Apostila - Energia Da Madeira 2008

________________________________________________________________________________________ Universidade Federal de Viçosa

Laboratório de Painéis e Energia da Madeira

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Apostila Energia da Madeira

Índice

1 - Introdução ......................................................................................... 1

1.1 - Setores Industriais Consumidores de Carvão Vegetal ........................ 2

2 - Teoria da Carbonização .................................................................... 4

2.1 - Parâmetros da Matéria-Prima para Produção de Carvão .................... 5 2.1.1 - Densidade Básica da Madeira ............................................................................... 6 2.1.2 - Teor de Umidade .................................................................................................... 8 2.1.3 - Tamanho das Peças ............................................................................................... 9

2.2 - Composição Química da Madeira ........................................................ 10

2.3 - O Processo de Carbonização da Madeira ........................................... 12 2.3.1 - Carbonização da Celulose ................................................................................... 13 2.3.2 - Carbonização das Hemiceluloses ....................................................................... 14 2.3.3 - Carbonização da Lignina ..................................................................................... 14

2.4 - Físico-Química da Carbonização ......................................................... 15

3 - A Produção de Carvão de Vegetal ................................................. 17

3.1 - Parâmetros de Produção ...................................................................... 17 3.1.1 - Temperatura Máxima Média ................................................................................ 17 3.1.2 - Taxa de Aquecimento .......................................................................................... 22 3.1.3 - Pressão do Forno Durante o Processo .............................................................. 24

3.2 - Fornos de Carbonização ....................................................................... 25 3.2.1 - Forno Rabo Quente.............................................................................................. 27 3.2.2 - Forno de Encosta ................................................................................................. 29 3.2.3 - Forno de Superfície ............................................................................................. 30 3.2.4 - Forno de Superfície com Câmara Externa ......................................................... 31 3.2.5 - Fornos Metálicos ................................................................................................. 33 3.2.6 - Processos Industriais .......................................................................................... 33

3.2.6.1 - Processo Reichert-Lurgí .............................................................................. 33 3.2.6.2 - Processo Sific-Lambiotte ............................................................................. 34 3.2.6.3 - Processo IPT ................................................................................................. 35

3.2.7 - Forno “Container” ............................................................................................... 36 3.2.8 - Outros Fornos ...................................................................................................... 38

4 - Propriedades do Carvão Vegetal ................................................... 39

4.1 - Rendimento Gravimétrico ..................................................................... 39

4.2 - Propriedades Químicas ......................................................................... 40 4.2.1 - Carbono Fixo ........................................................................................................ 41 4.2.2 - Cinzas ................................................................................................................... 41 4.2.3 - Materiais Voláteis ................................................................................................. 42

4.3 - Propriedades Físicas ............................................................................. 43 4.3.1 - Densidade ............................................................................................................. 43

4.3.1.1 - Densidade do granel .................................................................................... 44



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4.3.1.2 - Densidade Aparente ..................................................................................... 44 4.3.1.3 - Densidade Verdadeira .................................................................................. 45 4.3.1.4 - Porosidade .................................................................................................... 45

4.3.2 - Resistência Mecânica .......................................................................................... 46 4.3.3 - Friabilidade ........................................................................................................... 47 4.3.4 - Umidade ou Higroscopicidade ............................................................................ 49 4.3.5 - Granulometria Média ........................................................................................... 50

4.4 - Reatividade ............................................................................................. 50

4.5 - Poder calorífico ...................................................................................... 51

5 - O Carvão Vegetal na Siderurgia e Metalurgia ............................... 54

5.1 - O Alto-Forno ........................................................................................... 55

5.2 - Qualidade do Carvão Vegetal para Outros Fins ................................. 61

6 - Impactos Ambientais do Carvoejamento ...................................... 61

6.1 - Principais Grupos Químicos Poluentes Presentes na Fumaça ........ 64

6.2 - Avaliação da Toxicidade Aguda e Mutagenicidade ............................ 68

6.3 - Avaliação da Toxicidade Aguda ........................................................... 75

6.4 - Avaliação da Mutagenicidade ............................................................... 76

6.5 - Estimativa da Quantidade de Poluentes Emitidos na carbonização de Eucalipto ....................................................................................................... 79

6.5.1 - Comparação Entre Carvão Vegetal e Carvão Mineral ....................................... 81

6.6 - Medidas de Controle da Poluição ........................................................ 82 6.6.1 - Incineradores ....................................................................................................... 82 6.6.2 - Reciclagem de Gases e Recuperação do Alcatrão ............................................ 84 6.6.3 - Separação dos Pós e Partículas ......................................................................... 85

7 - Bibliografia ...................................................................................... 85



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Introdução

Até a segunda guerra mundial, o carvão era um dos combustíveis mais utilizado

no mundo. A descoberta dos combustíveis derivados do petróleo, que permitiu o

desenvolvimento dos motores a explosão e abriu maiores perspectivas de velocidade e

potência, e o surgimento da energia nuclear, relegaram o carvão a condição de fonte

subsidiária de energia. No entanto, a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral e

o baixo custo do carvão vegetal ainda conferem a esse combustível um papel relevante

(BARSA, 1998).

O gráfico 1 mostra o quão dependente é o Brasil em termos energéticos da

utilização de carvão mineral como fonte energética. Este argumento já seria suficiente para

maiores incentivos para aumento da utilização do carvão vegetal. No petróleo o governo tem

se esforçado em reduzir a dependência externa, visando até mesmo a auto-suficiência.

Gráfico 1 – Dependência Externa de Energia em % de 1978 até 1999 em função

do tipo de fonte energética. (Balanço Energético Nacional, 2000)

De acordo com o Balanço Energético Nacional (2000) o carvão vegetal vinha

tendo um decréscimo contínuo no seu consumo (8,6 milhões de tonelada em 1994 para 6,7

milhões de tonelada em 1998). A partir de 1999 o setor parece estar se revitalizando com

um suave aumento de 0,2 milhões de toneladas, porém parece que essa condição de



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aumento tenderá a continuar. A explicação mais provável para isso é a desvalorização da

moeda, tornando o preço do carvão vegetal mais interessante do que o do coque mineral,

produto concorrente como fonte energética e redutor químico do minério de ferro durante a

sua produção nos altos fornos do setor siderúrgico.

A siderurgia é responsável pelo consumo de 85% do carvão vegetal, enquanto

que os outros 15% são consumidos nas residências. Considerando o grande consumo

siderúrgico, a qualidade do carvão se torna importante para agregar valor ao produto final

(ferro-gusa). O que torna o setor siderúrgico grande consumidor de carvão, movimentando

este setor da economia. Balanço Energético Nacional (2000)

Ambientalmente o carvão vegetal leva grande vantagem em relação ao carvão

mineral uma vez que é proveniente de uma fonte renovável. Porém os atuais processos de

carbonização não são isentos de poluição.

Entretanto, novas tecnologias do processo de carbonização prometem aumentar

ainda mais esta vantagem ambiental que o carvão vegetal possui em relação ao coque

mineral.

1.1 - Setores Industriais Consumidores de Carvão Vegetal

No ano de 1981, a produção de aço em nível mundial foi de 700 milhões de

toneladas. Na América Latina foram produzidos 27 milhões, sendo que somente Brasil,

México e Argentina foram responsáveis por mais de 70% dessa produção. No caso do

Brasil, a produção de aço apresentou grande crescimento durante o século XX. Essas

elevadas taxas de crescimento foram marcadas por quatro grandes períodos:

Período I: de 1924 a 1946 - a produção evolui de 4,5 mil toneladas de aço

para 324 mil toneladas, sendo a Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira a

principal responsável pela evolução da produção no período. A taxa média

de crescimento é de 22% a.a. A produção é baseada principalmente no uso

de insumos nacionais, como o carvão vegetal.

Período II: de 1946 a 1960 - início da operação da Companhia Siderúrgica

Nacional. Aqui se dá o início da produção de laminados planos e do uso de

insumos energéticos importados, principalmente carvão mineral.



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Período III: de 1960 a 1964 - duas empresas iniciam a produção de aço, a

USIMINAS e a COSIPA. A produção evolui de 1,9 milhões para 3,0 milhões,

com taxa anual de crescimento de 12%.

Período IV: de 1964 a 1980 - a produção evolui de 3 milhões de toneladas

para 15,4, com taxa de crescimento anual de 8,5%.

Sob o aspecto geográfico, 91% da produção de aço bruto se concentram em

três estados: Minas Gerais (35%), São Paulo (32%) e Rio de Janeiro (24%). No que se

refere à produção de gusa, observa-se que somente em Minas Gerais, concentra-se mais

de 55% da produção nacional. O setor siderúrgico pode ser dividido em quatro grandes

blocos:

Usinas integradas a coque: essas usinas produzem mais de 55% do aço

bruto brasileiro. São empresas de grande porte, com capacidade de produção

de 3,5 milhões de toneladas/ano/empresa. O perfil básico é a coqueria – altos

fornos de grande porte.

Usinas integradas a carvão vegetal ou redução direta: produzem aço e

tubos de ferro fundido.

Usinas não integradas: são responsáveis por cerca de 16% da produção

nacional. O perfil de produção é basicamente o forno elétrico ou o sistema

Siemens Martins - Laminação. Utilizam como matéria-prima à sucata.

Usinas para a produção de gusa (produtores independentes): é um setor

cujo produto é exclusivamente o ferro-gusa, destinado à aciaria e fundições.

O carvão vegetal é um importante insumo para diversos segmentos industriais,

tais como os produtores de ferro-gusa, ferro-ligas, aço, silício metálico, cimento, carbureto

de cálcio, e também para uso doméstico. Segundo dados da ABRACAVE, em 1999 esses

setores consumiram 6,5 milhões de toneladas de carvão vegetal, das quais 75% se

originaram de reflorestamento.

Em função das características de cada um desses setores, a produção de

carvão vegetal pode ser dividida em 2 cenários:

Grandes produções: Empresas como Mannesmann, Acesita, Gerdau e

Belgo-Mineira, todas produtoras de aço, têm consumos individuais da ordem

de 70-300 mil t/ano de carvão vegetal. Para garantir o auto-suprimento,

essas empresas possuem extensas florestas próprias. Suas carvoarias,

geralmente com capacidade superior a 5 mil t/ano, são planejadas como



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estruturas de longa vida útil. A mecanização das tarefas é crescente, com o

uso de máquinas e fornos retangulares para 70 a 180 st de madeira por

corrida.

Pequenas produções: Praticadas em florestas de terceiros ou pequenas

áreas próprias, tem caráter itinerante. O abastecimento dos produtores de

ferro-gusa e ferro-ligas se dá dessa forma. As carvoarias, geralmente com

capacidades inferiores a 5 mil t/ano, são planejadas para 2 a 4 anos de vida

útil, e o investimento em máquinas e fornos é mínimo. Predominam os

pequenos fornos de alvenaria do tipo rabo-quente ou encosta, com

capacidade de 12 a 20 st de lenha por corrida.

Teoria da Carbonização

Carvão é um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar

grandes quantidades de calor. Pode ser produzido por processo artificial, pela queima de

madeira, como o carvão vegetal; ou originar-se de um longo processo natural, denominado

carbonização, pelo quais substâncias orgânicas, principalmente vegetais, são submetidas à

ação da temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em

carvão mineral. Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também

chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural (BARSA,1998).

A carbonização é um processo conhecido há pelo menos 10.000 anos, porém

este processo evoluiu muito pouco durante todo este tempo.

A carbonização pode ser definida como o processo cujo objetivo é aumentar o

teor de carbono fixo na madeira por meio de tratamento térmico. Para que isso aconteça, é

necessária a ocorrência de vários processos, tanto físicos como químicos. Alguns autores

relatam que o processo de carbonização pode ser entendido ao se estudar o

comportamento dos três principais componentes da madeira: a celulose, as hemiceluloses e

a lignina. Compreendendo o comportamento desses componentes, é possível compreender

como se realiza a carbonização.

Durante o processo de carbonização da madeira, o carvão é apenas uma fração

dos produtos que podem ser obtidos. Caso sejam utilizados sistemas apropriados para a

coleta, também podem ser aproveitados os condensados pirolenhosos (líquido pirolenhoso)

e os gases não-condensáveis. A prática mais completa e eficiente, quando, além do carvão

vegetal (resíduo) são aproveitados os condensados e os gases não-condensáveis da



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madeira, denomina-se “denomina-se destilação seca”, podendo ser implantada a partir da

utilização de retortas ao invés dos fornos convencionais.

1.2 - Parâmetros da Matéria-Prima para Produção de Carvão

Sendo a madeira a matéria-prima para a produção de carvão, precisamos

conhecê-la em mais detalhes, para entendermos mais claramente o processo de produção

de carvão.

A qualidade do produto madeira varia naturalmente entre:

1 - Entre espécies

2 - Entre árvores de uma mesma espécie

3 - Dentro de uma mesma árvore

4 - Idade da árvore

Logo o produto carvão gerado sofrerá variação conforme a sua matéria prima.

A utilização da madeira como fonte de redutor de minério de ferro, oferece

certos atrativos tecnológicos conforme JUVILLAR (1982):

1. São isentos de S (enxofre) e isso é vantajoso na metalurgia e ecologia.

2. O carbono produzido em florestas não interfere no equilíbrio da Terra. As

florestas consomem CO2, mas também o desprendem ao queimar-se ou

degradar-se. Além do mais as florestas desprendem O2. Os combustíveis

fósseis produzem CO2 ao queimar, mas consomem O2 em vez de produzí-lo.

3. O carbono produzido nas florestas é perpetuamente renovável, enquanto

exista vida no planeta terra.

4. As florestas geram carbono e o armazenam ao mesmo tempo, de modo que

não é necessário dispor de depósitos adicionais para o produto como

acontece na maior parte dos processos de fabricação de outros

combustíveis.

5. Como desvantagens das florestas como fonte de energia pode-se citar a

necessidade de grandes quantidades de terra e água, o que obriga a vencer

grandes obstáculos não técnicos (políticos, administrativos, etc.)



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O Brasil é um país privilegiado neste contexto, pois possui grande extensão

territorial e intensa insolação.

Os parâmetros mais importantes da madeira para produção de carvão são a

densidade, a umidade, o tamanho das peças, e a composição química que discutiremos em

mais detalhes.

1.2.1 - Densidade Básica da Madeira

A partir do conceito físico mais elementar, podemos conceituar a densidade

como quantidade de massa, expressa em peso, contida na unidade de volume. Em se

tratando de madeira, a densidade pode ser absoluta, expressa em g/cm3 ou Kg/m3, ou

relativa, quando comparada com a densidade absoluta da água destilada, insenta de ar, à

temperatura de 3,98oC, com densidade de 1,0 g/cm3 . Nos sistemas CGS e SI, o número

que exprime a densidade absoluta coincide com o número admensional que exprime a

densidade relativa (VITAL, 1984).

QUADRO 1- Classificação da densidade da madeira de acordo com o FOREST PRODUCTS LABORATORY (1974).

Intervalos de densidade (g/cm3) Tipo de madeira

- a 0,20 extremamente leve 0,20 a 0,25 excessivamente leve 0,25 a 0,30 muito leve 0,30 a 0,36 leve 0,36 a 0,42 moderadamente leve 0,42 a 0,50 moderadamente pesada 0,50 a 0,60 pesada 0,60 a 0,72 muito pesada 0,72 a 0,86 excessivamente pesada

0,86 em diante extremamente pesada

A madeira é um material poroso e o valor numérico da densidade depende da

inclusão ou não do volume de poros. Se a determinação do volume incluir o volume dos

poros, obter-se-à, a densidade aparente; se a determinação do volume não incluir o volume

dos poros, obtêm-se a densidade real ou verdadeira, o que corresponde à densidade da

parede celular, cujo valor é igual a 1,53 g/cm3, independente da espécie. A densidade

básica é aquela que considera a madeira como massa real completamente seca e o volume

verde ou completamente saturado de água; a densidade básica é, pois sempre aparente,

podendo ser absoluta ou relativa (PANSHIN & ZEEW, 1982).



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A densidade da madeira é um dos índices mais importantes a ser considerado

dentre as diversas propriedades físicas da madeira, pois além de afetar as demais

propriedades interfere de forma significativa na qualidade de seus derivados (BRASIL e

FERREIRA, 1971).

A densidade da madeira, bem como as demais propriedades, varia de uma

espécie para outra, dentro da mesma espécie e na direção radial e axial de uma mesma

árvore. As variações da densidade são resultantes das diferentes espessuras da parede

celular, das dimensões das células, das inter-relações entre esses dois fatores e da

quantidade de componentes extratáveis presentes por unidade de volume (PANSHIN e De

ZEEUW, 1980).

As variações da densidade ao longo do tronco são menos consistentes do que

aquelas na direção radial. A proporção de madeira juvenil na direção longitudinal do caule

tende a aumentar. Como resultado imediato à densidade diminui, o que freqüentemente

ocorre em muitas espécies, especialmente em coníferas, em virtude de a formação da

madeira juvenil, ser mais acentuada nas coníferas que nas folhosas. No Eucalyptus grandis,

contudo, comumente a densidade aumenta com a altura, embora um declínio inicial possa

estar presente (MALAN, 1995).

A densidade, porém não deve ser considerada como um índice isolado de

qualidade da madeira. A composição química e as características anatômicas são fatores

que devem ser também considerados (WENZL, 1970; BRASIL et. al., 1977).

Na produção de carvão vegetal, a densidade deve ser encarada sob vários

aspectos, sendo que várias considerações podem ser feitas em torno dela. A densidade da

madeira afeta a capacidade de produção de carvoaria, porque para um determinado volume

de forno a utilização de madeira mais densa resulta em maior produção em peso. Além

disso, madeira mais densa produz carvão com densidade mais elevada, com vantagens

para alguns de seus usos (OLIVEIRA et. al.1982b; e BRITO, 1993).

OLIVEIRA (1988), num trabalho desenvolvido com madeira de eucalyptus fez

algumas correlações entre a densidade de madeira e outros parâmetros anatômicos e

químicos para produção de carvão, são eles:

Aumento de densidade da madeira é acompanhado pelo aumento da

espessura da parede das fibras, redução do lúmem e aumento no

comprimento das fibras.



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À medida que se aumentam os teores de lignina e de extrativos aumenta-se

proporcionalmente a densidade.

Reduz-se a densidade da madeira com aumento do teor de holocelulose.

Madeiras mais porosas produzem carvão de maior porosidade

Madeiras mais densas produzem carvão mais denso.

Estas correlações são importantes, pois ajudam a selecionar a madeira e tomar

os devidos cuidados no manejo da madeira a ser utilizada para produzir carvão.

1.2.2 - Teor de Umidade

Qualquer material lenhoso recém-abatido apresenta uma quantidade

considerável de água, a qual, para a maioria dos casos de utilização, deve ser em parte

removida.

A umidade existente na madeira de uma árvore recém-abatida atinge valores

bastante elevados quando se analisa a massa. Por exemplo, madeiras de espécies do

gênero pinus, podem apresentar de 450 a 700 Kg de água por metro cúbico de madeira, isto

é, 50 a 60% do peso inicial da madeira mais água (OLIVEIRA et al., 1986).

