PARMETROS DE QUALIDADE DA MADEIRA E DO CARVO VEGETAL DE

CLONES DE EUCALIPTO

ROSIMEIRE CAVALCANTE DOS SANTOS

2010

ROSIMEIRE CAVALCANTE DOS SANTOS

PARMETROS DE QUALIDADE DA MADEIRA E DO CARVO VEGETAL DE CLONES DE EUCALIPTO

Tese apresentada Universidade Federal de Lavras, como parte das exigncias do Programa de Ps-Graduao em Cincia e Tecnologia da Madeira, rea de concentrao em Processamento e Utilizao da Madeira, para a obteno do ttulo de Doutora .

Orientador Prof. Lourival Marin Mendes

LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL

2010

Ficha Catalogrfica Preparada pela Diviso de Processos Tcnicos da Biblioteca Central da UFLA

Santos, Rosimeire Cavalcante dos. Parmetros de qualidade da madeira e do carvo vegetal de clones de Eucalipto / Rosimeire Cavalcante dos Santos. Lavras : UFLA, 2010.

159 p. : il.

Tese (doutorado) Universidade Federal de Lavras, 2010. Orientador: Lourival Marin Mendes. Bibliografia.

1. Qualidade da madeira. 2. Carvo vegetal. 3. Clones de Eucalipto. I. Universidade Federal de Lavras. II. Ttulo.

CDD 634.97342 674.12

ROSIMEIRE CAVALCANTE DOS SANTOS

PARMETROS DE QUALIDADE DA MADEIRA E DO CARVO VEGETAL DE CLONES DE EUCALIPTO

Tese apresentada Universidade Federal de Lavras, como parte das exigncias do Programa de Ps-Graduao em Cincia e Tecnologia da Madeira, rea de concentrao em Processamento e Utilizao da Madeira, para a obteno do ttulo de Doutora .

APROVADA em 23 de abril de 2010

Profa. Anglica de Cssia Oliveira Carneiro UFV

Profa. Ana Mrcia Macedo Ladeira Carvalho UFV

Prof. Daniel Cmara Barcellos UNIPAC

Prof. Paulo Fernando Trugilho UFLA

Prof. Lourival Marin Mendes UFLA

(Orientador)

LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL

Por um considervel e longo tempo eu contava os dias no calendrio,

torcendo para que aquela fase longe de casa passasse logo. Depois, as

conquistas e recompensas deram lugar calma, sem, no entanto, abandonar os

dias que se passavam e, supostamente, me trariam de volta pra casa . Mas, tudo

em volta era a minha casa e eu no tinha mais como explicar aquela sensao de

ausncia.

Foram muitas sensaes e desafios que serviram, especialmente, para

reafirmar o amor incondicional da minha me por mim e me trazer novos laos

firmes e fortes para que eu me mantivesse confiante em mim mesma. E agora eu

reconheo que aqui est a minha herana que, de um lado, amor e, do outro,

sobrevivncia e esperana de, ainda, voltar pra casa , como se fosse preciso, o

tempo todo, esquecer a ideia da recompensa e da glria, e ser, como se j no

fssemos, vigiados pelos prprios olhos severos conosco, pois o resto no nos

pertence.

A Anglica de Cssia Oliveira Carneiro, carinhosamente conhecida por

Cassinha , pela amizade to plena e despretensiosa de si mesma.

OFEREO

Ao meu pai, Francisco Assis dos Santos (In memoriamn) e a minha me, Maria

das Neves Cavalcante que, por escolha, dedicaram seus dias ao amor, desde a

minha chegada em suas vidas e a minha amiga Liege Fernandes de Arajo.

DEDICO

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus, pela vida, pelas novas conquistas e pela fora interior,

que a minha maior caracterstica quando preciso vencer obstculos.

A minha me, por ter me acompanhado, tambm, nessa nova conquista,

continuando a dar uma lio do que amor de me.

A Liege, por dividir comigo os momentos felizes e, especialmente, os

difceis da minha vida.

Anglica de Cssia, por me levar ao mundo dos conhecimentos de

forma to exigente, carinhosa e dedicada. Com certeza, seu apoio me deu

suporte e foi a base para tudo que eu conquistei na minha vida acadmica, desde

que a conheci.

A Simonne, por compartilhar comigo a minha casa e a minha me e que

me fez sentir o quanto deve ser bom ter irmos e poder contar com eles.

A dona Teresinha, por ter cuidado to bem da minha me, enquanto

estivemos em Lavras.

A Marilane e a Tnia, pela ateno dispensada a minha me.

A todos os amigos do Programa de Ps-Graduao em Cincia e

Tecnologia da Madeira da UFLA, especialmente, Marisa, Selma e Claudinia.

A Renato Castro, Renatinho da UFV e ao Allan, da UFLA, pela

assistncia no desenvolvimento do trabalho.

Aos funcionrios do Laboratrio de Painis e Energia da Universidade

Federal de Viosa, pelo apoio.

Universidade Federal de Lavras e ao Departamento de Cincias

Florestais, pela oportunidade de realizao do doutorado.

Universidade Federal de Viosa e ao Departamento de Cincias

Florestais, pela parceria na realizao deste trabalho.

Sada Bioenergia, pela concesso do material para o desenvolvimento

da pesquisa.

Capes, pela concesso da bolsa de estudos.

Ao professor Lourival Marin Mendes, pela orientao e amizade durante

todo o perodo em que trabalhamos juntos.

Ao professor Jos Roberto Scolforo, pelo apoio mais que decisivo nas

questes pessoais.

Aos professores e funcionrios do curso de Cincia e Tecnologia da

Madeira da UFLA e do Departamento de Cincias Florestais, especialmente

Paulo Trugilho e Jos Tarcsio, e s funcionrias Cristiane, Francisca e

Terezinha.

