi pirolisis. Proses penanganan biomassa yang akan dibawa ke tungku pirolisis tidak dipertimbangkan.

Produksi Biochar
Proses produksi dilakukan dalam tiga tahap berdasarkan metodologi [ 57 ] dan: [ 58 ]
Langkah 1) Pencucian dan pengeringan sekam padi : Untuk pencucian dan pengeringan 2 ton sekam padi, diperlukan air sebanyak 66 m3 dan konsumsi energi sebesar 9600 kWh untuk pengeringan.
Langkah 2) Impregnasi sekam padi kering dengan magnesium klorida terhidrasi : Dari biomassa kering pada langkah sebelumnya, diambil 5 g dan direndam dalam 75 mL larutan MgCl₂ 3,3 m menggunakan air suling sebagai pelarut. Campuran ini diaduk pada kecepatan 400 rpm pada pengaduk magnetik pada suhu kamar selama 2 jam. Setelah diaduk, campuran biomassa dan larutan MgCl₂ dikeringkan dalam oven pada suhu 80 °C selama 24 jam. [ 59 ]
Berdasarkan informasi tersebut, diperkirakan impregnasi 2 ton sekam padi dengan MgCl2 memerlukan 30 m3 air suling, 20 ton MgCl2 , dan konsumsi energi sebesar 600 kWh untuk agitasi, dengan pengeringan akhir di bawah sinar matahari terhadap biomassa yang terimpregnasi.
Langkah 3) Produksi RHB-Mg : 2 ton biomassa kering yang diimpregnasi dengan Mg dikenakan proses pirolisis pada 400 °C selama 1 jam dengan laju pemanasan 15 °C min −1 dalam tungku muffle referensi 60 liter (ARDER LM-E60 dari Kolombia). Berdasarkan informasi ini, konsumsi energi sebesar 4500 kWh dari tungku muffle dihitung. Mengenai keluaran sistem, nilai emisi untuk CH 4 , NO X , dan partikulat (PM10) diambil dari penelitian oleh, [ 60 , 61 ] yang menyatakan bahwa untuk setiap ton sekam padi pirolisis, emisi berikut dihasilkan: 11,4 kg CH 4 , 0,74 kg NOx, dan 1,54 kg PM10.
Digunakan sebagai Adsorben Nitrat dan Fosfat dalam Air
Percobaan adsorpsi skala laboratorium dilakukan dengan variabel operasional berikut: pengadukan 150 rpm pada suhu ruangan (22 °C) dan pH alami larutan (≈7) selama 3 jam, menggunakan dosis adsorben 3,5 g L −1 untuk menghilangkan nitrat (50 mg L −1 ) dan fosfat (100 mg L −1 ) secara bersamaan dari larutan air sintetis. Sampel diambil dari limbah untuk menentukan efisiensi penghilangan kedua kontaminan ini dalam larutan biner. Kondisi operasi percobaan proses adsorpsi dapat ditemukan dalam artikel yang diterbitkan oleh penulis. [ 59 ]

Dengan mempertimbangkan informasi tersebut di atas untuk pemodelan proses adsorpsi, diasumsikan air limbah mengandung beban hara tinggi (NO 3 − dan PO₄ 3 − ), dan diperkirakan total 285 m 3 air limbah akan diolah dengan mempertimbangkan unit fungsional sistem (1 ton biochar diproduksi), yang mana membutuhkan pengeluaran energi sebesar 8550 kWh.

Pemanfaatan Biochar sebagai Penambah Tanah
Biochar yang mengandung unsur hara diaplikasikan pada skala plot, dengan asumsi aplikasinya ditujukan untuk budidaya padi irigasi. Oleh karena itu, tahap-tahap berikut diperhitungkan, di mana aktivitas mekanis dimasukkan untuk mencapai kontak fisik dan interaksi kimia maksimum antara tanah dan biochar: [ 62 ]

Pengeringan, pengemasan, dan pengangkutan biochar : Diasumsikan bahwa biochar basah mengalami proses pengeringan alami di bawah sinar matahari selama 24 jam. Kemudian dikemas untuk dibawa ke area aplikasi di lahan padi yang diairi. Perlu dicatat bahwa diasumsikan bahwa biochar diangkut dengan jenis truk yang sama yang digunakan untuk mengangkut sekam padi. ​​Jarak pengangkutan yang dipertimbangkan adalah 20 km untuk menggambarkan jarak rata-rata antara tempat biochar digunakan sebagai penyerap dan lahan pertanian.

