Pupuk

Latar Belakang

Pupuk adalah zat yang ditambahkan ke dalam tanah untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman. Pertama kali digunakan oleh petani kuno, teknologi pemupukan berkembang secara signifikan seiring dengan ditemukannya kebutuhan kimia tanaman yang sedang tumbuh. Pupuk sintetik modern terutama terdiri dari senyawa nitrogen, fosfor, dan kalium dengan tambahan nutrisi sekunder. Penggunaan pupuk sintetis telah secara signifikan meningkatkan kualitas dan kuantitas makanan yang tersedia saat ini, meskipun penggunaan jangka panjangnya diperdebatkan oleh para pecinta lingkungan.

Seperti semua organisme hidup, tumbuhan terdiri dari sel-sel. Di dalam sel-sel ini terjadi banyak reaksi kimia metabolik yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan dan reproduksi. Karena tanaman tidak memakan makanan seperti hewan, mereka bergantung pada nutrisi di dalam tanah untuk menyediakan bahan kimia dasar untuk reaksi metabolisme ini. Akan tetapi, pasokan komponen-komponen ini di dalam tanah terbatas, dan ketika tanaman dipanen, ia berkurang, menyebabkan penurunan kualitas dan hasil tanaman.

Pupuk menggantikan komponen kimia yang diambil dari tanah dengan menanam tanaman. Namun, mereka juga dirancang untuk meningkatkan potensi pertumbuhan tanah, dan pupuk dapat menciptakan lingkungan tumbuh yang lebih baik daripada tanah alami. Mereka juga dapat disesuaikan dengan jenis tanaman yang ditanam. Biasanya, pupuk terdiri dari senyawa nitrogen, fosfor, dan kalium. Mereka juga mengandung elemen yang meningkatkan pertumbuhan tanaman.

Komponen utama dalam pupuk adalah unsur hara yang sangat vital bagi pertumbuhan tanaman. Tumbuhan menggunakan nitrogen dalam sintesis protein, asam nukleat, dan hormon. Ketika tanaman kekurangan nitrogen, mereka ditandai dengan berkurangnya pertumbuhan dan daun menguning. Tanaman juga membutuhkan fosfor, komponen asam nukleat, fosfolipid, dan beberapa protein. Hal ini juga diperlukan untuk menyediakan energi untuk mendorong reaksi kimia metabolik. Tanpa fosfor yang cukup, pertumbuhan tanaman berkurang. Kalium adalah zat utama lain yang didapat tanaman dari tanah. Ini digunakan dalam sintesis protein dan proses tanaman utama lainnya. Menguning, bintik-bintik jaringan mati, dan batang serta akar yang lemah semuanya merupakan indikasi tanaman yang kekurangan kalium.

Kalsium, magnesium, dan belerang juga merupakan bahan penting dalam pertumbuhan tanaman. Namun, mereka hanya termasuk dalam pupuk dalam jumlah kecil, karena sebagian besar tanah secara alami mengandung cukup komponen ini. Bahan lain dibutuhkan dalam jumlah yang relatif sedikit untuk pertumbuhan tanaman. Mikronutrien ini termasuk besi, klorin, tembaga, mangan, seng, molibdenum, dan boron, yang terutama berfungsi sebagai kofaktor dalam reaksi enzimatik. Meskipun mereka mungkin ada dalam jumlah kecil, senyawa ini tidak kalah pentingnya untuk pertumbuhan, dan tanpa mereka tanaman bisa mati.

Banyak zat yang berbeda digunakan untuk menyediakan nutrisi penting yang dibutuhkan untuk pupuk yang efektif. Senyawa ini dapat ditambang atau diisolasi dari sumber alami. Contohnya termasuk natrium nitrat, rumput laut, tulang, guano, kalium, dan batuan fosfat. Senyawa juga dapat disintesis secara kimia dari bahan baku dasar. Ini akan mencakup hal-hal seperti amonia, urea, asam nitrat, dan amonium fosfat. Karena senyawa ini ada dalam sejumlah keadaan fisik, pupuk dapat dijual sebagai padatan, cairan, atau bubur.