SUMRIO

Pgina

LISTA DE FIGURAS............................................................................................ i LISTA DE TABELAS .......................................................................................... ii RESUMO............................................................................................................. iii ABSTRACT ........................................................................................................ iv 1 INTRODUO ................................................................................................. 1 2 REFERENCIAL TERICO .............................................................................. 4 2.1 O gnero Eucalyptus ....................................................................................... 4 2.2 Contexto energtico brasileiro ........................................................................ 7 2.2.1 Crise no setor de produo de carvo......................................................... 16 2.3 Propriedades da madeira para produo de carvo vegetal........................... 17 2.3.1 Densidade bsica........................................................................................ 18 2.3.2 Composio qumica.................................................................................. 20 2.3.2.1 Composio elementar ............................................................................ 20 2.3.2.2 Composio qumica estrutural ............................................................... 22 2.3.2.2.1 Celulose................................................................................................ 23 2.3.2.2.2 Hemiceluloses ...................................................................................... 24 2.3.2.2.3 Lignina ................................................................................................. 25 2.3.2.2.4 Extrativos ............................................................................................. 31 2.3.3 Composio anatmica das folhosas qualidade das fibras ...................... 32 2.3.4 Poder calorfico .......................................................................................... 34 2.3.5 Anlise termogravimtrica (TGA) ............................................................. 36 2.4 Carbonizao da madeira .............................................................................. 39 2.5 Parmetros para avaliao da qualidade do carvo vegetal .......................... 43 2.6 Correlaes entre as propriedades da madeira e do carvo........................... 47 3 MATERIAL E MTODOS ............................................................................. 50 3.1 Material utilizado .......................................................................................... 50 3.2 Preparo das amostras..................................................................................... 51 3.2.1 Anlise qumica da madeira ....................................................................... 51 3.2.1.1 Composio qumica ............................................................................... 51 3.2.1.2. Relao siringil/guaiacil......................................................................... 52 3.2.1.3. Composio elementar ........................................................................... 53 3.2.2 Anlise fsica da madeira ........................................................................... 53 3.2.2.1 Determinao da densidade bsica da madeira ....................................... 53 3.2.3 Anlise anatmica da madeira.................................................................... 54 3.2.4 Anlise termogravimtrica da madeira ...................................................... 54 3.3 Carbonizao e rendimentos gravimtricos .................................................. 55 3.4 Propriedades do carvo ................................................................................. 56 3.4.1 Anlise qumica imediata ........................................................................... 56

3.4.1.1 Rendimento gravimtrico em carbono fixo............................................. 57 3.4.2 Densidade relativa aparente ....................................................................... 57 3.4.3 Determinao do poder calorfico superior ................................................ 57 3.5 Clculos das estimativas de massa ................................................................ 58 3.6 Anlise estatstica do experimento................................................................ 59 4 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................... 60 4.1 Propriedades da madeira ............................................................................... 60 4.1.1 Densidade bsica........................................................................................ 60 4.1.2 Dimenses das fibras.................................................................................. 62 4.1.3 Poder calorfico superior da madeira ......................................................... 65 4.1.4 Propriedades qumicas da madeira............................................................. 67 4.1.4.1 Composio elementar ............................................................................ 67 4.1.4.2 Composio qumica (extrativos, lignina total e holocelulose)............... 69 4.1.4.3 Relao siringil/guaiacil.......................................................................... 73 4.1.5 Anlises termogravimtrica e trmica diferencial da madeira (TGA e DTA)........................................................................................ 75 4.2 Rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, gases condensveis, gases no-condensveis e em carbono fixo......................................................... 82 4.3 Anlise qumica imediata .............................................................................. 86 4.4 Densidade relativa aparente .......................................................................... 89 4.5 Poder calorfico superior do carvo .............................................................. 91 4.6 Correlaes entre as propriedades da madeira e as do carvo ...................... 92 4.7 Estimativas da massa seca, massa de lignina total, produo de carvo vegetal e energia por hectare ............................................................ 106 5 CONCLUSES.............................................................................................. 108 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................. 110 ANEXOS .......................................................................................................... 123

i

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 Oferta interna de energia no Brasil, em 2008 (%)............................8 FIGURA 2 Produo de lenha de floresta plantada (t) no Brasil, srie

histrica, por municpio..................................................................12 FIGURA 3 Produo de carvo vegetal de florestas plantadas (t), no Brasil,

srie histrica, por municpio. ........................................................15 FIGURA 4 Estrutura qumica dos precursores bsicos das principais

unidades aromticas presentes na molcula de lignina. (a) lcool p-cumarlico, (b) lcool coniferlico e (c) lcool sinaplico. ..........27

FIGURA 5 Principais unidades aromticas presentes na molcula de lignina. 27 FIGURA 6 Estrutura proposta para a lignina presente em madeira das

angiospermas. .................................................................................29 FIGURA 7 Massas finais dos componentes da madeira versus temperatura de

carbonizao...................................................................................38 FIGURA 8 Densidade bsica das madeiras de diferentes clones de eucalipto. 60 FIGURA 9 Dimenses das fibras em funo do material gentico. .................62 FIGURA 10 Comprimento das fibras em funo do material gentico. .............63 FIGURA 11 Poder calorfico superior da madeira dos diferentes clones de

eucalipto. ........................................................................................66 FIGURA 12 Composio qumica da madeira dos diferentes clones de

eucalipto. ........................................................................................70 FIGURA 13 Relao siringil/guaiacil da madeira nos diferentes clones de

eucalipto. ........................................................................................73 FIGURA 14 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 1. .........76 FIGURA 15 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 2. .........76 FIGURA 16 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 3. .........77 FIGURA 17 Termograma e DTA da madeira para o material gentico 4. .........77 FIGURA 18 Rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, gases

condensveis e gases no condensveis obtidos de diferentes clones de eucalipto. ........................................................................82

FIGURA 20 Anlise qumica imediata do carvo vegetal obtido de diferentes clones de eucalipto. ........................................................................86

FIGURA 21 Densidade relativa aparente do carvo vegetal obtido de diferentes clones de eucalipto.........................................................90