Persiapan lahan : Untuk persiapan lahan digunakan garu ringan 24 cakram dengan lebar kerja 2,7 meter, yang akan diangkut dengan traktor pertanian. Dari informasi ini, waktu pengolahan tanah dihitung, yang totalnya 6 menit, dan luas area kerja (555 m 2 ) dari jumlah biochar (1 ton) dan tingkat aplikasi (18 t ha −1 ).

Aplikasi biochar pada tanah : Acuan yang diambil adalah usulan dari [ 31 ] yang memperoleh hasil terbaik pada dosis 18 t/ha biochar sekam padi.

Metode aplikasi yang diterapkan pada skala plot didasarkan pada penggunaan mesin pengapuran, dengan mengambil referensi dari penelitian oleh [ 63 ] dan. [ 64 ] Waktu aplikasi dengan mesin pengapuran dihitung (6 menit), dengan mempertimbangkan lebar kerja mesin pengapuran (3 m) dan kecepatan traktor, yang diasumsikan 2 km h −1 , untuk membuat aplikasi lebih efektif dan memperoleh kehilangan yang lebih rendah. Demikian pula, waktu homogenisasi atau pencampuran tanah-biochar dihitung menggunakan rol padi selebar 2,4 m (7 menit).

Dampak aplikasi biochar pada tanah : Dampak aplikasi biochar pada tanah merupakan aspek yang paling tidak pasti dari penelitian ini, karena dampak tersebut berasal dari berbagai sumber sekunder, seperti penelitian eksperimental dan meta-analisis. Diasumsikan bahwa penerapan biochar pada tingkat 18 t/ha di area yang ditujukan untuk penanaman padi irigasi akan memberikan dampak positif berikut:

• Pengurangan 30% pupuk nitrogen dan 50% pengurangan kebutuhan pupuk fosfor dan kalium. ^[ 31 ]
• Penangkapan 1,35 ton CO₂ di dalam tanah (dihitung dari kandungan karbon tetap biochar yang dikarakterisasi di laboratorium (45,9%) dan stabilitas biochar pada 80% selama 100 tahun pertama seperti yang dijelaskan oleh. ^[ 65 ]
• Pengurangan emisi N ₂ O sebesar 30% dan pengurangan emisi CH₄ dari tanah sebesar 20%. ^[ 31 ]
• Peningkatan ketersediaan kelembaban tanah sebesar 18% (mengurangi penggunaan air irigasi). ^[ 53 ]

Penting untuk dicatat bahwa beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa aplikasi biochar menghasilkan efek positif jangka panjang pada sifat tanah dan produktivitas pertanian, termasuk perbaikan berkelanjutan dalam struktur dan porositas tanah, retensi nutrisi yang lebih besar, perubahan dalam komunitas mikroba, dan peningkatan kualitas nutrisi tanaman; [ 66 – 69 ] namun, efek ini tidak dipertimbangkan secara eksplisit dalam pemodelan LCA dalam penelitian ini karena informasi tentang efek tanah didasarkan pada data sekunder standar yang ditemukan dalam literatur dan bukan pada informasi yang dikumpulkan dari studi eksperimental tertentu (sumber primer).

2.3 Penilaian Dampak Siklus Hidup
Metode IMPACT 2002+ yang dikembangkan oleh, [ 70 ] banyak digunakan untuk sistem biochar, [ 33 , 71 ] digunakan untuk menilai dampak lingkungan dari sistem produksi biochar yang melibatkan pirolisis sekam padi sebagai penyerap, aplikasi selanjutnya ke dalam tanah, dan pembakaran langsung untuk menghasilkan energi.

2.4 Analisis Sensitivitas
Analisis sensitivitas dilakukan untuk mengevaluasi pengaruh tiga parameter utama terhadap kinerja lingkungan dari sistem biochar: (i) sumber energi yang digunakan selama proses berlangsung, (ii) konsentrasi magnesium klorida (MgCl₂) yang digunakan untuk impregnasi biochar, dan (iii) dosis biochar yang diaplikasikan ke tanah. Faktor-faktor ini dipilih karena hubungan langsungnya dengan tahapan sistem yang menghasilkan dampak lingkungan paling signifikan, khususnya yang memiliki kebutuhan energi tinggi, seperti persiapan biomassa, dan pengaruhnya terhadap dampak positif, seperti proses aplikasi akhir ke tanah.

