Mendesain Sistem Urban Farming Berkelanjutan di Negara Tropis

Berdasarkan laporan dari Food and Agriculture Organization (FAO, 2018), produksi pangan menghadapi tantangan global yang serius. Beberapa tantangan tersebut dintaranya adalah; 1) peningkatan kebutuhan pangan akibat kenaikan angka populasi manusia, pendapatan, dan urbanisasi, 2) keterbatasan dan pengurangan jumlah dan kualitas sumber daya lahan dan air untuk proses produksi pangan, dan 3) minimnya investasi pada sektor pertanian berkelanjutan. Berdasarkan laporan tersebut dapat dipahami bahwa permasalahan ini tidak hanya membutuhkan kepastian ketersediaan bahan pangan untuk memenuhi kebutuhan konsumen, namun hal ini menuntut adanya lapangan pekerjaan baru, peningkatan efisiensi rantai pasok, daur ulang sampah perkotaan, peluasan ruang terbuka hijau, dan peningkatan ketahanan kota untuk menghadapi perubahan iklim (FAO, 2020).

Urban farming atau pertanian di wilayah perkotaan tanpa mengganggu aktivitas perkotaan lainnya dianggap sebagai solusi yang dicanangkan dapat menyelesaikan permasalahan pangan yang saat ini terjadi (Su et al., 2020). Untuk mendukung adanya transformasi sebagai langkah untuk memenuhi kebutuhan pangan akibat ledakan populasi, pasokan pangan membutuhkan jaminan keamanan dan desain sistem urban farming yang berkelanjutan (Safayet et al., 2017). Hal ini penting untuk membangun ketahanan ekonomi dan ketahanan sumber daya pertanian, sehingga dapat menemukan solusi dari kebutuhan pangan yang ramah lingkungan. Energi terbarukan dan valorisasi limbah dapat memberikan manfaat untuk membangun sistem produksi pangan berkelanjutan dan memfasilitasi silkular ekonomi (Li et al., 2020).

Beberapa jenis sistem urban farming yang telah ada diantarnya adalah; 1) rooftop farming, 2) vertical farming, dan 3) plant factory, atau sistem vertical farming dalam ruangan yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dan kualitas produksi makanan (Ledesma et al., 2020). Selain jenis sistem urban farming yang telah ada, perkembangan teknologi terbaru memberikan peluang untuk mengembangkan sistem urban farming yang termonitor secara akurat, terkontrol, terstandarisasi dan ramah lingkungan. Kalkulasi yang tepat terhadap penggunaan tekno-ekonomi serta dampaknya terhadap lingkungan dengan adanya penerapan urban farming merupakan kunci untuk memilih desain sistem urban farming berkelanjutan (Li et al., 2020). Hal tersebut menjadi tantangan untuk praktisi pada bidang pertanian untuk menghasilkan desain dan rencana operasional yang optimal. 

Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah dilakukan terhadap sistem urban farming tersebut, (Li et al., 2020) melakukan penelitian untuk mendemonstrasikan kerangka kerja yang didasarkan pada studi kasus tentang desain dan pengoperasian vertical farming. Penelitian ini menjadi sumber rujukan utama penulis untuk memberikan gambaran umum mengenai desain sistem urban farming berkelanjutan, dikarenakan penelitian tersebut dilakukan di Singapura yang secara geografis kondisinya mirip dengan Indonesia. Analisis skenario kerja dilakukan terhadap beberapa komoditas sayuran hijau dengan beberapa perbedaan sumber energi, struktur kebun, dan pemupukan yang digambarkan dalam bagan analisis skenario dan kerangka kerja.

Skenario Sistem Urban Farming Berkelanjutan


Life cycle assessment (LCA) dan life cycle cost analysis (LCCA) merupakan instrumen penilaian sistem yang paling sering digunakan untuk mempelajari rantai pasok pangan dalam berbagai skala. Beberapa desain sistem yang telah diselidiki diantaranya adalah penelitian yang dilakukan oleh (Maucieri et al., 2018) menggunakan life cycle assessment untuk mengukur dampak lingkungan dari sistem akuaponik. Pada penelitian (Liaros et al., 2016) dilakukan pendekatan evaluasi tekno-ekonomi dari urban plant factories menggunkan life cycle cost analysis. Hal menunjukkan bahwa pada prosesnya mendesain sebuah sistem harus memenuhi dua keriteria yakni dapat meningkatkan keuntungan melalui naiknya hasil panen sekaligus memiliki prinsip keberlanjutan yang ramah terhadap lingkungan. Oleh karena itu diperlukan model dan teknik optimasi yang dibangun untuk menilai sebuah sistem urban farming berkelanjutan.


Pada penelitian (Li et al., 2020) digunakan kombinasi antara metode Life cycle assessment (LCA) dan life cycle cost analysis (LCCA). Adapun elemen-elemen yang diselidiki diantaranya adalah Net Present Value (NPV), Return on Investment (ROI) dan payback period yang digunakan sebagai indikator pada aspek ekonomi. Sedangkan penilaian emisi CO2, kebutuhan air, dan penggunaan lahan merupakan indikator pada aspek lingkungan yang digambarkan melalui bagan indikator multidimensi sistem urban farming berkelanjutan.