FIGURA 22 Poder calorfico superior do carvo vegetal obtido de diferentes clones de eucalipto. ........................................................................91

ii

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 Composio elementar de diferentes tipos de biomassa. .............. 22 TABELA 2 Caractersticas tecnolgicas da madeira e do carvo de algumas

espcies de eucalipto. .................................................................... 42 TABELA 3 Informaes gerais sobre os diferentes materiais genticos

utilizados no estudo....................................................................... 50 TABELA 4 Marcha da carbonizao da madeira empregada no

experimento................................................................................... 56 TABELA 5 Composio elementar da madeira dos diferentes materiais

genticos de clones de eucalipto. .................................................. 67 TABELA 6 Perda de massa (%) dos diferentes materiais genticos em

funo das faixas de temperaturas................................................. 78 TABELA 7 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo

vegetal do material gentico um. .................................................. 93 TABELA 8 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo

vegetal. .......................................................................................... 97 TABELA 9 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo

vegetal. ........................................................................................ 100 TABELA 10 Correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo

vegetal. ........................................................................................ 103 TABELA 11 Valores do incremento mdio anual, massa seca, massa de

lignina, energia disponvel e massa de carvo vegetal referentes ao diferentes materiais genticos. ............................................... 106

iii

RESUMO

SANTOS, Rosimeire Cavalcante dos. Parmetros de qualidade da madeira e do carvo vegetal de clones de eucalipto. 2010. 159 p. Tese (Doutorado em Cincia e Tecnologia da Madeira) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.*

Este trabalho foi realizado com o objetivo geral de estudar a qualidade da madeira de diferentes materiais genticos de eucalipto para a produo de carvo vegetal. Foram utilizados quatro clones de Eucalyptus, aos sete anos de idade, provenientes de plantios comerciais, com espaamento 3 x 3 m, localizados no municpio de Carbonita, MG. Para as anlises da qualidade da madeira e do carvo foram utilizadas amostras compostas retiradas ao longo do tronco a 0%, 25%, 50%, 75% e 100% da altura comercial da rvore. O estudo das propriedades da madeira foi realizado a partir da anlise qumica, relao siringil/guaiacil, determinao da composio elementar, densidade bsica, anlise anatmica, poder calorfico superior e anlises termogravimtricas e diferencial trmica. Para a avaliao da qualidade do carvo e dos rendimentos gravimtricos foi realizada carbonizao em mufla de laboratrio sob aquecimento eltrico, com tempo total de 7 horas e taxa de aquecimento mdia de 1,07C.min-1. Posteriormente, foram determinados os teores de materiais volteis, cinzas e carbono fixo e os rendimentos gravimtricos em carvo vegetal, gases condensveis e no condensveis e o rendimento em carbono fixo. Foram ainda determinados o poder calorfico superior e a densidade relativa aparente do carvo. O experimento foi instalado segundo um delineamento inteiramente casualizado, com seis repeties. Os dados foram submetidos anlise de varincia e, quando estabelecidas diferenas entre eles, aplicou-se o teste de Tukey, a 5% de probabilidade. Para o estudo das correlaes foi empregado o coeficiente de correlao de Pearson a 5%, 10% e 15% de probabilidade. Os resultados experimentais mostraram que o carvo vegetal oriundo dos clones avaliados apresentou rendimento gravimtrico e qualidade satisfatrios; madeiras com baixa relao S/G promoveram aumento no rendimento em carvo vegetal; os comportamentos da madeira dos diferentes clones foram bem semelhantes quanto s perdas de massa, numa mesma estreita faixa de temperatura; o clone sete se destacou por apresentar maior resistncia degradao trmica com maior rendimento em carvo vegetal.

Palavras-chave: qualidade da madeira, carvo vegetal, clones de eucalipto.

* Comit Orientador: Lourival Marin Mendes (Orientador) - UFLA, Anglica de Cssia Oliveira Carneiro - UFV, Setsuo Iwakiri

UFPR, Paulo Fernando Trugilho UFLA e Fbio Akira Mori UFLA.

iv

ABSTRACT

SANTOS, Rosimeire Cavalcante dos. Quality parameters of wood and charcoal from eucalyptus clones. 2010. 159 p. Thesis (Doctors in Wood Science and Technology) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG.*

The main objective of this research was to study the quality of wood from different genetic eucalyptus materials used for charcoal production. Four Eucalyptus clones were used, at seven years old, came from commercial crops that had a 3 x 3 m spacing, located at the city of Carbonita/MG. Composed samples of all long the trunk were collected at 0,25, 0,50, 0,75 e 100% of the commercial height of the tree, for the purpose of wood and charcoal quality analysis. The study of the wood properties was done through a chemistry analysis, siringil/guaiacil relation, elementary composition, basic density, anatomical analysis, calorific value and thermogravimetric and differential thermic tests. For the charcoal quality evaluation and the gravimetric efficiency, a carbonization in laboratory furnace was done, under electrical heating with total time of 7 hours and heating middle taxes of 1,07C.min-1.. After this, the determination of the levels of volatile materials, ash, fixed carbon, the charcoal gravimetric efficiency, condensable and non-condensable gases, and the fixed carbon efficiency were done. Although, the high calorific value and the relative density from the charcoal were determined. The experiment was installed on entirely casualised delineation, with six repetitions. The obtained data were submitted to analysis of variance and when differences were established, a Tukey test at 5% of probability was done. For the correlation study the Pearson correlation coefficient was used at 5, 10 and 15% of probability. The experimental results showed that the vegetal charcoal obtained from the evaluated clones presented a gravimetric efficiency and quality satisfactory; woods with low relation S/G promote increases on the vegetal charcoal efficiency, the different wood clones behavior showed quite similar in relation to the mass loss, on a thin temperature band; the clone number seven had a different perform because it present a higher resistance to the thermal degradation plus the higher vegetal charcoal efficiency.

Key-words: wood quality, vegetal charcoal, eucalyptus clones.

* Guidance Committee: Lourival Marin Mendes (Major professor)

UFLA, Anglica de Cssia Oliveira Carneiro - UFV, Setsuo Iwakiri

UFPR, Paulo Fernando Trugilho UFLA and Fbio Akira Mori UFLA.