Pemilihan sumber energi hidroelektrik, angin, dan pembakaran sampah padat perkotaan didasarkan pada relevansi dan ketersediaannya dalam konteks Kolombia. Tenaga hidroelektrik merupakan sumber listrik utama negara tersebut dan digunakan sebagai skenario dasar, tenaga angin dimasukkan sebagai alternatif yang bersih dan terbarukan, dengan peningkatan kelayakan di beberapa wilayah Kolombia karena potensi anginnya yang tinggi dan pembakaran sampah dianggap sebagai opsi yang layak untuk pemulihan energi dari biomassa sisa dan sampah perkotaan, sejalan dengan strategi ekonomi sirkular. [ 72 ]

Konsentrasi MgCl₂ yang berbeda (0,1, 0,5, 1, 2, 3,3, dan 5 m ) dianalisis untuk menilai risiko lingkungan yang terkait dengan peningkatan dosis agen pengubah selama aktivasi biochar. Proses persiapan biomassa terbukti menjadi salah satu yang paling intensif lingkungan karena masukan material dan energi yang terlibat. Oleh karena itu, memvariasikan konsentrasi memungkinkan identifikasi kisaran optimal yang menyeimbangkan efisiensi adsorpsi dan dampak lingkungan. Akhirnya, variasi dosis biochar yang diterapkan ke tanah adalah 1, 5, 10, 15, 18, dan 40 t ha −1 , yang digunakan untuk mengevaluasi bagaimana dosis yang dipilih memengaruhi keberlanjutan keseluruhan sistem.

3 Hasil dan Pembahasan
Dengan mempertimbangkan kategori dampak yang ditangani oleh metode IMPACT 2002+, Tabel 3 menyajikan hasil LCIA, memberikan gambaran jelas tentang dampak yang dihasilkan sepanjang siklus hidup sistem biochar dan sistem insinerasi langsung (dari awal hingga akhir).

Tabel 3. Perbandingan dampak yang dihasilkan berdasarkan kategori IMPACT 2002+ untuk sistem yang dievaluasi.

Sistem biochar menunjukkan nilai yang jauh lebih tinggi dalam sebagian besar kategori dampak, mungkin terkait dengan kebutuhan energi tinggi yang terkait dengan produksi dan penggunaannya sebagai penyerap. GWP berjumlah 1,64E+05 kg CO₂ eq dalam sistem biochar, yang menunjukkan peningkatan lebih dari 26 kali lipat dibandingkan dengan sistem insinerasi (8,47E+03 kg CO₂ eq). Lebih jauh lagi, konsumsi NRE secara signifikan lebih tinggi dalam sistem biochar (3,04E+06 MJ versus 9,00E+01 MJ).

Perbedaan yang sangat mencolok terlihat pada indikator toksisitas akuatik dan terestrial. Sistem biochar menghasilkan nilai AE yang tinggi (4,30E+07 kg TEG air) dan TE (7,93E+06 kg TEG tanah), dibandingkan dengan nilai yang relatif rendah untuk sistem insinerasi (AE = 3,41E+01 kg TEG air dan TE = 3,15E+00 kg TEG tanah). Demikian pula, kategori C dan NC menunjukkan nilai yang jauh lebih tinggi untuk sistem biochar (masing-masing 5,12E+02 dan 7,72e+02 kg C₂H₃Cl eq).

Sistem biochar juga menunjukkan AEu yang jauh lebih tinggi (3,32E+01 kg PO₄3 ⁻ P-lim) dibandingkan dengan sistem insinerasi (1,42E-04 kg PO₄3 ⁻ P-lim). Mengenai TAN dan AA, nilai-nilai tersebut lebih tinggi dalam sistem insinerasi dengan 6,47E+03 kg SO2 eq dan 1,59E+03 kg SO2 eq , masing-masing, dibandingkan dengan 3,22E+03 kg SO2 eq dan 1,12E+03 kg SO2 eq untuk sistem biochar.

Hasil yang sangat mencolok adalah IR, di mana sistem biochar mencapai 2,23E+06 Bq C-14 eq, dibandingkan dengan hanya 9,94E+00 Bq C-14 eq dengan insinerasi. Mengenai dampak pernapasan, sistem biochar juga menunjukkan nilai yang lebih tinggi untuk RI (3,19E+02 kg PM2,5 eq) dan RO (5,16 E+01 kg C₂H₄ eq), yang menunjukkan emisi senyawa volatil dan partikel halus yang lebih besar.