Sejarah

Proses penambahan zat ke tanah untuk meningkatkan kapasitas pertumbuhannya dikembangkan pada hari-hari awal pertanian. Petani kuno tahu bahwa hasil pertama di sebidang tanah jauh lebih baik daripada tahun-tahun berikutnya. Hal ini menyebabkan mereka pindah ke daerah baru yang tidak ditanami, yang sekali lagi menunjukkan pola penurunan hasil yang sama dari waktu ke waktu. Akhirnya ditemukan bahwa pertumbuhan tanaman di sebidang tanah dapat ditingkatkan dengan menyebarkan kotoran hewan ke seluruh tanah.

Seiring waktu, teknologi pemupukan menjadi lebih halus. Zat baru yang meningkatkan pertumbuhan tanaman ditemukan. Orang Mesir diketahui telah menambahkan abu dari gulma yang terbakar ke tanah. Tulisan Yunani dan Romawi kuno menunjukkan bahwa berbagai kotoran hewan digunakan, tergantung pada jenis tanah atau tanaman yang ditanam. Saat ini juga diketahui bahwa menanam tanaman polong-polongan di petak-petak sebelum menanam gandum bermanfaat. Jenis bahan lain yang ditambahkan termasuk kerang laut, tanah liat, limbah sayuran, limbah dari proses manufaktur yang berbeda, dan berbagai macam sampah lainnya.

Penelitian terorganisir dalam teknologi pupuk dimulai pada awal abad ketujuh belas. Ilmuwan awal seperti Francis Bacon dan Johann Glauber menjelaskan efek menguntungkan dari penambahan sendawa ke tanah. Glauber mengembangkan pupuk mineral lengkap pertama, yang merupakan campuran sendawa, kapur, asam fosfat, nitrogen, dan kalium. Seiring berkembangnya teori kimia ilmiah, kebutuhan kimia tanaman ditemukan, yang mengarah pada perbaikan komposisi pupuk. Ahli kimia organik Justus von Liebig menunjukkan bahwa tanaman membutuhkan unsur-unsur mineral seperti nitrogen dan fosfor untuk tumbuh. Industri pupuk kimia dapat dikatakan dimulai dengan paten yang diberikan kepada Sir John Lawes, yang menguraikan metode untuk memproduksi suatu bentuk fosfat yang merupakan pupuk yang efektif. Industri pupuk sintetis mengalami pertumbuhan yang signifikan setelah Perang Dunia Pertama, ketika fasilitas yang telah menghasilkan amonia dan nitrat sintetis untuk bahan peledak diubah menjadi produksi pupuk berbasis nitrogen.

Bahan Baku

Pupuk yang diuraikan di sini adalah pupuk majemuk yang terdiri dari pupuk primer dan unsur hara sekunder. Ini hanya mewakili satu jenis pupuk, dan jenis nutrisi tunggal lainnya juga dibuat. Bahan baku, dalam bentuk padat, dapat dipasok ke produsen pupuk dalam jumlah ribuan ton, jumlah drum, atau dalam drum logam dan wadah tas.

Pupuk primer meliputi zat yang berasal dari nitrogen, fosfor, dan kalium. Berbagai bahan baku digunakan untuk memproduksi senyawa ini. Ketika amonia digunakan sebagai sumber nitrogen dalam pupuk, salah satu metode produksi sintetis memerlukan penggunaan gas alam dan udara. Komponen fosfor dibuat dengan menggunakan belerang, batu bara, dan batuan fosfat. Sumber kalium berasal dari kalium klorida, komponen utama kalium.

Nutrisi sekunder ditambahkan ke beberapa pupuk untuk membantu membuatnya lebih efektif. Kalsium diperoleh dari batugamping, yang mengandung kalsium karbonat, kalsium sulfat, dan kalsium magnesium karbonat. Sumber magnesium dalam pupuk berasal dari dolomit. Sulfur adalah bahan lain yang ditambang dan ditambahkan ke pupuk. Bahan tambang lainnya termasuk besi dari besi sulfat, tembaga, dan molibdenum dari molibdenum oksida.

Manufaktur
Proses

Pabrik yang terintegrasi penuh telah dirancang untuk memproduksi pupuk majemuk. Tergantung pada komposisi produk akhir yang sebenarnya, proses produksi akan berbeda dari satu produsen ke produsen lainnya.

Komponen pupuk nitrogen

• 1 Amoniak merupakan salah satu komponen pupuk nitrogen yang dapat disintesis dari bahan baku yang murah. Karena nitrogen merupakan bagian penting dari atmosfer bumi, sebuah proses dikembangkan untuk menghasilkan amonia dari udara. Dalam proses ini, gas alam dan uap dipompa ke bejana besar. Selanjutnya, udara dipompa ke dalam sistem, dan oksigen dihilangkan dengan pembakaran gas alam dan uap. Ini daun terutama nitrogen, hidrogen, dan karbon dioksida. Karbon dioksida dihilangkan dan amonia diproduksi dengan memasukkan arus listrik ke dalam sistem. Katalis seperti magnetit (Fe ₃ O ₄ ) telah digunakan untuk meningkatkan kecepatan dan efisiensi sintesis amonia. Setiap kotoran dikeluarkan dari amonia, dan disimpan dalam tangki sampai diproses lebih lanjut.
• 2 Amonia sendiri terkadang digunakan sebagai pupuk, namun seringkali diubah menjadi zat lain untuk kemudahan penanganan. Asam nitrat diproduksi dengan terlebih dahulu mencampur amonia dan udara dalam tangki. Dengan adanya katalis, terjadi reaksi yang mengubah amonia menjadi oksida nitrat. Oksida nitrat selanjutnya direaksikan dengan adanya air untuk menghasilkan asam nitrat.

• 3 Asam nitrat dan amonia digunakan untuk membuat amonium nitrat. Bahan ini merupakan komponen pupuk yang baik karena memiliki konsentrasi nitrogen yang tinggi. Kedua bahan dicampur bersama dalam tangki dan reaksi netralisasi terjadi, menghasilkan amonium nitrat. Bahan ini kemudian dapat disimpan sampai siap untuk digranulasi dan dicampur dengan komponen pupuk lainnya.

  

Komponen pupuk fosfor

• 4 Untuk mengisolasi fosfor dari batuan fosfat, diperlakukan dengan asam sulfat, menghasilkan asam fosfat. Beberapa bahan ini direaksikan lebih lanjut dengan asam sulfat dan asam nitrat untuk menghasilkan superfosfat rangkap tiga, sumber fosfor yang sangat baik dalam bentuk padat.
• 5 Beberapa asam fosfat juga direaksikan dengan amonia dalam tangki terpisah. Reaksi ini menghasilkan amonium fosfat, pupuk utama lain yang baik.

Komponen pupuk kalium

• 6 Kalium klorida biasanya dipasok ke produsen pupuk dalam jumlah besar. Pabrikan mengubahnya menjadi bentuk yang lebih bermanfaat dengan membuat granulasi. Hal ini memudahkan pencampuran dengan komponen pupuk lainnya pada langkah selanjutnya.

Granulasi dan pencampuran

• 7 Untuk menghasilkan pupuk dalam bentuk yang paling berguna, masing-masing senyawa yang berbeda, amonium nitrat, kalium klorida, amonium fosfat, dan triple superfosfat digranulasi dan dicampur bersama. Salah satu metode granulasi melibatkan menempatkan bahan padat ke dalam drum berputar yang memiliki sumbu miring. Saat drum berputar, potongan-potongan pupuk padat mengambil bentuk bulat kecil. Mereka melewati layar yang memisahkan partikel berukuran cukup. Lapisan debu lembam kemudian diterapkan pada partikel, menjaga masing-masing partikel tetap terpisah dan menghambat retensi kelembaban. Akhirnya, partikel dikeringkan, menyelesaikan proses granulasi.
• 8 Berbagai jenis partikel dicampur bersama dalam proporsi yang tepat untuk menghasilkan pupuk komposit. Pencampuran dilakukan dalam drum pencampur besar yang memutar sejumlah putaran tertentu untuk menghasilkan campuran terbaik. Setelah pencampuran, pupuk dikosongkan ke ban berjalan, yang mengangkutnya ke mesin bagging.

Mengantre

• 9 Pupuk biasanya dipasok ke petani dalam kantong besar. Untuk mengisi kantong-kantong ini pupuk pertama-tama dikirim ke hopper besar. Jumlah yang sesuai dilepaskan dari hopper ke dalam tas yang dibuka dengan perangkat penjepit. Tas berada di permukaan yang bergetar, yang memungkinkan pengepakan yang lebih baik. Saat pengisian selesai, tas diangkut tegak lurus ke mesin yang menutupnya. Kantong tersebut kemudian dibawa ke alat palet, yang menumpuk beberapa kantong, menyiapkannya untuk dikirim ke distributor dan akhirnya ke petani.

Kontrol Kualitas

Untuk memastikan kualitas pupuk yang dihasilkan, produsen memantau produk pada setiap tahap produksi. Bahan mentah dan produk jadi semuanya menjalani serangkaian uji fisik dan kimia untuk menunjukkan bahwa mereka memenuhi spesifikasi yang dikembangkan sebelumnya. Beberapa karakteristik yang diuji antara lain pH, kenampakan, densitas, dan titik leleh. Karena produksi pupuk diatur oleh pemerintah, uji analisis komposisi dilakukan pada sampel untuk menentukan kandungan nitrogen total, kandungan fosfat, dan elemen lain yang mempengaruhi komposisi kimia. Berbagai tes lain juga dilakukan, tergantung pada sifat spesifik dari komposisi pupuk.

Produk Sampingan/Limbah

Sejumlah kecil nitrogen yang terkandung dalam pupuk yang diberikan ke tanah sebenarnya diasimilasi ke dalam tanaman. Banyak yang tersapu ke badan air di sekitarnya atau menyaring ke air tanah. Ini telah menambahkan sejumlah besar nitrat ke air yang dikonsumsi oleh masyarakat. Beberapa penelitian medis menunjukkan bahwa gangguan tertentu pada sistem kemih dan ginjal adalah akibat dari nitrat yang berlebihan dalam air minum. Diperkirakan juga bahwa ini sangat berbahaya bagi bayi dan bahkan berpotensi karsinogenik.

Nitrat yang terkandung dalam pupuk tidak dianggap berbahaya. Namun, bakteri tertentu di tanah mengubah nitrat menjadi ion nitrit. Penelitian telah menunjukkan bahwa ketika ion nitrit tertelan, mereka bisa masuk ke aliran darah. Di sana, mereka terikat dengan hemoglobin, protein yang bertanggung jawab untuk menyimpan oksigen. Ketika ion nitrit berikatan dengan hemoglobin, ia kehilangan kemampuannya untuk menyimpan oksigen, yang mengakibatkan masalah kesehatan yang serius.

Nitrosamin adalah produk sampingan potensial lainnya dari nitrat dalam pupuk. Mereka adalah hasil dari reaksi kimia alami nitrat. Nitrosamin telah terbukti menyebabkan tumor pada hewan laboratorium, menimbulkan ketakutan bahwa hal yang sama dapat terjadi pada manusia. Namun, belum ada penelitian yang menunjukkan hubungan antara penggunaan pupuk dan tumor manusia.

Masa Depan

Penelitian pupuk saat ini berfokus pada pengurangan dampak lingkungan yang merugikan dari penggunaan pupuk dan menemukan sumber pupuk baru yang lebih murah. Hal-hal yang sedang diteliti untuk membuat pupuk lebih ramah lingkungan adalah perbaikan metode aplikasi, penyediaan pupuk dalam bentuk yang kurang rentan terhadap limpasan, dan pembuatan campuran yang lebih pekat. Sumber pupuk baru juga sedang diselidiki. Telah ditemukan bahwa lumpur limbah mengandung banyak nutrisi yang dibutuhkan untuk pupuk yang baik. Sayangnya, ia juga mengandung zat-zat tertentu seperti timbal, kadmium, dan merkuri dalam konsentrasi yang berbahaya bagi tanaman. Upaya sedang dilakukan untuk menghilangkan unsur-unsur yang tidak diinginkan, membuat bahan ini menjadi pupuk yang layak. Sumber lain yang sedang dikembangkan adalah pupuk kandang. Pupuk pertama adalah pupuk kandang, namun tidak dimanfaatkan secara besar-besaran karena penanganannya terbukti terlalu mahal. Ketika teknologi meningkat dan biaya berkurang, bahan ini akan menjadi pupuk baru yang layak.