Quando a madeira de uma árvore recém-abatida é exposta ao meio ambiente,

inicialmente evapora-se a água localizada nos vasos, nos canais e no lúmem das células,

que é denominada água de capilaridade ou água livre. Permanece na madeira toda água

localizada no interior das paredes celulares que é chamada água de adesão, e a umidade

correspondente a este estado é denominada umidade de saturação das fibras (GALVÃO e

JANKOWSKY, 1985). Quando este tipo de umidade é removida a madeira sofre alterações

em suas propriedades (GONÇALVES, 1987).

Por outro lado, quando a madeira, previamente seca a 0% de umidade, é

exposta ao meio ambiente, ela absorve a água que está dispersa no ar em forma de vapor.

A água adsorvida corresponde à água de adesão e o teor de umidade final alcançado pela

madeira, que depende das condições do meio a da espécie vegetal considerada, é

denominado umidade de equilíbrio com o ambiente (GALVÃO e JANKOWSKY, 1985).

Existe ainda um outro tipo de água na madeira é a chamada água de

constituição, ela se encontra quimicamente combinada com as substâncias da parede

celular, ou seja, é a água que faz parte da “substancia química da madeira” (GONÇALVES,

1987). A água de constituição não é realmente água até que o material celulósico seja



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aquecido em condições drásticas, onde degradações térmicas ocorram, resultando na

quebra de grupos hidroxílicos para formar água. A água de constituição participa da

natureza orgânica da parede celular e não é removida durante a secagem, porque faz parte

da madeira. Para retirá-la é necessário quebrar a estrutura da madeira ou carbonizá-la. A

água de constituição não desempenha papel importante na inter-relação entre a substância

madeira e a água de sorção, não influenciando nas propriedades físicas e mecânicas da

madeira (SKAAR, 1972)

A umidade da madeira é um fator importante e deve ser muito bem observado

no processo de carbonização da madeira.

A madeira antes de ser carbonizada precisa sofrer secagem. O processo de

secagem consome muita energia, que é fornecida por parte da queima da lenha dentro do

forno, ou da câmara de combustão externa, a depender do modelo do forno. Quanto mais

úmida a madeira maior será a energia necessária para secá-la.

A presença de água na madeira representa redução do poder calorífico, em

razão da energia necessária para evaporá-la, depois o teor de umidade sendo muito

variável, pode tornar difícil o controle do processo de combustão, havendo necessidade de

constantes reajustes no sistema (COTTA, 1996 citando LADEIRA,1992).

Segundo VALENTE (1986) citado por COTTA (1996), a fabricação de carvão

com madeira úmida, origina um carvão friável e quebradiço, provocando a elevação do teor

de fino durante o manuseio e transporte e aconselha carbonizar a madeira com umidade,

base seca, entre 20-30%.

Teores de umidade elevados, principalmente na região central da madeira,

cerne, inevitavelmente provocará fendilhamento no carvão vegetal, predispondo a maior

geração de finos, fato ocasionado pelo aumento da pressão de vapor por ocasião da

transformação da madeira em carvão vegetal (COTTA,1996).

1.2.3 - Tamanho das Peças

Refere-se ao diâmetro e comprimento da madeira a ser carbonizada.

Em termos de diâmetro, qualquer peça de lenha pode ser carbonizada. Por

razões de qualidade do carvão produzido, o diâmetro ideal para carbonização está entre 10

e 20 cm. Diâmetros maiores do que 20 cm podem tornar o carvão muito quebradiço, além

de dificultar o manuseio da peça. Diâmetros menores do que 10 cm dificultam o arranjo das

peças dentro do forno, aumentando o tempo de enchimento, com conseqüência do aumento



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do custo da mão-de-obra. Quanto ao comprimento da peça, ela deve estar de acordo com o

tamanho do forno.

Em termos de comprimento, testes realizados no CETEC (1982), mostraram

uma correlação positiva entre comprimento das peças e geração de finos.

É bastante comum o aparecimento de trincas na região central do carvão.

Principalmente os de grande diâmetro.

As trincas e fissuras internas do carvão são originadas de zonas de

concentrações de tensão na madeira, ocasionada pela grande impermeabilidade da região

central (cerne) das peças. Essa impermeabilidade é devida geralmente ao acúmulo de

resinas nas cavidades da fibra comuns do cerne. (OLIVEIRA, 1982).

Diâmetros e comprimentos maiores de madeira carbonizada proporcionam um

carvão mais friável.

1.3 - Composição Química da Madeira

O tecido lenhoso das árvores é constituído por diferentes tipos de células. As

plantas folhosas possuem uma estrutura mais complexa do que as coníferas, com maior

número de tipos de células. Os principais componentes anatômicos das folhosas são os :

elementos de vasos, responsáveis pela condução de seiva; fibrotraqueídeos e fibras

libriformes, responsáveis pela resistência mecânica da madeira; tecido de reserva,

responsável pelo armazenamento de compostos, e raios, responsáveis pela transferência de

material no sentido radial.

O fenômeno da carbonização pode ser explicado e entendido a partir das

transformações sofridas pelos principais componentes da madeira, a celulose, as

hemiceluloses e a lignina. A madeira se compõe basicamente de oxigênio, hidrogênio e

carbono. O carbono pode representar até 50% da composição da madeira, o oxigênio, 44%,

e o hidrogênio, 6%. Levando-se em conta o percentual que esses três elementos

representam, torna-se fácil entender porque a carbonização pode ser compreendida

conhecendo-se o comportamento da lignina, das hemiceluloses e da celulose, já que esses

componentes são basicamente formados de carbono, oxigênio e hidrogênio.

De acordo com LEWIN e GOLDSTEIN (1991) e TSOUMIS (1991), em termos

médios, as madeiras são constituídas por:

Celulose: 40-45%



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Hemiceluloses: 20-30%

Lignina: 18 - 25% (Folhosas) e 25 - 35% (Coníferas)

Extrativos: 3-8%

Cinzas: 0,4%

A celulose, principal componente da parede celular, é um polissacarídeo linear

constituído de unidades anidro pirano glicose com ligações glicosídicas do tipo Beta 1-4 com

alto grau de polimerização, possuindo uma estrutura cristalina e não ramificada. O seu grau

de polimerização está compreendido entre 9000 e 10000, podendo chegar a até 15000

unidades de glicose. É o composto mais comum na natureza, sendo insolúvel em solventes

orgânicos, em água, em ácidos e em álcalis diluídos, todas à temperatura ambiente (LEWIN

e GOLDSTEIN,1991).

As hemiceluloses também são polissacarídeos e diferem da celulose por serem

polímeros ramificados e de cadeia mais curta, possuem em sua estrutura outras unidades

de açúcar diterentes da glicose como por exemplo, hexoses e pentoses como a manose, a

galactose, a xilose, a arabinose, o ácido 4-o-metilglucurônico,. Geralmente possuem um

peso moléculas menor que o da celulose, o seu grau de polimerização varia de 100 a 200

unidades de açúcares (PETTERSEN, 1984; LEWIN e GOLDSTEIN,1991). São os

compostos da madeira responsáveis pela formação da maior parcela de ácido acético,

durante a decomposição térmica (OLIVEIRA et al., 1982a).

Segundo SHAFIZADEH e CHIN (1977) e (OLIVEIRA et al. 1982a), a 400°C, a

celulose e as hemiceluloses resultam num rendimento em carvão de aproximadamente 10 a

13% respectivamente.

A lignina é um dos três polímeros básicos que constituem a madeira. É um

composto amorfo, tridimensional, de composição química bastante complexa, que se

constitui de unidades de fenil propano, tendo uma cadeia altamente ramificada; é o

componente mais hidrofóbico da madeira. Tem uma função adesiva entre as fibras e confere

dureza e rigidez à parede celular (PETTERSEN, 1984).

As unidades de fenil propano são mantidas juntas, tanto por ligações éter (C-O-

C) como por carbono-carbono (C-C). A ligação éter é predominante, aproximadamente 2/3

ou mais das ligações da lignina são desse tipo e o restante é do tipo carbono-carbono

(SJÖSTRÖN, 1993).

A lignina é um dos componentes da madeira de madeira de fundamental

importância na produção do de carvão vegetal uma vez que o composto que mais contribui



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para a formação do resíduo carbonífero, bem como pela formação do alcatrão insolúvel. A

lignina a 400°C, proporciona rendimentos de aproximadamente 55% de resíduo carbonífero

(OLIVEIRA et al., 1982a).

Os extrativos são componentes que não fazem parte da constituição química da

parede celular e incluem elevado número de compostos. Incluem resinas, açúcares, taninos,

ácidos graxos, dentre outros compostos, os quais influem nas propriedades da madeira.

Assim, a cor, o odor, as resistências ao apodrecimento e ao ataque de insetos, a

permeabilidade, a densidade e a dureza são afetados pela sua presença (PETTERSEN,

1984).

O conteúdo de cinzas é usualmente pequeno, podendo incluir cálcio, potássio,

magnésio e traços de outros. Quanto maior a proporção de matérias minerais na madeira,

maior será a percentagem de cinzas no carvão, fato este pouco desejável, principalmente

quando alguns dos componentes são prejudiciais para fins siderúrgicos. O teor, bem como a

composição química das cinzas pode ser afetada pela disponibilidade de minerais no solo

(ANDRADE, 1993).

Melhores propriedades químicas do carvão, maiores teores de carbono fixo, e

menores teores em substâncias voláteis e cinzas estão associados à madeira com altos

teores de lignina, para determinadas condições de carbonização. Madeiras com altos teores

de extrativos e lignina produzem maior quantidade de carvão, com maior densidade e mais

resistente em termos de propriedades físicas e mecânicas.

1.4 - O Processo de Carbonização da Madeira

Todo o processo de carbonização tem sido alvo de inúmeras pesquisas para

conhecimento dos mecanismos e processos que levam à transformação da madeira em

carvão. Quando se coloca uma peça de madeira sob a ação do calor, ocorre a destruição de

seus principais componentes, resultando na formação de carvão e diversos outros

compostos, dos quais mais de 213 já foram identificados. Para explicar como ocorre a

formação desses componentes, e quais são os mecanismos e reações que acontecem

durante a carbonização, têm-se desenvolvido vários modelos. A carbonização é um

processo que depende do tempo e da temperatura. Assim, pode-se dizer que a formação de

“tiços” durante o processo se dá provavelmente pela não exposição da peça de madeira à

temperatura durante um tempo adequado, gerando, assim, zonas não pirolisadas

(OLIVEIRA et al., 1982a; MEDEIROS E RESENDE, 1983).



13

As análises, termogravimétrica e termodiferencial têm sido frequëntemente

usadas nos estudos de decomposição térmica da madeira. A análise termogravimétrica

mostra como a madeira se comporta quando aquecida, sendo possível verificar em que

temperatura é iniciada a decomposição térmica e, ainda, em que faixa de temperatura a

decomposição térmica é mais pronunciada. A análise termodiferencial torna possível a

identificação dos picos e, ou das faixas de ocorrência das reações endotérmicas e

exotérmicas do processo.

1.4.1 - Carbonização da Celulose

A celulose é o componente da madeira mais fácil de ser isolado sendo, portanto,

o componente mais estudado. A celulose produz, sob atmosfera de nitrogênio, 34,2% de

carvão a 300 oC. Este resultado, no entanto, decresce vigorosamente com o aumento da

temperatura, e a 600 oC a degradação da celulose é quase completa, deixando um resíduo

de carvão de somente 5%. Como o processo de carbonização ocorre a temperaturas

superiores de 300 oC, pode-se concluir que a celulose contribui pouco para a rendimento

gravimétrico do carvão (OLIVEIRA et al., 1982a).

Beall e Eickner, citado por OLIVEIRA (1982a) propuseram, com base nos

resultados de termoanálise, que a energia de ativação do processo de decomposição da

celulose é da ordem de 40 kcal/mol. A degradação térmica da celulose nos seguintes

estágios:

Platô entre 155 e 259 oC, correspondente ao aquecimento da celulose, sem

provocar quebra de ligação;

Reações exotérmicas localizadas nas regiões de temperatura, 259 a 380 oC,

389 a 414 oC, 414 a 452 oC. Nestes intervalos de temperatura acorre quebra

da molécula de celulose;

Platô entre 452 e 500 oC, com formação de substâncias estáveis;

Reações endotérmicas entre 500 e 524 oC, indicando o término das reações.

De outra forma, a degradação da celulose pode ser dividida em estágios, onde

se pretende mostrar a ocorrência dos principais eventos de maneira mais geral;

Primeiro estágio, neste período ocorre vigorosa decomposição;

Segundo estágio, a decomposição continua a ocorrer havendo a

volatilização dos produtos formados;



14

Terceiro estágio, evolução dos produtos voláteis.

1.4.2 - Carbonização das Hemiceluloses

As hemiceluloses constituem o componente da madeira responsável pela

formação da maior parcela de ácido acético. É o componente da madeira menos estável,

devido à sua natureza amorfa. A decomposição das hemiceluloses se processam em dois

estágios, os quais são (OLIVEIRA et al., 1982a).

Primeiro estágio, a molécula se decompõe em fragmentos menores;

Segundo estágio, neste período ocorre uma despolimerização das cadeias

pequenas, formando unidades do monômero. Há grande formação de

voláteis, tanto a partir do polímero como do monômero então formado.

O fornecimento de calor ao processo produzirá uma mudança brusca no

comportamento das hemiceluloses, pelo menos no que se refere ao rendimento em carvão.

Na temperatura de 500 oC o rendimento em carvão é apenas 10%. Os produtos formados a

300 oC, quando submetidos a temperaturas mais altas, irão sofrer mudanças radicais,

decompondo-se e volatilizando, sendo que a maior parte dos voláteis irão se condensar,

formando a maior fração a 500 oC que é o líquido condensado. O baixo rendimento em

carvão a 500 oC (10%) mostra que as herniceluloses também contribui muito pouco para a

formação de carvão no processo de carbonização em fornos de alvenaria (OLIVEIRA et al.,

1982a).

1.4.3 - Carbonização da Lignina

A lignina é o componente da madeira de mais difícil isolamento, por isso os

estudos relativos ao processo de decomposição são escassos. Os mecanismos de

decomposição da lignina não estão bem definidos, devido à sua estrutura relativamente

complexa, ocasionando rupturas e formação de inúmeros compostos. O comportamento da

lignina frente ao processo de carbonização é o principal responsável pela formação do

carvão. O produto mais importante da decomposição da lignina é o carvão, mostrando a

relação entre lignina e rendimento em carvão. Em temperaturas de 450 a 550 oC se obtém

um rendimento em carvão de 55% (SARKANEN e LUDWIG, 1971; OLIVEIRA et al., 1982a).

Esta temperatura é compatível com a temperatura de operação dos fornos de alvenaria, o

que demonstra a importância da lignina na produção de carvão vegetal.



15

1.5 - Físico-Química da Carbonização

Como explicado anteriormente, o comportamento da madeira ao ser

carbonizada pode ser explicado pelo comportamento de seus principais componentes. Cada

um deles participa de maneira diferente gerando diferentes produtos, devido à natureza de

sua composição química. A medição da perda de peso ocorrida com a madeira e seus

componentes isoladamente é uma técnica de grande importância para identificar as etapas

que ocorrem durante o processo de carbonização. A degradação da celulose se processa

rapidamente em um curto intervalo de temperatura – cerca de 50oC – provocando drásticas

mudanças no seu comportamento, com a perda de cerca de 77% do seu peso. As

hemiceluloses começam a perder peso em temperaturas próximas a 225oC, sendo o

componente menos estável da madeira, uma vez que a sua degradação é quase completa

na temperatura de 325oC, perdendo peso continuamente sob a ação do calor (SARKANEN e

LUDWIG, 1971; OLIVEIRA et al., 1982a).

A lignina é o componente químico da madeira mais importante quando se

objetiva a produção de carvão vegetal, pois o rendimento gravimétrico do processo está

diretamente relacionado com o conteúdo de lignina na madeira. Esse componente começa a

degradar-se em temperaturas mais baixas, a partir de 150oC, ao contrário da celulose e das

hemiceluloses, cuja degradação é mais lenta. A lignina continua perdendo peso em

temperaturas superiores a 500oC, dando como resultado um resíduo carbonoso. Tal perda é

bem menor que a ocorrida com a celulose e as hemiceluloses (SARKANEN e LUDWIG,

1971; OLIVEIRA et al., 1982a).

As maneiras de agrupar os fenômenos que acontecem durante a carbonização

diferem de autor para autor. Por exemplo, (OLIVEIRA et al., 1982a; MEDEIROS E

RESENDE, 1983) dividiram os fenômenos da carbonização da seguinte maneira:

Zona A: até 200oC, é caracterizada pela produção de gases não

condensáveis, tais como vapor d’água, CO2, ácido fórmico e acético;

Zona B: Compreendida na região de temperatura entre 200 e 280oC. Nesta

zona são produzidos os mesmos gases da Zona A. Neste caso, há

diminuição substancial no vapor d’água e aparecimento de CO. As reações

que acontecem nesta região são de natureza endotérmica;

Zona C: de 280 a 500oC. A carbonização ocorre por meio de reações

exotérmicas. A temperatura a que as reações exotérmicas ocorrem não está



16

bem identificada. Os produtos obtidos nesta etapa são sujeitos a reações

secundárias, incluindo combustíveis e alcatrão, CO e CH4;

Zona D: acima de 500oC. Nesta região já existe o carvão. Aqui acontecem

várias reações secundárias, catalisadas pelo leito de carbonização.

Klason e colaboradores citados por OLIVEIRA, (1982a), fizeram a primeira

tentativa de elaborar uma equação química para explicar o processo de carbonização à

temperatura de 400oC. A equação é a seguinte:

2C42H66O28 ==> 3C16H10O2 + 28H2O + 5CO2 + 3 CO + C28H46O9

Essa equação genérica não contém todos os produtos obtidos na destilação da

madeira e, devido ao agrupamento dos condensáveis em um só composto, não permite a

identificação das quantidades de alcatrão e de ácido pirolenhoso. Outros componentes do

carvão, como teor de umidade, cinzas e materiais voláteis, tampouco são abordados. O

quadro 2, ilustra a evolução da carbonização em termos de produtos obtidos em

temperaturas crescentes de carbonização (OLIVEIRA, 1982a).

Quadro 2 - Evolução teórica da carbonização

Parâmetros Secagem Gases oxigenado

s

Início da fase dos

hidrocarbonetos

Fase dos hidrocarb

onetos

Dissociação e

contração

Fase do H2

Temperatura (oC) 150-200 200-280 280-380 380-500 500-700 700-900

Teor de carbono fixo (% B.S.)