1

1 INTRODUO

A madeira, na sua forma direta como lenha ou do seu derivado, o carvo

vegetal, um combustvel utilizado para diversos fins. Na forma slida, sob

combusto direta, seu emprego abrange desde tradicionais foges a lenha, para a

coco de alimentos, at as mais modernas caldeiras geradoras de vapor, que

operam combusto em leito fluidizado.

Como recurso energtico, a madeira tradicionalmente chamada de

lenha. Esse insumo que contribuiu de forma to marcante para o

desenvolvimento da humanidade, ao longo dos tempos, passou a ser utilizado,

alm de na forma slida, tambm como combustvel lquido e gasoso, em

processos como gerao de energias trmica, mecnica e eltrica.

Estima-se que, a cada seis pessoas, duas utilizem a madeira como

principal fonte de energia, particularmente nos pases em desenvolvimento, em

processos de secagens, coco, fermentao e produo de eletricidade, entre

outras (Food and Agriculture Organization of the United Nations - FAO, 2003).

A produo de biomassa para fins energticos tem grandes vantagens

ambientais, o que a potencializa como alternativa aos combustveis fsseis, para

a diminuio das emisses dos gases do efeito estufa.

No Brasil, o uso da madeira para a gerao de energia tem sido

historicamente relacionado produo de carvo vegetal e aos consumos

residencial, industrial e agropecurio. A produo de carvo vegetal se destaca

em decorrncia da demanda existente pelo produto junto ao setor siderrgico.

Dados da Associao Mineira de Silvicultura destacam que, em 2009, no

Brasil, foi produzido 40% do total mundial de carvo vegetal, o qual se destinou

produo de ferro gusa, ao, ferro ligas e silcio metlico. Por sua vez, o pas

consumiu cerca de 34 milhes de m3 desse insumo (Associao Mineira de

Silvicultura - AMS, 2010). O estado de Minas Gerais se destaca como maior

2

produtor e consumidor, pois possui o maior parque siderrgico a carvo vegetal

do mundo, o que contribuiu de forma direta para a participao do setor florestal

com 7% no PIB mineiro.

A madeira utilizada para a produo de carvo tem duas origens bsicas:

florestas nativas, das quais as espcies florestais so abatidas, e florestas

plantadas que, no Brasil, em sua grande maioria, so espcies do gnero

Eucalyptus. No incio da siderurgia a carvo vegetal, a madeira destinada s

carvoarias era, essencialmente, de florestas nativas, principalmente do cerrado, o

que colaborou de forma significativa para a ocorrncia de extensas reas

desmatadas (Brito & Barrichelo, 2006).

Segundo Shumacher & Poggiani (1993), no Brasil, a implantao de

macios florestais formados, em maior parte, por espcies exticas,

consequncia da evoluo de toda uma estrutura industrial que tem como

objetivo atender demanda das regies mais desenvolvidas do pas. Nesse

contexto, vrias espcies de eucaliptos foram introduzidas para atender

produo de energia e carvo vegetal.

No entanto, as variaes na qualidade da madeira de eucalipto ocorrem

na sua estrutura anatmica, na composio qumica e nas propriedades fsicas,

podendo ser detectadas significativas diferenas inter e intraespecficas

(Tomazello Filho, 1985). Essa variabilidade poder ocasionar consequncias

negativas na qualidade do carvo, as quais refletiro nas operaes dos altos-

fornos siderrgicos, visto que o carvo vegetal, alm de sofrer influncia do

sistema de produo, tambm, de forma especial, sofre influncia direta da

madeira que lhe deu origem. Por esses motivos, as empresas buscam novas

tecnologias de produo e avaliao da madeira como matria-prima para o

fornecimento de energia ou converso em carvo vegetal.

Dessa forma, considera-se que as caractersticas da madeira so

importantes parmetros de avaliao e escolha, quando se objetiva a produo de

3

carvo vegetal, alm de serem utilizadas tambm em programas de

melhoramento gentico florestal.

Assim, com base nos nmeros expressivos sobre produo e consumo de

carvo vegetal no Brasil, e em especial em Minas Gerais, como tambm na

utilizao da madeira como outras formas de energia, so necessrios estudos

sobre a qualidade da madeira, visando utilizao com fins energticos e, em

especial, para verificar a influncia das variveis ligadas s caractersticas da

madeira nas propriedades do carvo produzido.

Nesse contexto, o presente trabalho foi realizado com os seguintes

objetivos:

. objetivo geral

estudar a qualidade da madeira de diferentes materiais genticos de

eucalipto para a produo de carvo vegetal;

. objetivos especficos

1. caracterizar a madeira de quatro clones de eucalipto quanto s suas

propriedades fsicas, qumicas e anatmicas;

2. estudar a decomposio trmica da madeira por meio da anlise

termogravimtrica;

3. obter as correlaes entre as caractersticas da madeira e do carvo de

quatro clones de eucalipto;

4. estimar a massa seca da madeira sem casca, massa de lignina, massa

de carbono, massa de carvo e energia por hectare, em relao ao incremento

mdio anual;

5. avaliar, identificar e indicar, dentre os clones de eucalipto estudados,

o material gentico com maior potencial para a produo de carvo.

4

2 REFERENCIAL TERICO

2.1 O gnero Eucalyptus

A madeira, principal matria-prima utilizada pelo setor florestal para

diversos fins, obtida, em grande parte, a partir de plantios homogneos

realizados com espcies de Pinus e Eucalyptus. Segundo Silveira (2004), a

elevada utilizao do eucalipto nos reflorestamentos no Brasil deve-se ao seu

rpido crescimento e sua boa adaptao s condies edafoclimticas.

O Eucalyptus caracterizado pela elevada plasticidade, ou seja, grande

capacidade de adaptaes s condies ambientais (Andrade, 1993). O autor

menciona, ainda, que, alm da grande plasticidade, o gnero tambm se destaca

pelo rpido crescimento, devido ao grande avano das prticas silviculturais, ao

manejo e, principalmente, ao melhoramento gentico das espcies.

