Teknologi Plasma Dingin bagi Pertanian yang Ramah Lingkungan

Plasma adalah sup elektron (soup of electrons) dengan muatan negatif, ion positif dan atom netral yang juga menghasilkan medan elektromagnetik dan radiasi ultraviolet dan inframerah. Plasma muncul ketika gas mendapat energi super oleh panas atau arus listrik, misalnya dan elektron.
Substansi plasma mirip dengan gas namun bukan gas, dengan bagian tertentu dari partikel terionisasi, dan menjadi substansi keempat setelah padat, cair, dan gas. Senyawa ini memiliki tiga jenis yaitu plasma dingin dan plasma panas.
Fisikawan dari Polytechnique Montréal, Kanada, Stephan Reuter, saat ini tengah mengembangkan proyek percontohan pemanfaatan plasma untuk pertanian. Ia tengah mempertimbangkan bagaimana semburan partikel bermuatan dapat mempengaruhi pertumbuhan selada.
Di Negara Bagian Quebec, ia diminta membantu para petani memikirkan kembali energi plasma membantu pertumbuhan selada di rumah kaca (green house) seukuran empat lapangan bola. Di sini ditanam ribuan tanaman selada di atas alas polistirena dalam sistem hidroponik.
Pada lahan pertanian yang panen setiap hari ini, Reuter ditugaskan untuk menggunakan teori fisika tentang plasma untuk membantu perusahaan bernama Hydroserre Inc di wilayah Mirabel, Montréal, Kanada, guna mengurangi jejak karbon yang dihasilkan.
Perusahaan itu juga ingin memerangi patogen dan menghindari pupuk dari amonia yang dihasilkan dari nitrogen menggunakan reaksi kimia Haber-Bosch. Reaksi ini sebelumnya telah merevolusi pertanian di awal abad ke-20 namun prosesnya menghasilkan ratusan juta metrik ton karbon dioksida setiap tahun.
"Idealnya, kita menggunakan pupuk yang terbarukan," kata Reuter seperti dikutip laman Science News edisi 8 September lalu.
Para peneliti ini bekerja untuk menciptakan pertanian masa depan yang benar-benar berkelanjutan. Bukan hanya menekan jejak karbon dari pupuk, listrik untuk ionisasi plasma menggunakan sumber terbarukan seperti angin atau matahari.
Sebagai fisikawan yang mempelajari plasma, tantangan untuk Reuter cukup berat. Plasma memang sangat umum. Faktanya 99 persen materi yang ada di alam semesta menurut astrofisikawan berada dalam keadaan plasma. Seperti petir dan bohlam lampu listrik menghasilkan plasma.
Sebagai gambaran, Matahari adalah bola plasma dan gas. Angin Matahari adalah aliran plasma. Ketika angin itu bertabrakan dengan pelindung, bantalan magnet kaya plasma yang menyelimuti Bumi, interaksi tersebut menghasilkan aliran cahaya yang terlihat, contohnya aurora borealis di Kutub Utara dan aurora australis di Kutub Selatan.
Para ilmuwan telah lama tertarik pada implikasi biologis plasma. Pada akhir abad ke-19, fisikawan Finlandia, Karl Selim Lemström, mengamati bahwa lebar lingkaran pertumbuhan di pohon cemara dekat Lingkaran Arktik mengikuti siklus aurora borealis, melebar saat cahaya utara paling kuat. Dia menduga fenomena cahaya aurora entah bagaimana mendorong pertumbuhan tanaman.
Untuk meniru cahaya utara secara artifisial, ia menempatkan jaring kawat logam di atas tanaman yang sedang tumbuh dan mengalirkan arus melaluinya. Hasilnya tanaman menghasilkan sayuran yang lebih besar.

Basmi Patogen
Dalam hal kesehatan tanaman, para ilmuwan telah mengetahui paparan plasma dapat dengan aman membunuh patogen seperti bakteri, jamur, dan virus. Sebuah studi pada hewan juga menunjukkan bahwa plasma dapat mendorong pertumbuhan pembuluh darah di kulit.
Dalam penelitiannya, Reuter mempelajari cara memanfaatkan sifat-sifat ini untuk menghambat infeksi baru pada luka dan mempercepat penyembuhan atau mengobati kondisi kulit lainnya. Bersama dengan fisikawan lainnya ia telah meneliti kekuatan plasma untuk meningkatkan produksi makanan.
Dalam 10 tahun terakhir mereka menguji plasma pada benih, bibit, tanaman, dan ladang. Ini termasuk plasma yang dihasilkan menggunakan gas mulia, serta plasma yang dihasilkan dari udara. Dalam beberapa kasus, plasma diterapkan secara langsung melalui paparan plasma yang mengalir di atas benih atau tanaman.
Pendekatan lain menggunakan air yang diolah dengan plasma untuk melakukan tugas ganda sekaligus yaitu irigasi dan pemupukan. Beberapa penelitian telah melaporkan berbagai manfaat, mulai dari membantu tanaman tumbuh lebih cepat dan lebih besar selain mampu melawan hama.
"Dalam penelitian sangat awal yang kami lakukan plasma dalam dalam 10 hingga 15 tahun terakhir, kami melihat data yang sangat menjanjikan," kata ahli patologi tanaman pada Penelitian Teknologi Keamanan dan Intervensi Pangan di Pusat Penelitian Regional Timur Dinas Pertanian di Wyndmoor, Pennsylvania, Amerika Serikat (AS), Brendan Niemira.
Tantangannya kini adalah untuk mengetahui apakah plasma dapat menghasilkan manfaat pada tingkat satuan hektare tanaman.
"Bisakah kita membuatnya bekerja di lingkungan lapangan [untuk] memberikan keuntungan yang dapat diintegrasikan ke dalam sistem pertumbuhan di masa depan?" kata Niemira. hay/I-1