60 68 78 84 89 91

GNC (% B.S.) CO2 CO H2 Hidrocarbonetos

68 30 - 2

66,5 30 0,2 3,3

35,5 20,5 6,5 37,5

31,5 12,3 7,5 48,7

12,2 24,6 42,7 20,5

0,5 9,7 80,9 8,9

PCI dos GNC (kcal/m

3)

1000 1210 3920 4780 3680 3160

Fonte (CETEC, 1982)



17

A Produção de Carvão de Vegetal

1.6 - Parâmetros de Produção

A carbonização pode ser representada de maneira simples como:

MADEIRA + CALOR = CARVÃO VEGETAL + VAPORES CONDENSÁVEIS +

GASES INCONDENSÁVEIS

Conforme ALMEIDA (1982) o processo de carbonização pode ser dividido em

quatro fases distintas:

1 – SECAGEM: Que consiste na evaporação da água contida na madeira sob

as formas:

Higroscópica, no interior das fibras: até 110 oC.

Absorvida pelas paredes das células: de 110 oC a 150 oC

Quimicamente ligada – de 150 oC a 200 oC

2 – PRÉCARBONIZAÇÃO: Fase endotérmica do processo no qual uma fração

do licor pirolenhoso e pequenas quantidades de gases não condensáveis são produzidas –

de 180 oC a 200 oC até 250 oC a 300 oC.

3 – CARBONIZAÇÃO: Período caracterizado por uma reação exotérmica e

violenta. A maior parte do alcatrão e ácido pirolenhoso são produzidos durante esta fase. De

250 oC a 300 oC.

4 – FASE FINAL: Período caracterizado por um aumento do teor de carbono no

carvão e conseqüentemente um decréscimo no teor de materiais voláteis, com grande

produção de alcatrão

Os parâmetros que influenciam este processo são apresentados a seguir.

1.6.1 - Temperatura Máxima Média

A temperatura de carbonização afeta de maneira diferenciada cada elemento

químico da madeira.

O gráfico 2, apresenta a evolução da conversão da madeira em carvão. Até

200oC, ocorre a secagem e o início da decomposição da celulose e das hemiceluloses,

quando a fase sólida perde cerca de 20% de seu peso. De 200 a 300oC, as reações de



18

decomposição se intensificam, e a matriz sólida reduz seu peso a cerca de 40% do valor

inicial. Acima de 300oC, a perda de peso é bem menos intensa, restando, a 500oC, em torno

de 30% do peso inicial sob a forma de carvão. Tanto gases, vapores e matriz sólida são

combustíveis (OLIVEIRA, 1982a).

O teor de carbono eleva rapidamente com o aumento da temperatura de

carbonização, enquanto decrescem os teores de hidrogênio e oxigênio.

Gráfico 2 – Composição elementar do carvão vegetal e rendimento em relação á

madeira seca, em função da temperatura de carbonização.

Fonte: CETEC (1982)

Segundo MIRANDA (1999) citando FLORES LOPEZ e SILVA (1998), a celulose

é degradada rapidamente em um curto intervalo de temperatura, provocando drásticas

mudanças no seu comportamento e perdendo cerca de 77% do seu peso.

A celulose contribui muito pouco para a produção de carvão. Quando

carbonizada a temperatura de 600 oC, a produção de carvão a partir de celulose tende a ser

mínima. Quando o carvão é produzido até cerca de 300 oC (condições de laboratório),

ocorre um aumento no rendimento do carvão proveniente da celulose. A celulose nos

processos normais de carbonização acaba sendo um gerador de produtos voláteis.

As hemiceluloses também contribuem muito pouco para a produção de carvão.

Durante a carbonização da madeira, apresentam um rendimento em carvão em torno de

10% a 500 oC. São muito instáveis devido a sua estrutura amorfa, gerando voláteis e ácido

acético. As hemiceluloses começam a perder peso em temperaturas próximas de 225 oC,

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura x Composição Elementar

C

H

O

Rendimento peso carvão/peso madeira (%)

Temperatura

%



19

sendo o componente menos estável da madeira, uma vez que sua degradação é quase

completa a 325 oC, perdendo peso continuamente sob a ação do calor.(MIRANDA, 1999).

A lignina começa a se degradar lentamente em temperaturas mais baixas, a

partir de 150 oC e continuam perdendo peso em temperaturas superiores a 500 oC,

resultando em um resíduo carbonoso. A lignina apresenta um rendimento em carvão de

55% quando a carbonização é realizada entre 450-550 oC. Os outros 45% estão divididos

em alcatrão (15%), líquido condensado (20%) e gases não condensáveis (10%). Observem

que a temperatura de carbonização da lignina é a temperatura comum dos fornos utilizados

atualmente para se produzir carvão (MIRANDA, 1999).

Gráfico 3 – Composição do carvão vegetal em função da temperatura de

carbonização.

Fonte: CETEC (1982)

Análises de difração de raio X realizadas no CETEC mostraram que quanto

maior a temperatura de carbonização, a estrutura amorfa do carvão vegetal tende a se

ordenar tendendo a uma “grafitização”.

Conforme mostra o quadro 3, como regra geral o aumento da temperatura de

carbonização resulta em elevação dos rendimentos de líquido e gás, com conseqüente

diminuição do rendimento em carvão. Isso mostra que, com o aumento da temperatura do

carvão, ocorre perda dos voláteis, os quais irão enriquecer as fases líquida e gasosa. Essa

expulsão dos voláteis do carvão provoca um aumento do teor de carbono fixo, ou seja, uma

melhora na qualidade do carvão produzido



20

Quadro 3 - Rendimentos gravimétricos (%) obtidos na carbonização da madeira

de Eucalyptus grandis.

Temperatura de

carbonização (oC)

Rendimento em

carvão (%)*

Rendimento em

líquidos (%*)

Rendimento em

GNC (%)*

450 32,89 43,68 23,43

550 28,15 46,73 25,12

700 27,57 46,30 26,13

Fonte (CETEC,1982)

Idealmente, é lógico se pensar na produção de um carvão com alto teor de

carbono fixo, ou seja, um carvão mais concentrado. No entanto, para se obter alto teor de

carbono fixo há necessidade de se introduzirem no processo quantidades sempre

crescentes de energia. Conforme o quadro 4, o ganho obtido com o aumento do teor de

carbono é relativamente grande quando se trabalha em temperaturas baixas. Quando a

temperatura se eleva demasiadamente, o aumento observado no teor de carbono não é

relevante. De acordo com os dados discriminados no quadro acima, ao atingir a temperatura

de 500oC é suficiente para produzir um carvão vegetal com um teor de 89,6% de carbono. A

elevação da temperatura para 1000oC aumenta o teor de carbono para 96,6%. Portanto, a

elevação da temperatura em 500oC resulta num pequeno aumento no teor de carbono (só 7

unidades), sendo, portanto, pouco prática a produção de carvão à temperatura de 1000oC

(OLIVEIRA et al, 1982a).

Quadro 4 - Variação do teor de carbono fixo do carvão vegetal com a

temperatura final de carbonização

Temperatura de carbonização (oC) Teor de carbono fixo (%)

200 52,3

300 73,2

400 82,7

500 89,6

600 92,6

800 95,8

1000 96,6

Fonte: WENZL (1970).

O aumento do teor de carbono fixo do carvão vegetal com o aumento da

temperatura final de carbonização é acompanhado pela redução concomitante do teor de

matérias voláteis, conforme mostrado no quadro 5.



21

Quadro 5 - Análise química imediata do carvão obtido a diferentes temperaturas

finais de carbonização

Temperatura de

carbonização (oC)

Teor de carbono

fixo (%)*

Teor de materiais

voláteis (%)*

Teor de cinzas (%)*

450 75,06 21,03 3,91

550 86,53 10,12 3,25

700 89,82 7,25 2,93

(%): em relação ao peso de madeira seca.

Fonte: CETEC(1982)

A composição dos gases de saída do forno de alvenaria também depende

sensivelmente de sua temperatura interna. Até 280oC, desprendem-se gases oxigenados,

que irão ceder lugar aos gases hidrogenados à medida que a temperatura do processo

aumenta. O desprendimento de hidrocarbonetos continua aumentando até a temperatura de

500oC. Com o aumento da temperatura há um enriquecimento do gás, pois ocorre aumento

dos gases combustíveis e diminuição do teor de CO2. Inicialmente, os gases são

oxigenados, representados pelo CO e CO2. À medida que a temperatura aumenta, há uma

mudança na natureza dos gases: inicia-se a formação dos gases hidrogenados,

representados principalmente por CH4. É de se esperar um aumento no poder calorífico dos

gases à medida que se aumenta a temperatura (OLIVEIRA et al, 1982a).

Se a operação de carbonização for interrompida em temperatura pouco inferior a

400oC, procede-se a uma completa vedação do forno. Haverá nova formação de

hidrocarbonetos, enquanto os gases oxigenados e o hidrogênio tenderão a desaparecer

lentamente. Esse fenômeno ocorre durante o esfriamento do carvão no interior do forno.

Quando se fecha o forno naquela região de temperatura, há tendência de aumentar a

pressão interna, e a atmosfera gasosa que envolve o carvão apresenta teor de

hidrocarbonetos e alcatrão da ordem de 80 a 90%. Com o decorrer do tempo, o carvão

absorverá grande parte desse material volátil dando origem ao carvão sólido, podendo

aumentar o teor de carbono no carvão vegetal em 5 a 6%. Com relação à influência da

temperatura de carbonização na recuperação de alcatrão insolúvel, verifica-se que o

aumento da temperatura final do processo aumenta a recuperação do alcatrão. A formação

de alcatrão insolúvel se inicia na faixa de 150 a 200oC, passando por um máximo na faixa

compreendida entre 200 e 340oC. Nesta faixa de temperatura se produz praticamente 90%



22

do alcatrão durante a carbonização, até uma temperatura final de 400 a 450oC (OLIVEIRA et

al, 1982a).

1.6.2 - Taxa de Aquecimento

A taxa de aquecimento pode ser definida como a velocidade que a temperatura

se eleva num dado intervalo de tempo, enquanto a madeira é carbonizada.

Quando se processa a carbonização da madeira, a taxa de aquecimento ou

velocidade de aquecimento do processo de carbonização tem grande influência nos

rendimentos gravimétricos dos produtos e também no teor de carbono fixo do carvão vegetal

(CETEC, 1981b)

Experiência realizadas no CETEC (1982) obtiveram resultados interessantes

com relação à taxa de aquecimento, conforme pode ser observado no quadro 6.

Para uma carbonização de 6 horas, que é equivalente ao período de

carbonização de uma retorta contínua, o rendimento em alcatrão insolúvel é de 8,0%,

enquanto que, para a carbonização de 3 dias, correspondente ao período de carbonização

num forno de alvenaria, esse rendimento é da ordem de 2,0%. Daí, pode-se concluir que a

uma determinada temperatura final do processo, a produção de alcatrão insolúvel cresce

sensivelmente com o aumento da taxa de aquecimento. O comportamento do rendimento

em carbono fixo é inverso àquele apresentado pelo alcatrão insolúvel. O rendimento em

carbono fixo para a carbonização de 3 horas é da ordem de 26%, atingindo valores médios

de 31% para a carbonização conduzida num período de 3 e 8 dias. O rendimento em carvão

também é afetado pela taxa de aquecimento. A relação da taxa de aquecimento com o

rendimento em carvão é inversa, ou seja, quando a taxa de aquecimento aumenta, o

rendimento em carvão tende a reduzir (OLIVEIRA et. al., 1982a).

Carbonização:

3 horas 2,3 oC/min

8 dias 2,3 oC/h

6 horas 1oC/min

3 dias 6 oC/h

Quadro 6 - Rendimentos da carbonização a 430oC, a diferentes taxas de

aquecimento



23

Taxa de aquecimento

Rendimento em carvão (%)

Rendimento em alcatrão (%)

Rendimento em carbono fixo (%)

2,3 oC/min* 34,1 9,6 26,3

1,0 oC/min* 35,0 7,6 27,2

1,0 oC/min* 34,5 8,0 27,1

6,0 oC/h* 40,8 1,9 31,8

2,3 oC/h* 40,5 1,3 30,2

1,0 oC/min** 37,0 8,4 28,9

0,5 oC/min** 38,1 6,7 28,7

6,0 oC/h** 36,9 2,3 29,3

6,0 oC/h** 36,9 2,4 29,9

2,3 oC/h** 43,6 2,2 33,0

(*) Eucalyptus grandis.

(**) Eucalyptus paniculata.

Fonte: CETEC (1981b)

O rendimento, em peso, do carbono fixo tende a cair quando a velocidade de

aquecimento aumenta.(GOMES, 1982).

Taxas mais elevadas de aquecimento tendem a produzir um carvão mais friável.

Isso é facilmente explicável pelo fato de a cinética de carbonização ser mais intensa

promovendo assim fissuras e trincas no carvão.Taxas lentas de aquecimento promovem

aumento na densidade verdadeira do carvão quando comparados a taxas rápidas de

aquecimento, conforme pode ser observado no quadro 7 (OLIVEIRA, 1988).

Quadro 7 - Resultados da densidade relativa aparente do carvão vegetal

carbonizado a 430oC em diferentes velocidades de aquecimento.

Tempo de

carbonização (horas)

Taxa de aquecimento

(oC/min)

Densidade verdadeira

(g/cm3)

Teor de carbono fixo

(% B.S.)

71,0

2,0

0,1

3,4

0,70

0,46

78,02

78,51

Fonte: (OLIVEIRA et. al., 1982a).



24

1.6.3 - Pressão do Forno Durante o Processo

A pressão é um parâmetro de pouca influência para produzir carvão uma vez

que praticamente todos os sistemas de carbonização trabalham com a pressão atmosférica.

Logo o interesse principal neste parâmetro fica restrito a testes de laboratórios. Porém vale

salientar que alguns sistemas como o Forno Container trabalha com uma leve pressão

negativa, logo é de se esperar que haja uma melhora no rendimento do carvão embora não

existam dados científicos que comprovem isto ainda.

Num processo aberto com bastante ar, os gases e vapores formariam as

chamas e a matriz sólida a brasa, como se vê ao se observar à queima de uma peça de

madeira qualquer. Os produtos finais seriam as cinzas, a água e o dióxido de carbono.

Entretanto, enclausurando-se a madeira, não se permitindo a presença de oxigênio e

mantendo-se condições satisfatórias de aquecimento para que as reações de decomposição

ocorram, tem-se a geração de ácido pirolenhoso, alcatrão, gases e carvão. Nos processos

industriais, a distribuição final desses produtos dependerá, portanto, da forma pela qual se

deu o aquecimento. Quando se usa fonte externa de calor para carbonização (processos

alotérmicos), os rendimentos gravimétricos em produtos se aproximam dos obtidos em

testes de laboratórios. Quando a fonte de calor é interna (processos autotérmicos), ou seja,

o calor é proveniente da combustão parcial da madeira e dos próprios produtos da

carbonização, a previsão dos rendimentos é extremamente difícil, devendo ser analisada

caso a caso em função do tipo de equipamento de carbonização utilizado.Com o gráfico 4,

observa-se que a pressão tem influencia sobre o rendimento em carvão (OLIVEIRA et. al.,

1982a).

Gráfico 4 – Rendimento da carbonização em condições de pressão atmosférica

e em recipiente selado.



25

Fonte: CETEC (1982)

A pressão tem relação direta com o rendimento em carvão e inversa com o

rendimento em alcatrão. Assim, aumentos na pressão do processo fazem com que os

rendimentos em carvão aumentem e os rendimentos em alcatrão diminuam. O mecanismo

de ação da pressão está relacionado com o tempo de contato entre os reagentes, ou seja,

os voláteis e o produto sólido a alta temperatura. Desta forma, quanto maior o tempo de

contato, maior o rendimento em carvão, e vice-versa. Os resultados do quadro 7, ilustram as

variações ocorridas quando se alteram as condições de pressão do processo de

carbonização (OLIVEIRA et. al., 1982a).

Quadro 1 - Rendimentos em carvão em carbonizações realizadas sem e sob

pressão (dados que representam o gráfico 4)

Rendimento em carvão (%)

Temperatura de

carbonização (oC)

Carbonização sem pressão Carbonização em

recipiente selado

160 98,0 97,4

180 88,6 93,0

200 77,1 87,7

220 67,5 86,4

240 50,8 83,0

260 40,2 82,5

280 36,2 83,8

320 31,2 78,7

340 29,7 79,1

Fonte:CETEC(1982)

1.7 - Fornos de Carbonização

Os fornos utilizados para a carbonização da madeira podem ser classificados

das seguintes formas:

Pelo Aquecimento:

o Fornos com aquecimento externo ou alotérmicos

o Fornos com aquecimento interno ou autotérmicos



26

Pelo Mobilidade:

o Fornos fixos

o Fornos portáteis

Pelo Continuidade:

o Fornos contínuos

o Fornos por carga ou batelada.

São vários os tipos de fornos existentes, sendo que os mais comuns são os

fornos de alvenaria, como o rabo quente, encosta e o de superfície.

As vantagens destes fornos são:

1. Facilidade de vedação das entradas de ar;

2. Fácil controle da manobra de carbonização;

3. Baixo custo;

4. Fácil construção;

5. A possibilidade de deslocamento acompanhando a exploração florestal;

Os fornos de alvenaria convencionais possuem certas desvantagens que podem

ser enumeradas conforme PIMENTA & BARCELLOS (2000):

1. Baixo rendimento gravimétrico com a consequente subutilização da

biomassa lenhosa;

2. As fumaças da carbonização são liberadas diretamente para o ambiente,

contaminado os trabalhadores e o ambiente circundante;

3. As paredes de alvenaria são más condutoras de calor, o que faz com que

sejam necessários dias para o resfriamento do carvão a temperaturas que

possibilitem manuseio, carga e transporte;

4. O carvão vegetal apresenta qualidade variável, em função da sua posição do

forno, e assim em uma mesma fornada são obtidos carvões em diferentes

estados de decomposição térmica, ou seja, dos tiços no chão do forno até o

carvão com teor de carbono fixo em 80% que se forma na parte superior da

carga enfornada;

5. A carga de lenha e a descarga do carvão são feitas, manualmente, exigindo

grande esforço físico por parte dos trabalhadores;



27

6. A produção não leva em conta parâmetros de qualidade de carvão vegetal

importantes para indústria consumidora, tais como, composição química,

poder calorífico, densidade do granel e resistência mecânica;

7. O treinamento de mão de obra é extremamente dificultado em função do

empirismo com que se conduz a carbonização nos forno de alvenaria

coloração de fumaças, temperatura externa das paredes do forno, aparência

dos tatus, etc;

8. Dificuldade de padronizar a rotina de carbonização em fornos de alvenaria;

Os principais fornos de carbonização são descritos a seguir:

1.7.1 - Forno Rabo Quente

O forno rabo quente (figura 1), pela sua simplicidade construtiva e baixo custo é

um dos mais difundidos, principalmente junto a pequenos produtores. Ë recomendado para

locais planos, e geralmente é construído em baterias ou conjunto de fornos. O forno “rabo

quente” é construído utilizando-se apenas tijolos de barro cozido e argamassa de barro e

areia. A argamassa utilizada é uma mistura de terra, areia e água em quantidades qu

produzam um barro fácil de trabalhar. A mistura de areia tem o objetivo de reduzir as trincas

que aparecem no forno durante as carbonizações (CETEC, 1982).