O gnero Eucalyptus pertence famlia Myrtaceae e tem,

aproximadamente, 70 gneros e 3.000 espcies. Proveniente da Austrlia, foi

introduzido no Brasil em 1868, no Rio Grande do Sul e no Rio de Janeiro. At o

incio do sculo 21, as espcies de Eucalyptus eram utilizadas apenas como

arborizao de ruas ou como quebra-ventos. A cultura em larga escala foi

iniciada em 1903, no estado de So Paulo (Silveira, 2004).

Atualmente, as espcies do genro Eucalyptus so as mais utilizadas

para a produo de carvo, especialmente no estado de Minas Gerais. Suas

caractersticas de rpido crescimento e densidade considerveis garantem,

segundo a literatura, um carvo facilmente renovvel e de boa qualidade. As

principais espcies de Eucalyptus utilizadas no Brasil para a plantao de

florestas energticas so E. grandis, E. saligna, Corymbia citriodora, E.

camaldulensis e E. urophylla, assim como seus hbridos.

De acordo com Dossa et al. (2002), a produtividade do eucalipto, dado o

seu rpido crescimento, pode ser considerada como um dos principais fatores

5

que determinaram sua expanso no mercado de papel, carvo, celulose e,

tambm, para serraria. Embora a produtividade mdia anual, considerada em

torno de 35 m por hectare, seja relativamente baixa, existem plantios com uso

de eucaliptos melhor adaptados, empregando-se boa tecnologia, que atingem

rendimentos prximos a 60 m /ha ano.

Com destaque histrico, as reas de florestas plantadas com eucalipto no

Brasil acumularam, em 2008, o total estimado de 4.259 hectares, representando

um crescimento de 7,3% em relao a 2008 (Associao Brasileira de

Produtores de Florestas Plantadas - ABRAF, 2009). As espcies desse gnero,

introduzidas no Brasil para fins de reflorestamento, apresentam um ciclo de

corte relativamente curto e com elevada produtividade (Schumacher &

Poggianni, 1993).

Diante da variabilidade natural entre e dentro de populaes, espera-se

encontrar considerveis variaes genticas entre rvores para as propriedades

da madeira nas vrias espcies de Eucalyptus, conforme destaca Malan (1995).

Os programas de melhoramento das principais empresas do setor visam

aumentar a produtividade dos clones plantados, juntamente com a qualidade da

madeira, a fim de obter uma produo adaptada s exigncias tecnolgicas da

siderurgia. Os progressos em melhoramento gentico e em prticas silviculturais

ao longo de vrias dcadas permitiram ganhos considerveis nas plantaes

industriais do eucalipto no Brasil (Brito & Barrichelo, 2006).

Paludzysyn Filho (2008) relata que, para fins energticos, o

melhoramento enfatiza as madeiras de eucalipto que tm elevado potencial

produtivo, alta densidade e alto teor de lignina, pois, segundo o autor, o

rendimento na produo de carvo maximizado com o uso da madeira mais

densa, de maior poder calorfico e constituio qumica adequada, resultando em

carvo de melhor qualidade.

6

Considerando o potencial do eucalipto como produtor de madeira de

qualidade e que h condies ambientais e conhecimentos silviculturais

suficientes para dar ao pas vantagem comparativa na produo de matria-prima

oriunda de florestas renovveis, a seleo de espcies para florestas energticas

de Eucalyptus spp. tem sido realizada com base nas pesquisas das propriedades

tecnolgicas da madeira, visando homogeneiz-las e melhorar os rendimentos

em carvo, teor de carbono, densidade do carvo e outras propriedades

almejadas na sua utilizao como termorredutor.

Segundo Silva (2001), a estrutura anatmica da madeira de eucalipto

deve ser destacada, pois as mesmas tm pontuaes e dimetros diminutos,

responsveis, em grande parte, pela dificuldade de secagem e pela

trabalhabilidade desses lenhos. Latorre & Henriques (2008) afirmam que a

estrutura anatmica da madeira deve permitir a secagem natural eficiente, para

que ela atinja, em menor tempo, teores de umidade adequados para o processo

de carbonizao. J a secagem da madeira no campo um ponto-chave para o

bom desempenho do processo, e hoje, essa uma das maiores dificuldades

encontradas pelas empresas que trabalham com o processamento da madeira.

A identificao das espcies de eucalipto, de modo geral, muito difcil,

no somente pelas variaes morfolgicas determinadas pelo ambiente, mas

tambm pelo frequente fenmeno de hibridao, fazendo com que a constituio

anatmica seja muito homognea entre as espcies. Bamber (1985), citado por

Silva (2001), estudando a anatomia de vrias espcies de eucalipto, concluiu que

grande a variao das propriedades anatmicas entre e dentro das espcies e

que o conhecimento dessa variao de suma importncia quando se pretende

iniciar o desenvolvimento de determinada espcie para qualquer uso final da

madeira.

Dessa forma, e considerando que as caractersticas do carvo vegetal so

influenciadas pelas caractersticas da madeira, a caracterizao da interao

7

entre esses parmetros poder direcionar os programas de melhoramento

genrico a partir da indicao de clones com maior potencial para esse fim.

Latorre & Henriques (2008) relatam que estudar a qualidade do carvo

relacionando-o qualidade da madeira que o gerou direcionar no s o

melhoramento gentico, como tambm a atividade silvicultural e a nutrio, para

a produo de madeira com caractersticas tecnolgicas para atender demanda

do carvo de melhor qualidade para o setor siderrgico.

2.2 Contexto energtico brasileiro

A cobertura florestal do territrio brasileiro, associada s excelentes

condies edafoclimticas para a silvicultura, confere ao pas grandes vantagens

para a atividade florestal, comparado ao resto do mundo. Como consequncia, a

participao no contexto da gerao de energia oriunda de fontes renovveis se

destaca com a mesma magnitude.

