Bagi para petani, pupuk merupakan bagian yang sangat penting untuk membantu meningkatkan kualitas dan kuantitas hasil tanaman mereka. Namun yang jadi masalah, fosfor, elemen kunci dalam pupuk semakin langka jumlahnya dan menyebabkan pupuk berbahan baku fosfor semakin mahal harganya.
Untuk itu, sejumlah peneliti dari Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB di Stuttgart, Jerman, mencari alternatif. Mereka akhirnya menemukan solusi yang memanfaatkan sumber daya yang tak diperkirakan sebelumnya namun sangat banyak jumlahnya, yakni air buangan dari pengelolaan limbah dan fermentasi residu dari pabrik biogas.
“Proses yang kami lakukan intinya adalah mengendapkan nutrien ke dalam bentuk yang memungkinkan mereka digunakan secara langsung sebagai pupuk,” kata Jennifer Bilbao, ketua tim peneliti yang mengepalai nutrient management research group di IGB.
Fitur utama dari proses yang sudah dipatenkan dan tengah diujicoba dalam proyek percontohan ini adalah proses elektrokimia yang mengendapkan magnesium-ammonium phospate, yang dikenal sebagai struvite, dengan cara elektrolisis dari senyawa yang mengandung nitrogen dan fosfor. Struvite diendapkan dari air limbah dalam bentuk kristal halus yang bisa digunakan secara langsung sebagai pupuk, tanpa perlu diproses lebih lanjut.
Aspek inovatif dari metode ini adalah, tidak seperti proses konvensional, ia tidak membutuhkan tambahan garam sintetis. “Ini merupakan proses yang sama sekali bebas bahan kimia,” kata Bilbao.
Proses elektrolitik yang digunakan pada metode pembuatan pupuk tersebut memecahkan molekul air menjadi ion hydroxyl negatif pada katoda. Di anoda, proses oksidasi berlangsung: ion magnesium bermigrasi melalui air dan bereaksi dengan fosfat serta molekul amonium untuk membentuk struvite.
Berhubung ion magnesium yang ada di air limbah tersebut sangat reaktif, metode ini tidak banyak membutuhkan energi. Proses elektrokimia yang dilakukan mengonsumsi listrik dalam jumlah yang lebih sedikit dibandingkan dengan metode konvensional. Dari beberapa jenis air limbah yang sudah diuji coba, kebutuhan energi tidak pernah mencapai lebih dari 70 watt hours per meter kubik air yang diproses.
Selain itu, dari uji coba jangka panjang yang dilakukan peneliti IGB, diketahui bahwa konsentrasi fosfor pada air limbah berkurang hingga 99,7 persen menjadi kurang dari 2 miligram per liter. Jumlah ini di bahwa konsentrasi maksimum yang diizinkan oleh German Waste Water Ordinance.
“Menggunakan metode ini, operator fasilitas penyaringan air limbah juga bisa mendapatkan pendapatan tambahan dari pembuatan pupuk,” kata Bilbao.
Struvite sendiri merupakan produk yang menarik bagi para petani karena ia merupakan pupuk berkualitas. Uji coba yang dilakukan peneliti Fraunhofer mengonfirmasikan efektivitas struvite yang mampu meningkatkan produktivitas hingga empat kali lipat dibandingkan dengan penggunaan pupuk mineral lainnya.
Ke depan, peneliti akan menggelar proyek percontohan di berbagai instalasi penyaringan air sebelum mulai melakukan komersialisasi terhadap proses ini dan bekerjasama dengan mitra industri, awal tahun depan.