Algumas características deste forno podem ser assim enumeradas

1. Baixo rendimento gravimétrico.

2. O carvão vegetal apresenta qualidade variável, em função da sua posição no

forno, de madeira pouco decomposta (tiços) até madeiras com níveis

elevados de carbono fixo.

3. Controle empírico da carbonização através de fatores subjetivos como a

fumaça e o calor da parede de alvenaria pelo tato do carbonizador. Isso

impede um controle adequado da temperatura e a taxa de aquecimento que

são importantes para a qualidade do carvão.

4. Grande manuabilidade do carvão na descarga o que aumenta a produção de

finos no carvão.

Figura 1 – Esquema simplificado de um forno Rabo Quente



28

A operação do forno compreende o seu carregamento, isto é, a colocação da

lenha em seu interior, a carbonização e a descarga do carvão produzido. A utilização de

lenha seca é fundamental para que se tenha uma boa carbonização, pois o teor de umidade

da lenha influi diretamente no rendimento do forno (CETEC, 1982).

Depois de feito o carregamento do forno, procede-se ao fechamento da porta e

o acendimento. O acendimento é feito colocando-se no buraco deixado na parte superior da

porta, materiais que pegam fogo com facilidade, tais como, tiços ou gravetos. No início da

combustão a fumaça sai pelo próprio buraco de acendimento e é de cor esbranquiçada.

Quando a fumaça torna-se escura é sinal que a combustão esta sucedendo, e neste

momento pode-se completar o fechamento da porta (CETEC, 1982).

Depois de fechado o orifício de acendimento, a fumaça começará a sair pelas

“baianas”. No início, a fumaça é branca ou de uma cor meio encardida, tornando-se azulada

com o tempo. Quando a fumaça torna-se azulada significa que a carbonização, ou frente de

carbonização, já atingiu aquele ponto e a baiana deve ser fechada. Como a frente de

carbonização não atinge todas as baianas ao mesmo tempo, elas serão fechadas em

momentos diferentes. Diversos fatores podem contribuir em maior ou menor grau, para o

desenvolvimento não uniforme da carbonização. Entre outros podem ser mencionados o

carregamento mal feito do forno, a lenha não uniforme, tanto em termos de tamanho quanto

em termos de umidade, e as condições climáticas como ventos fortes e chuvas. Todos

esses fatores devem ser contrabalançados por uma vigilância constante do forno (CETEC,

1982).



29

Para o descarregamento do forno, a temperatura ideal é de mais ou menos 60

oC. Não se deve abrir um forno que não esteja suficientemente frio, pois a entrada de ar

pode provocar o incêndio do carvão. O tempo ideal de corrida de um forno é de sete dias,

desde o acendimento do fogo até a retirada do carvão. São três dias para carbonizar, três

dias para esfriar e um dia para descarregar/encher o forno. Este tempo também é aplicável

para os fornos a serem explicados a seguir (CETEC, 1982).

1.7.2 - Forno de Encosta

O forno de encosta é uma adaptação do forno rabo quente sendo que é muito

utilizado em regiões de topografia mais acidentada. A principal característica do forno é a de

aproveitar o desnível natural de terrenos acidentados. Para construí-lo corta-se o barranco

com a forma circular, apoiando-se a copa sobre a borda do terreno, que funciona como se

fosse a parede do forno, conforme pode ser observado na figura 2 (CETEC, 1982).

As características quanto a qualidade do carvão produzido são as mesmas do

forno rabo quente.

Figura 2 – Esquema simplificado de um Forno de Encosta

A operação do forno de encosta é semelhante àquela do forno rabo quente. O

acendimento do forno é feito ao igual que no forno rabo quente. O controle da carbonização



30

será feita com base na quantidade e cor das fumaças que saem pelas chaminés. Como o

forno possui 3 chaminés e, nem sempre a frente de carbonização desenvolve-se de maneira

uniforme, é possível que o aspecto da fumaça em cada uma das chaminés não seja o

mesmo após algum tempo de carbonização. Para o controle da carbonização procede-se ao

fechamento das entradas de ar, para reduzir a velocidade da frente de carbonização.

Também isto pode-se lograr pelo fechamento parcial das chaminés (CETEC, 1982).

Quando o fumaça torna-se pouco densa e de coloração azulada em

determinada chaminé, fecham-se todas das entradas de ar mais próximas, pois esta é uma

indicação de que a frente de carbonização já atingiu o fundo do forno na região daquela

chaminé. A descarga do carvão só deve ser iniciada depois que o forno estiver

suficientemente frio, valendo as mesmas observações feitas para o forno rabo quente

(CETEC, 1982).

1.7.3 - Forno de Superfície

O forno de superfície (figura 3), é mais utilizado pelos grandes produtores de

carvão vegetal.

As características são muito parecidas com a do forno rabo quente, com a

vantagem de possuir uma chaminé lateral com tiragem central da fumaça do forno,

melhorando as condições térmicas e de fluxo de fumaça dentro do forno.

Além disso não há a necessidade de se controlar a entrada de ar no forno, daí a

inexistência de “baianas”, “tatus” e “filas”, o que simplifica sua operação e diminui o trabalho

de alvenaria (MARRI, et alli, 1982).

O forno de superfície, pelas suas características de construção, apresenta

melhores condições do que os anteriormente descritos para que a frente de carbonização se

propague de maneira mais homogênea e sob melhor controle do operador.

Figura 3 – Esquema simplificado de um Forno de Superfície



31

A operação deste forno tende a ser mais simples devido principalmente à

existência de apenas uma chaminé e a possibilidade de utilizar as “filas” e “tatus” para

acompanhar o desenvolvimento da frente de carbonização. Como nos fornos anteriores, no

início da carbonização as fumaças tendem a sair pelas “baianas” as quais devem ser

fechadas. Com o fechamento das “baianas” as fumaças passarão a ser expelidas pela

chaminé, então deverá ser concentrada a atenção do forno. É o aspecto da fumaça que

indica o desenvolvimento da carbonização. Além disso, a propagação da frente de

carbonização pode ser acompanhada avaliando-se a temperatura externa da parede e

através da inspeção visual e sondagem de “filas” e “tatus” (CETEC, 1982).

Ainda assim, por influência de outros fatores como ventos fortes, chuvas, etc., a

propagação da frente não é uniforme, sendo necessário seu controle através do fechamento

das entradas de ar. O procedimento para descarga é o mesmo já descrito para os outros

fornos (CETEC, 1982).

1.7.4 - Forno de Superfície com Câmara Externa

É muito parecido com forno de superfície, porém ele possui uma câmara externa

para o início da carbonização. Na figura 4 mostra um esquema de um forno de superfície.

Neste tipo de forno, o calor para a carbonização da lenha é fornecido pela

queima, na câmara, de lenha ou qualquer outro tipo de material como cascas, galhadas, etc.

que normalmente não são aproveitados (MARRI, et alli, 1982).



32

Não havendo queima de lenha no interior do forno, há um melhor

aproveitamento do seu espaço interno, pois toda a lenha enfornada pode ser transformada

em carvão.

Figura 4 – Esquema simplificado de um Forno de Superfície com câmara

externa.

O forno de superfície com câmara, mostrado na Figura acima, não possui

nenhuma entrada de ar, sendo que o controle da carbonização dá-se através da câmara

Diferentemente dos fornos já descritos, o controle da carbonização é feito

exclusivamente através da câmara de combustão, na medida em que esse forno não possui

entradas de ar. Depois de acesa a câmara, o controle da carbonização se dá pela

quantidade de ar que se deixa entrar em seu interior. Com a porta da câmara fechada, a

quantidade de ar é regulada pela abertura da janela na parte inferior da porta. Em princípio,

a câmara deve ser mantida acesa durante toda a fase de carbonização. O controle da

chama na câmara é feito de modo a não permitir e entrada de oxigênio para o interior do

forno, procedimento que evitará a queima da lenha enfornada. A alimentação da câmara

deve, portanto, ser feita de tal maneira que não falte lenha para queima, e que não seja

queimada lenha em excesso. Ao final da carbonização a porta da câmara e a janela

existente em sua parte inferior são fechadas e vedadas com barro, iniciando-se o fase de

resfriamento (CETEC, 1982).



33

Como os outros fornos já descritos, o desenvolvimento da carbonização é

acompanhado pelo aspecto das fumaças que saem pela chaminé. Neste caso, quando a

fumaça torna-se pouco densa e de coloração azulada, é indicação de que à frente de

carbonização atingiu o fundo do forno, e a carbonização está no fim.

1.7.5 - Fornos Metálicos

Os fornos metálicos, de diferentes formas e tamanhos, tem a vantagem de

serem móveis, podendo sempre estar instalados próximos às áreas de corte de lenha. Tem

a desvantagem de perder muito calor pelas paredes, dando baixos rendimentos, quando

comparados aos fornos de alvenaria. Em Uganda foi desenvolvido um forno metálico,

modelo MARK. É um forno pequeno, construído com chapas metálicas de 4,0 mm e com

capacidade para cinco estéreos de lenha, produzindo 2 MDC por corrida. O tempo total de

operação é de dois dias, o que permite até 15 corridas por mês. O interessante deste forno

é que ele é constituído de dois anéis e uma cúpula, que são desacoplados após a

carbonização, deixando o carvão sobre o solo. As quatro chaminés fazem um rodízio com

as entradas de ar, após a metade do tempo de carbonização, dando maior homogeneidade

às entradas de ar e às saídas de gases. Este tipo de forno é muito aconselhado para

carbonização de resíduos de madeira, quer provenientes da exploração, quer provenientes

da indústria, como serraria e carpintarias.

1.7.6 - Processos Industriais

1.7.6.1 - Processo Reichert-Lurgí

Desenvolvido por volta de 1935 e também conhecido como processo

DEGUSSA, é na verdade um processo descontínuo, mas como geralmente na planta de

carbonização são operados vários fornos de maneira simultânea, prevalece um caráter

contínuo ao processo como um todo (WENZL, 1970; MONTEIRO, 1979). Na retorta vertical

com um volume de 1000 m3, calor é introduzido pelo topo, através de gases quentes. A

velocidade de carbonização é controlada pela vazão e temperatura dos gases de circulação.

A carbonização se inicia no topo da retorta e avança em direção ao fundo, no mesmo

sentido de fluxo de gás (ALMEIDA e REZENDE, 1982).

Os produtos da destilação são separados dos gases não condensáveis ao

passarem em resfriadores, separadores de alcatrão e lavadores de gases. Parte dos gases

não condensáveis é retirada do sistema para ser usada nos aquecedores de gás ou na



34

secagem da madeira. O gás aquecido, a aproximadamente 480 oC, sai dos aquecedores

retornando à retorta para fechar o ciclo dos gases. Ao final do período de carbonização

(cerca de 18 horas) o carvão é descarregado em silos para resfriamento. A secagem da

madeira até cerca de 18% de umidade pode ser feita em um outro forno ou na própria

retorta. A secagem na retorta implica no aumento do número de fornos por planta ou do

volume de cada um dos fornos em 50%, além de aumentar o ciclo de carbonização em

cerca de 6 horas. Em condições normais, com a umidade em torno de 20 a 25%, seis

retortas podem operar com auto-suficiência energética (ALMEIDA e REZENDE, 1982).

Uma dificuldade deste processo é a coordenação entre os diferentes tempos de

secagem, carbonização e resfriamento do carvão, para que se obtenha bons rendimentos

térmicos. Outra dificuldade é a necessidade de grandes equipamentos de condensação e

separação dos gases de circulação e produtos de carbonização (ALMEIDA e REZENDE,

1982).

1.7.6.2 - Processo Sific-Lambiotte

Trata-se de um processo integrado objetivando a produção de carvão, produtos

químicos e ou combustíveis conforme o processamento dado a fração pirolenhosa. O

contato direto de gases de reciclo com a carga, é utilizado não só para propiciar a troca de

calor necessária a secagem final, aquecimento e carbonização da madeira case do

processo FEICHERT-LURGI, mas também para promover o resfriamento do carvão. Desde

1947, a Sociedade de Usinas LAMBIOTTE (USL) vem operando a unidade de carbonização

de Premery (Nievre - França) para produção de 20.000 t/ano de carvão vegetal. Uma

unidade para completar a recuperação e tratamento das frações pirolenhosas é mantida

anexa a usina (ALMEIDA e REZENDE, 1982).

O teor de umidade da madeira recém-chegada da floresta é reduzido até 15%

num forno cilíndrico vertical, pela ação de gases quentes provenientes da combustão de

parte dos gases não condensáveis produzidos na pirólise. Tanto a carga, quanto a descarga

do forno de secagem são automatizadas. A alimentação é feita pelo topo, através de um

SKIP comandado por um controlador de nível de madeira no secador. Da descarga do forno

de secagem, a madeira é colocada em SKIPS, que levam a parte superior do forno de

carbonização. O forno de carbonização é do tipo cilíndrico vertical como o secador e pode

ser dividido em 3 partes (ALMEIDA e REZENDE, 1982):

1. Parte superior: de alimentação, provida de um compartimento estanque, que

impede a entrada de ar e/ou a saída de gás;



35

2. Parte intermédia: nesta porção ocorre a carbonização propriamente dita, e aí

estão localizados os dispositivos de insuflação dos gases quentes e de

retomada dos gases e vapores de resfriamento; esses dispositivos foram

criados especialmente para permitir ao mesmo tempo uma circulação

controlada dos gases e um bom escoamento do carvão vegetal, evitando a

formação de pontos quentes;

3. Parte interior: onde ocorre o resfriamento e descarga do carvão. Trata-se de

um compartimento estanque, com válvulas de segurança controladas por

cilindros pneumáticos externos.

Os vapores extraídos do forno de carbonização são resfriados, o licor

pirolenhoso é separado e os gases condensáveis são recuperados. Os gases pirolenhosos

são distribuídos em 4 direções (ALMEIDA e REZENDE, 1982)

1. Uma parte é enviada à zona de carbonização do forno, fornecendo o

suplemento de calor necessário ao processo;

2. Uma segunda parte é utilizada no resfriamento do carvão na parte inferior do

forno;

3. Uma terceira parte é utilizada no forno de secagem;

4. Uma quarta parte excedente ao processo fica disponível para a geração de

vapor.

O licor pirolenhoso, contendo água, alcatrão e os chamados ácidos pirolenhosos

passam por uma série de tratamentos que permitem a recuperação de vários produtos

químicos importantes (ácido acético, metanol, aromatizantes alimentares, solventes, etc.).

Alguns dos produtos podem ser utilizados como combustíveis líquidos de médio poder

calorífico (ALMEIDA e REZENDE, 1982)

1.7.6.3 - Processo IPT

O processo foi desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado

de São Paulo - IPT. Foi instalada uma planta piloto com capacidade para processar 150

kg/hora de cavacos de madeiras leves (eucalipto e pinus) e até 450 kg/hora de material mais

denso (casca de coco de babaçu e pellets de folhas de eucalipto). Também em Teresina

(Piauí) foi instalada uma planta de demonstração para processar 1.000 kg/hora de casca de

coco de babaçu. A matéria-prima é picada ou pelotizada para se obter a granulometria



36

adequada ao seu processamento e então enviada ao secador para redução do seu teor de

umidade a aproximadamente 10% (ALMEIDA e REZENDE, 1982)

A energia consumida na secagem é fornecida pelo contato direto de gases

quentes provenientes da combustão de parte dos gases não condensáveis gerados na

pirólise. Do secador a matéria-prima é levada por transportadores de caçamba até o silo de

material seco, e daí, utilizando um outro transportador de caçamba, é enviada ao topo do

forno de carbonização. Devido a utilização de matéria-prima e a insuflação de gases

quentes na porção intermediária do forno de carbonização, o ciclo térmico de produção é

rápido, o que otimiza os rendimentos em condensados. O carvão é descarregado pelo fundo

do forno de carvoejamento para posterior resfriamento, os voláteis são retomados no topo

do forno, passando por condensadores para recuperação do alcatrão e da fração aquosa, e

limpeza do gás não condensável. O gás não condensável é enviado à câmara de

combustão e os gases quentes produzidos retornam ao sistema nos pontos em que o

suplemento de energia é necessário. A rapidez do ciclo térmico induz à produção de um alto

percentual de alcatrão (29%) em detrimento do rendimento em carvão (22%). Um

aquecimento muito rápido da madeira acelera a velocidade da reação de carbonização, o

que provoca uma rápida liberação dos voláteis (ALMEIDA e REZENDE, 1982)

1.7.7 - Forno “Container”

O forno container é um forno de elevada produtividade quando comparado aos

fornos tradicionais. Este forno foi desenvolvido e está sendo aperfeiçoado no Laboratório de

Painéis e Energia da Madeira da Universidade Federal de Viçosa e tem como objetivo

melhorar a qualidade do carvão produzido, aumentar a produção, humanizar o trabalho, e

reduzir os custos.

Segundo PIMENTA e BARCELLOS (2000) o sistema possui as seguintes

características:

Consiste de um sistema durável não necessitando de reparos contínuos como

os fornos de alvenaria tradicionais, podendo ser parcialmente ou totalmente mecanizado.

Possui rápido resfriamento do carvão vegetal (10 horas), contra três a quatro

dias nos sistemas convencionais,

Humaniza o trabalho nas carvoarias, porque a carbonização dura de 8-10 horas,

o trabalho pode ser organizado em turnos e o operador não necessita ficar vigiando a

carbonização dia e noite.



37

Os trabalhadores não ficam expostos à inalação das emissões poluentes, pois

pode-se recuperar o alcatrão vegetal e pirolenhosos, utilizando-se o sistema de

condensação. Caso não seja de interesse recuperar o alcatrão, as fumaças do leito de

carbonização podem ser conduzidas a um queimador e incineradas, gerando calor sensível,

que pode ser aproveitado para geração de vapor ou secagem de lenha;

As características deste forno quanto à melhoria da qualidade do carvão podem

ser assim enumeradas:

O controle da carbonização é feito por temperatura e não por coloração de

fumaças e outros critérios subjetivos, permitindo um controle da qualidade do processo de

produção;

A descarga mecanizada do carvão reduz a emissão de finos;

É obtido carvão de boa qualidade no forno container, apresentando o produto,

as mesmas propriedades ou melhores (composição química, densidade, resistência

mecânica, poder calorífico, etc.) do carvão produzido em fornos de alvenaria ou retorta de

laboratório, com a vantagem de que no forno container não são incorporados minerais

estranhos (pedras e terra), como ocorre durante o manuseio do carvão em carvoarias

tradicionais;

.Podem ser obtidos rendimentos gravimétricos em carvão vegetal, na faixa de

35% a 38% contra de 25% a 33% nos fornos de alvenaria tradicionais;

A operação do forno consiste em se encapsular container cheio de madeira dentro

do poço isolante iniciar o processo de carbonização de forma parecida com o forno de

superfície com câmara de combustão externa.