ODP, meskipun nilai absolutnya rendah, sedikit lebih tinggi untuk sistem biochar (3,7E-03 kg CFC-11 eq) daripada untuk insinerasi (9,03E-08 kg CFC-11 eq). Dampak ME tertinggi untuk biochar (1,32E+03 MJ energi surplus). LO hanya dilaporkan untuk sistem biochar (3,37E+02 m 2 tanah pertanian organik), karena insinerasi tidak melibatkan aplikasi lahan.

3.1 Analisis Dampak Lingkungan Penerapan LCA melalui Proses
Gambar 3 menyajikan kontribusi relatif dari setiap unit proses sistem biochar terhadap kategori dampak lingkungan yang dinilai. Penyiapan biomassa merupakan faktor utama dalam sebagian besar kategori dampak, dengan kontribusi mendekati atau mencapai 100% dalam kategori seperti EA, EAu, IR, LO, ME, NC, NRE, dan TE, yang dapat dikaitkan dengan beban lingkungan yang tinggi yang terkait dengan permintaan energi dan sumber daya pada tahap ini. Di sisi lain, tahap aplikasi tanah memberikan kontribusi yang signifikan dengan nilai negatif dalam beberapa kategori (AA = -16%, RI = −10%, TAN = -35%), yang menunjukkan kredit lingkungan yang kemungkinan besar disebabkan oleh manfaat penyerapan karbon. Secara khusus, kategori GWP menunjukkan pengurangan yang signifikan sekitar −50%, yang menyoroti potensi mitigasi aplikasi biochar tanah. Mengenai penggunaan biochar sebagai penyerap, tahap ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap kategori seperti ODP, yang mencapai nilai mendekati 60%, yang menunjukkan bahwa fase aplikasi ini dapat memiliki efek lingkungan yang menguntungkan dan merugikan.

Proses pirolisis dan pengangkutan sekam padi hanya memberikan kontribusi yang relatif kecil pada sebagian besar kategori dampak. Namun, pirolisis menunjukkan sedikit relevansi dalam ODP, dengan persentase mendekati 10%, dan dalam kategori seperti IR, AA, GWP, NC, NRE, RI, RO, dan TAN, dengan nilai di bawah 2%.

Seperti disebutkan di atas, proses yang menghasilkan dampak paling signifikan di sebagian besar kategori yang dievaluasi terutama terkait dengan persiapan biomassa dalam kategori seperti AE (4,24E+07 kg TEG air), TE (7,87E+06 kg TEG tanah), NRE (2,61E+06 MJ primer), IR (1,96E+06 Bq C-14 eq), dan GWP (1,00E+05 kg CO₂ eq) ( Tabel 4 ). Hal ini disebabkan oleh penggunaan energi intensif yang terlibat dalam tahap pencucian dan pengeringan sekam padi, serta agitasi selama impregnasi.

Tabel 4. Kontribusi kuantitatif setiap proses sistem biochar terhadap kategori dampak lingkungan (IMPACT 2002+).

Hal ini konsisten dengan temuan, [ 73 , 74 ] yang menunjukkan bahwa konsumsi energi dalam pra-perlakuan dan aktivasi (seperti pengeringan, penggilingan, impregnasi, atau magnetisasi) terutama bertanggung jawab atas dampak lingkungan, terutama dalam kategori seperti pengasaman, eutrofikasi, dan penipisan bahan bakar fosil. Konsisten dengan hasil penelitian ini, [ 74 ] menemukan bahwa modifikasi biochar dengan Mg menghasilkan dampak lingkungan yang signifikan selama tahap produksi, terhitung lebih dari 30% GWP dan menjadi kontributor paling signifikan untuk kategori seperti ekotoksisitas terestrial dan kelangkaan bahan bakar fosil.

