DETERMINAÇÃO DE FATORES DE EMISSÃO DAS PRINCIPAIS ESPÉCIES QUÍMICAS LIBERADAS NA COMBUSTÃO DE BIOMASSA DA AMAZÔNIA

DETERMINAÇÃO DE FATORES DE EMISSÃO DAS PRINCIPAIS ESPÉCIES QUÍMICAS LIBERADAS NA COMBUSTÃO DE BIOMASSA DA AMAZÔNIA

Introdução Introdução As queimadas na Amazônia correspondem aproximadamente 70% das emissões

brasileiras de gases do efeito estufa. O objetivo das queimadas é fazer uma limpeza no terreno a baixo custo, eliminando a vegetação natural para implantação de pasto ou de culturas agrícolas. A queima de biomassa emite uma mistura complexa de gases e particulados na atmosfera, sendo estimado que os gases provenientes dessa queima contribuem com cerca de 20% para o aquecimento do planeta.

A composição desses gases depende do tipo de combustível e das características do fogo. Essas características incluem parâmetros como composição do combustível e teor de umidade, carga do combustível e intensidade de chama, meteorologia (condições de vento) e tipo de combustão, ou seja, na forma de chama e/ou na forma de um carvão incandescente.

Substanciais aumentos destas emissões são projetados para o futuro, caso não sejam controlados estes desmatamentos. Logo, a quantificação destas emissões são essenciais para predizer impactos ambientais.

Materiais e Métodos Materiais e Métodos

A amostra de biomassa a ser queimada é colocada em um dispositivo de queima de 1 m2 montado dentro de um container. O dispositivo é posicionado sobre uma balança, para o registro da massa, e sob uma coifa acoplado a uma chaminé, para a condução dos gases para o exterior do container (fig. 2). Na chaminé está instalado um exaustor axial, com controle de rotação, para exaustão dos gases de combustão e sensores para quantificar a vazão na chaminé. Uma bomba de diafragma succiona amostras dos gases através de sondas instaladas nesta chaminé e os conduz por uma tubulação onde existem filtros para retenção de particulados e banhos térmicos para retenção de umidade e alcatrão. Após este tratamento, as amostrar fluem para os analisadores de gases onde são determinados as concentrações dos gases CO2, CO, NOX e hidrocarbonetos não queimados (HC). Todas as variáveis são transmitidas em tempo real para um sistema de aquisição de dados onde são registradas de maneira contínua durante o ensaio. Abaixo é apresentado o fluxograma do processo (fig. 1).

Turíbio G. Soares Neto (LCP/INPE) – turibio@lcp.inpe.brJoão A. de Carvalho Jr. (FEG/UNESP) – joao@feg.unesp.brRodrigo Gomes Azevedo (LCP/INPE)Rodrigo Andrade Oliveira (LCP/INPE)Weriton Renan Rodrigues Fidalgo (LCP/INPE)Ernesto Celestino Alvarado (University of Washington)José Carlos dos Santos (LCP/INPE)

Turíbio G. Soares Neto (LCP/INPE) – turibio@lcp.inpe.brJoão A. de Carvalho Jr. (FEG/UNESP) – joao@feg.unesp.brRodrigo Gomes Azevedo (LCP/INPE)Rodrigo Andrade Oliveira (LCP/INPE)Weriton Renan Rodrigues Fidalgo (LCP/INPE)Ernesto Celestino Alvarado (University of Washington)José Carlos dos Santos (LCP/INPE)

Dispositivo ExperimentalDispositivo

Experimental

ObjetivosObjetivos

Este trabalho tem como objetivo:

• Estudar em laboratório as concentrações das principais espécies químicas liberadas durante a combustão de diferentes espécies de biomassa; • Identificar as diversas fases da queima de amostras e os principais gases emitidos nestas fases de combustão;• Quantificar os fatores de emissões dos principais gases e comparar com os dados obtidos em campo.

Figura 3: Resultados normalizados para a espécie Quina

Resultados e DiscussãoResultados e Discussão

ChaminéChaminé FiltrosFiltros Banhos TérmicosBanhos Térmicos

AnalisadoresAnalisadoresSistema de Aquisição

de Dados

Sistema de Aquisição de Dados

Figura 1: Fluxograma do Processo de amostragem e análise dos Gases

Parte Experimental

Parte Experimental

Figura 2: Balança e prato para testes de queima de biomassa e coifa da chaminé.