Podem ser executadas carbonizações em até 10 horas e enquanto a

carbonização acontece, o forno está encapsulado dentro do poço de alvenaria. Ao terminar

a carbonização, o container é retirado, podendo ocorrer livre troca de calor com o ambiente

através da camisa metálica, de forma que o carvão rapidamente se resfria. A correta

circulação e exaustão dos gases é garantida por um ventilador que suga a fumaça do leito

de carbonização e a conduz para um sistema de condensação, onde se recupera o alcatrão

e o pirolenhoso. As figuras 5 e 6 mostram o poço de alvenaria, a câmara de combustão e o

forno metálico, o sistema de recuperação de alcatrão a fornalha celular e o secador de

madeira.

Figura 5 – Esquema geral de funcionamento de um forno container



38

Figura 6 – Fluxo dos gases de carbonização dentro do sistema de Forno

Container

1.7.8 - Outros Fornos

Existem outros fornos que são utilizados ou que estão em desenvolvimento, são

eles:



39

Fornos Retangulares da Vallourec & Mannesman – São fornos de grande

capacidade volumétrica (200 st), construídos para permitirem carga e decarga mecanizada.

Possui o mesmo princípio dos fornos de superfície, porém, devido ao seu grande tamanho,

a cinética de carbonização é bastante irregular dentro do forno, produzindo um carvão com

qualidade muito variável. Possuem sistema de recuperação de alcatrão. O tempo de

residência da madeira no forno e da ordem 12 a 15 dias.

Fornos de Carbonização Contínua em Módulos Horizontais – Conforme

LÚCIO (2000) este modelo de forno consiste em diversos reatores interligados entre si por

um sistemas de válvulas, que permitem o fluxo dos gases pelos reatores, secando a

madeira carbonizando e resfriando. Permite a utilização de qualquer tamanho de madeira.

Os custos iniciais de um sistema deste está na ordem de 150.000 US$. Segundo o autor as

propriedades do carvão são parecidas com as obtidas em retortas de laboratório.

Fornos de Carbonização Contínua em Módulos Verticais – Este forno

consiste em dois reatores verticais sendo um deles em aço inoxidável, com capacidade

mensal de 1250 ton/mês, sendo que no primeiro, a madeira é secada e no segundo

carbonizada. Segundo SCHOUT (2000) a qualidade do carvão obtida com este sistema é a

descrita abaixo:

Carbono Fixo: 85 % a 93%

Poder calorífico 8.100 Kcal a 8.300 Kcal

Voláteis 8-9%

Cinzas Até 2%

Umidade 1 a 5%

Tamanho 3 a 15%

As principais limitações deste sistema são o preço, algo em torno de 2.500.000

US$, e o tamanho das toras que são de 25 a 30 cm de comprimento, exigindo uma grande

mão de obra na serragem dos toretes e perda de matéria-prima (serragem da madeira).

Propriedades do Carvão Vegetal

1.8 - Rendimento Gravimétrico



40

O rendimento gravimétrico pode ser definido como sendo o rendimento em

carvão ao final do processo de carbonização considerando a matéria prima (madeira) como

referência para o cálculo.

A fórmula pode ser assim escrita:

RG = [(PMS – PC)/PMS]*100

RG = Rendimento Gravimétrico em %

PMS = Peso de Madeira Seca (Kg)

PC = Peso em Carvão (Kg)

Segundo OLIVEIRA (1988) o rendimento gravimétrico possui:

Correlação positiva com o teor de lignina total e teor de extrativos.

Correlação positiva com densidade básica da madeira. Considerando

que geralmente madeiras com maiores teores de lignina são mais

densas, logo estes fatores são em maior ou menor grau

interdependentes.

Correlação negativa entre largura e diâmetro dos lúmens das fibras.

Outros fatores importantes para o aumento do rendimento gravimétrico são:

Temperatura máxima média na faixa dos 400 oC.

Taxa de aquecimento lenta.

1.9 - Propriedades Químicas

Do ponto de vista da análise química imediata, o carvão vegetal se compõe de

três frações distintas: carbono fixo (CF), matérias voláteis (MV) e cinzas (CZ).

Conforme discutiremos

Quadro 8 - Composição química média do carvão vegetal - 1981 (Base seca - %

do peso)

Componentes Faixa Média Anual

Mínimo Máximo

Carbono 74,8 78,1 76,4



41

Cinzas 1,8 2,6 2,1 Materiais Voláteis 19,6 23,3 21,5

Fonte- CETEC/ACESITA (1982)

1.9.1 - Carbono Fixo

O carbono fixo pode ser definido como a quantidade de carbono presente no

carvão.

O rendimento em carbono fixo apresenta uma relação diretamente proporcional

aos teores de lignina, extrativos e densidade da madeira e inversamente proporcional ao

teor de holocelulose. É uma função direta do rendimento gravimétrico e teor de carbono fixo

presente na madeira (OLIVEIRA, 1988).

Segundo CARMO (1988) a quantidade de carbono fixo fornecida por unidade de

madeira é função da percentagem de lignina de madeira. Porém estudos mostram que para

algumas espécies esta afirmativa não se aplica.

Existe uma relação entre carbono fixo e teor de materiais voláteis e de cinzas no

carvão. Uma associação de materiais voláteis e de cinza no carvão resulta em maiores

teores de carbono fixo e vice-versa (COTTA,1996).

O controle da composição química, principalmente do carbono fixo, é importante

pois seu efeito reflete a utilização do forno por unidade de volume. Considerando-se um

determinado alto forno e as mesmas condições operacionais à medida que se aumenta o

teor de carbono fixo do carvão maior é utilização volumétrica do alto forno. Este efeito no

entanto parece ser muito pequeno (ASSIS, 1982).

O efeito do teor de carbono fixo no carvão vegetal é o de aumentar a

produtividade do alto-forno, de forma análoga à densidade.

1.9.2 - Cinzas

A cinza é um resíduo mineral proveniente dos componentes minerais do lenho e

da casca (COTTA, 1996 citando VITAL et alli, 1986).

Geralmente o carvão vegetal apresenta sempre baixo teor de cinzas quando

comparado com o coque mineral (CARMO,1988).

Altos teores de cinzas, bem como os sais que estão presentes na sua

composição, podem prejudicar a produção de ferro-gusa, ferro-ligas e metais não ferrosos,

podendo provocar, no caso do ferro-gusa, o fenômeno da “segregação”.



42

Segundo COTTA (1996) citando COLLET(1955), o carvão produzido para fins

siderúrgicos, deve ter uma menor proporção de materiais, pois quanto maior a proporção de

materiais minerais na madeira, maior a produção de cinzas no carvão. O fósforo e o enxofre

são constituintes da madeira, que em determinadas proporções acabam por serem fixados

no carvão, em quantidades inaceitáveis. O teor médio aceitável na constituição do ferro-

gusa, situa-se ao redor de 0,1% (COTTA, 1996) citando (COLPAERT, 1974) nas cinzas.

Segundo COLPAERT, altos teores de elementos minerais no carvão vegetal, entre eles o

fósforo e o enxofre, podem provocar a segregação, que consiste no acúmulo de impurezas,

que na impossibilidade de se deslocarem no metal solidificado, vão sendo repelidas para o

centro das peças, devido a solidificação ocorrer da periferia para o centro, Isto acarreta

variações nas propriedades físicas, químicas e mecânicas dos produtos, tornando-os duros

e quebradiços, menos maleáveis e com campos favoráveis à propagação de fissuras.

Deve-se tomar muito cuidado com as adubações em florestas, para que o níveis

de minerais na madeira seja aceitável, principalmente os de enxofre e fósforo

(COTTA,1996).

1.9.3 - Materiais Voláteis

Os materiais voláteis podem ser definidos como as substâncias que são

desprendidas da madeira como gases durante a carbonização e/ou queima do carvão.

Os fatores que influenciam os materiais voláteis no carvão são a temperatura de

carbonização, taxa de aquecimento e composição química da madeira. (CARMO, 1988).

Sendo a temperatura o principal parâmetro que regula os teores de materiais voláteis e

carbono fixo do carvão.

O efeito das matérias voláteis se dá na modificação estrutural do carvão.

Porosidade, diâmetro médio dos poros, densidade e outras características físicas do carvão

podem ser alteradas drasticamente pela eliminação dos voláteis.

Quanto maior o teor de materiais voláteis, maior expansão gasosa haverá

durante a descida do carvão no alto-forno, gerando mais trincas e maior porosidade. Com o

aumento desta última, as reações de gaseificação tendem a ocorrer no interior do carvão,

ocasionando perda de massa interna. O carvão assim enfraquecido tende a se degradar

com mais facilidade nas condições de operação do alto-forno, aumentando a geração de

finos.



43

O teor de materiais voláteis pode influenciar a degradação do carvão no alto-

forno, ao acarretar mudanças na porosidade e na resistência mecânica

1.10 - Propriedades Físicas

1.10.1 - Densidade

No carvão vegetal a densidade é uma propriedade bastante importante, pois

determina o volume ocupado pelo termo-redutor nos aparelhos de redução e gaseificação.

Portanto, a densidade do carvão vegetal deve ser a maior possível. Como o carvão vegetal

é um material bastante poroso, com 70-80% de porosidade, a densidade varia conforme a

técnica de medida.

A densidade do carvão varia de acordo com suas características de

granulometria, e presença de trincas, sendo uma característica muito importante na

qualidade do carvão pois, afetará as demais propriedades do carvão (MENDES et al., 1982).

A densidade do carvão esta relacionada com a densidade da madeira conforme

pode ser observado no gráfico 5 CETEC (1982)

Gráfico 5 – Densidade da madeira e carvão produzidos em fornos convencionais

para Eucalyptus grandis.

FONTE: CETEC (1982)

Existem 3 tipos de densidade que precisam estar bem definidas ao ser falar de

densidade no carvão, são elas:



44

1.10.1.1 - Densidade do granel

É a medida da densidade do carvão num dado volume conhecido.

A técnica utilizada para se medir esta densidade, consiste em se tomar uma

caixa de volume conhecido, geralmente de 1 m3,e enchê-la com carvão. O peso total

subtraído do peso da caixa consiste no peso do carvão, por m3. O valor gira normalmente

em torno de 200 a 300 Kg/m3 (MENDES et al., 1982)

Entretanto, vários são os fatores que influem na determinação do valor da

densidade do granel. Entre eles, devem ser ressaltados a distribuição granulométrica do

carvão, a umidade do carvão e as dimensões do recipiente utilizado na determinação do

volume. Além desses fatores, inerentes ao método de medição, a densidade do granel varia

em função da madeira que lhe deu origem, das variáveis do processo de carbonização

como a temperatura e taxa de aquecimento (MENDES et al., 1982)

1.10.1.2 - Densidade Aparente

É a medida da densidade carvão considerando sua porosidade.

A técnica consiste em medir o volume e peso de vários pedaços considerando

os poros internos como ocupados pelo material carvão.

A densidade aparente pode variar com o estado das peças escolhidas. Peças

grandes de carvão vegetal fabricado em fornos de alvenaria podem apresentar trincas

internas bastantes grandes, capazes de mascarar o valor da densidade aparente (MENDES

et al., 1982)

Outra propriedade que merece um enfoque específico é a densidade aparente.

Isto porque quando ela é muito baixa, acarreta uma utilização do volume do alto-forno e uma

menor produção por unidade de volume. O efeito no alto-forno de um aumento de densidade

de 80 Kg/m3 é uma redução de 5,7 Kg/t gusa no consumo específico de carbono. O aumento

da densidade do carvão está estreitamente relacionado com o aumento na densidade da

madeira,

Uma densidade muito baixa do carvão vegetal acarreta menor utilização do

volume do alto-forno e maior produção por unidade de volume. A densidade do carvão

vegetal é cerca de metade da densidade do coque e, quanto mais denso o carvão vegetal

para um mesmo teor de carbono fixo, maior o tempo de residência da carga metálica na

zona de reserva térmica do alto-forno, e maior também a capacidade de carga do



45

equipamento em temos de mais carbono carregado por volume. A densidade do carvão

vegetal depende diretamente da madeira que lhe deu origem; assim, mantidas constantes

outras propriedades, para usos siderúrgicos e metalúrgicos, a densidade do carvão vegetal

deve ser a maior possível.

1.10.1.3 - Densidade Verdadeira

É a medida da densidade da substância carvão, considera-se a densidade

aparente descontando o volume de poros internos. A temperatura de carbonização afeta a

densidade do carvão, conforme pode ser observado no gráfico 6.

Gráfico 6 – Resultados da carbonização de Eucalyptus grandis da região de

Caeté – MG

FONTE: MENDES et al., 1982)

1.10.1.4 - Porosidade

Relacionando a densidade verdadeira com a aparente, ter-se-á, então, uma

medida da porosidade do carvão. A porosidade pode ser definida como a quantidade de

poros que o carvão possui é calculado pela seguinte fórmula (MENDES et al., 1982):

P = 100 – 100*(DA /DV)

P = Porosidade em %

DA = Densidade relativa aparente



46

DV = Densidade relativa verdadeira

1.10.2 - Resistência Mecânica

A resistência mecânica do carvão é de máxima importância, devido às

numerosas operações de manuseio e transporte que o produto sofre durante seu trajeto dos

fornos de carbonização até os altos-fornos. Também durante o uso nos equipamentos de

redução propriamente ditos, a resistência do carvão vegetal é de grande importância. Com

os choques térmicos que ocorrem durante os processos metalúrgicos, ao se utilizar carvões

de baixa resistência, umidade elevada e alto teor de voláteis estes tendem a gerar finos com

mais facilidade acarretando problemas de permeabilidade da carga.

Um carvão que apresenta uma maior resistência à compressão deverá

apresentar também uma menor degradação durante a sua utilização em um reator.

O gráfico 7, mostra a influencia da temperatura na tensão de ruptura do carvão

Gráfico 7 – Tensão de ruptura do carvão a compressão produzido a diferentes

temperaturas

FONTE: CETEC (1982)

O aumento da resistência a partir de 500 oC pode estar relacionado a vários

fenômenos, a saber:

1. Diminuição de volume que acompanha a carbonização;

2. Modificações no tamanho e forma da porosidade, em tratamentos em

temperaturas elevadas;



47

3. Possível rearranjo estrutural do carbono residual, acarretando numa

estrutura de maior resistência;

Já a queda resistência em temperaturas entre 300-500 oC pode estar ligada a:

1. Aumento da porosidade interna devido a extração de voláteis;

2. Tamanho e distribuição dos poros, com o efeito da temperaturas;

Maior extração a 500 oC, de componentes tais como o alcatrão, que mantém

mais aderência das fibras do carvão.

1.10.3 - Friabilidade

A friabilidade é a propriedade do carvão vegetal relacionada à susceptibilidade

do produto em formar finos quando submetido à abrasão e choques mecânicos.

Está relacionada com a umidade, o diâmetro e o comprimento da madeira a ser

carbonizada. Normalmente, teores altos de umidade estão associados a altas velocidades

de expansão de gases durante a carbonização, o que provoca rupturas generalizadas na

estrutura do carvão resultante, aumentando sua friabilidade. Grandes diâmetros na madeira

a ser carbonizada também tendem a gerar carvões mais quebradiços.

A friabilidade ou seja, a maior ou menor resistência do carvão à geração de finos

está relacionada basicamente com o condicionamento da madeira antes da carbonização, a

saber: umidade, diâmetro e comprimento.

Conforme OLIVEIRA (1982), a geração de finos ao longo do processo de

fabricação do carvão, carregamento, transporte armazenagem e peneiramento está por

volta de 25%, assim distribuída:

Carvoarias 3,7%

Carregamento e Transporte 5,8%

Armazenagem 6,3%

Peneiramento 9,4%

Total 25,2%

Gráfico 8 – Relação entre umidade da madeira e geração de finos de carvão

produzidos de madeira de Eucalyptus.



48

FONTE – CETEC (1982)

Gráfico 9 – Influência do comprimento das peças de madeira na formação de

finos de carvão < 13 mm. Diâmetro das peças entre 1-6 cm. Teste de tamboramento

FONTE: CETEC (1982)

Já é bastante conhecida a influência do diâmetro da madeira na susceptibilidade

de formação de trincas durante a carbonização. As trincas e fissuras internas do carvão

constituem-se em zonas de concentração de tensão e segundo Tarkov (1978), citado por

MENDES et al. (1982), a fonte de tais concentrações de tensão pode ser atribuída à grande

impermeabilidade da região central (cerne) das peças de madeira. O eucalipto, madeira

dura, contém vasos (100-500 m de diâmetro) e fibras curtas (comprimento de 1 mm e 20

m de diâmetro, com 2-3 m de espessura de parede).



49

A transferência de água de uma fibra para outra é feita através de micro-

aberturas (pits), com diâmetros da ordem de m. A capacidade dos “pits” de circular água

depende de uma fibra para outra, depende da idade do tecido onde estão localizadas. Isto

acontece quando localizadas no alburno. Geralmente, no cerne esta transferência é

impedida pelo acúmulo de resinas nas cavidades das fibras (lúmens). Quando uma peça é

carbonizada, o alburno seca rapidamente e a umidade do cerne é retirada com dificuldade

devido a sua menor permeabilidade. Nestas condições a pressão do vapor dos gases

aumenta no interior das fibras, podendo ocorrer ruptura das células fibrosas com

desenvolvimento de trincas. Isto pode ser feito, em especial, com madeira que foi seca

vagarosamente ao ar até o ponto de saturação das fibras, antes de submetê-la à

carbonização. Secagem natural ao ar conduz a um fechamento dos “pits” das fibras do

cerne. É comum em peças carbonizadas com áreas representativas de cerne, que o mesmo

se encontre fissurado, enquanto o alburno não. Ainda segundo Tarkov (1978), citado por

Mendes et al. (1982), qualquer procedimento que atrase a formação do cerne reduzirá a

quantidade de fissuração durante a carbonização. Isso, por sua vez, reduzirá a tendência à

formação de finos devido ao manuseio do carvão. O único modo de controlar a formação do

cerne consiste na utilização de árvores mais jovens. Já se pensa, em algumas empresas do

setor, em cortes com idades entre 4 e 5 anos, pode acontecer que a produção de finos

decresça consideravelmente.

1.10.4 - Umidade ou Higroscopicidade

A umidade contida no carvão vegetal exerce uma grande influência no

rendimento dos processos em que ele é utilizado. O carvão absorve umidade da atmosfera,

principalmente durante as chuvas, perdendo-a parcialmente com sua exposição ao sol.

(OLIVEIRA, 1982).

Uma das conseqüências da absorção de umidade pelo carvão vegetal está na

sua resistência mecânica. Como o carvão é submetido no alto-forno, a um aquecimento

durante sua descida, atingindo a zona de reserva térmica em torno de 800-850 oC, o teor de

umidade deve ter uma ação bastante importante na marcha do aparelho de redução. Altos

teores de umidade estarão associados a uma alta velocidade de expansão de gases,

aumentando a degradação física do carvão vegetal. Assim:

Teor de umidade, trincas e fissuras, degradação do carvão, pressão

Com relação à umidade, pode-se dizer que, quanto maior a umidade, maior a

quantidade de carvão a ser utilizada, ocupando, assim, um volume no forno que deveria ser



50

ocupado pela carga metálica (minério). Isso implica a diminuição da produtividade do

aparelho de redução. Um outro fator a ser levado em conta refere-se ao problema

energético, ou seja, a energia gasta para evaporar a água na zona de elaboração.