Bagan indikator multidimensi sistem urban farming berkelanjutan


Desain sistem urban farming diharapkan dapat membantu proses pengambilan keputusan dalam kerangka kerja yang memberikan nilai ekonomis hasil pertanian secara optimum dan kondisi operasi serta evaluasi yang memenuhi kriteria keberlanjutan. Terdapat enam skenario yang dilakukan pada tahapan desain sistem ini yang meliputi beberapa perlakuan kombinasi diantaranya;

Skenario

Struktur

Sumber Energi

Pupuk

Greenhouse

Plant factory

Open field

Grid

Solar PV

Chemical Fertilizer

Beer-residues fertilizer

Base case (BC)

 

 

 

 

Glass-enclose greenhouse (GEG)

 

 

 

 

Open Field (OF)

 

 

 

 

Renewable energy (RE)

 

 

 

 

Waste Valorization (WV)

 

 

 

 

Renewable energi & waste valorization (REWV)

 

 

 

 

Berdasarkan perbandingan keenam skenario terhadap penilaian indikator ekonomi maupun lingkungan, desain sistem urban farming yang paling menguntungkan dari vertical farming yang diujikan adalah skenario studi alternatif REWV. Metode ini berbasis plant factory tanpa jendela, yang dilengkapi dengan pencahayaan buatan secara penuh, menggunakan sistem PV dan memanfaatkan residu dari yang dihasilkan dari industri bir sebagai pupuknya. Desain ini merupakan desain dengan konsumsi air dengan jumlah paling sedikit dan menghasilkan emisi CO2 yang tergolong sedang. Desain ini cocok untuk diterapkan pada perkotaan yang berada di wilayah tropis seperti Indonesia.

Beberapa hasil penelitian lain juga menujukan bahwa struktur greenhouse pada urban farming tidak direkomendasikan pada kota yang berada di wilayah tropis, karena dengan tingginya radiasi matahari pada wilayah tropis akan menyebabkan radiasi terperangkap dalam greenhouse. Kemudian penggunaan energi terbarukan sistem PV sebagai sumber listrik memberikan dampak pada aspek ekonomi payback time yang lebih lama, namun hal tersebut memberikan keuntungan dari sisi net economic value dibandingkan dengan penggunaan listrik yang berasal dari bahan bakar fosil, sementara radiasi matahari tersedia dalam jumlah yang melimpah. Penggunaan limbah hasil pertanian berupa residu dari produksi bir sebagai pupuk termasuk kedalam valorisasi limbah dalam silkular ekonomi. Hal tersebut memberikan dampak terhadap net present value yang lebih tinggi dan payback period dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan penggunaan pupuk kimia. Selain itu hal ini juga berdampak pada pengurangan sampah di kota dan memiliki nilai penggunaan lahan yang lebih sedikit dibandingkan dengan penggunaan pupuk kimia.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan (Li et al., 2020) terhadap desain sistem urban farming berkelanjutan ini diharapkan dapat menjadi kerangka kerja yang dapat dikombinasikan dengan teknologi internet of things (IoT), metode machine learning, dan pengendalian sistem otomasi untuk menghasilkan pertanian presisi yang memberikan keuntungan yang lebih tinggi serta proses produksi yang lebih ramah terhadap lingkungan.

 

Sumber:

FAO, 2020. Urban agriculture [WWW Document]. URL http://www.fao.org/urban-agriculture/en/ (diakses pada 15.11.20).

FAO, F. (2018). The future of food and agriculturure alternative pathways to 2050

Ledesma, G., Nikolic, J., & Pons-Valladares, O. (2020). Bottom-up model for the sustainability assessment of rooftop-farming technologies potential in schools in Quito, Ecuador. Journal of Cleaner Production, 274, 122993. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122993

Li, L., Li, X., Chong, C., Wang, C. H., & Wang, X. (2020). A decision support framework for the design and operation of sustainable urban farming systems. Journal of Cleaner Production, 268, 121928. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121928

Liaros, S., Botsis, K., & Xydis, G. (2016). Technoeconomic evaluation of urban plant factories: The case of basil (Ocimum basilicum). Science of the Total Environment, 554555, 218–227. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.02.174

Maucieri, C., Forchino, A. A., Nicoletto, C., Junge, R., Pastres, R., Sambo, P., & Borin, M. (2018). Life cycle assessment of a micro aquaponic system for educational purposes built using recovered material. Journal of Cleaner Production, 172, 3119–3127. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.11.097

Safayet, M., Arefin, M. F., & Hasan, M. M. U. (2017). Present practice and future prospect of rooftop farming in Dhaka city: A step towards urban sustainability. Journal of Urban Management, 6(2), 56–65. https://doi.org/10.1016/j.jum.2017.12.001

Su, Y. L., Wang, Y. F., & Ow, D. W. (2020). Increasing effectiveness of urban rooftop farming through reflector-assisted double-layer hydroponic production. Urban Forestry and Urban Greening, 54, 126766. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2020.126766

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *