PARMETROS DE QUALIDADE DA MADEIRA E DO CARVO VEGETAL DE
CLONES DE EUCALIPTO
ROSIMEIRE CAVALCANTE DOS SANTOS
2010
ROSIMEIRE CAVALCANTE DOS SANTOS
PARMETROS DE QUALIDADE DA MADEIRA E DO CARVO VEGETAL DE CLONES DE EUCALIPTO
Tese apresentada Universidade Federal de Lavras, como parte das exigncias do Programa de Ps-Graduao em Cincia e Tecnologia da Madeira, rea de concentrao em Processamento e Utilizao da Madeira, para a obteno do ttulo de Doutora .
Orientador Prof. Lourival Marin Mendes
LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL
2010
Ficha Catalogrfica Preparada pela Diviso de Processos Tcnicos da Biblioteca Central da UFLA
Santos, Rosimeire Cavalcante dos. Parmetros de qualidade da madeira e do carvo vegetal de clones de Eucalipto / Rosimeire Cavalcante dos Santos. Lavras : UFLA, 2010.
159 p. : il.
Tese (doutorado) Universidade Federal de Lavras, 2010. Orientador: Lourival Marin Mendes. Bibliografia.
1. Qualidade da madeira. 2. Carvo vegetal. 3. Clones de Eucalipto. I. Universidade Federal de Lavras. II. Ttulo.
CDD 634.97342 674.12
ROSIMEIRE CAVALCANTE DOS SANTOS
PARMETROS DE QUALIDADE DA MADEIRA E DO CARVO VEGETAL DE CLONES DE EUCALIPTO
Tese apresentada Universidade Federal de Lavras, como parte das exigncias do Programa de Ps-Graduao em Cincia e Tecnologia da Madeira, rea de concentrao em Processamento e Utilizao da Madeira, para a obteno do ttulo de Doutora .
APROVADA em 23 de abril de 2010
Profa. Anglica de Cssia Oliveira Carneiro UFV
Profa. Ana Mrcia Macedo Ladeira Carvalho UFV
Prof. Daniel Cmara Barcellos UNIPAC
Prof. Paulo Fernando Trugilho UFLA
Prof. Lourival Marin Mendes UFLA
(Orientador)
LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL
Por um considervel e longo tempo eu contava os dias no calendrio,
torcendo para que aquela fase longe de casa passasse logo. Depois, as
conquistas e recompensas deram lugar calma, sem, no entanto, abandonar os
dias que se passavam e, supostamente, me trariam de volta pra casa . Mas, tudo
em volta era a minha casa e eu no tinha mais como explicar aquela sensao de
ausncia.
Foram muitas sensaes e desafios que serviram, especialmente, para
reafirmar o amor incondicional da minha me por mim e me trazer novos laos
firmes e fortes para que eu me mantivesse confiante em mim mesma. E agora eu
reconheo que aqui est a minha herana que, de um lado, amor e, do outro,
sobrevivncia e esperana de, ainda, voltar pra casa , como se fosse preciso, o
tempo todo, esquecer a ideia da recompensa e da glria, e ser, como se j no
fssemos, vigiados pelos prprios olhos severos conosco, pois o resto no nos
pertence.
A Anglica de Cssia Oliveira Carneiro, carinhosamente conhecida por
Cassinha , pela amizade to plena e despretensiosa de si mesma.
OFEREO
Ao meu pai, Francisco Assis dos Santos (In memoriamn) e a minha me, Maria
das Neves Cavalcante que, por escolha, dedicaram seus dias ao amor, desde a
minha chegada em suas vidas e a minha amiga Liege Fernandes de Arajo.
DEDICO
AGRADECIMENTOS
Agradeo a Deus, pela vida, pelas novas conquistas e pela fora interior,
que a minha maior caracterstica quando preciso vencer obstculos.
A minha me, por ter me acompanhado, tambm, nessa nova conquista,
continuando a dar uma lio do que amor de me.
A Liege, por dividir comigo os momentos felizes e, especialmente, os
difceis da minha vida.
Anglica de Cssia, por me levar ao mundo dos conhecimentos de
forma to exigente, carinhosa e dedicada. Com certeza, seu apoio me deu
suporte e foi a base para tudo que eu conquistei na minha vida acadmica, desde
que a conheci.
A Simonne, por compartilhar comigo a minha casa e a minha me e que
me fez sentir o quanto deve ser bom ter irmos e poder contar com eles.
A dona Teresinha, por ter cuidado to bem da minha me, enquanto
estivemos em Lavras.
A Marilane e a Tnia, pela ateno dispensada a minha me.
A todos os amigos do Programa de Ps-Graduao em Cincia e
Tecnologia da Madeira da UFLA, especialmente, Marisa, Selma e Claudinia.
A Renato Castro, Renatinho da UFV e ao Allan, da UFLA, pela
assistncia no desenvolvimento do trabalho.
Aos funcionrios do Laboratrio de Painis e Energia da Universidade
Federal de Viosa, pelo apoio.
Universidade Federal de Lavras e ao Departamento de Cincias
Florestais, pela oportunidade de realizao do doutorado.
Universidade Federal de Viosa e ao Departamento de Cincias
Florestais, pela parceria na realizao deste trabalho.
Sada Bioenergia, pela concesso do material para o desenvolvimento
da pesquisa.
Capes, pela concesso da bolsa de estudos.
Ao professor Lourival Marin Mendes, pela orientao e amizade durante
todo o perodo em que trabalhamos juntos.
Ao professor Jos Roberto Scolforo, pelo apoio mais que decisivo nas
questes pessoais.
Aos professores e funcionrios do curso de Cincia e Tecnologia da
Madeira da UFLA e do Departamento de Cincias Florestais, especialmente
Paulo Trugilho e Jos Tarcsio, e s funcionrias Cristiane, Francisca e
Terezinha.
SUMRIO
Pgina
LISTA DE FIGURAS............................................................................................ i LISTA DE TABELAS .......................................................................................... ii RESUMO............................................................................................................. iii ABSTRACT ........................................................................................................ iv 1 INTRODUO ................................................................................................. 1 2 REFERENCIAL TERICO .............................................................................. 4 2.1 O gnero Eucalyptus ....................................................................................... 4 2.2 Contexto energtico brasileiro ........................................................................ 7 2.2.1 Crise no setor de produo de carvo......................................................... 16 2.3 Propriedades da madeira para produo de carvo vegetal........................... 17 2.3.1 Densidade bsica........................................................................................ 18 2.3.2 Composio qumica.................................................................................. 20 2.3.2.1 Composio elementar ............................................................................ 20 2.3.2.2 Composio qumica estrutural ............................................................... 22 2.3.2.2.1 Celulose................................................................................................ 23 2.3.2.2.2 Hemiceluloses ...................................................................................... 24 2.3.2.2.3 Lignina ................................................................................................. 25 2.3.2.2.4 Extrativos ............................................................................................. 31 2.3.3 Composio anatmica das folhosas qualidade das fibras ...................... 32 2.3.4 Poder calorfico .......................................................................................... 34 2.3.5 Anlise termogravimtrica (TGA) ............................................................. 36 2.4 Carbonizao da madeira .............................................................................. 39 2.5 Parmetros para avaliao da qualidade do carvo vegetal .......................... 43 2.6 Correlaes entre as propriedades da madeira e do carvo........................... 47 3 MATERIAL E MTODOS ............................................................................. 50 3.1 Material utilizado .......................................................................................... 50 3.2 Preparo das amostras..................................................................................... 51 3.2.1 Anlise qumica da madeira ....................................................................... 51 3.2.1.1 Composio qumica ............................................................................... 51 3.2.1.2. Relao siringil/guaiacil......................................................................... 52 3.2.1.3. Composio elementar ........................................................................... 53 3.2.2 Anlise fsica da madeira ........................................................................... 53 3.2.2.1 Determinao da densidade bsica da madeira ....................................... 53 3.2.3 Anlise anatmica da madeira.................................................................... 54 3.2.4 Anlise termogravimtrica da madeira ...................................................... 54 3.3 Carbonizao e rendimentos gravimtricos .................................................. 55 3.4 Propriedades do carvo ................................................................................. 56 3.4.1 Anlise qumica imediata ........................................................................... 56
3.4.1.1 Rendimento gravimtrico em carbono fixo............................................. 57 3.4.2 Densidade relativa aparente ....................................................................... 57 3.4.3 Determinao do poder calorfico superior ................................................ 57 3.5 Clculos das estimativas de massa ................................................................ 58 3.6 Anlise estatstica do experimento................................................................ 59 4 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................... 60 4.1 Propriedades da madeira ............................................................................... 60 4.1.1 Densidade bsica........................................................................................ 60 4.1.2 Dimenses das fibras.................................................................................. 62 4.1.3 Poder calorfico superior da madeira ......................................................... 65 4.1.4 Propriedades qumicas da madeira............................................................. 67 4.1.4.1 Composio elementar ............................................................................ 67 4.1.4.2 Composio qumica (extrativos, lignina total e holocelulose)............... 69 4.1.4.3 Relao siringil/guaiacil.......................................................................... 73 4.1.5 Anlises termogravimtrica e trmica diferencial da madeira (TGA e DTA)........................................................................................ 75 4.2 Rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, gases condensveis, gases no-condensveis e em carbono fixo......................................................... 82 4.3 Anlise qumica imediata .............................................................................. 86 4.4 Densidade relativa aparente .......................................................................... 89 4.5 Poder calorfico superior do carvo .............................................................. 91 4.6 Correlaes entre as propriedades da madeira e as do carvo ...................... 92 4.7 Estimativas da massa seca, massa de lignina total, produo de carvo vegetal e energia por hectare ............................................................ 106 5 CONCLUSES.............................................................................................. 108 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................. 110 ANEXOS .......................................................................................................... 123
i
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 Oferta interna de energia no Brasil, em 2008 (%)............................8 FIGURA 2 Produo de lenha de floresta plantada (t) no Brasil, srie