1.10.5 - Granulometria Média

O tamanho médio do carvão está usualmente relacionado com a permeabilidade

da carga no alto-forno. Granulometrias muito baixas acarretam cargas com baixa

permeabilidade, prejudicando a eficiência das reações metalúrgicas.

Dimensões maiores de um alto-forno de exigem uma granulometria maior do

carvão.

1.11 - Reatividade

Reatividade pode ser definida como sendo a velocidade com a qual, a uma

temperatura determinada, o carbono reage com um gás contendo oxigênio (OLIVEIRA,

1982).

É uma da mais importantes propriedades, ligada à reação de "solution loss".

Quanto maior a reatividade, maior será a taxa de regeneração de CO. A reatividade do

carvão vegetal é 10 vezes a do coque, sendo muito influenciada pela presença de óxidos

minerais, que agem como catalisadores da reação de "solution loss". A reatividade é

influenciada por diversos fatores; todavia, o teor de carbono fixo é um bom indicador da

reatividade de um determinado carvão vegetal, conforme esquematizado abaixo:

Teor de carbono fixo, reatividade

Temperatura de carbonização, teor de carbono fixo, reatividade

A reação de Boudouard ou Reação de Solution Loss é a que se apresenta

dentro dos altos fornos movidos a carvão vegetal (COTTA, 1996). A reação é a seguinte

CO2(g) + C(s) = 2 CO(g)

Sendo que reatividade do carvão está ligada a:

1. Granulometria do carvão

2. Porcentagem de carbono fixo

3. Porosidade



51

Os fatores que influenciam a reatividade do carvão no alto forno segundo

OLIVEIRA (1982), são:

1. Geometria do reator (alto-forno)

2. Quantidade de carvão e faixa granulométrica.

3. Tipo de gás reagente (O2, CO2, ar, H20, etc.)

4. Vazão do gás reagente

Nem sempre um carvão mais reativo é melhor para o alto-forno, é necessário

que se haja um equilíbrio entre a redutibilidade do minério de ferro e a reatividade do forno.

Gráfico 10 – Variação da Reatividade com Temperatura de Carbonização

Fonte: CETEC (1982)

1.12 - Poder calorífico

O poder calorífico pode ser definido como a quantidade de calor liberada na

combustão completa de uma unidade de massa de carvão vegetal, expressa em Kcal/Kg

para combustíveis sólidos e líquidos e Kcal/m3 para combustíveis gasosos.

Esta propriedade é de grande importância, principalmente quando se pensa na

utilização do carvão vegetal como fonte de energia em substituição aos combustíveis

derivados do petróleo.

Existem dois conceitos que precisam estar bem definidos: poder calorífico

superior e poder calorífico inferior



52

O poder calorífico superior (PCS) é assim chamado quando a água formada

durante a combustão é condensada (recuperação do calor latente de condensação), ou

seja, não se leva em conta o calor necessário para evaporar a água formada durante a

combustão do hidrogênio e a umidade do carvão.

O poder calorífico inferior (PCI) é assim chamado quando a combustão é

efetuada a pressão constante, isto é, ao ar livre; nesse caso, a água de combustão não é

condensada e é a situação que ocorre com a queima direta da madeira.

Na prática, o poder calorífico inferior retrata melhor o comportamento do

combustível, pois, na maioria dos processos, os gases da combustão são emanados em

temperatura acima da temperatura de ebulição da água, carregando consigo uma

quantidade de energia correspondente ao calor latente de vaporização. Por isso, a diferença

entre o poder calorífico superior e inferior está no calor necessário para vaporizar a água;

quando não se forma água na combustão e o combustível não possui umidade, o poder

calorífico inferior é igual ao poder calorífico superior.

O poder calorífico pode ser determinado teoricamente pela composição química

elementar do carvão ou, experimentalmente, em uma bomba calorimétrica.

Em virtude da dificuldade prática de se ter à composição química elementar do

carvão vegetal, algumas equações e correlações, utilizando a análise química imediata, têm

sido propostas e empregadas para determinação do poder calorífico. A fórmula de Goutal

permite calcular o poder calorífico superior do carvão por meio da análise química imediata,

desde que a porcentagem de materiais voláteis não ultrapasse os 40%. A fórmula de Goutal

é:

PCS = (82 C + AV)

PCS = Poder Calorífico Superior em Kcal/Kg

C = Teor de carbono fixo em %

V = Teor de materiais voláteis em %

A = Coeficiente dados pela relação V/V+C conforme quadro 9.



53

Quadro 9 - Valores de A em função da relação V/(V+C)

V/(V+C) A

0,05

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

150

145

130

117

109

103

96

89

80

Alguns fatores influenciam o poder calorífico conforme OLIVEIRA (1982), são

eles:

1. Quanto maior o teor de umidade, menor é o poder calorífico. Este fato é

explicado tendo em vista que a madeira com maior teor de umidade

necessitará de maior quantidade de calor para evaporação de sua água. No

CETEC madeira carbonizada com 31 % de umidade obteve 3245 cal/g

enquanto que madeira carbonizada com 14% obteve 4227 cal/g.

2. O carvão vegetal apresenta um poder calorífico dependente da sua

temperatura de carbonização, conforme pode ser observado no quadro 10.

O carvão carbonizado a 500 oC tem um maior poder calorífico do que os

produzidos a 300 oC e 700 oC. Sendo que o 700 oC é maior que o de

300oC.O aumento do calor de combustão de 300 oC para 500 oC , sugere

que o carvão produzido a 300 oC retém “matéria” com baixo valor de poder

calorífico (resinas, alcatrão, etc.) enquanto que a 500 oC, o carvão está

enriquecido com maior teor de carbono fixo e voláteis com alto valor de

poder calorífico. Já a diminuição do poder calorífico de 500 oC para 700 oC,

apesar de apresentar maior teor de carbono fixo, não mais possui os voláteis

de alto poder calorífico.(OLIVEIRA, 1982).



54

Quadro 10 - Poder Calorífico do Carvão Vegetal de Eucalyptus grandís em

Função da Temperatura de Carbonização

Temperatura de

Carbonização

300 oC

(kcal/kg)

500 oC

(kcal/kg)

700 oC

(kcal/kg)

1a medida 7012 8109 7647

2a medida 7122 8141 7693

3a medida 7085 8101 7563

4a medida 6980 8199 7720

5a medida 7151 8185 7671

Média 7070 8147 7659

Desvio Padrão 72 44 60

Desvio Padrão (%) 1,02 0,54 0,78

Fonte: CETEC (1982)

Conforme mostra o quadro acima, observa-se que o carvão produzido a 500oC

tem um poder calorífico maior do que os carvões produzidos a 300 e 700oC, enquanto que o

carvão produzido a 700oC tem um poder calorífico maior que o produzido a 300oC

Existe uma correlação positiva entre teor de carbono fixo e poder calorífico, e

uma correlação negativa entre poder calorífico e materiais voláteis.

O Carvão Vegetal na Siderurgia e Metalurgia

O carvão vegetal foi o primeiro combustível utilizado em alto-forno, persistindo

seu uso em países. Atualmente, sua utilização está-se tornando de grande importância

como combustível metalúrgico, uma vez que é derivada de uma das poucas fontes de

carbono capazes de regeneração. A indústria siderúrgica nacional à base de carvão vegetal

data de 1888, quando ocorreu o acendimento do primeiro alto-forno da Usina Esperança,

em Itabirito. O carvão vegetal é essencialmente um insumo de siderurgia, sendo empregado

na produção de 40% do ferro-gusa, 24% do aço e 100% dos ferro-ligas. Seu consumo está

distribuído entre:

1. Produtores independentes de ferro-gusa, 50% do total;

2. Usinas integradas a aço, 23% do total; e



55

3. Outros setores (cimento, metais primários, uso doméstico, etc.), 27%

restantes.

Dois fatores segundo OLIVEIRA (1982) interferem negativamente na qualidade

do carvão para uso no gusa:

1. A madeira que naturalmente possui grande variabilidade, sendo proveniente

de florestas heterogêneas.

2. O processo produtivo que não permite um controle eficiente da qualidade;

devido a utilização de fornos primitivos sem qualquer controle operacional.

Dentre as propriedades do carvão vegetal que têm acentuado efeito no

comportamento do alto-forno e de outros equipamentos de redução, destacam-se a

reatividade, densidade, composição química, higroscopicidade e resistência mecânica

(resistência a abrasão, choques mecânicos e compressão).

Variações nas propriedades do carvão dependem da qualidade da madeira (teor

de umidade, densidade, composição química, forma, tamanho e diâmetro), do tipo do

equipamento e das condições operacionais da carbonização (taxa de aquecimento e

temperatura final).

1.13 - O Alto-Forno

Nos últimos anos, grande número de siderurgias tem-se dedicado a estudos

teóricos dos diversos processos ou fenômenos que ocorrem em um alto-forno. Um desses

estudos desenvolveu uma teoria fundada essencialmente sobre os fenômenos térmicos e

químicos associados à redução. Tal teoria permitiu estabelecer pela primeira vez um

esquema de funcionamento ideal para um alto-forno e um modelo matemático para o

mesmo. A conversão direta do minério de ferro em aço e outros produtos, numa só etapa,

não é viável economicamente.



56

Figura 7 – Fluxograma simplificado do sistema de produção do ferro-gusa a

partir do carvão vegetal:

Segundo ALMEIDA (1982), a siderurgia pode ser separada em duas etapas:

1. No alto forno, o minério é convertido em ferro-gusa (ferro fundido de baixa

qualidade, frágil e impuro, com 4,5 % de carbono)

2. O ferro gusa pode ser refinado e ligado, tornando-se aço, ou ainda, utilizado

para produção de ferro fundido e outro produtos siderúrgicos.

O carvão tem duas funções no alto-forno:

1. Gerar energia necessária ao aquecimento e fusão de materiais e às reações

metalúrgicas.

2. Produzir um gás redutor que é consumido na redução dos óxidos de ferro.

O alto forno é um reator industrial, empregado para a produção de ferro-gusa,

matéria prima usada na produção de aço e de ferro fundido. Na sua estrutura interna, o alto

forno é classificado em zonas bem distintas, distribuídas em zona granular, zona de



57

amolecimento e fusão, homem morto, zona de gotejamento e zona de combustão. É o mais

complexo dos fornos industriais. Possui de 30 a 40 m de altura e 9 m ou mais de diâmetro

interno, podendo produzir, continuamente, até 3.000 t diárias de ferro-gusa. Os altos fornos

podem ser a coque ou a carvão vegetal. De forma geral, no último tipo, para se produzir 1 t

de ferro-gusa, são requeridos 3 MDC, provenientes de 6 st de lenha.

Figura 8 - Esquema simplificado das partes estruturais de um alto-forno

Antes de entrar no alto-forno, o minério de ferro sofre enriquecimento por

pelotização, sinterização ou briquetagem, resultando num minério poroso com mais de 60%

de ferro. O processo de redução no alto-forno tem como finalidade retirar oxigênio do

minério (Fe2O3), reduzindo-o a Fe e ainda separá-lo da ganga. A Figura mais abaixo mostra

uma representação esquemática simplificada do funcionamento de uma instalação de alto-

forno siderúrgico.

Inicialmente, o alto-forno é alimentado pela boca superior com camadas

alternadas de minério e carvão vegetal. São também adicionados fluidentes que têm por

função formar uma escória de baixo ponto de fusão, capaz de absorver as impurezas do



58

minério e do combustível. O funcionamento do alto-forno pode ser resumido nos itens

abaixo:

1. O ar para a queima do carvão é injetado pelas ventaneiras (resfriadas a água)

a temperaturas entre 800 e 1.000 oC;

2. Os gases resultantes da combustão do carvão sobem até o topo do alto-forno,

atravessando as camadas de minério e carvão;

3. Na parte superior do alto-forno, o minério e o combustível sofrem secagem e

pré-aquecimento; na parte mediana inicia a redução, completada na parte

inferior. No cadinho, acumula-se o ferro-gusa líquido (1.400 oC);

4. Sobre o gusa líquido flutua a escória, que é mais leve e vaza continuamente

por um orifício de purga situado a altura apropriada;

5. O ferro-gusa líquido é vazado periodicamente (a cada 3 ou 4 h) abrindo-se o

furo de corrida no fundo do cadinho;

6. O teor de ferro que era de 60% no minério passa para mais de 90% no gusa.

O gusa líquido pode ser moldado (lingotes) em forma de areia ou ferro, ou

transferido, no estado líquido dentro de panelas revestidas com refratários, diretamente para

a aciaria, onde é convertido em aço.

COTTA (1996) citando FILHO (1995) descreve mais detalhadamente o

funcionamento interno do alto forno a seguir:

No interior do alto forno, a carga permanece em camadas nítidas e bem

definidas do minério de ferro e do carvão vegetal na zona granular. As propriedades físico-

mecânicas do carvão estão diretamente relacionadas com o bom funcionamento do alto-

forno, pois para suportar o peso das camadas subseqüentes de carvão e minério, evitar a

produção de finos que pode impedir a passagem dos gases e causar engaiolamento, o

carvão deve ser derivado de madeira com alto teor de substâncias extratáveis, lignina e

baixa umidade. O armazenamento do carvão com altos teores de umidade, faz com que

suas propriedades físico-mecânicas sejam alteradas, dando um aspecto de podre, sem

resistência, produzindo muitos finos.

Na zona de amolecimento e fusão, há o amolecimento gradual da carga sólida,

até o início da fusão, quando a escória e o metal líquido goteja através da coluna de carvão,

denominada homem morto, que é uma coluna de carvão vegetal ou coque existente na

baixa cuba do alto-forno. Nesta região há o excesso de carbono e altas temperaturas, que



59

torna a região ideal para que ocorra a Reação de Boudouard ou Reação de Solution Loss

que se apresenta a seguir:

CO2(g) + C(s) = 2 CO(g) H = 2100 Kcal/Kg

Esta reação é altamente endotérmica, só ocorrendo em níveis de temperatura

superior a uma determinada temperatura crítica, sendo para o carvão vegetal de 650 oC a

850 oC e o coque de 900 oC a 950 oC. É esta temperatura crítica que determina a reatividade

do carvão, sendo que, como mostrado, o carvão vegetal é mais reativo que o coque.

Na zona de combustão têm-se a queima do carvão vegetal com o oxigênio do

ar, que é injetado pelas ventaneiras. Esta queima, bastante exotérmica é representada pela

reação química abaixo:

C(s) + O2 = CO2(g) H = -8100 Kcal/Kg

Com esta queima, o carbono do carvão vegetal ou coque é liberado na forma de

CO2 que torna a reagir com o C e libera o 2CO que promove a redução indireta. Para que

se tenha um melhor aproveitamento, o carvão deve ter alto teor de carbono fixo, para que na

queima seja liberada a redução do óxido de ferro até ferro metálico. Ë importante citar que o

ferro metálico se funde a 1528 oC, e vai reagindo com o C, formando o Fe3C, que se funde

em temperaturas menores, permitindo o escorrimento do ferro para o exterior do alto forno.

As reações básicas do minério de ferro podem ser assim definidas:

3FeO3 + CO 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

FeO + CO Fe (gusa) + CO2

O gusa líquido então pode ser moldado em lingotes, ou transferido, no estado

líquido diretamente para aciaria onde será convertido em aço.



60

Figura 9 - Esquema simplificado da cinética de formação do gusa em um alto

forno.

Em comparação com o coque, como termorredutor o carvão vegetal caracteriza-

se por alta reatividade e baixo teor de cinzas, o que, junto com outras propriedades,

ocasiona as principais diferenças no funcionamento dos altos-fornos a coque e carvão

vegetal, como mostrado no quadro 11.

Quadro 11 - Diferenças básicas entre o alto-forno a coque e o alto-forno a

carvão vegetal

Parâmetro Coque Carvão vegetal

Temperatura da zona de reserva térmica 900-1.000oC 750-850oC

Tempo de residência da carga metálica 2X X

Basicidade (Ca/SiO2) 1,0 1,0

Volume da escória 260 kg/t 100 kg/t

Poder de diminuição de álcalis Baixo Alto

Temperatura do ferro-gusa 1.500oC 1.400oC



61

Em relação ao teor de cinzas, um dos aspectos mais importantes está

relacionado com sua composição. No caso do carvão vegetal, em que o teor de cinzas é

sempre baixo (< 3%), seu efeito sobre a composição final da escória e o volume da mesma

não é tão importante quanto seu efeito catalisador na reação C-CO2.

1.14 - Qualidade do Carvão Vegetal para Outros Fins

A influência da qualidade do carvão vegetal para a indústria de ferro-ligas é

muito similar àquela descrita para o ferro-gusa, em termos do fenômeno da segregação. Na

indústria de carbureto de cálcio (CaC2), o excesso de cinzas no carvão, principalmente de

fósforo, resulta na formação de pedras de carbureto muito quebradiças, que se esfarelam

nas regiões onde estão os minerais. Altos teores de fósforo nas cinzas tendem a prejudicar

os processos de produção de alguns ferro-ligas e também de metais não ferrosos, como o

silício metálico, por exemplo.

Impactos Ambientais do Carvoejamento

A fabricação do carvão vegetal na sua quase totalidade, consiste da

carbonização parcial da madeira em fornos rudimentares de alvenaria que não recuperam

os gases e voláteis produzidos no processo.

A utilização desses sistemas convencionais de carbonização resultam na baixa

conversão em rendimento energético e gravimétrico, normalmente por volta de 50 e 30%,

respectivamente. Esse fato ocorre devido as perdas na forma de fumaça, que também por

serem liberadas para a atmosfera causam uma substancial poluição do ambiente

circundante, afetando o ar, água, solo, vegetação e populações vizinhas às plantas

industriais de carbonização.

Os poluentes contidos na fumaça da carbonização podem ser classificados em

três categorias: pós e partículas em suspensão, gases não condensáveis e compostos

orgânicos condensáveis.

Vários sub-produtos podem ser obtidos da carbonização da madeira, e com isso

reduzir a emissão de compostos poluentes na atmosfera, porém até agora não estão sendo

utilizados devido principalmente ao alto custo para a obtenção dos mesmos em decorrência

das tecnologias para obtenção desses sub-produtos estarem em fase de pesquisa.



62

Outro fato importante, é que apesar de ser conhecido a ação poluente desses

compostos, não se tem informações concretas sobre os problemas ambientais que eles

podem causar, devido principalmente à falta de dados sobre as emissões gasosas dos

sistemas convencionais utilizados na produção do carvão vegetal.

Desta maneira, quantificar e avaliar os efeitos negativos provocados pela

carbonização da madeira ao meio ambiente ainda não é possível por causa da falta de

informações disponíveis

Os produtos finais deste processo sob condições controladas são ácido

pirolenhoso, alcatrão, gases e carvão, nas proporções mostradas na figura a seguir.



63

Figura 10 - Rendimento Gravimétrico dos Produtos da Carbonização

35%

33%

25%

7% Carvão

Ac. Pirolenhoso

GNC

Alcatrão Insolúvel

O processo convencional de produção de carvão vegetal, é uma atividade que

apresenta um grande potencial de provocar impacto no ambiente, gerando poluentes que

podem ser classificados em três categorias:

Pós e partículas em suspensão: que são constituídos de fuligem, pó de

carvão e cinzas.

