JAKARTA - Sektor pertanian global kini tengah berada di ambang transformasi besar berkat inovasi teknologi hijau yang lebih efisien.
Kabar terbaru datang dari dunia riset tanah air, di mana Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) melalui salah satu penelitinya berhasil menemukan cara baru yang lebih bersih dalam memproduksi nutrisi tanaman.
Dosen sekaligus Peneliti dari Politeknik Teknologi Nuklir Indonesia (Poltek Nuklir) Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN), Deni Swantomo mengembangkan pendekatan alternatif dan ramah lingkungan dalam menciptakan pupuk nitrogen.
Langkah ini diambil sebagai jawaban atas tantangan industri kimia konvensional yang selama ini dikenal boros energi dan berdampak buruk bagi atmosfer. Dalam keterangan di Jakarta, Jumat, Deni menyebut dirinya bersama tim memanfaatkan teknologi Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma untuk memproduksi amonia langsung dari air dan gas nitrogen. Terobosan ini diharapkan dapat menggeser ketergantungan pada metode lama yang sudah berusia satu abad.
Kelemahan Metode Konvensional dan Keunggulan Plasma
Selama ini, pemenuhan kebutuhan nitrogen bagi tanaman sangat bergantung pada proses industri yang berat. Ia menjelaskan pada umumnya produksi amonia global masih bergantung pada proses Haber–Bosch yang membutuhkan suhu dan tekanan tinggi, sehingga mengonsumsi energi besar serta berkontribusi terhadap emisi karbon. Proses Haber–Bosch menuntut infrastruktur yang masif dan pembakaran bahan bakar fosil yang signifikan untuk mencapai kondisi ekstrem yang diperlukan.
Namun, inovasi yang dikembangkan oleh tim Poltek Nuklir BRIN ini menawarkan jalur yang jauh lebih sederhana dan aman bagi lingkungan. "Berbeda dengan metode konvensional, sistem ini dapat beroperasi pada suhu dan tekanan ruang, tanpa memerlukan kondisi ekstrem maupun tambahan gas hidrogen," katanya. Dengan kata lain, produksi pupuk nitrogen ramah lingkungan ini dapat dilakukan dalam kondisi laboratorium yang normal tanpa risiko ledakan tekanan tinggi.
Mekanisme Pembentukan Amonia Tanpa Katalis
Secara teknis, proses ini melibatkan penggunaan energi listrik untuk memicu reaksi kimia tanpa bantuan zat tambahan yang mahal. Deni memaparkan gas nitrogen yang dialirkan dan diberi energi listrik akan membentuk plasma yang menghasilkan spesies nitrogen reaktif. Plasma tersebut kemudian berinteraksi dengan permukaan air, memecah molekul air menjadi radikal hidrogen dan hidroksil. Selanjutnya, atom nitrogen dan hidrogen bereaksi membentuk amonia.
Proses pembentukan amonia ini merupakan inti dari pembuatan pupuk nitrogen ramah lingkungan. Dalam eksperimennya, penelitian ini juga mengevaluasi berbagai parameter operasional agar mendapatkan hasil yang paling efisien, di antaranya:
Laju aliran nitrogen.
Daya listrik yang digunakan.
Jarak antar elektroda.
Jenis air yang digunakan.
Tingkat keasaman (pH).
Hasil optimal diperoleh pada laju aliran nitrogen 1,4 liter per menit, daya 75 watt, jarak elektroda 1 sentimeter, menggunakan air deionisasi dengan pH sekitar 5, serta tanpa penambahan sinar ultraviolet (UV). Pada kondisi tersebut, konsentrasi amonia mencapai 19,7 parts per million (ppm) dalam waktu reaksi 30 menit.
Pengaruh Jenis Air dan Sinar UV Terhadap Produksi
Menariknya, kemurnian bahan baku menjadi kunci dalam efektivitas metode DBD plasma ini. Hasil penelitian tersebut, kata Deni, menunjukkan bahwa penggunaan air deionisasi menghasilkan produksi amonia yang lebih tinggi dibandingkan air keran. Kandungan mineral dalam air keran diketahui dapat memicu reaksi samping yang menghambat pembentukan amonia.
Selain masalah mineral, faktor eksternal seperti cahaya juga sangat berpengaruh. Sementara itu, penambahan sinar UV justru menurunkan hasil karena memicu dekomposisi amonia yang telah terbentuk. Deni menegaskan bahwa intervensi cahaya tambahan justru merusak kestabilan molekul yang sudah terikat.
"Penggunaan air dengan tingkat kemurnian tinggi memberikan hasil yang lebih optimal. Sebaliknya, paparan sinar UV cenderung menurunkan konsentrasi amonia, karena memicu proses penguraian kembali," ujarnya.
Prospek Masa Depan dan Ketahanan Pangan
Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan bahwa sistem DBD plasma sederhana dapat menjadi alternatif produksi amonia tanpa katalis, tanpa pretreatment kompleks, serta tanpa penggunaan gas hidrogen tambahan. Hal ini menjadi angin segar bagi pengembangan pupuk nitrogen ramah lingkungan di masa depan yang lebih terdesentralisasi.
Meski demikian, Deni menekankan bahwa skala produksi saat ini masih terbatas pada tingkat laboratorium dan belum dapat menyamai kapasitas industri. Dibutuhkan riset lanjutan untuk melakukan peningkatan skala (scaling up) agar teknologi ini bisa diterapkan secara massal di pabrik-pabrik pupuk nasional.
Ke depan, teknologi ini diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut sebagai solusi produksi amonia yang lebih bersih dan efisien, sekaligus mendukung pertanian berkelanjutan dan ketahanan pangan global. Dengan sistem yang lebih ringkas, produksi nutrisi tanaman bisa menjadi lebih murah dan mudah diakses.
"Pendekatan ini membuka peluang pengembangan teknologi produksi pupuk yang lebih berkelanjutan dan hemat energi. Sistemnya relatif sederhana, tidak membutuhkan katalis mahal, serta dapat beroperasi dalam kondisi normal," tutur Deni Swantomo menutup penjelasannya. Melalui pengembangan pupuk nitrogen ramah lingkungan ini, BRIN membuktikan bahwa kemajuan teknologi nuklir dan plasma dapat memberikan manfaat nyata bagi sektor pangan tanah air.