histrica, por municpio..................................................................12 FIGURA 3 Produo de carvo vegetal de florestas plantadas (t), no Brasil,
srie histrica, por municpio. ........................................................15 FIGURA 4 Estrutura qumica dos precursores bsicos das principais
unidades aromticas presentes na molcula de lignina. (a) lcool p-cumarlico, (b) lcool coniferlico e (c) lcool sinaplico. ..........27
FIGURA 5 Principais unidades aromticas presentes na molcula de lignina. 27 FIGURA 6 Estrutura proposta para a lignina presente em madeira das
angiospermas. .................................................................................29 FIGURA 7 Massas finais dos componentes da madeira versus temperatura de
carbonizao...................................................................................38 FIGURA 8 Densidade bsica das madeiras de diferentes clones de eucalipto. 60 FIGURA 9 Dimenses das fibras em funo do material gentico. .................62 FIGURA 10 Comprimento das fibras em funo do material gentico. .............63 FIGURA 11 Poder calorfico superior da madeira dos diferentes clones de
eucalipto. ........................................................................................66 FIGURA 12 Composio qumica da madeira dos diferentes clones de
eucalipto. ........................................................................................70 FIGURA 13 Relao siringil/guaiacil da madeira nos diferentes clones de
eucalipto. ........................................................................................73 FIGURA 14 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 1. .........76 FIGURA 15 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 2. .........76 FIGURA 16 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 3. .........77 FIGURA 17 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 4. .........77 FIGURA 18 Rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, gases
condensveis e gases no condensveis obtidos de diferentes clones de eucalipto. ........................................................................82
FIGURA 20 Anlise qumica imediata do carvo vegetal obtido de diferentes clones de eucalipto. ........................................................................86
FIGURA 21 Densidade relativa aparente do carvo vegetal obtido de diferentes clones de eucalipto.........................................................90
FIGURA 22 Poder calorfico superior do carvo vegetal obtido de diferentes clones de eucalipto. ........................................................................91
ii
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 Composio elementar de diferentes tipos de biomassa. .............. 22 TABELA 2 Caractersticas tecnolgicas da madeira e do carvo de algumas
espcies de eucalipto. .................................................................... 42 TABELA 3 Informaes gerais sobre os diferentes materiais genticos
utilizados no estudo....................................................................... 50 TABELA 4 Marcha da carbonizao da madeira empregada no
experimento................................................................................... 56 TABELA 5 Composio elementar da madeira dos diferentes materiais
genticos de clones de eucalipto. .................................................. 67 TABELA 6 Perda de massa (%) dos diferentes materiais genticos em
funo das faixas de temperaturas................................................. 78 TABELA 7 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo
vegetal do material gentico um. .................................................. 93 TABELA 8 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo
vegetal. .......................................................................................... 97 TABELA 9 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo
vegetal. ........................................................................................ 100 TABELA 10 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo
vegetal. ........................................................................................ 103 TABELA 11 Valores do incremento mdio anual, massa seca, massa de
lignina, energia disponvel e massa de carvo vegetal referentes ao diferentes materiais genticos. ............................................... 106
iii
RESUMO
SANTOS, Rosimeire Cavalcante dos. Parmetros de qualidade da madeira e do carvo vegetal de clones de eucalipto. 2010. 159 p. Tese (Doutorado em Cincia e Tecnologia da Madeira) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.*
Este trabalho foi realizado com o objetivo geral de estudar a qualidade da madeira de diferentes materiais genticos de eucalipto para a produo de carvo vegetal. Foram utilizados quatro clones de Eucalyptus, aos sete anos de idade, provenientes de plantios comerciais, com espaamento 3 x 3 m, localizados no municpio de Carbonita, MG. Para as anlises da qualidade da madeira e do carvo foram utilizadas amostras compostas retiradas ao longo do tronco a 0%, 25%, 50%, 75% e 100% da altura comercial da rvore. O estudo das propriedades da madeira foi realizado a partir da anlise qumica, relao siringil/guaiacil, determinao da composio elementar, densidade bsica, anlise anatmica, poder calorfico superior e anlises termogravimtricas e diferencial trmica. Para a avaliao da qualidade do carvo e dos rendimentos gravimtricos foi realizada carbonizao em mufla de laboratrio sob aquecimento eltrico, com tempo total de 7 horas e taxa de aquecimento mdia de 1,07C.min-1. Posteriormente, foram determinados os teores de materiais volteis, cinzas e carbono fixo e os rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, gases condensveis e no condensveis e o rendimento em carbono fixo. Foram ainda determinados o poder calorfico superior e a densidade relativa aparente do carvo. O experimento foi instalado segundo um delineamento inteiramente casualizado, com seis repeties. Os dados foram submetidos anlise de varincia e, quando estabelecidas diferenas entre eles, aplicou-se o teste de Tukey, a 5% de probabilidade. Para o estudo das correlaes foi empregado o coeficiente de correlao de Pearson a 5%, 10% e 15% de probabilidade. Os resultados experimentais mostraram que o carvo vegetal oriundo dos clones avaliados apresentou rendimento gravimtrico e qualidade satisfatrios; madeiras com baixa relao S/G promoveram aumento no rendimento em carvo vegetal; os comportamentos da madeira dos diferentes clones foram bem semelhantes quanto s perdas de massa, numa mesma estreita faixa de temperatura; o clone sete se destacou por apresentar maior resistncia degradao trmica com maior rendimento em carvo vegetal.
Palavras-chave: qualidade da madeira, carvo vegetal, clones de eucalipto.
* Comit Orientador: Lourival Marin Mendes (Orientador) - UFLA, Anglica de Cssia Oliveira Carneiro - UFV, Setsuo Iwakiri
UFPR, Paulo Fernando Trugilho UFLA e Fbio Akira Mori UFLA.
iv
ABSTRACT
SANTOS, Rosimeire Cavalcante dos. Quality parameters of wood and charcoal from eucalyptus clones. 2010. 159 p. Thesis (Doctors in Wood Science and Technology) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.*
The main objective of this research was to study the quality of wood from different genetic eucalyptus materials used for charcoal production. Four Eucalyptus clones were used, at seven years old, came from commercial crops that had a 3 x 3 m spacing, located at the city of Carbonita/MG. Composed samples of all long the trunk were collected at 0,25, 0,50, 0,75 e 100% of the commercial height of the tree, for the purpose of wood and charcoal quality analysis. The study of the wood properties was done through a chemistry analysis, siringil/guaiacil relation, elementary composition, basic density, anatomical analysis, calorific value and thermogravimetric and differential thermic tests. For the charcoal quality evaluation and the gravimetric efficiency, a carbonization in laboratory furnace was done, under electrical heating with total time of 7 hours and heating middle taxes of 1,07C.min-1.. After this, the determination of the levels of volatile materials, ash, fixed carbon, the charcoal gravimetric efficiency, condensable and non-condensable gases, and the fixed carbon efficiency were done. Although, the high calorific value and the relative density from the charcoal were determined. The experiment was installed on entirely casualised delineation, with six repetitions. The obtained data were submitted to analysis of variance and when differences were established, a Tukey test at 5% of probability was done. For the correlation study the Pearson correlation coefficient was used at 5, 10 and 15% of probability. The experimental results showed that the vegetal charcoal obtained from the evaluated clones presented a gravimetric efficiency and quality satisfactory; woods with low relation S/G promote increases on the vegetal charcoal efficiency, the different wood clones behavior showed quite similar in relation to the mass loss, on a thin temperature band; the clone number seven had a different perform because it present a higher resistance to the thermal degradation plus the higher vegetal charcoal efficiency.
Key-words: wood quality, vegetal charcoal, eucalyptus clones.
* Guidance Committee: Lourival Marin Mendes (Major professor)
UFLA, Anglica de Cssia Oliveira Carneiro - UFV, Setsuo Iwakiri
UFPR, Paulo Fernando Trugilho UFLA and Fbio Akira Mori UFLA.
1
1 INTRODUO
A madeira, na sua forma direta como lenha ou do seu derivado, o carvo
vegetal, um combustvel utilizado para diversos fins. Na forma slida, sob
combusto direta, seu emprego abrange desde tradicionais foges a lenha, para a
coco de alimentos, at as mais modernas caldeiras geradoras de vapor, que
operam combusto em leito fluidizado.
Como recurso energtico, a madeira tradicionalmente chamada de
lenha. Esse insumo que contribuiu de forma to marcante para o
desenvolvimento da humanidade, ao longo dos tempos, passou a ser utilizado,
alm de na forma slida, tambm como combustvel lquido e gasoso, em
processos como gerao de energias trmica, mecnica e eltrica.
Estima-se que, a cada seis pessoas, duas utilizem a madeira como
principal fonte de energia, particularmente nos pases em desenvolvimento, em
processos de secagens, coco, fermentao e produo de eletricidade, entre
outras (Food and Agriculture Organization of the United Nations - FAO, 2003).
A produo de biomassa para fins energticos tem grandes vantagens
ambientais, o que a potencializa como alternativa aos combustveis fsseis, para
a diminuio das emisses dos gases do efeito estufa.
No Brasil, o uso da madeira para a gerao de energia tem sido
historicamente relacionado produo de carvo vegetal e aos consumos
residencial, industrial e agropecurio. A produo de carvo vegetal se destaca
em decorrncia da demanda existente pelo produto junto ao setor siderrgico.
Dados da Associao Mineira de Silvicultura destacam que, em 2009, no
Brasil, foi produzido 40% do total mundial de carvo vegetal, o qual se destinou
produo de ferro gusa, ao, ferro ligas e silcio metlico. Por sua vez, o pas
consumiu cerca de 34 milhes de m3 desse insumo (Associao Mineira de
Silvicultura - AMS, 2010). O estado de Minas Gerais se destaca como maior
2
produtor e consumidor, pois possui o maior parque siderrgico a carvo vegetal
do mundo, o que contribuiu de forma direta para a participao do setor florestal
com 7% no PIB mineiro.
A madeira utilizada para a produo de carvo tem duas origens bsicas:
florestas nativas, das quais as espcies florestais so abatidas, e florestas
plantadas que, no Brasil, em sua grande maioria, so espcies do gnero
Eucalyptus. No incio da siderurgia a carvo vegetal, a madeira destinada s
carvoarias era, essencialmente, de florestas nativas, principalmente do cerrado, o
que colaborou de forma significativa para a ocorrncia de extensas reas
desmatadas (Brito & Barrichelo, 2006).