Gases não condensáveis ( GNC ): que são compostos principalmente de

CO, CO2, H2 e traços de CH4.

Compostos orgânicos condensáveis ( COC ): são mais de 400 compostos

dissolvidos no ácido pirolenhoso ( Compostos leves e alcatrão ).

Muitos dos sub-produtos produzidos no processo de carbonização são de

grande utilização prática, mas estes produtos não estão sendo utilizados atualmente, devido

principalmente aos baixos preços dos derivados do petróleo e ao alto custo para o

aproveitamento dos mesmos, decorrentes do fato de que as tecnologias utilizadas na

recuperação desses produtos encontram-se ainda em fase de pesquisa.

Pelo fato de não se utilizar estes compostos gerados, é que torna o processo de

carbonização da madeira uma atividade poluidora, entretanto a avaliação dos problemas

ambientais causados, é de difícil compreensão devido principalmente à falta de dados sobre

as emissões gasosas geradas nos sistemas convencionais de carbonização.

Entretanto, a carbonização da madeira é garantia de não emissão de Sox, que

são os causadores da chuva ácida, e com a reposição das florestas plantadas para fins

energéticos, através do seqüestro de carbono, obtém-se um equilíbrio entre a emissão e a

utilização do CO2, que é um dos principais responsáveis pelo efeito estufa.



64

Teoricamente a liberação de gases e compostos aromáticos são os principais

problemas da carbonização em sistemas convencionais que utilizam fornos de alvenaria,

porém os efeitos que estes causam ao meio ambiente ainda são incertos, já que existe

pouca informação disponível sobre o assunto.

A falta de medições e monitoramento nos locais de produção de carvão, não nos

permite a obtenção de dados concretos sobre a emissão destes compostos poluentes, o que

não torna possível gerar conclusões sobre o assunto com base científica.

1.15 - Principais Grupos Químicos Poluentes Presentes na

Fumaça

A fumaça gerada no processo de carbonização, contém vários compostos

poluentes, sendo que os principais são os compostos orgânicos condensáveis e os gases

não condensáveis.

Os gases não condensáveis são compostos principalmente de CO, CO2, H2 e

CH4, sendo que dentre esses compostos os mais importantes são o CO2 e o CO.

O CO2 é o principal GNC produzido na carbonização, devido ao grande volume

produzido e também por causa do impacto ambiental que ele pode causar, se nenhuma

medida for tomada para controlar a sua emissão na atmosfera.

Atualmente como a maioria da madeira utilizada na produção de carvão é

proveniente de florestas plantadas e manejadas para esta finalidade, teoricamente o CO2

proveniente da carbonização não é considerado um causador de problemas ambientais,

visto que estudos comprovam que estas florestas manejadas capturam todo o CO2 emitido

pelo processo de carbonização durante os ciclos de corte das mesmas.

O CO contido na fumaça, apesar de apresentar uma baixa concentração, é

considerado um gás nocivo porque mesmo em pequenas quantidades presentes no ar ele

pode causar vários problemas ao ser humano como por exemplo, a redução da habilidade

do organismo para transportar oxigênio, constrição dos músculos e vasos sanguíneos e

stress cardíaco.

Um fato muito importante de se ressaltar é que em residências aonde se utiliza

a madeira queimada como fonte de energia, níveis extremamente altos de CO são

encontrados.



65

A presença de SOx na fumaça da carbonização é comprovadamente muito

pequena, estando abaixo dos limites de detecção pelos métodos convencionais de medição

dos efluentes gasosos.

Substâncias contendo NOx são formadas apenas em altas temperaturas de

carbonização, por isso na produção de carvão são encontrados apenas traços desses

compostos visto que normalmente se utiliza temperaturas abaixo de 600 0C.

Figura 11- Porcentagem aproximada dos GNC presentes na fumaça da

carbonização

57%33%

8% 2%

CO2CO

CH4CnHm

Os compostos orgânicos condensáveis são os principais compostos poluentes

presentes na fumaça da carbonização.

Durante o processo de carbonização ocorre a decomposição térmica da

madeira, e parte da fumaça proveniente do leito de reação pode ser condensada, e com isso

obtém-se o licor pirolenhoso. Este licor por decantação é separado em duas fases, uma

aquosa, contendo álcoois, cetonas e vários compostos voláteis de baixo peso molecular; e

outra fase viscosa chamada alcatrão vegetal, composta de água, fenóis voláteis ( creosoto

de madeira ) e piche.

Os COC são um grupo formado por compostos orgânicos agrupados em classes

químicas variadas. A natureza química dos COC tem sido objetivo de vários estudos, porque

o conhecimento das suas propriedades é de grande importância para o desenvolvimento de

aparatos com a finalidade de eliminar ou reduzir de maneira eficiente as emissões de

poluentes durante o processo de carbonização.

Já foram identificados mais de 400 compostos presentes nos COC e, dentre

estes compostos os hidrocarbonetos poliaromáticos ou PAH’s apresentam potencial de



66

causar impactos ao ambiente em função de suas propriedades mutagênicas e

carcinogênicas.

Estes compostos estão estreitamente associados com o alcatrão vegetal, tanto

na forma de alcatrão insolúvel como na forma de alcatrão solúvel presentes no ácido

pirolenhoso. A quadro a seguir mostra a composição química das classes de produtos

formados na carbonização da madeira.

Quadro 12 - Produtos da carbonização da madeira

Produtos da Carbonização % B.S

* Carvão ( 86%^CF ) 33,0

* Ácido Pirolenhoso

Ácido Acético

Metanol

Alcatrão Solúvel

Água e outros

35,5

(5,0)

(2,0)

(5,0)

(23,5)

* Alcatrão Insolúvel 6,5

* GNC 25,0

Total 100,0

O alcatrão insolúvel é o líquido negro e denso que se separa do ácido

pirolenhoso, por decantação, após a condensação. Uma importante série de produtos

químicos podem ser obtidos pelo fracionamento do alcatrão. Os compostos que já foram

identificados foram o: benzol, tolueno, xilenol, parafinas, fenol, cresol, pirocatequina,

guaiacol, furfural, ácido acético e metanol



67

Figura 12- Composição aproximada dos componentes do alcatrão vegetal

Piche

Água

Siringóis

Guaiacóis

Ác. Acético

Cresóis

Fenóis

Outros

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Piche

Água

Siringóis

Guaiacóis

Ác. Acético

Cresóis

Fenóis

Outros

O ácido pirolenhoso contém praticamente toda a água proveniente da madeira.

A composição final do ácido pirolenhoso é dependente de vários fatores como:

espécie, teor de umidade, idade da madeira e temperatura de carbonização, isto é, quanto

maior a temperatura de carbonização, maior será o grau de decomposição da madeira, e

como resultado a maior produção de vapores que após serem condensados, resultam numa

substancial mudança na composição dos líquidos e gases não condensáveis.

Figura 13 - Porcentagem média das substâncias obtidas a partir do Ácido pirolenhoso

Água

Ác. Acético

Alcatrão Solúvel

Metanol

Acetona

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80%

Água

Ác. Acético

Alcatrão Solúvel

Metanol

Acetona

Segundo trabalho desenvolvido no CETEC ( 1978 ) foram determinados seis

componentes do ácido pirolenhoso, através de cromatografia gasosa. A composição e o

rendimento desses componentes são mostrados na quadro apresentada a seguir.



68

Quadro 13 - Composição e rendimento do ácido pirolenhosos. Média obtida para Eucalyptus grandis idade de 6 a 10 anos, umidade entre 15 e 45%, destilado entre 300 e 7000C

Componentes Teste Metanol Ácido

Acético

Acetona Metil

Acetona

Acetaldeído Alcatrão

Sólido

Análise química do

ácido pirolenhoso (%) 2,85 7,84 0,18 0,29 0,11 7,45

Rendimento em

relação à madeira

seca (%)

1,89 5,17 0,13 0,18 0,07 4,99

1.16 - Avaliação da Toxicidade Aguda e Mutagenicidade

A identificação de compostos químicos produzidos na carbonização da madeira

capazes de promover efeitos deletérios à saúde humana e ao meio ambiente é uma

constante preocupação do ponto de vista ambiental e ocupacional.

A análise direta e identificação dos compostos presentes no licor pirolenhosos

através de uma única técnica é limitada devido ao grande número de compostos presentes

no mesmo. Por este motivo é necessário proceder o fracionamento da amostra em grupos

químicos distintos antes das análises cromatográficas ou espectroscópicas.

Os métodos analíticos utilizados para isolamento e identificação dos compostos

orgânicos condensáveis incluem o uso técnica de fracionamento, cromatografia de adsorção

em coluna ou extração em fase sólida, por exemplo, seguida por caracterização através de

cromatografia gasosa (GC), cromatografia gasosa em aclopamento com espectrometria de

massas (GC/MS), cromatografia líquida (HPLC) ou ressonância magnética nuclear (RMN).

Recentemente, a associação das técnicas de extração com fluido supercrítico e análise por

GC/MS revelou-se uma combinação eficiente para fracionamento e identificação rápida de

PAHs em licor pirolenhoso de Eucalyptus grandis.

A figura a seguir mostra o fluxograma experimental utilizado por PIMENTA para

avaliação do licor pirolenhoso e das frações de Compostos Fenólicos e Hidrocarbonetos

Poliaromáticos.



69

Figura 14 - Isolamento de Frações Químicas a partir do Licor Pirolenhoso de E. grandis seguida de Análise por GC/MS e Avaliação da Toxicidade Aguda e Genotoxicidade

Licor Pirolenhoso

Total

Primeira Coluna: Recheada com 6

g de sulfato de sódio e eluída com 35

ml de diclorometano

Segunda Coluna: recheada com 9 g

de Al2O3 neutro e eluída com 30 ml

de n-hexano, 30 ml n-hexano +

diclorometano (5:95 v/v) e 30 ml de

diclorometano + metanol (1:1)

Primeira Fração:

Compostos Neutros

(descartada)

Análise p/ GC/MS

Segunda Fração:

hidrocarbonetos

Poliaromáticos

Avaliação da

Genotoxicidade:

Teste MutatoxTM

Terceira Fração:

Compostos Fenólicos

Avaliação da

Toxicidade Aguda:

Teste Microtox TM

Análise p/ GC/MS

Avaliação da

Toxicidade Aguda:

Teste Daphnia magna

Dos produtos mais tóxicos presentes no alcatrão vegetal, podemos citar os

Hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs) que apresentam considerável atividade cancerígena

e mutagênica.



70

Os derivados nitrogenados policíclicos (Aza-arenes) encontrados no alcatrão

vegetal, são citados na literatura por apresentar atividade cancerígena semelhante aos

PAHs.

Dados do EMI (Environmental Mutagen Information Centre) demonstra que 671

poluentes orgânicos estão presentes na atmosfera.

Kalsey em seus estudos classificou estes poluentes em 4 grupos principais:

Grupo 1- Conhecidos cancerígenos.

Grupo 2 - Provavelmente cancerígenos.

Grupo 3 - Substâncias que favorecem o aparecimento de tumores ou

cancerígenas.

Grupo 4 - Mutagênicos.

Segundo KALSEY desses 671 poluentes, 77 são biologicamente ativos, 25

pertencem ao grupo 120 pertencem ao grupo 215 pertencem ao grupo e 350 pertencem ao

grupo 4.

Diferentes compostos identificados no alcatrão vegetal por ESSAYEGH, e citado

por MEZERETTE E GIRARD foram classificados da seguinte maneira:

Sete compostos pertencem ao grupo 1.

Dois compostos pertencem ao grupo 2.

Nove compostos, incluindo os fenóis, pertencem ao grupo 3.

Doze compostos pertencem ao grupo 4.

Isto significa que 30 dos compostos identificados por ele no alcatrão vegetal são

biologicamente ativos e em processos de carbonização aonde a fumaça não é reciclada,

todas estas substâncias são emitidas para a atmosfera.

Atualmente não existem estudos sobre a biodegradabilidade dessas substâncias

produzidas na carbonização, nem sobre um possível fenômeno de decomposição induzida

pela exposição aos raios UV na atmosfera. Sendo desta forma emitidas para a atmosfera

sem nenhum critério e conhecimento do dano ambiental que podem causar.

Para a identificação desses compostos tóxicos presentes em amostras de

interesse por causar problemas ambientais, tem sido utilizados o acoplamento de bioensaios

rápidos com análises químicas. Estes bioensaios são ferramentas valiosas utilizadas na

avaliação dos efeitos de muitas substâncias poluentes a organismos vivos.



71

Os bioensaios mais utilizados são o teste MicrotoxTM e o teste de Imobilização

de Daphnia magna em 24 horas que apresentam boa sensibilidade e são adequados para

avaliar a toxicidade aguda de diferentes classes de poluentes. O teste MicrotoxTM é um

bioensaio bem mais rápido e conclusivo quando comparado a outros testes que utilizam

peixes ou invertebrados. Os efeitos genotóxicos causados por poluentes em organismos

vivos podem ser avaliados rapidamente através do teste MutatoxTM.

Em trabalho realizado por Pimenta, utilizando-se retorta elétrica de laboratório

para carbonizar madeira de Eucalyptus grandis com idade de 7 anos a uma temperatura

final de 450 0C com taxa de aquecimento média de 56,3 0C/hora ( Tempo total de

carbonização de aproximadamente 8 horas ), aonde as fumaças foram condensadas

obtendo-se o licor pirolenhoso.

Quadro 14 - Rendimentos da carbonização da madeira de Eucalyptus grandis.

Produtos Rendimentos (% B.S.)*

Carvão

Licor pirolenhoso

GNC

38,5

45,5

16,0

TOTAL 100,00

* Médias de 4 repetições

O licor pirolenhoso foi analisado utilizando-se cromatografia de adsorção em

coluna e obtidas uma fração contendo os fenóis voláteis (creosoto de madeira) e outra

contendo os hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs). Posteriormente essas frações foram

analisadas por GC/MS, identificando-se os compostos nelas presentes.

O teste de Imobilização de Daphnia magna em 24 horas e o teste MicrotoxTM

(Microbics Corporation, Carlsbad, USA ) foram utilizados para avaliar a toxicidade aguda do

licor pirolenhoso total e da fração fenólica. Já para avaliar a mutagenicidade ou

genotoxidade do licor pirolenhoso total e da fração de PAHs foi utilizado o teste MutatoxTM (

Microbics Corporation, Carlsbad, USA ).

A figura 14 vista anteriormente mostra o fluxograma do esquema experimental

utilizado para avaliar o licor pirolenhoso e as frações de PAHs e fenóis.

As análises das frações de PAHs e fenóis isoladas do licor pirolenhoso foram

realisadas por GC/MS.Para quantificação uma mistura padrão ( Accu Standard, contendo os

16 PAHs incluídos na lista de poluentes prioritários da U.S. EPA, Agência Americana de



72

Proteção Ambiental ), mostrados no quadro a seguir. Os compostos listados são

considerados como uma família e normalmente ocorrem juntos em efluentes gasosos da

queima ou pirólise de combustíveis.

O Carcinogen Assessment Group da U.S. EPA designou a maioria dos

Hidrocarbonetos Poliaromáticos como potencialmente carcinogênicos.

Quadro 15 - HidroCarbonetos Poliaromáticos

Hidrocarbonetos Poliaromáticos (PAHs)

Acenaphtene Acenafteno

Acenaphtylene Acenaftileno

Anthracene Antraceno

Benz[a]anthracene Benzo{a}antraceno

Benzo[a]pyrene Benzo[a]pireno

Benzo[b]fluoranthene Benzo[b]fluranteno

Benzo[g,h,i]perylene Benzo[g,h,i]perileno

Benzo[k]fluranthene Benzo[k]fluoranteno

Chrysene Criseno

Dibenz[a,h]anthracene Dibenz[a,h]antraceno

Fluoranthene Fluoranteno

Fluorene Fluoreno

Indene[1,2,3-c,d]pyrene Indeno[1,2,3-c,d]pireno

Phenanthrene Fenantreno

Pyrene Pireno

Além desses compostos foram quantificados também o dibenzofurano, os

metilfluorenos, os metilfenantrenos, os metilfluorantenos ou pirenos e o benzo[e]pireno.

No quadro a seguir são mostrados compostos presentes na fração fenólica

isolada e suas respectivas concentrações.



73

Quadro 16- Composição da Fração Fenólica do Licor Pirolenhosos de E. grandis

Composto Rendimento (% p/p )*

1. Butyrolactona

2. Fenol

3. Cicloteno

4. O-cresol

5. m-and-p-cresol

6. Guaiacol (2-metóxi-fenol)

7. Maltol

8. 2,4-xilenol

9. 4-metil-guaiacol

10. 4-etil-guaiacol

11. Siringol (2,6-dimetóxi-fenol)

12. 4-propil-guaiacol

13.1,2,3-trimetil-benzeno

14. 4-metil-siringol

15. 4-etil-siringol

16.4-alil-siringol

17. 4-propil-siringol

18.Ácido 3,4-dimetóxi-benzóico

19. Ácido 3,4,5-trimetóxi-benzóico

20. Outros Compostos

0,26

0,38

0,13

0,59

1,75

1,44

0,26

0,27

2,11

3,02

16,6

10,0

9,96

15,5

11,0

0,23

4,16

0,68

1,31

20,3

TOTAL 100,0

RENDIMENTO TOTAL (% p/p)** 8,59

*(%) peso/peso em relação ao peso total de fração fenólica **(%) peso/peso em relação ao peso inicial de licor pirolenhoso

O Quadro Abaixo mostra os PAHs isolados a partir do licor Pirolenhoso. Dentre

os 16 poluentes prioritários listados pela EPA, apenas o acenafteno e o acenaftileno não

foram identificados, estando todos os outros PAHs presentes juntamente com o

dibenzofurano, os metilfluorenos, os metilfenentrenos, os metilfluorantenos ou pirenos e o

benzo[e]pireno.