[ 75 ] menyebutkan bahwa konsumsi listrik selama langkah-langkah laboratorium mempengaruhi sebagian besar kategori dampak yang dipilih, terutama pemanasan global karena produksi biochar pada skala laboratorium bergantung pada sumber energi yang tidak terbarukan. Oleh karena itu, ketika diskalakan ke tingkat industri, dampaknya meningkat. Untuk alasan ini, penggunaan energi dari sumber terbarukan disarankan untuk mengurangi efek ini. Demikian pula, [ 76 ] mengaitkan konsumsi listrik sebagai penyebab utama peningkatan signifikan dalam sebagian besar kategori dampak, terutama GWP dan toksisitas manusia. Bertentangan dengan temuan yang disajikan dalam studi ini, [ 77 ] menemukan bahwa persiapan 1 kilogram biochar menghasilkan dampak lingkungan yang relatif lebih rendah daripada proses adsorpsi, dengan yang terakhir menyebabkan GWP maksimum 0,10 kg CO₂-Eq., perbedaan yang dapat dikaitkan dengan metode persiapan adsorben yang berbeda dan berbagai kondisi operasional proses adsorpsi.

Kategori ekotoksisitas akuatik dan ekotoksisitas terestrial juga menonjol (Gambar 3 dan Tabel 4 ). Hal ini dapat dijelaskan oleh karakteristik karsinogenik, mutagenik, dan teratogenik yang berasal dari paparan hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) di lingkungan dan ekotoksisitasnya yang tinggi. [ 78 , 79 ] Ini berarti bahwa dampak yang dihasilkan dalam kategori ekotoksisitas laut dan terestrial juga dapat dikaitkan dengan pembentukan senyawa ini secara tidak langsung melalui konsumsi energi dari sumber yang tidak terbarukan. [ 80 ]

Mirip dengan penelitian ini, [ 81 ] mengidentifikasi dalam hasil analisis dampak lingkungan untuk pengolahan 1 m 3 air tanah yang terkontaminasi As, menggunakan biochar yang diimpregnasi dengan FeCl 3 − , bahwa persiapan menunjukkan dampak lingkungan yang relatif lebih rendah, sedangkan sintesis biochar yang dimodifikasi memberikan beban paling signifikan pada lingkungan. Khususnya dalam indikator toksisitas manusia non-karsinogenik, pengasaman terestrial, dan penipisan sumber daya fosil, dengan tingkat kontribusi selama tahap ini mencapai 79%, 84%, dan 92%, berturut-turut.

Di sisi lain, proses yang menghasilkan dampak positif adalah aplikasi biochar ke tanah. Dalam kategori seperti GWP (-1,47 E+05 kg CO₂ eq), TAN (−1,31E+03 kg SO₂ eq), AA (−1,67E+02 kg SO₂ eq) dan RI (−3,05E+01 kg PM₂.₅ eq) (Gambar 3 dan Tabel 4 ), aplikasi biochar ke tanah menunjukkan nilai negatif untuk dampak lingkungan, yang merupakan kontribusi lingkungan yang positif. Hal ini disebabkan oleh efek menguntungkan dari biochar ketika dimasukkan ke dalam tanah, seperti berkurangnya kebutuhan pupuk, penangkapan CO₂, dan berkurangnya penggunaan air irigasi. [ 63 , 82 ]

Demikian pula, [ 83 ] menemukan bahwa dalam semua skenario biochar yang diperiksa dalam studi mereka, LCA mengungkapkan emisi negatif berkisar antara -1,72 ± 0,45 hingga -7,18 ± 0,67 t CO₂ eq/ha/tahun, menggunakan 1 kilogram biochar yang diaplikasikan ke tanah sebagai unit fungsional. Lebih jauh lagi, potensi manfaat bersama atau kompensasi mengenai kategori dampak lingkungan, seperti pengurangan penipisan ozon stratosfer dan eutrofikasi akuatik, dilaporkan. Namun, berbeda dengan studi saat ini, pengasaman terestrial, pembentukan partikel halus, dan ekotoksisitas terestrial menunjukkan dampak positif, dan peningkatan signifikan (dampak lingkungan negatif) dilaporkan dalam kategori tersebut.

[ 63 ] dalam penelitian mereka menegaskan bahwa penerapan biochar ke tanah menunjukkan potensi signifikan untuk mitigasi perubahan iklim, dengan nilai bersih −1505.740 kg CO₂ eq, bahkan tanpa mempertimbangkan potensinya untuk merangsang hasil panen. Namun, tidak semua indikator menunjukkan hasil yang baik; misalnya, “Penipisan sumber daya abiotik: bahan bakar fosil” setara dengan 177.780 MJ. Meskipun demikian, dibandingkan dengan nilai energi terbarukan yang ditemukan dalam penelitian ini (1567,64 MJ), nilai ini lebih rendah, meskipun nilai serupa disajikan dalam kategori seperti AEu.