Segundo Shumacher & Poggiani (1993), no Brasil, a implantao de
macios florestais formados, em maior parte, por espcies exticas,
consequncia da evoluo de toda uma estrutura industrial que tem como
objetivo atender demanda das regies mais desenvolvidas do pas. Nesse
contexto, vrias espcies de eucaliptos foram introduzidas para atender
produo de energia e carvo vegetal.
No entanto, as variaes na qualidade da madeira de eucalipto ocorrem
na sua estrutura anatmica, na composio qumica e nas propriedades fsicas,
podendo ser detectadas significativas diferenas inter e intraespecficas
(Tomazello Filho, 1985). Essa variabilidade poder ocasionar consequncias
negativas na qualidade do carvo, as quais refletiro nas operaes dos altos-
fornos siderrgicos, visto que o carvo vegetal, alm de sofrer influncia do
sistema de produo, tambm, de forma especial, sofre influncia direta da
madeira que lhe deu origem. Por esses motivos, as empresas buscam novas
tecnologias de produo e avaliao da madeira como matria-prima para o
fornecimento de energia ou converso em carvo vegetal.
Dessa forma, considera-se que as caractersticas da madeira so
importantes parmetros de avaliao e escolha, quando se objetiva a produo de
3
carvo vegetal, alm de serem utilizadas tambm em programas de
melhoramento gentico florestal.
Assim, com base nos nmeros expressivos sobre produo e consumo de
carvo vegetal no Brasil, e em especial em Minas Gerais, como tambm na
utilizao da madeira como outras formas de energia, so necessrios estudos
sobre a qualidade da madeira, visando utilizao com fins energticos e, em
especial, para verificar a influncia das variveis ligadas s caractersticas da
madeira nas propriedades do carvo produzido.
Nesse contexto, o presente trabalho foi realizado com os seguintes
objetivos:
. objetivo geral
estudar a qualidade da madeira de diferentes materiais genticos de
eucalipto para a produo de carvo vegetal;
. objetivos especficos
1. caracterizar a madeira de quatro clones de eucalipto quanto s suas
propriedades fsicas, qumicas e anatmicas;
2. estudar a decomposio trmica da madeira por meio da anlise
termogravimtrica;
3. obter as correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo de
quatro clones de eucalipto;
4. estimar a massa seca da madeira sem casca, massa de lignina, massa
de carbono, massa de carvo e energia por hectare, em relao ao incremento
mdio anual;
5. avaliar, identificar e indicar, dentre os clones de eucalipto estudados,
o material gentico com maior potencial para a produo de carvo.
4
2 REFERENCIAL TERICO
2.1 O gnero Eucalyptus
A madeira, principal matria-prima utilizada pelo setor florestal para
diversos fins, obtida, em grande parte, a partir de plantios homogneos
realizados com espcies de Pinus e Eucalyptus. Segundo Silveira (2004), a
elevada utilizao do eucalipto nos reflorestamentos no Brasil deve-se ao seu
rpido crescimento e sua boa adaptao s condies edafoclimticas.
O Eucalyptus caracterizado pela elevada plasticidade, ou seja, grande
capacidade de adaptaes s condies ambientais (Andrade, 1993). O autor
menciona, ainda, que, alm da grande plasticidade, o gnero tambm se destaca
pelo rpido crescimento, devido ao grande avano das prticas silviculturais, ao
manejo e, principalmente, ao melhoramento gentico das espcies.
O gnero Eucalyptus pertence famlia Myrtaceae e tem,
aproximadamente, 70 gneros e 3.000 espcies. Proveniente da Austrlia, foi
introduzido no Brasil em 1868, no Rio Grande do Sul e no Rio de Janeiro. At o
incio do sculo 21, as espcies de Eucalyptus eram utilizadas apenas como
arborizao de ruas ou como quebra-ventos. A cultura em larga escala foi
iniciada em 1903, no estado de So Paulo (Silveira, 2004).
Atualmente, as espcies do genro Eucalyptus so as mais utilizadas
para a produo de carvo, especialmente no estado de Minas Gerais. Suas
caractersticas de rpido crescimento e densidade considerveis garantem,
segundo a literatura, um carvo facilmente renovvel e de boa qualidade. As
principais espcies de Eucalyptus utilizadas no Brasil para a plantao de
florestas energticas so E. grandis, E. saligna, Corymbia citriodora, E.
camaldulensis e E. urophylla, assim como seus hbridos.
De acordo com Dossa et al. (2002), a produtividade do eucalipto, dado o
seu rpido crescimento, pode ser considerada como um dos principais fatores
5
que determinaram sua expanso no mercado de papel, carvo, celulose e,
tambm, para serraria. Embora a produtividade mdia anual, considerada em
torno de 35 m por hectare, seja relativamente baixa, existem plantios com uso
de eucaliptos melhor adaptados, empregando-se boa tecnologia, que atingem
rendimentos prximos a 60 m /ha ano.
Com destaque histrico, as reas de florestas plantadas com eucalipto no
Brasil acumularam, em 2008, o total estimado de 4.259 hectares, representando
um crescimento de 7,3% em relao a 2008 (Associao Brasileira de
Produtores de Florestas Plantadas - ABRAF, 2009). As espcies desse gnero,
introduzidas no Brasil para fins de reflorestamento, apresentam um ciclo de
corte relativamente curto e com elevada produtividade (Schumacher &
Poggianni, 1993).
Diante da variabilidade natural entre e dentro de populaes, espera-se
encontrar considerveis variaes genticas entre rvores para as propriedades
da madeira nas vrias espcies de Eucalyptus, conforme destaca Malan (1995).
Os programas de melhoramento das principais empresas do setor visam
aumentar a produtividade dos clones plantados, juntamente com a qualidade da
madeira, a fim de obter uma produo adaptada s exigncias tecnolgicas da
siderurgia. Os progressos em melhoramento gentico e em prticas silviculturais
ao longo de vrias dcadas permitiram ganhos considerveis nas plantaes
industriais do eucalipto no Brasil (Brito & Barrichelo, 2006).
Paludzysyn Filho (2008) relata que, para fins energticos, o
melhoramento enfatiza as madeiras de eucalipto que tm elevado potencial
produtivo, alta densidade e alto teor de lignina, pois, segundo o autor, o
rendimento na produo de carvo maximizado com o uso da madeira mais
densa, de maior poder calorfico e constituio qumica adequada, resultando em
carvo de melhor qualidade.
6
Considerando o potencial do eucalipto como produtor de madeira de
qualidade e que h condies ambientais e conhecimentos silviculturais
suficientes para dar ao pas vantagem comparativa na produo de matria-prima
oriunda de florestas renovveis, a seleo de espcies para florestas energticas
de Eucalyptus spp. tem sido realizada com base nas pesquisas das propriedades
tecnolgicas da madeira, visando homogeneiz-las e melhorar os rendimentos
em carvo, teor de carbono, densidade do carvo e outras propriedades
almejadas na sua utilizao como termorredutor.
Segundo Silva (2001), a estrutura anatmica da madeira de eucalipto
deve ser destacada, pois as mesmas tm pontuaes e dimetros diminutos,
responsveis, em grande parte, pela dificuldade de secagem e pela
trabalhabilidade desses lenhos. Latorre & Henriques (2008) afirmam que a
estrutura anatmica da madeira deve permitir a secagem natural eficiente, para
que ela atinja, em menor tempo, teores de umidade adequados para o processo
de carbonizao. J a secagem da madeira no campo um ponto-chave para o
bom desempenho do processo, e hoje, essa uma das maiores dificuldades
encontradas pelas empresas que trabalham com o processamento da madeira.
A identificao das espcies de eucalipto, de modo geral, muito difcil,
no somente pelas variaes morfolgicas determinadas pelo ambiente, mas
tambm pelo frequente fenmeno de hibridao, fazendo com que a constituio
anatmica seja muito homognea entre as espcies. Bamber (1985), citado por
Silva (2001), estudando a anatomia de vrias espcies de eucalipto, concluiu que
grande a variao das propriedades anatmicas entre e dentro das espcies e
que o conhecimento dessa variao de suma importncia quando se pretende
iniciar o desenvolvimento de determinada espcie para qualquer uso final da
madeira.
Dessa forma, e considerando que as caractersticas do carvo vegetal so
influenciadas pelas caractersticas da madeira, a caracterizao da interao
7
entre esses parmetros poder direcionar os programas de melhoramento
genrico a partir da indicao de clones com maior potencial para esse fim.
Latorre & Henriques (2008) relatam que estudar a qualidade do carvo
relacionando-o qualidade da madeira que o gerou direcionar no s o
melhoramento gentico, como tambm a atividade silvicultural e a nutrio, para
a produo de madeira com caractersticas tecnolgicas para atender demanda
do carvo de melhor qualidade para o setor siderrgico.
2.2 Contexto energtico brasileiro
A cobertura florestal do territrio brasileiro, associada s excelentes
condies edafoclimticas para a silvicultura, confere ao pas grandes vantagens
para a atividade florestal, comparado ao resto do mundo. Como consequncia, a
participao no contexto da gerao de energia oriunda de fontes renovveis se
destaca com a mesma magnitude.
Dados do Brasil (2009), ano base 2008, demonstram que de 45,4% de
energia renovvel utilizada no Brasil, a biomassa contribuiu com 31,5% e, deste
toal, a lenha participou com 11,4%. No entanto, segundo a FAO (2006), o
impacto do uso energtico de lenha sobre as florestas no est devidamente
dimensionado. A FAO (2006) estima que, em 2005, 1,5 bilho de m3 foram
utilizados como lenha. Porm, reconhece que existe uma quantidade de madeira
retirada informalmente que no contabilizada e, portanto, o consumo de lenha
seguramente maior.
No grfico da Figura 1 observa-se a oferta interna de energia no Brasil
em 2008. De modo geral, a biomassa representou a segunda fonte de energia que
compe a matriz nacional (Brasil, 2009).