74

Quadro 17 - PAHs presentes no licor pirolenhoso de Eucalyptus grandis

Componentes Concentrações (ug/g)

1. Difenzofurano 4,52

2. Fluoreno 7,03

3. Metil-fluorenos 16,1

4. Fenantreno 3,92

5. Antraceno 2,10

6. 3-metil-fenantreno 1,43

2-metil-fenantreno 1,88

4-metil-fenentreno 2,33

1-metil-fenentreno 1,14

7. Fluoranteno 1,05

8. Pireno 1,21

9. metil-fluorantenos ou pirenos 3,16

10. Benz[a]antraceno 0,53

11. Criseno + Trifenileno 0,51

12. Benzo[b]fluoranteno 0,24

13. Benzo[k]fluoranteno 0,18

14. Benzo[e]pireno 0,19

15. Benzo[a]pireno 0,24

16.Perileno 0,14

17. Indeno{1,2,3-cd]pireno 0,32

18. Dibenzo[a]antraceno 0,31

19. Benzo[g,h,i]perileno 0,33

TOTAL 48,9

Coef. de Variação(%) [n=4] 9,6



75

FIGURA 15 - Estruturas de alguns PAHs presentes no Licor Pirolenhoso

FIGURA 16 - Intercalação de um Hidrocarboneto Poliaromático no DNA

1.17 - Avaliação da Toxicidade Aguda

Para se avaliar a toxicidade aguda do licor pirolenhoso e da fração fenólica

foram conduzidos dois bioensaios: o teste de imobilização de Daphnia magna



76

(microcrustáceos de água doce) em 24 horas de exposição ao contaminante e o teste

MicrotoxTM. No teste com Daphnia magna, são avaliados os efeitos tóxicos do poluente alvo

sobre a capacidade de locomoção deste crustáceo na água. O teste é conduzido a 20 0C e

em completa escuridão. A porcentagem de crustáceos imóveis após 24 horas é plotada

contra a concentração do contaminante em papel logarítmico, sendo obtida uma relação

para cada grupo de animais expostos a concentrações crescentes do contaminante. Os

resultados são expressos como EC50, que é a concentração estimada para imobilizar 50%

da população após 24 horas de exposição.

O teste MicrotoxTM utiliza as bactérias marinhas luminescentes Photobacterium

phosphoreum e se baseia na redução da luz emitida pelas cepas em função de

concentrações crescentes da amostra tóxica. Os dados de toxicidade são coletados após 30

minutos de exposição ao poluente a 15 0C. Mudanças na intensidade da luminescência são

monitorados com o espectrofotômetro Microbics 500. Os resultados de toxicidade são

expressos como EC50 , que é a concentração estimada para reduzir em 50% a luz emitida

pelas bactérias. O Quadro 18 mostra os resultados dos testes de avaliação da toxicidade

aguda do licor pirolenhoso de Eucalyptus grandis e da fração fenólica a organismos vivos. O

teste MicrotoxTM foi o mais sensível mostrando que nas concentrações de 19 e 6 mg/L, o

licor pirolenhoso e a fração fenólica, respectivamente, apresentaram efeitos tóxicos a células

vivas. Observou-se que Daphnia magna foi capaz de suportar concentrações de licor

pirolenhoso e fenóis, aproximadamente dez vezes superiores àquela tolerada pelas

bactérias do teste MicrotoxTM

Quadro 18 - Resultado dos teste de avaliação de toxicidade aguda

Amostra Daphnia magna 24-horas EC50

Teste MicrotoxTM 30-min EC50 (mg/L)

Licor Pirolenhoso Total 170 (105-235)* 19 (15-21)

Fra;cão Fenólica 68 (33-103) 6 (5-7)

* Intervalo de Confiaça para EC50 com 95% de probabilidade

Fonte : Pimenta et al. (1999)

1.18 - Avaliação da Mutagenicidade



77

Para avaliar a mutagenicidade do licor pirolenhoso e da fração de PAHs foi

utilizado o teste MutatoxTM, também desenvolvido em escala comercial pela Microbics

Corporation. Esse teste utiliza a linhagem M169 liofilizada da bactéria luminescente Vibrio

fisheri, após reidratação. A linhagem M169 é incapaz de emitir luz a não ser que sofra

mutação genética. Diferentes efeitos mutagênicos, tais como, inibição da síntese do DNA,

substituição de bases, danos ou alterações na estrutura do DNA e intercalação na estrutura

do DNA, resultam em emissão de luminescência por esta linhagem de bactéria. Desta

forma, efeitos mutagênicos podem ser detectados através da capacidade que um

determinado poluente tem de restaurar o estado luminescente das bactérias M169. Este

bioensaio pode ser conduzido diretamente ou após ativação metabólica exógena com

homogenato de fígado de rato (S9). Os procedimentos do teste incluem uma diluição inicial

da amostra de 50% no meio de cultura MutatoxTM, seguida por oito diluições adicionais

conforme o método desenvolvido e validado pela Microbics Corporation para amostras

ambientais. A luz emitida pelas bactérias nos meios de controle, nos solventes de controle e

nas amostras diluídas são medidas após 16,20 e 25 horas de incubação a 27 0C. Mudanças

na luminescência são monitoradas com o espectrofotômetro Microbics 500. Todas as

amostras foram avaliadas com e sem ativação metabólica exógena usando o homogenato

de fígado de rato (S9). Controles positivos e negativos foram utilizados para mensurar a

sensibilidade do ensaio, consistindo de uma solução de fenol em metanol na concentração

de 200 mg’L como controle de genotoxinas sem adição de S9, e uma solução de 2-

nitroguanidina em dimetilsulfóxido (DMSO) como controle para progenotoxinas com adição

de S9.

O acréscimo na intensidade de luz emitida pela linhagem M169 neste teste

indica o grau de mutagenicidade ou genotoxicidade que são avaliados de acordo com os

critérios estabelecidos por JOHNSON. A resposta é dita positiva quando a emissão de luz

for no máximo 100 e no mínimo 3 vezes maior que a média da emissão de luz do controle

negativo. O DRN (dose response number) ou número de resposta à dosagem é definido

como o número de respostas positivas obtidas a diferentes concentrações do poluente por

série de diluições e o DRN médio a partir das incubações a 16, 20 e 24 horas é também

calculado. A LDCV (lowest detected concentration) ou concentração capaz de causar efeitos

genotóxicos por série de diluições. Assim, tendo em conta esses valores, uma amostra é

dita genotóxica ou mutagênica quando o DRN médio das incubações a 16, 20 e 24 horas for

maior ou igual a 3 e um mínimo de duas respostas positivas em diferentes concentrações. A

amostra é dita supostamente genotóxica quando o DRN for menor que 3 e maior que zero e,



78

finalmente, não genotóxica quando não há resposta positiva nas séries de diluições em 16,

20 e 24 horas.

Avaliando-se os efeitos mutagênicos do licor pirolenhoso e da fração de PAHs

pelo teste MutatoxTM , observou-se que o licor pirolenhoso bruto não apresentou quaisquer

desses efeitos com ou sem ativação metabólica exógena por adição de S9. Também a

avaliação direta da fração de PAHs não levou à detecção de efeitos genotóxicos. Entretanto,

o quadro 5 mostra que, após ativação por adição de S9, resultados claramente positivos de

genotoxidade para a fração de PAHs foram obtidos nas séries de diluições com doses na

concentração de 1/400, após 16, 20 e 24 horas de incubação e também na concentração de

1/800. O DRN calculado foi igual a 1,6, o que leva a concluir que a fração de PAHs isolada a

partir do licor pirolenhoso é supostamente genotóxica com uma concentração mínima

detectada (LDC) de 375ug/L. Em outras palavras, a partir dessa concentração a fração de

PAHs é capaz de induzir mutações na linhagem M169 das bactérias Vibrio fisheri.

Quadro 19 - Resultados do teste MutatoxTM para a fração de PAHs do Licor Pirolenhoso de Eucalyptus grandis

Parâmetros Direta Após Ativação (S9)

Número de Resposta à dosagem (DRN s.d.) 0 1,6 0,58

Concentração Mínima Detectada LDC (ug/L) 0 375

Tempo* (horas) 0 16,2

Avaliação Não Genotóxico Supostamente

Genotóxico

* Tempo de Exposição

Observou-se que os PAHs estão em concentrações da ordem de ppm no licor

pirolenhoso, enquanto a concentração mínima detectada (LDC) capaz de causar efeitos

mutagênicos foi da ordem de ppb. De acordo com PAKDEL & ROY, no licor pirolenhoso, os

PAHs e também a fração fenólica estão em íntima associação com o piche do alcatrão e

apenas traços de PAHs podem ser encontrados na fração aquosa. Esse fato poderia

explicar os resultados negativos obtidos para a avaliação do licor pirolenhoso de Eucalyptus

grandis, uma vez que os PAHs estão fortemente adsorvidos no piche isso os tornaria menos

disponíveis para o contato com as bactérias. Outra possibilidade seriam interações

antagônicas com outras classes de compostos que seriam capazes de suprir os efeitos

genotóxicos dos PAHs. Esse tipo de interação antagônica foi relatado anteriormente para

amostras ambientais complexas.



79

1.19 - Estimativa da Quantidade de Poluentes Emitidos na

Carbonização de Eucalipto

Não pode ser definida uma regra geral para a produção de substâncias nos

processos de carbonização porque são várias emissões diferentes resultantes da utilização

de vários tipos de fornos e também diferentes conduções dos processos. Entretanto, sabe-

se que os níveis máximos das emissões ocorrem durante a fase exotérmica do processo,

quando a madeira passou por muitas transformações.

Em relação às emissões um dos parâmetros mais importantes da carbonização

é a temperatura final do processo. Em temperaturas elevadas o rendimento em carvão

vegetal diminui, enquanto o rendimento em gases e líquidos condensáveis aumentam.

Como foi citado acima, outro fator importante quanto a emissão dos efluentes é

o tipo de forno utilizado no processo. Carbonizações realizadas em retortas geram menor

quantidade de gases do que os processos convencionais, e quando utiliza-se a reciclagem

de gases quentes a emissão torna-se bem menor e conseqüentemente melhora a eficiência

do processo.

É de fundamental importância a quantificação das emissões gasosas, pois a

maioria dos processos não utilizam o sistema de reciclagem de gases gerando grandes

quantidades de compostos nocivos. Dentre esses compostos podemos citar o CO2 e CO

que estão presentes em grandes quantidades na fumaça da carbonização, conforme

mostrado no quadro a seguir.

Quadro 20 - Emissões do Processo de Carbonização

Composto Fator de Emissão (Kg/t de carvão)

CO2

CO

Breu

Ácidos

Hidrocarbonetos

Compostos Fenólicos

Compostos Furfurílicos

Hidrogênio

370 - 1100

140 - 320

100 - 260

60 - 180

50 - 70

6 - 13

4 - 25

4 – 15



80

Em estudos realizados na França por MEZERETTE & PHILIPPE utilizando-se

duas espécies arbóreas (Carvalho e Abeto) na produção de carvão, estimou-se a

concentração de Substâncias Orgânicas Policíclicas, nas quais estão incluídas os PAHS,

em 50 mg/Nm3, com um fator de emissão de 1,35 Kg/ton de carvão obtido, o que é muito

alto considerando a toxicidade destas substâncias.

Medições diretas dos Compostos Orgânicos Nitrogenados não foram realizadas,

entretanto, segundo ESSAYEGH, citado por MEZERETTE E GIRARD estes grupos de

compostos são responsáveis por 2,4% do alcatrão. Apesar de não serem quantificados

diretamente, por extrapolação dos resultados obtidos nestes estudos, o fator de emissão

para esses compostos podem ser estimados em 0,8 Kg/ton de carvão obtido.

Estudos realizados para estimar a quantidade de poluentes emitidos na

carbonização de Eucalyptus grandis foram realizados por PIMENTA. Considerando que por

volta de 12,5 x 106 toneladas de lenha de eucalipto são consumidas anualmente no Brasil

para produção de carvão vegetal, e de acordo com os fatores de emissão demonstrado em

seu trabalho e apresentados no quadro abaixo:

Quadro 21- Fator de Emissão dos principais poluentes emitidos na carbonização de Eucalyptus grandis

Principais poluentes Fator de Emissão (Kg/ton)*

Licor Pirolenhoso Total 465

Fenóis 40

PAHs 0,02

GNC 160

* Em relação ao peso de lenha seca

Estimamos que as emissões teóricas dos principais poluentes que são liberados

para o ambiente a partir dos fornos de carbonização de lenha são as seguintes conforme

demonstrado no quadro abaixo.

Quadro 22 - Estimativa das Emissões Teóricas dos Principais Poluentes Emitidos na Carbonização de Eucalyptus grandis

Principais Poluentes Emissões Teóricas (ton/ano)*

Licor Pirolenhoso 5,8 x 106

Fenóis 0,5 x 106

PAHs 0,25 x 106

Gases Não Condensáveis CO2

(2 x 106)

1,14 x 106



81

CO CH4 CnHm

0,66 x 106 0,16 x 106 0,04 x 106

* Em relação ao peso inicial de lenha seca

Baseado nestes resultados, é de fundamental importância que se incentive a

utilização de processos modernos de produção de carvão vegetal e se tome medidas para

controlar as emissões desses compostos poluente.

1.19.1 - Comparação entre Carvão Vegetal e Carvão Mineral

A utilização de carvão mineral e coque como fontes energéticas no Brasil

representam 0,82 e 2,99% respectivamente, contra 2,04% de carvão vegetal.

Estes são dados relevantes, considerando-se o aspecto ambiental, pois o

carvão mineral é uma fonte energética na qual sua utilização produz teores elevados de

compostos poluentes comparando-se com o carvão vegetal.

Dados encontrados na literatura sobre o assunto, demonstram que na

composição do carvão mineral, o teor de enxofre e cinzas, em base seca, são de 1,2 e

45,0% respectivamente, enquanto o carvão vegetal apresentam teores bem inferiores na

ordem de 0,5 e 1,5% para os mesmos componentes.

O carvão mineral é bastante utilizado na metalurgia nacional, sendo que para

sua utilização é necessário que o mesmo passe por um processo de coqueificação. Este

processo apresenta um rendimento de 80% em coque, 12% de gases e 3% de alcatrão.

Um dos principais compostos, do ponto de vista ambiental, liberados no

processo de produção do coque são os PAHs, que conforme já citado no processo de

carbonização podem provocar efeitos deletérios à saúde humana.

Estudos realizados nos EUA com amostras de ar coletados nos locais de

produção de coque, demonstraram que as emissões alcançaram concentrações de

poluentes entre 0,40 e 3,0 mg/m3. Valores estes que devem ser considerados com

preocupação, pois a U.S EPA recomenda que para locais de trabalho com produtos a base

de carvão mineral, devem ser seguidos os limites citados abaixo:

Alcatrão Mineral: 0,1 mg/m3 de ar (10 horas time weighted average);

Forno de coqueria: 0,15 mg/m3 de ar (8 horas TWA);



82

Exposição ocupacional a voláteis de piche de alcatrão mineral: 0,2 mg/m3 de ar

(8 horas TWA).

Não foi encontrado dados sobre as estimativas das quantidades desses

principais poluentes produzidos na produção do coque e também na sua utilização nos alto-

fornos no Brasil, para se fazer um estudo comparativo com as emissões da carbonização.

Porém por se tratar de uma fonte não renovável na qual não apresenta um balanço

favorável da emissão de CO2 e produz um elevado teor de enxofre, conclui-se que a sua

utilização é mais prejudicial ao ambiente do que o carvão vegetal.

1.20 - Medidas de Controle da Poluição

Como no Brasil o carvão vegetal é essencialmente produzido em sistemas

rudimentares de carbonização, as alternativas para redução da poluição tornam-se inviáveis

pois implicariam em aumento do custo de produção.

Porém, diversos sistemas de redução e controle da poluição são estudados e

utilizados para resolver os problemas causados pelas emissões de poluentes e para

recuperar os gases produzidos. Dentre esses métodos podemos citar:

1.20.1 - Incineradores

Os altos valores dos vapores produzidos na carbonização (contendo gases e

alcatrão) já é motivo suficiente para justificar um sistema de recuperação.

Esta recuperação dos gases pode melhorar consideravelmente os rendimentos

do processo em conversão energética se a energia derivada dos mesmos for reciclada para

dentro do processo.

Nos processos de produção de carvão vegetal utilizando fornadas descontinuas,

vários reatores podem ser acoplados para operar em seqüência, evitando as variações na

qualidade do vapor produzido.

Um exemplo destas medidas de controle da poluição com a recuperação dos

gases produzidos durante o processo de carbonização foi desenvolvido pela Sonocarb.

Neste sistema a fumaça recuperada é incinerada e a energia produzida é utilizada para

secar a madeira que vai ser carbonizada e uma substancial quantidade de energia

remanescente no processo pode ser utilizada em outras atividades.



83

Alguns resultados conseguidos no controle das emissões poluentes com a

instalação de incineradores pode ser vista no quadro a seguir.



84

Quadro 23 - Desempenho de um incinerador das emissões da carbonização

Ponto de Prova Antes do

Incinerador Depois do

Incinerador

Concentração de Poluentes (mg/Nm3/h) Saída de Gases (Nm3/h) Temperatura Média (0C) Conteúdo de CO (% gases) Conteúdo de CO2 (% GASES) Conteúdo de O2 (% Gases) Conteúdo de Nox (ppm) Conteúdo Total de Hidrocarbonetos (ppm)

50000 550 90 3 5

15 --

12000

2 5700 430 -- 6 15

40 - 55 20 - 30

Os resultados mostrados no quadro acima demonstram a alta eficiência da

incineração dos gases da carbonização, além disso, uma quantidade substancial de energia

utilizável é produzida.

Outro fator muito importante é que com a instalação deste sistema de

recuperação da fumaça, as condições de trabalho nas plantas de carbonização são

consideravelmente melhoradas.

1.20.2 - Reciclagem de Gases e Recuperação do Alcatrão

A não utilização deste sistema, tanto em processos convencionais como em

processos mais modernos e eficientes de carbonização como as retortas, reside no fato de

que nem sempre o retorno financeiro é compatível com o valor investido.

Como já foi dito anteriormente, os principais sub-produtos da carbonização

estão contidos nos GNC e nos COC que apresentam as frações mais importantes do ponto

de vista ambiental.

Na fração viscosa dos COC esta contido o alcatrão insolúvel que é constituído

de um grande número de substâncias tóxicas e poluentes que por questões ambientais seria

ideal que não fossem emitidas para a atmosfera.

O alcatrão durante o processo de carbonização se apresenta na forma de névoa

(gotículas suspensas no fluxo gasoso) e os equipamentos de recuperação promovem a

condensação dessas gotículas através de aspersão, aumentando a velocidade e

promovendo o impacto das mesmas sobre anteparos (ciclones) nos quais é realizado a

captação do alcatrão.

Como o processo de obtenção de produtos químicos através do fracionamento

do alcatrão não é economicamente viável, uma alternativa de uso do alcatrão é exatamente



85

a sua recuperação e utilização como óleo-combustível pesado substituindo o óleo-

combustível de origem fóssil, apresentando algumas vantagens como por exemplo:

É um combustível praticamente isento de cinzas e enxofre;

A sua fluidez é adequada para combustão em queimadores;

Para empresas produtoras de carvão vegetal, o alcatrão é considerado um

resíduo do processo, sendo que este pode ser utilizado para gerar energia.

1.20.3 - Separação dos Pós e Partículas

A separação é realizada utilizando-se a força centrífuga através de ciclones, que

são dimensionados de acordo com os fluxos e diâmetro das partículas.

Como estes ciclones não tem uma eficiência de 100% torna-se necessário a

instalação de exaustores após os ciclones que funcionam como agentes de aglomeração de

partículas que por apresentarem diâmetros muito pequenos não são coletados nos ciclones.

Para aumentar a eficiência do sistema depois dos exaustores deve ser

instalados filtros que irão reter essas partículas de diâmetros reduzidos, que

conseqüentemente não serão liberadas para a atmosfera causando problemas ambientais.

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Documents

Apostila - Energia Da Madeira 2008