Dados do Brasil (2009), ano base 2008, demonstram que de 45,4% de

energia renovvel utilizada no Brasil, a biomassa contribuiu com 31,5% e, deste

toal, a lenha participou com 11,4%. No entanto, segundo a FAO (2006), o

impacto do uso energtico de lenha sobre as florestas no est devidamente

dimensionado. A FAO (2006) estima que, em 2005, 1,5 bilho de m3 foram

utilizados como lenha. Porm, reconhece que existe uma quantidade de madeira

retirada informalmente que no contabilizada e, portanto, o consumo de lenha

seguramente maior.

No grfico da Figura 1 observa-se a oferta interna de energia no Brasil

em 2008. De modo geral, a biomassa representou a segunda fonte de energia que

compe a matriz nacional (Brasil, 2009).

8

FIGURA 1 Oferta interna de energia no Brasil, em 2008 (%).

Fonte: Brasil (2009).

Nos ltimos dez anos, o consumo de lenha no Brasil permaneceu

praticamente constante nos setores residencial, industrial e agropecurio. As

grandes alteraes ocorreram no setor de transformao, onde a lenha

convertida em carvo vegetal. Este setor o que mais utiliza e consome madeira,

chegando a cerca de 39% do total destinado para energia. A razo para esse

elevado consumo de carvo vegetal a demanda existente pelo produto no setor

siderrgico. Grande parte da madeira utilizada proveniente de florestas

plantadas, na sua maioria representadas por florestas de eucalipto.

O setor industrial consumiu 8,7 milhes de toneladas de carvo vegetal

em 2005, 90,5% do consumo total. As atividades industriais que mais

consumiram carvo vegetal, em 2005, foram a produo de ferro-gusa (84,9%),

9

a produo de ferro liga (10,1%) e a fabricao de cimento (4,4%) (Brasil,

2006). Como consequncia, constatou-se a importncia da participao da lenha

na matriz energtica brasileira, visto que o seu comrcio, de forma geral,

representou 0,15% do PIB brasileiro que, em 2005, foi de R$ 1,937 trilho.

Historicamente, o emprego da madeira plantada para fins energticos no

Brasil remonta ao final do sculo XIX, quando a Companhia Paulista de

Estradas de Ferro precisou replantar suas terras com rvores de rpido

crescimento, para suprir com madeira as locomotivas a vapor, o mais importante

meio de transportes de passageiros e de carga da poca (Magalhes, 2001).

Em 1937, aps a implantao da maior usina integrada a carvo vegetal

do mundo, a segunda usina de ao da Belgo-Mineira, iniciaram-se, de maneira

pioneira na Amrica Latina, os plantios de eucaliptos para a produo de carvo

vegetal para suprir os altos fornos (Matarelli et al., 2001).

Dos anos 1960 aos 80, durante a vigncia dos incentivos fiscais, foram

plantados cerca de 6 milhes de hectares, cerca da metade desse total no estado

de Minas Gerais, sendo a maioria de espcies de eucalipto. Esses plantios

reverteram o quadro de consumo de carvo vegetal, que passou a basear-se em

florestas plantadas, em substituio a florestas nativas (Assis, 2001).

Couto et al. (2003) referem que a valorizao da biomassa como fonte

de energia moderna surgiu na dcada de 1970 em funo das crises do petrleo,

nos anos de 1973 e 1979. Na ocasio, esse recurso passou a ser considerado

alternativa vivel para atendimento s demandas por energia trmica e de

centrais eltricas de pequeno e mdio porte.

Depois se desenvolveu o conceito de florestas energticas durante a

dcada de 1980, para definir as plantaes florestais com grande nmero de

rvores por hectare e, consequentemente, de curta rotao, que tinham como

finalidade a produo do maior volume de biomassa por rea em menor espao

de tempo (Magalhes, 2001). Nesse contexto, os estudos que visam seleo de

10

espcies para florestas energticas de eucalipto propem homogeneizar as

propriedades da madeira e melhorar, alm da eficincia na queima direta,

rendimentos em carvo, teor de carbono e outras propriedades desejadas na sua

utilizao como termorredutor.

No entanto, o interesse por energias alternativas foi reduzido a partir de

1985, pois, naquela poca, os preos do petrleo voltaram a cair, diminuindo

novamente o interesse pelo uso da biomassa, inclusive pelo uso da madeira,

como fonte de energia alternativa. Porm, mais tarde, na dcada de 1990, a

biomassa vegetal voltou a ganhar destaque no cenrio energtico mundial,

devido a fatores como o desenvolvimento de tecnologias mais avanadas de

transformao, a ameaa de esgotamento das reservas de combustveis fsseis e,

tambm, a incorporao definitiva da temtica ambiental nas discusses sobre

desenvolvimento sustentvel.

Outro fato decisivo que contribuiu para aumentar o consumo de

combustveis oriundos da madeira foi o aumento da transformao de lenha em

carvo vegetal para suprir vrios setores, alm do siderrgico. Em 2005, dos

42,8% da produo de lenha, 39,3 milhes de toneladas foram convertidos em

carvo vegetal (Brasil, 2006).

Em 2002, metade da produo da biomassa tradicional estava

concentrada em seis pases: ndia, China, Brasil, Etipia, Indonsia e Congo,

totalizando 1,7 bilho de m3 (FAO, 2004). J em 2005, a produo mundial foi

de 1,2 bilho de m3 de lenha e metade ocorreu em nove pases: Brasil, Etipia,

Congo, Nigria, Estados Unidos, Rssia, China, Uganda e Myanmar (FAO,

2006).

No setor residencial, metade das famlias do mundo ainda utiliza lenha

ou carvo vegetal para coco e aquecimento. O consumo de lenha e carvo

vegetal est associado disponibilidade de vegetao.

11

A oferta de madeira proveniente de plantaes energticas corresponde

quantidade total de biomassa lenhosa acumulada entre cada ciclo de corte. No

Brasil, o valor mdio de produtividade de biomassa lenhosa para plantaes

energticas variou entre 25 m3/ha/ano e 50 m3/ha/ano ou entre 12,5 t/ha/ano e 25

t/ha/ano (Nogueira & Lora, 2003).