8
FIGURA 1 Oferta interna de energia no Brasil, em 2008 (%).
Fonte: Brasil (2009).
Nos ltimos dez anos, o consumo de lenha no Brasil permaneceu
praticamente constante nos setores residencial, industrial e agropecurio. As
grandes alteraes ocorreram no setor de transformao, onde a lenha
convertida em carvo vegetal. Este setor o que mais utiliza e consome madeira,
chegando a cerca de 39% do total destinado para energia. A razo para esse
elevado consumo de carvo vegetal a demanda existente pelo produto no setor
siderrgico. Grande parte da madeira utilizada proveniente de florestas
plantadas, na sua maioria representadas por florestas de eucalipto.
O setor industrial consumiu 8,7 milhes de toneladas de carvo vegetal
em 2005, 90,5% do consumo total. As atividades industriais que mais
consumiram carvo vegetal, em 2005, foram a produo de ferro-gusa (84,9%),
9
a produo de ferro liga (10,1%) e a fabricao de cimento (4,4%) (Brasil,
2006). Como consequncia, constatou-se a importncia da participao da lenha
na matriz energtica brasileira, visto que o seu comrcio, de forma geral,
representou 0,15% do PIB brasileiro que, em 2005, foi de R$ 1,937 trilho.
Historicamente, o emprego da madeira plantada para fins energticos no
Brasil remonta ao final do sculo XIX, quando a Companhia Paulista de
Estradas de Ferro precisou replantar suas terras com rvores de rpido
crescimento, para suprir com madeira as locomotivas a vapor, o mais importante
meio de transportes de passageiros e de carga da poca (Magalhes, 2001).
Em 1937, aps a implantao da maior usina integrada a carvo vegetal
do mundo, a segunda usina de ao da Belgo-Mineira, iniciaram-se, de maneira
pioneira na Amrica Latina, os plantios de eucaliptos para a produo de carvo
vegetal para suprir os altos fornos (Matarelli et al., 2001).
Dos anos 1960 aos 80, durante a vigncia dos incentivos fiscais, foram
plantados cerca de 6 milhes de hectares, cerca da metade desse total no estado
de Minas Gerais, sendo a maioria de espcies de eucalipto. Esses plantios
reverteram o quadro de consumo de carvo vegetal, que passou a basear-se em
florestas plantadas, em substituio a florestas nativas (Assis, 2001).
Couto et al. (2003) referem que a valorizao da biomassa como fonte
de energia moderna surgiu na dcada de 1970 em funo das crises do petrleo,
nos anos de 1973 e 1979. Na ocasio, esse recurso passou a ser considerado
alternativa vivel para atendimento s demandas por energia trmica e de
centrais eltricas de pequeno e mdio porte.
Depois se desenvolveu o conceito de florestas energticas durante a
dcada de 1980, para definir as plantaes florestais com grande nmero de
rvores por hectare e, consequentemente, de curta rotao, que tinham como
finalidade a produo do maior volume de biomassa por rea em menor espao
de tempo (Magalhes, 2001). Nesse contexto, os estudos que visam seleo de
10
espcies para florestas energticas de eucalipto propem homogeneizar as
propriedades da madeira e melhorar, alm da eficincia na queima direta,
rendimentos em carvo, teor de carbono e outras propriedades desejadas na sua
utilizao como termorredutor.
No entanto, o interesse por energias alternativas foi reduzido a partir de
1985, pois, naquela poca, os preos do petrleo voltaram a cair, diminuindo
novamente o interesse pelo uso da biomassa, inclusive pelo uso da madeira,
como fonte de energia alternativa. Porm, mais tarde, na dcada de 1990, a
biomassa vegetal voltou a ganhar destaque no cenrio energtico mundial,
devido a fatores como o desenvolvimento de tecnologias mais avanadas de
transformao, a ameaa de esgotamento das reservas de combustveis fsseis e,
tambm, a incorporao definitiva da temtica ambiental nas discusses sobre
desenvolvimento sustentvel.
Outro fato decisivo que contribuiu para aumentar o consumo de
combustveis oriundos da madeira foi o aumento da transformao de lenha em
carvo vegetal para suprir vrios setores, alm do siderrgico. Em 2005, dos
42,8% da produo de lenha, 39,3 milhes de toneladas foram convertidos em
carvo vegetal (Brasil, 2006).
Em 2002, metade da produo da biomassa tradicional estava
concentrada em seis pases: ndia, China, Brasil, Etipia, Indonsia e Congo,
totalizando 1,7 bilho de m3 (FAO, 2004). J em 2005, a produo mundial foi
de 1,2 bilho de m3 de lenha e metade ocorreu em nove pases: Brasil, Etipia,
Congo, Nigria, Estados Unidos, Rssia, China, Uganda e Myanmar (FAO,
2006).
No setor residencial, metade das famlias do mundo ainda utiliza lenha
ou carvo vegetal para coco e aquecimento. O consumo de lenha e carvo
vegetal est associado disponibilidade de vegetao.
11
A oferta de madeira proveniente de plantaes energticas corresponde
quantidade total de biomassa lenhosa acumulada entre cada ciclo de corte. No
Brasil, o valor mdio de produtividade de biomassa lenhosa para plantaes
energticas variou entre 25 m3/ha/ano e 50 m3/ha/ano ou entre 12,5 t/ha/ano e 25
t/ha/ano (Nogueira & Lora, 2003).
Para plantaes de eucalipto no Brasil, com espaamento entre rvores
de 3 x 2 m, a biomassa lenhosa acumulada entre cada ciclo de corte, 7 anos, de
112 t/h, com produtividade mdia de 16 t/ha/ano (Mller, 2002, citado por
Nogueira & Lora, 2003).
A produo de madeira plantada est concentrada nas regies sul e
sudeste do Brasil, onde esto as atividades industriais do pas. Em 2005, com a
finalidade de atender aos plos siderrgicos, comeou a produo de madeira
plantada nos estados de Mato Grosso e Maranho e aumentou a produo no
Mato Grosso do Sul.
A produo de lenha de floresta plantada, por municpio, em mapas
elaborados a partir de dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica -
IBGE (2006a,b), pode ser vista na Figura 2.
12
FIGURA 2 Produo de lenha de floresta plantada (t) no Brasil, srie histrica, por municpio.
Fonte: IBGE (2006a,b).
13
Segundo Zanetti (2007), as plantaes de florestas para a gerao de
energia alternativa tm benefcios dentro do mercado de carbono, por meio do
sequestro deste realizado durante o crescimento das rvores e a partir da reduo
de emisses na substituio da matriz energtica dos combustveis fsseis pela
biomassa.
Segundo Monteiro (2005), parte da madeira para a produo de carvo
vegetal no Brasil vem da expanso agrcola, parte de resduos de serrarias, parte
de explorao legal e sustentvel de toras de madeira e parte de explorao
ilegal.
O setor siderrgico responsvel por grande parte do consumo do
carvo vegetal produzido, utilizando-o nos altos-fornos. O alto-forno continua
sendo, atualmente, o principal equipamento para a produo de ferro primrio
(ferro-gusa) no mundo, responsvel por cerca de 60% do ao produzido
mundialmente (Instituto Ao Brasil - IBS, 2008). Utilizam-se como matrias-
primas uma carga metlica (minrio de ferro, pelota e snter), combustvel
(coque ou carvo vegetal) e fundentes (calcrio, dolomita e quartzo), variando
de acordo com o alto-forno e a prpria matria-prima.
Particularmente, dentre as razes para a escolha pelo uso de carvo
vegetal como combustvel para a reduo do minrio de ferro, ressaltam-se as
que envolvem os custos. O preo do coque , aproximadamente, 19,0% maior
que o de carvo vegetal (AMS, 2010). Segundo a Associao Mineira de
Silvicultura, dados de maio de 2010, o preo do carvo vegetal est em torno de
R$ 540,00/t, enquanto que o coque chega a ser comercializado por R$ 640,00/t.
Dessa forma, o uso de carvo vegetal torna-se economicamente competitivo,
principalmente considerando os ltimos aumentos de preos do coque e tambm
o aumento da demanda mundial por ferro.
Alm do exposto, por sua vez, o carvo vegetal ainda pode ser
considerado uma fonte energtica de uso amplo. Atualmente, no Brasil, na
14
indstria metalrgica que ele encontra seu melhor mercado por proporcionar
vantagens na produo do ferro-gusa, quando comparada de outras fontes de
energia, como iseno de enxofre, fsforo e outros elementos indesejveis. Com
isso, seu uso como redutor melhora a qualidade do ferro-gusa e do ao
produzidos, aumentando, consequentemente, o preo final do produto.
Especificamente no caso brasileiro, 35% de todo o ferro-gusa
produzido em altos-fornos a carvo vegetal (Sindicato Nacional dos Produtores
de Ferro-Gusa - SINDIFER, 2010), sendo o maior produtor mundial nesse
segmento.
A balana comercial do pas favorecida por este fato, pois
praticamente toda a produo de metal, que feita nos altos-fornos a carvo
vegetal, direcionada para exportao. O redutor carvo vegetal representa, na
matriz de custo, mais de 55% de todo o custo do metal. nele que tm sido
feitos esforos para otimizar maiores rendimento e qualidade. Dessa forma,
caracterizar as correlaes entre as suas propriedades e as da madeira que o
originou reflete diretamente em ganhos financeiros (SINDIFER, 2008).
A indstria metalrgica consome cerca de 90% de carvo produzido no
Brasil, com o setor de ferro-gusa e ao detendo quase 85% do consumo de
carvo. Minas Gerais o estado que detm, hoje, a maior produo de ferro-gusa
a carvo vegetal, seguido do Maranho e do Par (SINDIFER, 2008).
Na Figura 3 esto dispostos os dados da produo de carvo vegetal de
floresta plantada, a partir de informaes do IBGE (2006b).
15
FIGURA 3 Produo de carvo vegetal de florestas plantadas (t), no Brasil, srie histrica, por municpio.
Fonte: IBGE (2006b).
