Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Dalam dunia pertanian, kerusakan akibat dingin menjadi salah satu tantangan terbesar bagi para petani buah di Amerika Serikat. Kerugian ekonomi yang ditimbulkan oleh cuaca dingin jauh lebih besar dibandingkan dengan bahaya cuaca lainnya. Oleh karena itu, pencarian solusi untuk meningkatkan ketahanan tanaman terhadap suhu rendah menjadi sangat penting. Salah satu inovasi yang menjanjikan adalah penggunaan selulosa nanokristal (CNC), yang merupakan bahan bio-nanomaterial terbarukan dengan sifat fisik dan kimia yang unik, termasuk konduktivitas termal yang rendah.
Tim peneliti telah mengembangkan proses untuk menciptakan dispersions CNC yang dapat disemprotkan pada tanaman tahunan kayu. Proses ini menghasilkan film isolasi tipis di sekitar kuncup, yang terbukti meningkatkan toleransi dingin. Penelitian ini menggunakan kaloriometri pemindaian digital (DSC) untuk menyelidiki sifat termodinamika dari kuncup reproduktif apel (Malus domestica Borkh.) yang telah diperlakukan dengan dispersions CNC pada suhu rendah. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan dengan CNC dapat secara signifikan menurunkan suhu pembekuan fatal pada kuncup.
Hasil pengamatan menunjukkan bahwa kuncup apel yang diperlakukan dengan 3% CNC mengalami pembekuan fatal pada suhu yang lebih rendah, yaitu 3,2°C dan 5,5°C lebih rendah dibandingkan dengan kontrol yang tidak diperlakukan, pada pengambilan sampel 1 dan 3 hari setelah aplikasi. Selain itu, kapasitas panas laten (J/g) dari kuncup yang diperlakukan dengan 3% CNC meningkat 46% dibandingkan dengan kuncup yang tidak diperlakukan 1 hari setelah aplikasi, dan perbedaan ini meningkat menjadi 168% setelah 3 hari. Ini menunjukkan bahwa perlakuan dengan CNC tidak hanya meningkatkan ketahanan dingin, tetapi juga mempengaruhi proses termodinamika pada kuncup.
Pengukuran menggunakan mikroskop elektron pemindaian (SEM) menunjukkan bahwa film CNC yang kering dapat terdeteksi pada permukaan kuncup setelah 3 hari aplikasi. Ketebalan film yang diukur dengan SEM meningkat seiring dengan konsentrasi material. Penurunan emissivity pada kuncup ceri yang diperlakukan dengan 3% CNC rata-rata mencapai 16% dibandingkan dengan kuncup yang tidak diperlakukan. Hal ini menunjukkan bahwa kuncup yang diperlakukan dengan CNC melepaskan energi termal dengan laju yang lebih lambat, yang berkontribusi pada peristiwa nukleasi es internal pada suhu yang lebih rendah.
Hasil dari pengujian DSC menunjukkan bahwa kuncup apel yang diperlakukan dengan CNC melepaskan energi lebih banyak pada saat pembekuan internal yang fatal, yang menunjukkan bahwa pelapisan CNC meningkatkan jumlah air supercooled. Efek dari CNC yang terlihat selama pengujian DSC meningkat seiring dengan konsentrasi CNC dan waktu setelah aplikasi. Ini menunjukkan bahwa dispersions CNC mengering menjadi nanofilm pada permukaan kuncup, yang mempengaruhi proses termodinamika pada suhu rendah.
Inovasi ini tidak hanya memberikan harapan baru bagi para petani dalam menghadapi tantangan cuaca dingin, tetapi juga membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut dalam penggunaan nanomaterial untuk meningkatkan ketahanan tanaman. Dengan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana CNC dapat mempengaruhi ketahanan dingin, kita dapat mengembangkan strategi yang lebih efektif untuk melindungi tanaman dari kerusakan akibat cuaca ekstrem. Penelitian ini menunjukkan potensi besar dari nanomaterial dalam pertanian berkelanjutan dan dapat menjadi langkah awal menuju solusi yang lebih inovatif dalam menghadapi perubahan iklim.