Para plantaes de eucalipto no Brasil, com espaamento entre rvores

de 3 x 2 m, a biomassa lenhosa acumulada entre cada ciclo de corte, 7 anos, de

112 t/h, com produtividade mdia de 16 t/ha/ano (Mller, 2002, citado por

Nogueira & Lora, 2003).

A produo de madeira plantada est concentrada nas regies sul e

sudeste do Brasil, onde esto as atividades industriais do pas. Em 2005, com a

finalidade de atender aos plos siderrgicos, comeou a produo de madeira

plantada nos estados de Mato Grosso e Maranho e aumentou a produo no

Mato Grosso do Sul.

A produo de lenha de floresta plantada, por municpio, em mapas

elaborados a partir de dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica -

IBGE (2006a,b), pode ser vista na Figura 2.

12

FIGURA 2 Produo de lenha de floresta plantada (t) no Brasil, srie histrica, por municpio.

Fonte: IBGE (2006a,b).

13

Segundo Zanetti (2007), as plantaes de florestas para a gerao de

energia alternativa tm benefcios dentro do mercado de carbono, por meio do

sequestro deste realizado durante o crescimento das rvores e a partir da reduo

de emisses na substituio da matriz energtica dos combustveis fsseis pela

biomassa.

Segundo Monteiro (2005), parte da madeira para a produo de carvo

vegetal no Brasil vem da expanso agrcola, parte de resduos de serrarias, parte

de explorao legal e sustentvel de toras de madeira e parte de explorao

ilegal.

O setor siderrgico responsvel por grande parte do consumo do

carvo vegetal produzido, utilizando-o nos altos-fornos. O alto-forno continua

sendo, atualmente, o principal equipamento para a produo de ferro primrio

(ferro-gusa) no mundo, responsvel por cerca de 60% do ao produzido

mundialmente (Instituto Ao Brasil - IBS, 2008). Utilizam-se como matrias-

primas uma carga metlica (minrio de ferro, pelota e snter), combustvel

(coque ou carvo vegetal) e fundentes (calcrio, dolomita e quartzo), variando

de acordo com o alto-forno e a prpria matria-prima.

Particularmente, dentre as razes para a escolha pelo uso de carvo

vegetal como combustvel para a reduo do minrio de ferro, ressaltam-se as

que envolvem os custos. O preo do coque , aproximadamente, 19,0% maior

que o de carvo vegetal (AMS, 2010). Segundo a Associao Mineira de

Silvicultura, dados de maio de 2010, o preo do carvo vegetal est em torno de

R$ 540,00/t, enquanto que o coque chega a ser comercializado por R$ 640,00/t.

Dessa forma, o uso de carvo vegetal torna-se economicamente competitivo,

principalmente considerando os ltimos aumentos de preos do coque e tambm

o aumento da demanda mundial por ferro.

Alm do exposto, por sua vez, o carvo vegetal ainda pode ser

considerado uma fonte energtica de uso amplo. Atualmente, no Brasil, na

14

indstria metalrgica que ele encontra seu melhor mercado por proporcionar

vantagens na produo do ferro-gusa, quando comparada de outras fontes de

energia, como iseno de enxofre, fsforo e outros elementos indesejveis. Com

isso, seu uso como redutor melhora a qualidade do ferro-gusa e do ao

produzidos, aumentando, consequentemente, o preo final do produto.

Especificamente no caso brasileiro, 35% de todo o ferro-gusa

produzido em altos-fornos a carvo vegetal (Sindicato Nacional dos Produtores

de Ferro-Gusa - SINDIFER, 2010), sendo o maior produtor mundial nesse

segmento.

A balana comercial do pas favorecida por este fato, pois

praticamente toda a produo de metal, que feita nos altos-fornos a carvo

vegetal, direcionada para exportao. O redutor carvo vegetal representa, na

matriz de custo, mais de 55% de todo o custo do metal. nele que tm sido

feitos esforos para otimizar maiores rendimento e qualidade. Dessa forma,

caracterizar as correlaes entre as suas propriedades e as da madeira que o

originou reflete diretamente em ganhos financeiros (SINDIFER, 2008).

A indstria metalrgica consome cerca de 90% de carvo produzido no

Brasil, com o setor de ferro-gusa e ao detendo quase 85% do consumo de

carvo. Minas Gerais o estado que detm, hoje, a maior produo de ferro-gusa

a carvo vegetal, seguido do Maranho e do Par (SINDIFER, 2008).

Na Figura 3 esto dispostos os dados da produo de carvo vegetal de

floresta plantada, a partir de informaes do IBGE (2006b).

15

FIGURA 3 Produo de carvo vegetal de florestas plantadas (t), no Brasil, srie histrica, por municpio.

Fonte: IBGE (2006b).

16

2.2.1 Crise no setor de produo de carvo

No segundo semestre de 2008, o mundo foi surpreendido por uma grave

crise financeira que atingiu diferentes setores, dentre eles o siderrgico. A

retrao foi sentida principalmente em Minas Gerais, estado que concentra mais

de 70% da produo de ferro-gusa, que utiliza como termorredutor o carvo

vegetal. Como consequncia, ocorreu queda de mais de 50% no preo desse

insumo, chegando a ser comercializado a R$ 65,00/MDC. Vale ressaltar que,

antes da crise, o mesmo chegou a ser vendido a R$ 210,00/MDC. Com o preo

do carvo em queda, os produtores tiveram grande dificuldade de

comercializao e, quando conseguiam vend-lo, o valor pago no era suficiente

nem para cobrir os custos da produo (AMS, 2010).

No entanto, a partir de algumas medidas do governo brasileiro com o

propsito de minimizar o efeito da crise econmica, como a reduo da taxa de

juros e de alguns impostos, foi observada, no segundo semestre de 2009, apesar

de lenta, uma recuperao do setor, tendo havido at anncios e expectativas de

investimento e crescimento.