16
2.2.1 Crise no setor de produo de carvo
No segundo semestre de 2008, o mundo foi surpreendido por uma grave
crise financeira que atingiu diferentes setores, dentre eles o siderrgico. A
retrao foi sentida principalmente em Minas Gerais, estado que concentra mais
de 70% da produo de ferro-gusa, que utiliza como termorredutor o carvo
vegetal. Como consequncia, ocorreu queda de mais de 50% no preo desse
insumo, chegando a ser comercializado a R$ 65,00/MDC. Vale ressaltar que,
antes da crise, o mesmo chegou a ser vendido a R$ 210,00/MDC. Com o preo
do carvo em queda, os produtores tiveram grande dificuldade de
comercializao e, quando conseguiam vend-lo, o valor pago no era suficiente
nem para cobrir os custos da produo (AMS, 2010).
No entanto, a partir de algumas medidas do governo brasileiro com o
propsito de minimizar o efeito da crise econmica, como a reduo da taxa de
juros e de alguns impostos, foi observada, no segundo semestre de 2009, apesar
de lenta, uma recuperao do setor, tendo havido at anncios e expectativas de
investimento e crescimento.
Alguns fatos so responsveis por essa boa perspectiva, como, por
exemplo, a realizao da copa do mundo e das olimpadas no Brasil, o que
aquecer o mercado interno (Silochi, 2009), alm do aumento do preo do
carvo vegetal, o qual est sendo comercializado a R$ 120,00/MDC, comeando
a retornar a preos compensadores (AMS, 2010). Consequentemente, a essa
demanda, a necessidade de matria-prima para abastecimento dos altos fornos
tambm ser crescente, demandando cada vez mais, maiores investimentos em
plantios comerciais de eucalipto com propriedades adequadas produo de
carvo com alto rendimento e qualidade.
De acordo com a Secretaria de Agricultura, o estado de Minas Gerais
perde, anualmente, cerca de R$ 300 milhes s em tributos, por causa do dficit
na produo de carvo vegetal. Isso evidencia a preocupao do governo
17
estadual em buscar e apoiar pesquisas que aumentem a produtividade dos
plantios e a qualidade da madeira para a produo do carvo vegetal, bem como
parmetros relacionados ao processo de produo.
2.3 Propriedades da madeira para produo de carvo vegetal
As propriedades da madeira podem ser definidas como caractersticas de
resistncia e elasticidade, as quais variam conforme a espcie, a idade e tambm
a composio qumica, fsica e anatmica, alm de sofrer influncia do local
geogrfico, do clima e das condies do solo de origem (Carneiro, 2006).
De acordo com Trugilho (1995), a utilizao da madeira para a produo
de energia, apesar de no ser restritiva, depende de algumas das suas
caractersticas internas, como, por exemplo, o teor de lignina e a densidade
bsica. Para esse fim, os estudos e as tecnologias adotadas buscam melhorar as
propriedades da madeira no que se refere ao poder calorfico superior, ao teor de
lignina, ao rendimento em carbono fixo, ao incremento mdio anual, produo
de massa seca e densidade bsica, alm de algumas propriedades mecnicas
almejadas na produo de carvo para os altos-fornos.
Dessa forma, caracterizada a qualidade da madeira e, para tanto, torna-
se necessrio que se estabelea como parmetro o uso final que ser dado
mesma e a essa definio esto diretamente relacionadas as suas propriedades.
Para fins de definio de valores econmico, ecolgico e uso potencial das
espcies, a sua composio qumica, especialmente o teor de lignina, uma boa
ferramenta, alm da densidade bsica, para caracteriz-la como uma matria-
prima renovvel e potencial, disponvel para a produo de energia.
Sob esse foco, observa-se, atualmente, o crescimento do interesse pelas
folhosas, dentre as quais se destaca o eucalipto, para a obteno de energia,
paralelamente demanda de informaes, principalmente relacionadas s
18
condies de crescimento e variao da densidade e por estudos relativos
complexidade anatmica e composio qumica dessas espcies.
2.3.1 Densidade bsica
A densidade bsica da madeira considerada um parmetro referencial
para a seleo de espcies florestais indicadas para produo de energia.
obtida a partir da relao entre massa absolutamente seca da madeira e o volume
saturado, sendo expressa em g/cm3 ou kg/m3.
A densidade bsica referenciada, por muitos autores, como ndice de
qualidade da madeira, pois ela influencia outras propriedades da mesma e dos
produtos que so gerados.
Brito & Barrichelo (1980) obtiveram correlao positiva entre a
densidade da madeira de espcies de eucalipto e a densidade do carvo
produzido. Os autores encontraram valor para o coeficiente de correlao de 0,
97 e concluram, ainda, que a existncia dessa correlao pode direcionar,
fundamentalmente, a escolha de espcies destinadas produo de carvo, bem
como as pesquisas de melhoramento florestal. Ressaltam que, no caso de
espcies de curta rotao, cujas densidades sejam elevadas, so muito vantajosas
para os principais usos do carvo vegetal produzido a partir delas.
Brito (1993) afirma que a densidade da madeira afeta diretamente a
capacidade de produo do carvo vegetal. O autor relaciona esse fato maior
produo em massa ocasionada pela ocupao no forno por madeiras mais
densas, para um determinado volume. Refere tambm que madeira mais densa
produz carvo com densidade mais elevada, o que resulta em algumas vantagens
para a maioria dos usos aos quais se prestam esse insumo.
Trugilho et al. (1996) observaram correlao negativa entre a densidade
bsica da madeira de Eucalyptus saligna e o teor de lignina. Os autores fizeram
inferncias de que o fato pode ser explicado devido ao fato de as amostras
19
estudadas serem de rvores jovens e, nelas, o teor de lignina ainda no havia
atingido a estabilidade.
Segundo Lelles & Silva (1997), a densidade bsica uma propriedade
fsica que retrata a qualidade da madeira, por ser influenciada por diversos
fatores inerentes a cada gnero, espcie e rvore, no sendo aconselhvel sua
utilizao isolada como parmetro de qualidade.
Vale et al. (2001) observaram que no houve correlao entre o
rendimento em carvo e a densidade bsica da madeira. Contudo, Pastore et al.
(1982), trabalhando com espcies da Amaznia e Oliveira (1988), com
Eucalyptus grandis, obtiveram relao positiva e significativa entre esses
parmetros, enquanto Vital et al. (1987) observaram relao negativa.
A correlao entre a densidade bsica da madeira e o rendimento em
carvo apresentada em vrios trabalhos com comportamentos diferenciados,
podendo ou no a densidade ter efeito sobre o rendimento gravimtrico. Esse
efeito, normalmente, est associado ao teor de lignina na madeira. De modo
geral, madeiras de maior densidade apresentam composio qumica mais
estvel, em funo de essa caracterstica ser comum s rvores que j se
encontram em fase de maturidade e produzem, via de regra, um carvo de maior
densidade, com vantagens para diversas aplicaes.
Pereira et al. (2000) relatam que o aumento na densidade da madeira
associado a elevados teores de lignina favorece a produo de carvo de melhor
qualidade, com alto rendimento gravimtrico, aumento no teor de carbono fixo e
na densidade aparente do carvo.
Trugilho et al. (2001) referem-se densidade como a propriedade fsica
que mais influencia a qualidade do carvo vegetal. Silva (2001) ressalta, ainda,
que a densidade bsica da madeira de eucalipto varia desde as mais leves at
aquelas bastante pesadas, com valores entre 0,4 e 1,2 g/cm.
20
Antal & Gronli (2003) relatam que a densidade do carvo linearmente
proporcional densidade bsica da madeira com um coeficiente de correlao de
0,82.
2.3.2 Composio qumica
2.3.2.1 Composio elementar
A anlise qumica elementar da madeira mostra que, sem considerar as
quantidades mnimas de nitrognio e de outros elementos, como o enxofre, esta
constituda, aproximadamente, por 50% de carbono, 6% de hidrognio e 44%
de oxignio. Independente da espcie, das diferenas genticas ou da idade, essa
composio se mantm aproximadamente constante (Penedo, 1980).
Klock et al. (2005), ao apresentarem as porcentagens dos principais
componentes presentes na madeira de folhosas, mencionam que, da composio
total da celulose, 40% desse polmero formado por carbono.
A composio qumica elementar da madeira citada por Brito et al.
(1979) como um importante parmetro quando o objetivo o uso da madeira
como fonte de energia. Os autores ressaltam, tambm, que existe uma marcada
uniformidade entre diferentes espcies, podendo ser generalizada a composio
com os seguintes percentuais: C: 50,2%; H: 6%; N: 0,2%; O: 43,4% e teor de
cinzas: 0,2%. De acordo com a Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG
(2010), a presena de oxignio na madeira oferece a desvantagem de diminuir
seu valor como combustvel.
Para Raad (2004), apesar de a composio elementar dos grupos de
madeira variar pouco, as fraes em massa dos seus componentes diferem de
uma madeira para outra. Dessa forma, a associao desse fato s possveis
alteraes promovidas pelas porcentagens de cada elemento presente na massa
dos componentes estruturais da madeira pode exercer importante influncia nas
21
propriedades dos produtos considerados como fontes secundrias de energia da
madeira, especialmente do carvo vegetal.
De acordo com UFMG (2010), a grande maioria dos combustveis,
excetuando-se os nucleares, depende do efeito trmico resultante da combusto
do carbono e hidrognio que eles contm. O mesmo autor ressalta algumas
caractersticas qumicas da lignina e afirma que o tipo desse composto difere
conforme seja originrio da madeira de folhosa ou confera e que ele caracteriza-
se pelo elevado nmero de grupos OCH3 e de grupos OH.
De modo geral, na literatura, h referncias influncia da madeira nas
propriedades do carvo. No entanto, pouco se fala sobre a relao entre a
composio elementar da mesma, inferindo-se a proporo presente de cada
elemento na constituio qumica das macromolculas que, por sua vez, exercem
o papel mais significativo na formao da madeira e, provavelmente, define as
caractersticas dos produtos oriundos da mesma, como mencionado
anteriormente.
Dessa forma, acredita-se que ser possvel relacionar, por exemplo, o
percentual que o carbono, o oxignio e o hidrognio representam na madeira,
para melhor compreender o processo de carbonizao a partir do conhecimento
dos comportamentos trmico da lignina, das hemiceluloses e da celulose.
