Pengelolaan ekosistem dan agro-ekosistem yang berkelanjutan melalui konservasi tanah dan air mendukung usaha pertanian intensif. Fasilitas untuk mengatasi tantangan ini dapat diwujudkan melalui penambahan biochar pada pupuk organik atau pupuk an organik. Efisiensi biochar dapat ditingkatkan melalui prosedur fisik, kimia dan mikroba. Improvisasi material biochar dengan pengkayaan nutrisi dan material hayati berkolaborasi menyusun biochar three in one (Biotron). Peran biotron pada pertanian berkelanjutan, remediasi polusi dan percepatan reaksi pembenahan tanah. Karakter biochar yang optimal dapat diwujudkan melalui improvisasi biochar menjadi biotron(Budiono.2020).

Pemanfaatan karakter biochar yang menguntungkan dan untuk meningkatkan efisiensinya sekaligus meminimalkan resiko. Produksi dan penerapan biochar telah banyak dikaji dan diterapkan sifat fisik dan kimia biochar dan faktor-faktor yang mempengaruhinya (yaitu, sifat biomassa dan kondisi pirolisis) telah dibahas terdahulu secara rinci. Kualitas biochar dapat ditingkatkan kualitasnya melalui metode aktivasi/modifikasi fisika dan kimia untuk meningkatkan karakteristik biochar dan aplikasi pada lingkungan telah diteliti secara khusus, untuk memutakhirkan rekayasa produksi, sifat, dan aplikasi biochar(Kazemi Shariat Panahi et al., 2020).

Bahan baku biochar berasal dari lignoselulosa dan pupuk kandang yang mengandung kumpulan senyawa organik dan anorganik sebagai bahan pembenah tanah. Namun, tidak semua biochar merupakan bahan pembenah tanah yang layak; ini karena sifat fisik dan kimianya bervariasi karena komposisi unsur bahan baku, proses pengolahan, dan perbedaan ukuran partikel. Biochar dapat memberikan fungsi dan peran yang lebih efektif sebagai pembenah tanah, dengan sifat-sifat yang relevan sebagai bahan pembenah tanah yang berhasil melalui pemilihan bahan baku, kondisi pirolisis, dan pilihan ukuran partikel (Novak et al., 2014).

Identifikasi dan kuantifikasi sifat biochar penting untuk mencapai hasil yang optimal dalam pertanian atau lingkungan. Teknik spektroskopi canggih dapat diadopsi dalam karakterisasi biochar. Pemilihan metode yang tepat sangat penting untuk menilai sifat biochar secara akurat dan konsisten. Metode untuk mengkarakterisasi biochar dapat dilakukan dengan analisis proksimat, ultimate, fisikokimia, permukaan dan struktural, dan sifat biochar penting untuk berbagai aplikasi(Igalavithana et al., 2018).

Peran biochar diantaranya dapat meningkatkan kualitas fisik tanah, kapasitas aerasi dan menahan air lebih baik,jika dibandingkan bahan pembenah tanah lainnya seperti kapur, zeolite, kaolite, dan biomasa bentuk lainnya. Biochar mampu memperbaiki kepadatan tanah, meningkatkan porositas dan mengurangi evapotranspirasi (Haider dkk., 2017).

Kualitas biochar ditentukan oleh proses produksi dan pemanfaatan biochar yang sesuai tujuan (Hossain dkk., 2020). Sifat fisikokimia biochar yang dihasilkan selama pirolisis, berpengaruh terhadap penyimpanan (Hou.J a,dkk. 2022); slow release nutrisi tanah (Nyambishi & Mapope, 2017); ketersediaan karbon, menyediakan perlindungan fisik mikroorganisme terhadap predator sehingga keragaman mikroba dan jasa ekosistem tanah dapat meningkatkan eksistensinya. Struktur biochar dengan luas permukaan yang tinggi memberikan perlindungan bagi bakteri, dan mempengaruhi pengikatan kation dan anion nutrisi yang penting (Rawat et al., 2019).

Selain itu struktur molekul biochar menunjukkan tingkat stabilitas kimia dan perlekatan mikroba yang tinggi. Efek perbaikan biochar terhadap sifat tanah berdampak langsung terhadap pertumbuhan tanaman karena ketersediaan udara dan air di zona perakaran. Biochar yang dihasilkan oleh pirolisis suhu rendah, dicirikan oleh kadar volatil yang tinggi dengan kandungan substrat yang mudah terurai, sehingga dapat mendukung pertumbuhan tanaman (Robertson et al., 2012; Mukherjee & Zimmerman, 2013).

Jenis bahan baku adalah faktor penting lain yang menentukan aplikasi biochar dan efeknya di dalam tanah, karena sifat-sifatnya dipengaruhi oleh biomassanya (Jindo et al.,2014). Studi tentang struktur biomassa mengungkapkan bahwa selulosa, hemiselulosa dan lignin adalah bahan utama biomassa yang mempengaruhi hasil produk pirolisis (Tripathi, Sahu & Ganesan 2016). Kandungan lignin dan selulosa memiliki pengaruh terhadap pembentukan biochar (Klosset al.,2012). Potensi bahan baku biochar yang sangat besar ini memberikan peluang perbaikan lahan terutama di lahan kering. Hal ini berkaitan dengan peran biochar yang dapat meningkatkan retensi air dan unsur hara. Karakter fisik biochar seperti luas permukaan,bentuk, struktur dan porositas, berperan penting terhadap retensi air tanah (Andrenelli et al.,2016; Liu et al., 2017), retensi hara dan aerasi, (Githinji, 2014, Drahansky et al., 2016). Selain itu, biochar dapat memperbaiki sifat kimia tanah seperti pH tanah (Agegnehu et al., 2017)dan KTK yang berkaitan dengan retensi hara (Novak et al., 2009), sehingga efisien dalam penggunaan nitrogen dengan biochar.

1.    Komposisi biomassa, berpengaruh terhadap hasil pirolisis, karena dengan komposisi lignin dan selulosa yang berbeda dari biomassa mempunyai temperatu pirolisis yang berbeda. Berikut temperatur yang dibutuhkan untuk peruraian biomassa :

a.  Hemiselulosa : 150 – 350°C

b.  Selulosa       : 275 – 350°C

c.   Lignin           : 250 – 500°C

2.    Suhu pirolisis, berpengaruh terhadap komposisi produk dan jumlah produk. Suhu yang rendah akan menghasilkan lebih banyak arang, sedangkan suhu yang tinggi akan lebih sedikit mengasilkan arang.

3.    Laju pemanasan, berpengaruh terhadap komposisi produk dan jumlah produk.