Mengenai proses insinerasi, ditemukan bahwa pada sebagian besar kategori dampak yang dievaluasi, kontribusinya rendah dibandingkan dengan proses penyiapan biomassa, pirolisis, dan penggunaan sebagai proses penyerap sistem biochar (Tabel 3 ). Hal ini dapat dikaitkan dengan konsumsi energi yang tinggi selama pengembangan proses-proses ini. Namun, pada kategori seperti TAN dan AA, proses pemulihan energi ini adalah yang paling berdampak (Tabel 3 ).

[ 37 , 38 ] menyebutkan bahwa pembakaran langsung sekam padi melalui insinerator fluidized bed menghasilkan emisi yang signifikan dalam kategori Potensi Pengasaman Perairan karena melepaskan SO₂ dan NOx selama pembakaran. Mereka melaporkan emisi sebesar 0,01 dan 0,27 g SO₂-eq/MJ, yang jauh lebih rendah daripada yang disajikan dalam penelitian ini (1,59E+00 kg SO₂-eq). Perbedaan ini dapat dikaitkan dengan kurangnya pengendalian emisi atau perbedaan dalam skala proses yang dianalisis.

Di sisi lain, [ 37 – 39 ] melaporkan nilai minimal yang terkait dengan akumulasi polutan di tanah setelah pembakaran. Namun, dalam penelitian ini, dampak yang lebih tinggi sebesar 6,8 kg SO₂ eq ditemukan dalam TAN dibandingkan dengan proses lain yang dievaluasi, yang mencerminkan bahwa meskipun insinerasi memiliki dampak yang rendah pada TE dibandingkan dengan teknologi lain, hal itu tetap menjadi perhatian lingkungan yang relevan.

Dampak proses pembakaran langsung terhadap partikel dan gas anorganik pernapasan adalah 1,98E-01 kg PM₂.₅-eq, lebih tinggi daripada proses lainnya. [ 37 , 38 ] mencatat bahwa hal ini dapat memengaruhi efisiensi sistem pembakaran. Proses ini dianggap sebagai tantangan kritis, terutama jika dibandingkan dengan teknologi lain yang menghasilkan emisi proses yang lebih rendah. [ 37 – 39 ]

3.2 Analisis Sensitivitas
3.2.1 Membandingkan Berbagai Sumber Energi
Hasil yang disajikan dalam Gambar 4 menunjukkan perbedaan signifikan di antara tiga sumber energi (angin, tenaga air, dan insinerasi limbah) berdasarkan dampaknya pada kategori dampak yang dianalisis. Dalam Gambar 4a , energi angin memiliki nilai terendah di sebagian besar kategori, khususnya dalam kategori seperti AA (9.41E+02), NC (6.13E+02), ODP (1.1E-03), RI (3.00E+02), dan RO (4.86E+01). Insinerasi, sementara lebih unggul daripada energi angin dalam beberapa dampak, menunjukkan tingkat yang lebih rendah daripada tenaga air dalam kategori seperti C (4.78E+02) dan ME (1.13E+03). Mengenai tenaga air, ia menyajikan nilai tertinggi untuk ME (1.32 E+03), TAN (3.22 E+03), dan C (5.12 E+02), yang menunjukkan dampak relatif yang lebih besar dalam kategori ini.

Terkait Gambar 4b , energi angin kembali menonjol karena beban lingkungannya yang lebih rendah, dengan nilai terendah untuk GWP (1,28 E+05), RI (1,95 E+06), NRE (2,59 E+06), dan TE (7,88 E+06). Meskipun insinerasi menunjukkan dampak menengah dalam kategori ini, tenaga air mencapai nilai tertinggi untuk RI (2,23 E+066) dan NRE (3,05 E+066).

Hasil analisis sensitivitas yang dijelaskan di atas menempatkan tenaga air sebagai sumber energi dengan dampak lingkungan paling signifikan dalam beberapa kategori, sementara energi angin muncul sebagai alternatif paling berkelanjutan dalam analisis sensitivitas ini. Lebih jauh, pembakaran sampah menunjukkan kinerja yang beragam, dengan beberapa dampak tinggi dan potensi manfaat dalam kategori tertentu. Oleh karena itu, di Kolombia, energi angin dapat dipertimbangkan karena potensi anginnya di beberapa bagian negara, yang memungkinkan proses pemanfaatan biomassa untuk mengoptimalkan penggunaan energi dan mengurangi dampak lingkungan yang merugikan. Hal ini khususnya relevan ketika mempertimbangkan sekam padi untuk produksi biochar, penggunaannya sebagai penyerap air yang terkontaminasi, dan penerapannya sebagai amandemen tanah untuk penanaman padi.