Segundo Lora (1997), a celulose presente na madeira de eucalipto
apresenta em sua composio 45% de carbono e a lignina tem entre 61% e 67%
desse componente.
Lora (1997), estudando as perspectivas da utilizao da biomassa para
fins energticos, apresentou a composio elementar da madeira de eucalipto,
comparando-a com outras biomassas, conforme pode ser visto na Tabela 1.
22
TABELA 1 Composio elementar de diferentes tipos de biomassa.
Composio elementar (%) Tipo de Biomassa
C H O N S Eucalipto 49,00 4,87 43,79 0,30 0,01 Pinho 49,29 4,99 44,36 0,06 0,03 Casca de arroz 40,96 4,30 34,86 0,40 0,02 Bagao de cana 44,80 4,35 39,55 0,38 0,01 Casca de coco 48,23 4,23 33,19 2,98 0,12 Sabugo de milho 46,58 4,87 44,46 0,47 0,01 Ramas de algodo 47,05 4,35 40,97 0,65 0,21
Fonte: Lora (1997).
Penedo (1980) relata que dos 50% de carbono presente na madeira, boa
parte desse elemento reage com o hidrognio e com o oxignio, quando
submetido ao processo de carbonizao volatiliza, transformando-se em gases
no condensveis como CO, CO2, CnHn e gases condensveis como pirolenhoso
e alcatro. Assim, somente uma frao pode ser considerada como carbono fixo
que estvel e no se decompe sob atmosferas inertes.
2.3.2.2 Composio qumica estrutural
Os vrios componentes qumicos da madeira podem ser agrupados em:
carboidratos, substncias fenlicas, terpenos e terpenoides, cidos alifticos,
lcoois, protenas, aldedos, hidrocarbonetos, alcaloides, cidos dibsicos, entre
outros. Porm, a frao mais significativa da massa da madeira representada
pelos componentes estruturais, ou macromolculas, que so os carboidratos,
principalmente celulose e hemiceluloses, e as substncias fenlicas,
especialmente a lignina.
De acordo com Tsoumis (1991), em termos mdios, as madeiras so
constitudas por: celulose: 40%-45%, hemiceluloses: 20%-30%, lignina: 18%-
25% (Folhosas) e 25%-35% (Conferas), extrativos: 3%-8% e cinzas: 0,4%.
Rowell (2005) afirma que, quimicamente, a madeira pode ser definida
como um polmero tridimensional, formado por celulose, hemiceluloses e
23
lignina, e uma menor quantidade de extrativos e materiais inorgnicos.
Menciona, ainda, que, na madeira, em base seca, toda a parede celular formada
por polmeros de acares, os carboidratos, numa porcentagem aproximada de
65% a 75%, que so combinados com a lignina numa proporo de 18% a 35%.
E, em geral, h uma variao na composio qumica entre espcies, entre
rvores de uma mesma espcie e dentro da prpria rvore.
2.3.2.2.1 Celulose
A celulose, principal componente da parede celular, um polissacardeo
linear constitudo exclusivamente de um nico tipo de acar (D-glucose), com
alto grau de polimerizao. Devido sua estrutura cristalina, a celulose no
prontamente hidrolisvel, ao contrrio das hemiceluloses, que podem ser
facilmente hidrolisadas em acares simples (Rowell, 2005).
Reaes complexas ocorrem com os componentes qumicos da madeira
medida que fornecido calor mesma. Embora sejam poucos os trabalhos que
objetivam correlacionar os componentes qumicos da madeira com as
propriedades do carvo produzido, alguns trabalhos foram realizados com esse
propsito.
De acordo com Martins (1980), a ruptura da ligao glicosdica na
celulose, durante a carbonizao, ocorre em temperaturas acima de 300C, com
produo subsequente de levoglucosana, levoglucosenona e outras substncias.
Essas reaes so precedidas e acompanhadas por desidratao, seguida de
outras reaes de eliminao com formao de inmeros compostos volteis.
Em atmosfera de nitrognio, o autor observou que a celulose produz 34,6% de
carvo, a 300C.
Como o processo de carbonizao em fornos de alvenaria ocorre em
temperaturas superiores a 300oC, Oliveira et al. (1984) observaram que a
contribuio da celulose no rendimento desse processo pouco significativa. Os
24
autores concluram que, a 400oC, a celulose contribui com o rendimento em
carvo de, aproximadamente, 13%.
Por sua vez, Collet (1985), estudando madeiras utilizadas na fabricao
de carvo vegetal, inferiu que o teor de celulose da madeira no tem relao
definida com as propriedades do carvo produzido, especificamente, com a
quantidade de carbono fixo obtida.
2.3.2.2.2 Hemiceluloses
As hemiceluloses tambm so polissacardeos e diferem da celulose por
serem polmeros ramificados; alm disso, tm cadeia com menor grau de
polimerizao e so constitudas de mais de um tipo de acar, especificamente
cinco acares neutros, as hexoses (glucoses, manose e galactose) e as pentoses
(xilose e arabinose). Algumas hemiceluloses contm adicionalmente cidos
urnicos. As folhosas, de maneira geral, contm maior teor de hemiceluloses que
as conferas, e a composio diferenciada (Klock et al., 2005).
Martins (1980) relata que as hemiceluloses so um conjunto de
compostos menos estveis termicamente, quando comparadas celulose, devido
sua natureza amorfa e ramificada. A destilao desses compostos gera muitos
produtos. Embora suas reaes de pirlise sejam semelhantes, as hemiceluloses
produzem maiores rendimentos de furfural. O furfural um composto reativo e
pode formar reaes secundrias em condies drsticas de pirlise.
Oliveira et al. (1984) observaram que, sob 400oC, as hemiceluloses
contribuem com o rendimento em carvo de, aproximadamente, 10%.
No entanto, segundo Raad (2004), o fornecimento de calor ao processo
de carbonizao produzir mudanas no comportamento das hemiceluloses no
que se refere ao rendimento em carvo, obtendo-se apenas 10% de rendimento
sob temperatura de 500oC.
25
2.3.2.2.3 Lignina
A lignina um composto amorfo, tridimensional, de composio
qumica bastante complexa, que se constitui de unidades de fenilpropano, tendo
uma cadeia altamente ramificada. o componente mais hidrofbico da madeira,
com funo adesiva entre fibras, o que confere dureza e rigidez parede celular
(Rowell, 2005).
Muitos autores relatam que a lignina o composto mais importante
quando se objetiva a produo de carvo vegetal, pois o rendimento
gravimtrico do processo de carbonizao e a qualidade do carvo produzido
esto diretamente relacionados aos teores presentes na madeira, sem, no entanto,
ser comum haver referncia ao tipo do composto quando tal objetivo citado.
Brito & Barrichelo (1977) observaram que, dentre os produtos
resultantes da carbonizao da lignina a 550oC, o mais abundante foi o carvo,
mostrando a estreita relao entre o teor de lignina presente na madeira e o
rendimento em carvo. Os mesmos autores estudaram correlaes entre as
caractersticas qumicas da madeira de eucalipto, com idades entre 6 e 12 anos, e
a produo de carvo vegetal e observaram, como uma das mais significativas,
aquela existente entre o teor de lignina da madeira e o teor de carbono fixo do
carvo. Os autores inferem que madeiras mais lignificadas proporcionam a
produo de carvo com maiores teores de carbono fixo devido ao fato de a
lignina possuir cerca de 65% de carbono elementar (C) em sua composio
contra 45% que ocorre, normalmente, na celulose e nas hemiceluloses.
Collet (1985), em estudo comparativo entre diversas espcies utilizadas
para a fabricao de carvo vegetal, demonstrou que a quantidade de carbono
fixo, fornecida por unidade de madeira enfornada, funo da porcentagem de
lignina da madeira.
Para Klock et al. (2005), o teor de carbono na lignina varia de acordo
com a madeira e o mtodo de extrao, entre outros fatores. Os autores afirmam
26
que a madeira de folhosa composta de lignina com teor de carbono de 60%.
Dessa forma, e considerando-se que o carvo constitudo de carbono, madeiras
com altos teores de lignina so mais indicadas para a produo de carvo.
Martins (1980) refere-se a esse composto mencionando sua degradao
trmica sob diferentes faixas de temperatura. O autor ressalta que, embora a
lignina comece a se degradar (perder massa) em temperaturas mais baixas, a
partir de 150C, sua degradao mais lenta. O oposto pode ser observado no
comportamento da celulose e das hemiceluloses. A lignina continua a perder
massa mesmo em temperaturas superiores a 500C, dando como resultado um
resduo carbonoso. Outra frao de produtos de pirlise da lignina o alcatro
(at 15%), constituindo-se numa mistura de compostos fenlicos. O autor infere,
ainda, que a perda de massa final experimentada pela lignina bem menor do
que os outros dois componentes principais da madeira.
O mesmo autor afirma que a lignina o componente da madeira mais
estvel termicamente, quando comparada com a holocelulose e com a prpria
madeira. Esse fato est relacionado, segundo o autor, com a complexidade de
sua estrutura qumica.
Segundo Oliveira et al. (1984), a lignina o composto que mais
contribui para produo do resduo carbonoso e do alcatro insolvel,
produzidos a partir da carbonizao da madeira. Esses autores ressaltam que, a
400oC, a lignina proporciona rendimentos de resduo carbonoso de,
aproximadamente, 55%.
A lignina uma macromolcula presente na parede celular secundria
dos vegetais e na lamela mdia. Devido diferena de volume entre essas duas
regies, aproximadamente 70% da lignina localiza-se na parede secundria,
porm, sua maior concentrao ocorre na lamela mdia (Rowell, 2005).
Segundo Salo et al. (1989), a produo de lignina na planta ocorre a
partir da polimerizao natural de monmeros fenilpropanoides, por meio da
27
condensao desidrogenativa dos lcoois p-cumarlico, coniferlico e sinaplico,
os quais tm suas respectivas estruturas qumicas mostradas na Figura 4. Esses
lcoois possuem diferenas nos grupos substituintes do anel aromtico e so os
respectivos precursores primrios das unidades conhecidas como p-
hidroxifenila, guaiacila e siringila, conforme Figura 5.