Em cada experimento, a biomassa a ser queimada foi constituída de apenas uma espécie nativa da Floresta Amazônica. A massa utilizada foi constituída de 90% de galhos com seção inferior a 2 cm2 e o restante liteira (ramificações fina e folhas). A ignição foi realizada com um maçarico alimentado a GLP. A umidade da amostra foi determinada por secagem em estufa a 85º C. Para a comparação das emissões dos gases, as concentrações foram normalizadas e plotadas em um mesmo gráfico (fig. 3).

Quina 10º - 29/03/2007 - Dados Normalizados

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

42 242 442 642 842 1042 1242

Tempo (s)

X/X

máx

Massa CO2 CO NOx T-ch UHC

Um dos experimentos foi realizado com uma amostra de biomassa da espécie Quina (Aspidosperma discolor A. DC.) com massa total de 1,510 kg. As concentrações dos gases, a temperatura e a massa de biomassa no experimento são mostrados no gráfico da Fig. (3) normalizados. A Tabela 1 apresenta as concentrações máximas e médias obtidas no experimento, bem como o fator de emissão calculado para esta espécie química analisada. A Tabela 2 mostra as médias e os desvios padrão dos fatores de emissão dos principais gases para todos os experimentos realizados em laboratório e os resultados obtidos em campo.

CO2 CO NOX UHC1

Emissão Máxima [ppmV] 9966 237 24,2 177

Emissão Média [ppmV] 7249 171 19,7 52,6

Fator de Emissão [g/Kg] 1594 38 4,4 11,7

Tabela 1 – Emissão máxima, emissão média e fator de emissão para a espécie quina

- boa concordância entre FE de campo e laboratório em relação ao CO2. - valores médios de FE de CO é mais baixo em laboratório devido a diferença da eficiência de combustão.- a queima apenas de liteira mostrou valores de FE de CO e de hidrocarbonetos na ordem de 85 g/Kg e de 12 g/Kg respectivamente e mais próximos dos valores de campo.- Valores de FE de UHC são similares.-CO2 e NOX são emitidos principalmente na fase de chama, enquanto CO e UHC na fase incandescência.- Cerca de 75% da biomassa é consumida na fase de chama.

CO2 CO NOX UHC

FE médio em laboratório1 1565 50,3 2,74 14,2

Desvio Padrão em laboratório 128 17,1 0,75 5,9

FE de campo2 1599 111 - 14,8

Tabela 2 – Fatores de Emissões (FE) obtidos em laboratório e campo

Conclusão Conclusão • Concordância entre os resultados obtidos na queimada real na floresta com os obtidos em laboratório para o CO2 e UHC;• Valores mais baixos para CO devido a menor proporção de liteira e eficiência de combustão;• Facilidade de obtenção dos FE em laboratório sem a necessidade de ir a floresta para realizar a queima;• A relativa simplicidade do dispositivo experimental.

Referências Bibliográficas Referências Bibliográficas Soares Neto, T.G.; Carvalho, J.A.; Veras, C.A.G.; Alvarado, E.C.; Gielow, R.; Lincoln, E.N., Christian, T.J.; Yokelson, R.J.; Santos, J.C.; Biomass consumption and CO2, CO and main hydrocarbon gas emissions in an Amazonian forest clearing fire, Atmospheric Environment, Accepted for Publication, DOI 10.1016/j.atmosenv.2008.07.063, 2008.

Alvarado, E; Soares Neto, T. G.; de Carvalho, J.A.; Gurgel Veras, C.A.; Lincoln, E.N.; Yokelson,R.; Hao, W.M.; dos Santos, J.C.; Biomass Connsumption, CO2, CO and Main Hydrocarbon Gas Emissions in an Amazonian Forest Clearing Fire. 2006 AGU Fall Meeting – San Francisco, CA - USA.

Lobert, J.M.; Scharffe, D.H.; Hao, W.M.; Kuhlbusch, T.A.; Seuwen, R.; Warneck, P.; Crutzen, P.J., 1991, Experimental evaluation of biomass burning emissions: nitrogen and carbon containing compounds. In: J. S. Levine (editor). Global Biomass Burning: Atmospheric, Climatic, and Biospheric Implications, pp 289 - 304. MIT Press.

Agradecimentos Agradecimentos À FAPESP pelo apoio financeiro – Processo nº 2002/08964-4

Ao CNPq pelo apoio no Programa PIBIC/INPE/CNPq

1 – Hidrocarbonetos não queimados.

2 – valor médio relativo a 15 min fase chama, 15 min fase intermediária e 30 min fase incandescência. 1 – valor médio relativo a 51 experimentos com duração em torno de 25 min cada.