3.2.2 Perbandingan Dosis MgCl2 yang Berbeda
Analisis sensitivitas untuk berbagai konsentrasi MgCl₂ (0,1 M hingga 5 M) mengungkapkan peningkatan proporsional dalam dampak lingkungan di seluruh kategori yang dievaluasi ( Gambar 5 ). Gambar 5a menunjukkan tren peningkatan dalam kategori seperti AA, yang meningkat dari 1,46E+02 menjadi 1,65E+03, dan dalam TAN, yang meningkat dari 6,74E+01 menjadi 4,93E+03, yang menunjukkan sensitivitas tinggi sistem biochar terhadap peningkatan dosis MgCl₂. Perilaku ini diulang dalam kategori seperti C, ME, dan NC, di mana nilai meningkat secara eksponensial. Demikian pula, Gambar 5b menunjukkan bahwa dampak keseluruhan juga meningkat dengan konsentrasi, dengan GWP menonjol, bervariasi dari nilai negatif (−1,69E+04) hingga 2,63E+05 dalam 5 m , yang menunjukkan bahwa pada konsentrasi rendah, sistem bahkan dapat menghasilkan manfaat bersih dalam kategori ini. Kategori RI, NRE, dan TE juga menunjukkan pola peningkatan, mencapai nilai hingga 3,25E+06, 4,4E+06, dan 1,21E+07, masing-masing, dalam 5 m . Hasil ini menegaskan bahwa penggunaan MgCl₂ dalam produksi biochar memiliki dampak lingkungan yang sangat bergantung pada konsentrasi yang digunakan. Oleh karena itu, disarankan untuk mengoptimalkan dosis guna memaksimalkan manfaat lingkungan tanpa mengorbankan solvabilitas sistem.

3.2.3 Membandingkan Dosis Biochar yang Berbeda yang Diterapkan pada Tanah
Variasi dalam penerapan dosis biochar yang berbeda pada tanah (1 hingga 40 t ha −1 ) menunjukkan penurunan umum dalam dampak lingkungan dalam beberapa kategori yang dievaluasi, terutama terlihat pada Gambar 6a . Misalnya, kategori AA menurun dari 1,78E+03 pada 1 t / ha menjadi 1,04E+03 pada 40 t/ha, dan TAN dari 8,37E+03 menjadi 2,63E+03, yang menunjukkan peningkatan efek mitigasi biochar pada dampak ini. Demikian pula, kategori RI secara konsisten menurun dari 4,38E+02 menjadi 3,05E+02, dan C tetap praktis konstan, menunjukkan sensitivitas rendah kategori ini terhadap variasi dosis yang diterapkan. Sebaliknya, kategori seperti ME dan LO tetap stabil, dengan nilai-nilai yang praktis invarian pada semua dosis, yang dapat menunjukkan saturasi atau efek rendah biochar pada dampak ini. Pada Gambar 6b , tren penurunan yang jelas terlihat dalam kategori GWP, dari 1,67E+06 pada 1 t/ha menjadi 1,15E+05 pada 40 t ha −1 , sementara NRE dan TE tidak menunjukkan peningkatan signifikan dengan peningkatan dosis.

3.3 Tantangan dan Isu Saat Ini dalam Aplikasi Berurutan Biochar Sekam Padi yang Dimodifikasi Magnesium dan Perbaikan Tanah Selanjutnya
Aplikasi berurutan RHB-Mg menghadirkan berbagai tantangan dan masalah ketika digunakan pertama sebagai penyerap nutrisi dalam air dan selanjutnya sebagai amandemen tanah untuk budidaya tanaman. Tantangan-tantangan ini terutama terkait dengan kelayakan teknis dan ekonomis dari penerapan sistem dalam skala besar. Misalnya, modifikasi kimia biochar meningkatkan biaya produksi bioadsorben dibandingkan dengan biochar yang tidak dimodifikasi, [ 84 , 85 ] yang membatasi aplikasi praktisnya. Oleh karena itu, metode yang lebih hemat biaya untuk memproduksi MgCl₂ harus digunakan untuk meningkatkan skalabilitas dan memungkinkan implementasi praktis. Selain itu, pengurangan biaya operasional dapat dicapai melalui studi optimasi variabel proses yang terlibat dalam fase adsorpsi dan aplikasi biochar berikutnya ke tanah, yang bertujuan untuk meminimalkan konsumsi agen pengubah dan energi, di antara aspek-aspek lainnya.