FIGURA 4 Estrutura qumica dos precursores bsicos das principais unidades aromticas presentes na molcula de lignina. (a) lcool p-cumarlico, (b) lcool coniferlico e (c) lcool sinaplico.
Fonte: Rowell (2005).
FIGURA 5 Principais unidades aromticas presentes na molcula de lignina. Fonte: Rowell (2005).
28
O resultado final dessa polimerizao uma estrutura heterognea na
qual as unidades bsicas so unidas por ligaes carbono-carbono e ligaes
ter.
A quantidade das unidades citadas anteriormente, presentes na lignina,
variada e elas se classificam de acordo com a composio das mesmas. As
ligninas das madeiras de gimnospermas so, basicamente, produtos da
polimerizao do lcool coniferlico e so chamadas de lignina guaiacila,
enquanto as ligninas das angiospermas lenhosas, grupo de madeira ao qual
pertence o eucalipto, so, principalmente, do tipo guaiacila-siringila, devido
copolimerizao dos lcoois coniferlico e sinaplico (Ro et al., 2001; Rowell,
2005).
As angiospermas lenhosas e gimnospermas apresentam, ainda,
unidades p-hidroxifenila na composio estrutural de suas ligninas, porm, em
menores propores, quando comparadas s angiospermas herbceas. A
estrutura proposta da lignina presente na madeira das angiospermas mostrada
na Figura 6.
29
FIGURA 6 Estrutura proposta para a lignina presente em madeira das angiospermas.
Fonte: Pil-Veloso et al. (1993).
Diante da diversidade estrutural das ligninas em diferentes gneros
vegetais ou, ainda, dentro de uma mesma espcie, vrios estudos vm sendo
desenvolvidos, no intuito de caracterizar e quantificar suas unidades
monomricas. Esses estudos esto voltados, principalmente, para as madeiras de
angiospermas, uma vez que estas apresentam elevadas quantidades da estrutura
siringila.
30
O parmetro usualmente estabelecido para tal quantificao a relao
siringila/guaiacila (S/G), ou seja, a proporo entre as unidades siringila e
guaiacila presentes na lignina (Oudia et al., 2007).
Segundo Gutirrez et al. (2006), a razo entre as unidades monomricas
siringil/guaiacil presente nas madeiras de eucalipto pode variar de 0,5 a 4,0.
Tendo em vista que a diferena qumica estrutural presente nos diferentes tipos
de lignina pode afetar o rendimento da carbonizao em funo do
posicionamento do grupo funcional no anel aromtico, tornando esse mais ou
menos reativo, a relao S/G pode ser estabelecida como um parmetro global
da qualidade tecnolgica da madeira, uma vez que abrange vrios fatores, dentre
eles caractersticas anatmicas e qumicas. Essa caracterstica poder, dessa
forma, tambm, auxiliar nos processos de seleo de clones, a fim de se obter
rvores com maior qualidade para a produo de carvo, em termos de
reatividade e rendimento em carbono fixo.
Vrios pesquisadores relataram que madeiras com maior proporo de
unidades siringila (S) em relao s unidades guaiacila (G) proporcionam maior
rendimento de polpa, alm de serem mais facilmente deslignificadas (Collins et
al., 1990; Gonzlez-Vila et al., 1999; Ro et al., 2001). Em funo do baixo
nmero de trabalhos na rea de carbonizao da madeira, a interpretao da
relao S/G citada no presente trabalho como uma inferncia de que essa
interpretao deve ser inversa quela citada para rea de celulose, quando se
pensa nesse tipo de estudo de qualidade da madeira para a produo de carvo.
Esse comportamento pode ser explicado pelo fato de que o grupo
guaiacila tem uma posio aromtica, C5, disponvel para fazer fortes ligaes
entre tomos de carbono durante o processo de biossntese da lignina e, portanto,
, provavelmente, mais resistente degradao trmica (Gutirrez et al., 2006).
Dessa forma, maiores propores de unidades guaiacila (G) em relao s
unidades siringila (S) so desejveis quando se pretende utilizar a madeira para
31
produo de carvo, pois esse fato contribuiria para o maior rendimento
gravimtrico em carvo.
De acordo com Wallis et al. (1996) e Carvalho (2002), a relao lignina
siringila/guaiacila varia de 0,51 at 5,2, dependendo da espcie de madeira.
Gomide et al. (2005), avaliando a relao S/G de diferentes clones de eucalipto,
obtiveram valores variando entre 2,0 e 2,8. Gomes (2007), ao estudar a
caracterizao de seis clones de eucalipto aos trs anos de idade, obteve relao
S/G variando entre 2,50 e 3,12.
Marcelo (2007), ao analisar a relao S/G na madeira de seis espcies de
eucalipto, utilizando o mtodo de oxidao com nitrobenzeno, encontrou valores
variando de 2 a 4,3. A maior relao S/G observada pela autora foi na madeira
de Eucalyptus globulus e a menor, no hbrido de Eucalyptus grandis com
Eucalyptus uroplylla.
Campos (2009), ao estudar a influncia das caractersticas da madeira de
um hbrido de eucalipto aos 4,9 anos de idade na produo de carvo vegetal,
verificou relao S/G de 3,82, proveniente de uma populao que apresentou
relao S/G de at 4,04.
2.3.2.2.4 Extrativos
Extrativo um termo empregado para descrever um nmero de vrios
compostos qumicos contidos na madeira, mas que no fazem parte de sua
estrutura essencial. Por essa razo, so tambm chamados de componentes
estranhos. Nesse grupo de compostos esto includos: polifenis, leos,
gorduras, gomas resinas, ceras e amido, entre outros.
Oliveira (1988) afirma que h uma relao diretamente proporcional
entre o teor de extrativos da madeira e o rendimento em carbono fixo do carvo.
Di Blasi et al. (1999) tambm se referem relao entre o teor de extrativos da
madeira e maiores rendimentos em carbono fixo ao citarem a comparao entre
32
espcies que possuem diferentes teores de extrativo, separando-as em grupos de
baixo e alto teores. Os autores relatam que maiores rendimentos so observados
em madeiras ricas em extrativos. Oliveira (1989) relata a existncia de
correlao positiva e significativa entre o teor de extrativos e o rendimento em
carvo vegetal, citando os trabalhos de Collet (1985) e Vital et al. (1987), nos
quais essa correlao foi observada.
Trugilho et al. (1996), trabalhando com Eucalyptus saligna em quatro
idades diferentes, encontraram correlaes negativas significativas entre o teor
de extrativos totais e a densidade bsica da madeira.
No entanto, Vital et al. (1994) no encontraram correlao entre o teor
de extrativos e as propriedades do carvo produzido a partir da madeira de
Eucalyptus camaldulensis, ao 33 meses de idade.
Para Bowyer et al. (2003), a quantidade de extrativos em madeiras varia
de 3% a mais de 30% do seu peso seco.
A maioria dos extrativos, tanto nas conferas quanto nas folhosas, est
localizada no cerne, sem considerar a casca, e alguns so responsveis pela cor,
odor e durabilidade da madeira. Os extrativos de origem fenlica exercem
importante influncia no aumento do poder calorfico da madeira e do carvo,
por possurem elevado teor de carbono (Rowell, 2005).
Frederico (2009) relata que, devido natureza fenlica de diversos
extrativos, esses so ricos em carbono, podendo contribuir com o aumento do
poder calorfico da madeira; e se no forem degradados durante a carbonizao,
podem tambm contribuir com o aumento do poder calorfico do carvo e do
rendimento gravimtrico.
2.3.3 Composio anatmica das folhosas qualidade das fibras
Burger & Richter (1991) descrevem os componentes anatmicos das
madeiras de folhosas como sendo os elementos de vasos responsveis pela
33
conduo da seiva; os fibrotraquedeos e as fibras libriformes, pela resistncia
mecnica da madeira; os tecidos de reserva, pelo armazenamento de compostos
e os raios, pela transferncia do material no sentido radial.
Os mesmos autores relatam que as fibras presentes na madeira de
folhosas, como o caso do eucalipto, que considerada uma espcie de fibra
curta, tm comprimento variando entre 0,75 e 1,30 mm. Esse grupo vegetal
assim considerado quando comparado ao grupo das conferas que possuem
fibras (traquedes) com comprimento trs a cinco vezes superior. Segundo
Moreira (1999), as folhosas tm estrutura mais complexa que as conferas,
contendo maior arranjo e tipos celulares.
Os parmetros usualmente considerados nos estudos da qualidade das
fibras, no que se refere s caractersticas anatmicas da madeira, so definidos a
partir da mensurao de dimenses fundamentais, como comprimento, largura,
dimetro do lume e espessura da parede. No entanto, so poucos os trabalhos
desenvolvidos com o objetivo de relacionar a composio anatmica das
espcies ao seu potencial para a gerao de energia e/ou a produo de carvo
vegetal. Em geral, os que o fazem relacionam essa caracterstica da madeira
sua densidade bsica ou com outros fatores, como a influncia gentica e a
identificao de espcies, entre outros.
Inferncias so feitas por alguns autores em relao influncia de
diferentes materiais genticos nas dimenses dos elementos anatmicos da
madeira. Para Zobel (1992), o comprimento das clulas pode ser controlado por
fatores genticos e alterado por mudanas de crescimento. Os mesmos autores
ainda mencionam que a largura das clulas uma dimenso que est relacionada
com o crescimento sazonal e que o dimetro do lume depende da largura e da
espessura da parede das fibras. Quanto maior o seu valor, mais espaos vazios
sero encontrados na madeira e, como consequncia, menor massa especfica.
34
Malan (1995) afirma que a espessura da parede das fibras uma
caracterstica que tambm est relacionada aos fatores genticos, bem como aos
fatores ambientes e idade da rvore. Moreira (1999) relata que esse parmetro
da fibra est intimamente relacionado com a densidade da madeira, conforme
por ser visto nas citaes de vrios autores que mostram correlaes positivas
entre essa e a espessura da parede dos traquedeos e fibras.
Segundo Silva (2001), alm da identificao das espcies, os estudos
anatmicos possibilitam informaes sobre a estrutura do lenho, permitindo
identificao das relaes entre o lenho e as caractersticas gerais da madeira,
inclusive seu potencial para a gerao de energia. Pdua (2009) afirma que o
estudo dos parmetros referentes qualidade das fibras fornece informaes
para auxiliar na indicao de espcies potenciais para a gerao de energia e a
produo de carvo vegetal. O autor recomenda madeiras para a gerao de
energia que apresentem composio anatmica caracterizada pela presena de
fibras com frao parede alta e ressalta que essa caracterstica est aliada
ocorrncia de alta densidade bsica.
2.3.4 Poder calorfico
O poder calorfico da madeira est relacionado quantidade de energia
liberada (kcal) por unidade de massa (kg) da matria, quando submetida ao
processo de combusto. Nesse caso, como a madeira possui hidrognio, a
combusto resulta, alm de outros compostos, na formao de gua na forma
gasosa, a qual, se for condensada, ir liberar o calor de condensao.
De modo geral, existem trs tipos de poder calorfico, a saber: poder
calorfico superior, poder calorfico inferior e poder calorfico til. Quando
incluir o calor de condensao da gua, o chamado calor latente de vapor d'gua,
esse ser chamado de poder calorfico superior (PCS) e, quando o poder
calorfico obtido no o fizer, trata-se, ento, do poder calorfico inferior (PCI) e
35
ser obtido menor valor quando comparado ao PCS. Sob essa condio, a gua
gerada ser perdida, levando consigo parte da energia liberada pela madeira. J o
poder calorfico til obtido por meio de equaes nas quais se leva em
considerao o teor de umidade do combustvel.
De acordo com Pereira et al. (2009), o poder calorfico superior da
madeira de eucalipto varia na faixa de 4.400 a 4.800 kcal/kg. Vale et al. (2001)
encontraram, em estudo comparativo, para a Acacia mangium, valor mdio para
o poder calorfico superior de 4.619 kcal/kg e, para o Eucalyptus grandis, de
4.641 kcal/kg. Porm, vale ressaltar que existe uma dependncia entre o poder
calorfico superior e o inferior, regida pela quantidade de hidrognio presente no
combustvel. Portanto, o poder calorfico da madeira influenciado diretamente
pela umidade, alm de o ser tambm pela composio qumica da madeira.
Ladeira (1992), citado por Cotta (1996), ratifica que a umidade fator
importante a ser considerado na aferio do poder calorfico da madeira. A
autora afirma que a presena de gua na madeira representa a reduo do poder
calorfico, em razo da energia necessria para evapor-la. Alm disso, se o teor
de umidade for muito varivel, o controle do processo de combusto pode se
tornar difcil.
Silva et al. (1983), comparando a biomassa de diferentes espcies para a
produo de energia, encontraram, para a madeira de Eucalyptus viminalis, com
teor de umidade de 12%, poder calorfico superior igual a 4.691 kcal/kg.
Dentre os trabalhos que relacionam o poder calorfico composio
qumica da madeira, est o realizado por Doat & Petroff (1975) que, ao
pesquisarem espcies tropicais, mostraram que uma madeira rica em lignina e
em extrativos solveis em compostos orgnicos tem elevado poder calorfico.
Outras relaes tambm so estabelecidas a partir da anlise da qualidade da
madeira para a gerao de energia, como aquelas observadas por Pastore et al.
36
(1982) e Vale et al. (2001), nas quais foram encontradas altas correlaes entre o
teor de carbono fixo da madeira e seu poder calorfico.
2.3.5 Anlise termogravimtrica (TGA)
A anlise termogravimtrica (TGA) da madeira permite o registro
constante da perda de massa de uma amostra submetida a um programa de
temperatura, com variao de tempo ou de temperatura. Com base nessa tcnica
possvel interpretar como o comportamento da madeira durante a sua
decomposio trmica, alm de fornecer informaes sobre em quais faixas de
temperatura a decomposio mais pronunciada.
Alguns trabalhos foram realizados utilizando a termogravimetria para
predizer o comportamento da madeira de eucalipto, tais como os de Kifani-
Sahban et al. (1996), Raveendran et al. (1996), Gmez et al. (2000), Raad (2004)
e Vrhegyi (2007). No entanto, a maioria consiste no estudo da decomposio
trmica da madeira refletida nas curvas termogravimtricas com foco na cintica
de reao. Pouco se observa sobre o comportamento de diferentes materiais
genticos, visando caracterizar aquele que apresenta maior resistncia trmica
nas faixas de temperatura estudadas.
Quando a anlise termogravimtrica realizada sob temperaturas
variadas, considerada como TGA dinmica e a taxa de decomposio torna-se
dependente da temperatura e do tempo. Embora a anlise TG fornea apenas
uma informao global sobre o conjunto de reaes que ocorrem durante a
pirlise, ela permite a comparao do comportamento trmico da biomassa,
evidenciando, dentre outros, a influncia de diferentes materiais genticos sobre
a cintica da reao.
A madeira, quando submetida a altas temperaturas, sofre a
decomposio trmica dos seus componentes qumicos, passando por um
processo de carbonizao, sob atmosfera inerte e/ou combusto, sob atmosfera
37
oxidante. Cada componente da madeira se decompe mais intensamente em
distintas faixas de temperatura, sendo variveis, conforme faixas citadas por
diversos autores. Segundo Conesa (1995), cada frao dos componentes da
madeira tem uma cintica de decomposio trmica bem diferenciada. Os
autores afirmam que as hemiceluloses sofrem maiores picos de degradao entre
200o e 300oC, a celulose entre 240o e 350oC e a lignina entre 350o e 500oC.
Como resultado do fornecimento de temperaturas crescentes ao longo do
tempo durante o qual realizada a anlise termogravimtrica, h, geralmente, o
decrscimo da massa da amostra, pois desse fato resulta a perda de umidade e de
materiais volteis, alm da ocorrncia de reaes qumicas. A anlise pode ser
realizada sob atmosfera oxidante (ar ou oxignio) ou sob atmosfera inerte (N2 e
CO2 ).
Em estudos realizados pela Fundao Centro Tecnolgico de Minas
Gerais - CETEC (1979), em atmosfera de nitrognio, objetivou-se identificar o
comportamento da decomposio trmica da massa total em serragem de Pinus.
Os resultados mostram que a maior perda de massa total registrada foi em torno
de 63%, sob temperaturas variando entre 270 e 400C, atingindo perda total de
85% em temperatura equivalente a 1000C.
Antal & Mok (1990) relatam que o rendimento do carvo, obtido em
fornos industriais no Brasil e baseado na massa total, varia em torno de 25% a
35%. No entanto, para Antal & Vrhegyi (1995), o rendimento da madeira
deveria ser em torno de 40% ou mais, visto sob consideraes de clculos
estequiomtricos e considerando tambm o controle eficiente dos parmetros de
pirlise, principalmente a temperatura final.
Oliveira (2003), ao estudar o comportamento das curvas
termogravimtricas da madeira de Eucalyptus grandis, observou que a
degradao trmica teve incio a 150oC de temperatura, sendo mais pronunciada
na faixa entre 250o e 450oC, com reduo de 68,52% da massa inicial.
38
Raad (2004), estudando a degradao trmica dos componentes
estruturais da madeira, observou a perda em massa da celulose, hemiceluloses e
lignina em diferentes faixas de temperatura. Os resultados da anlise podem ser
observados na Figura 7. O autor observou tambm o comportamento da
decomposio trmica da massa total da madeira de Eucalyptus spp., em
atmosfera de nitrognio e utilizou uma equao geral do mecanismo cintico de
carbonizao para a predio dos resultados. O autor relatou que os maiores
picos de decomposio ocorreram nas faixas de temperaturas correspondentes a
380oC e 400oC, aproximadamente.
FIGURA 7 Massas finais dos componentes da madeira versus temperatura de carbonizao.
Fonte: Raad (2004).
Campos (2009), ao estudar a influncia dos parmetros do processo de
pirlise sobre o comportamento trmico da madeira de eucalipto e dos seus
componentes principais, por meio da termogravimetria, observou uma faixa de
maior degradao trmica da madeira entre 250 e 400C. A autora constatou
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
200 250 300 350 400 450 500 550 600
Temperatura (oC)
Mas
sa F
inal
(kg
/kg
)
Experimental
Terica
Hemicelulose
Celulose
Lignina
39
que a madeira apresentou faixa mais extensa de degradao, quando comparada
quelas correspondentes aos seus componentes, e inferiu que esse fato
corresponde sobreposio das faixas de maior reao de seus componentes
hemicelulsicos e celulsicos.
2.4 Carbonizao da madeira
O processo de carbonizao ou pirlise lenta da madeira consiste no seu
aquecimento, a temperaturas acima de 2000C, na presena controlada de
oxignio, promovendo modificaes dos seus componentes, cujo objetivo
aumentar o teor de carbono na massa resultante do processo, o carvo vegetal. A
ocorrncia desse processo est intimamente relacionada composio qumica
dos trs principais componentes da madeira: a celulose, as hemiceluloses e a
lignina, alm de sofrer influncia das suas caractersticas fsicas e anatmicas.
Byrne & Nagle (1997) consideram que a pirlise da madeira d origem
aos mesmos produtos que seriam obtidos pela soma de seus trs principais
componentes pirolisados separadamente. Relatam, ainda, que a pirlise no
ocorre de forma simultnea, mas em etapas, nas quais as hemiceluloses se
degradam primeiro, sob temperaturas que variam entre 200 e 260C, seguidas
da celulose (240-350C) e da lignina (280-500C).
Andrade et al. (2004) sugerem que a resistncia trmica dos
constituintes qumicos da madeira est intimamente relacionada s suas
respectivas estruturas. Segundo os autores, quanto mais complexa, mais rgida e
mais condensada for a estrutura, mais estvel, do ponto de vista trmico, ser o
correspondente componente qumico.
Durante a carbonizao ocorre uma sequncia de reaes qumicas e
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