Biaya yang berkaitan dengan energi berdampak signifikan terhadap aplikasi praktis biochar, terutama pada skala laboratorium, di mana tungku biasanya bergantung pada listrik dari jaringan listrik, yang umumnya lebih mahal daripada bahan bakar fosil yang digunakan dalam pabrik pirolisis skala industri. [ 84 ] Namun, yang terakhir berkontribusi terhadap dampak lingkungan yang substansial, seperti emisi gas rumah kaca. [ 86 ] Oleh karena itu, sumber energi yang lebih bersih seperti energi angin dan biomassa, seperti yang dievaluasi dalam penelitian ini harus dipertimbangkan untuk mengurangi dampak lingkungan yang terkait dengan proses ini.

Lebih jauh lagi, terdapat keterbatasan dalam studi yang mengkaji manfaat ekonomi dari aplikasi biochar yang dimodifikasi magnesium dalam skala besar untuk perbaikan tanah, [ 87 , 88 ] yang menghambat kemampuan investor untuk mengevaluasi risiko terkait dan potensi pengembalian investasi. [ 88 ] Oleh karena itu, kebijakan harus diusulkan untuk memperkuat penelitian pada sistem ini, khususnya dengan fokus pada penilaian teknis dan ekonomi dari aplikasi teknologi ini dalam skala besar. Selain itu, mengevaluasi strategi ekonomi dan lingkungan yang mendukung penerapannya dalam skala industri akan menjadi penting asalkan aplikasi tersebut menghasilkan dampak lingkungan dan ekonomi yang menguntungkan.

4 Kesimpulan
Studi ini menunjukkan bahwa penerapan biochar sisa dari penyerapan untuk perbaikan tanah diidentifikasi sebagai proses yang paling berkelanjutan, menjadikannya alternatif yang layak untuk pembuangan akhir adsorben kaya nutrisi, dengan manfaat untuk budidaya padi di Kolombia. Sebaliknya, persiapan RHB-Mg menunjukkan dampak lingkungan yang paling signifikan, melampaui dampak pembakaran langsung residu sekam padi, yang menunjukkan keberlanjutan lingkungan yang rendah dari proses ini. Oleh karena itu, penting untuk mengembangkan strategi yang mengurangi dampak ini melalui mekanisme yang mempromosikan perlindungan lingkungan. Namun, dalam kategori seperti AA dan TAN, sistem biochar menunjukkan dampak yang lebih rendah dibandingkan dengan pembakaran langsung karena manfaat penerapannya dalam menangkap nutrisi dan senyawa kimia di dalam tanah. Ini menunjukkan bahwa penerapan berurutannya sebagai adsorben nutrisi dan amandemen tanah merupakan pilihan yang lebih ramah lingkungan daripada pembakaran langsung, terutama dalam pengaturan pertanian, di mana keuntungan perbaikan tanah dan pengurangan nutrisi dalam air lebih besar daripada dampak negatif dari produksinya.

Mengenai analisis sensitivitas, terbukti bahwa jenis sumber energi secara signifikan memengaruhi kinerja lingkungan, dengan energi angin menonjol sebagai opsi yang paling disukai. Namun, jika sumber energi ini dipertimbangkan, dampak lingkungan buruk minimalnya juga harus dipertimbangkan dan dikurangi melalui rencana pengelolaan lingkungan atau tindakan pengendalian lingkungan (atau instrumen) lainnya untuk mendukung konservasi dan perlindungan lingkungan. Lebih jauh, diidentifikasi bahwa konsentrasi tinggi MgCl₂ secara proporsional meningkatkan dampak lingkungan, sehingga perlu mengoptimalkan penggunaannya untuk membuat sistem biochar lebih berkelanjutan. Demikian pula, peningkatan dosis biochar yang diaplikasikan ke tanah hanya menghasilkan pengurangan signifikan dalam kategori AA, TAN, RI, dan GWP. Sebaliknya, dalam kategori lain, variasi dampaknya minimal, sehingga dosis yang dipilih awalnya sebesar 18 t/ha dianggap optimal untuk sistem biochar yang dievaluasi.