Alguns fatos so responsveis por essa boa perspectiva, como, por

exemplo, a realizao da copa do mundo e das olimpadas no Brasil, o que

aquecer o mercado interno (Silochi, 2009), alm do aumento do preo do

carvo vegetal, o qual est sendo comercializado a R$ 120,00/MDC, comeando

a retornar a preos compensadores (AMS, 2010). Consequentemente, a essa

demanda, a necessidade de matria-prima para abastecimento dos altos fornos

tambm ser crescente, demandando cada vez mais, maiores investimentos em

plantios comerciais de eucalipto com propriedades adequadas produo de

carvo com alto rendimento e qualidade.

De acordo com a Secretaria de Agricultura, o estado de Minas Gerais

perde, anualmente, cerca de R$ 300 milhes s em tributos, por causa do dficit

na produo de carvo vegetal. Isso evidencia a preocupao do governo

17

estadual em buscar e apoiar pesquisas que aumentem a produtividade dos

plantios e a qualidade da madeira para a produo do carvo vegetal, bem como

parmetros relacionados ao processo de produo.

2.3 Propriedades da madeira para produo de carvo vegetal

As propriedades da madeira podem ser definidas como caractersticas de

resistncia e elasticidade, as quais variam conforme a espcie, a idade e tambm

a composio qumica, fsica e anatmica, alm de sofrer influncia do local

geogrfico, do clima e das condies do solo de origem (Carneiro, 2006).

De acordo com Trugilho (1995), a utilizao da madeira para a produo

de energia, apesar de no ser restritiva, depende de algumas das suas

caractersticas internas, como, por exemplo, o teor de lignina e a densidade

bsica. Para esse fim, os estudos e as tecnologias adotadas buscam melhorar as

propriedades da madeira no que se refere ao poder calorfico superior, ao teor de

lignina, ao rendimento em carbono fixo, ao incremento mdio anual, produo

de massa seca e densidade bsica, alm de algumas propriedades mecnicas

almejadas na produo de carvo para os altos-fornos.

Dessa forma, caracterizada a qualidade da madeira e, para tanto, torna-

se necessrio que se estabelea como parmetro o uso final que ser dado

mesma e a essa definio esto diretamente relacionadas as suas propriedades.

Para fins de definio de valores econmico, ecolgico e uso potencial das

espcies, a sua composio qumica, especialmente o teor de lignina, uma boa

ferramenta, alm da densidade bsica, para caracteriz-la como uma matria-

prima renovvel e potencial, disponvel para a produo de energia.

Sob esse foco, observa-se, atualmente, o crescimento do interesse pelas

folhosas, dentre as quais se destaca o eucalipto, para a obteno de energia,

paralelamente demanda de informaes, principalmente relacionadas s

18

condies de crescimento e variao da densidade e por estudos relativos

complexidade anatmica e composio qumica dessas espcies.

2.3.1 Densidade bsica

A densidade bsica da madeira considerada um parmetro referencial

para a seleo de espcies florestais indicadas para produo de energia.

obtida a partir da relao entre massa absolutamente seca da madeira e o volume

saturado, sendo expressa em g/cm3 ou kg/m3.

A densidade bsica referenciada, por muitos autores, como ndice de

qualidade da madeira, pois ela influencia outras propriedades da mesma e dos

produtos que so gerados.

Brito & Barrichelo (1980) obtiveram correlao positiva entre a

densidade da madeira de espcies de eucalipto e a densidade do carvo

produzido. Os autores encontraram valor para o coeficiente de correlao de 0,

97 e concluram, ainda, que a existncia dessa correlao pode direcionar,

fundamentalmente, a escolha de espcies destinadas produo de carvo, bem

como as pesquisas de melhoramento florestal. Ressaltam que, no caso de

espcies de curta rotao, cujas densidades sejam elevadas, so muito vantajosas

para os principais usos do carvo vegetal produzido a partir delas.

Brito (1993) afirma que a densidade da madeira afeta diretamente a

capacidade de produo do carvo vegetal. O autor relaciona esse fato maior

produo em massa ocasionada pela ocupao no forno por madeiras mais

densas, para um determinado volume. Refere tambm que madeira mais densa

produz carvo com densidade mais elevada, o que resulta em algumas vantagens

para a maioria dos usos aos quais se prestam esse insumo.

Trugilho et al. (1996) observaram correlao negativa entre a densidade

bsica da madeira de Eucalyptus saligna e o teor de lignina. Os autores fizeram

inferncias de que o fato pode ser explicado devido ao fato de as amostras

19

estudadas serem de rvores jovens e, nelas, o teor de lignina ainda no havia

atingido a estabilidade.

Segundo Lelles & Silva (1997), a densidade bsica uma propriedade

fsica que retrata a qualidade da madeira, por ser influenciada por diversos

fatores inerentes a cada gnero, espcie e rvore, no sendo aconselhvel sua

utilizao isolada como parmetro de qualidade.

Vale et al. (2001) observaram que no houve correlao entre o

rendimento em carvo e a densidade bsica da madeira. Contudo, Pastore et al.

(1982), trabalhando com espcies da Amaznia e Oliveira (1988), com

Eucalyptus grandis, obtiveram relao positiva e significativa entre esses

parmetros, enquanto Vital et al. (1987) observaram relao negativa.

A correlao entre a densidade bsica da madeira e o rendimento em

carvo apresentada em vrios trabalhos com comportamentos diferenciados,

podendo ou no a densidade ter efeito sobre o rendimento gravimtrico. Esse

efeito, normalmente, est associado ao teor de lignina na madeira. De modo

geral, madeiras de maior densidade apresentam composio qumica mais

estvel, em funo de essa caracterstica ser comum s rvores que j se

encontram em fase de maturidade e produzem, via de regra, um carvo de maior

densidade, com vantagens para diversas aplicaes.

Pereira et al. (2000) relatam que o aumento na densidade da madeira

associado a elevados teores de lignina favorece a produo de carvo de melhor

qualidade, com alto rendimento gravimtrico, aumento no teor de carbono fixo e

na densidade aparente do carvo.

Trugilho et al. (2001) referem-se densidade como a propriedade fsica

que mais influencia a qualidade do carvo vegetal. Silva (2001) ressalta, ainda,

que a densidade bsica da madeira de eucalipto varia desde as mais leves at

aquelas bastante pesadas, com valores entre 0,4 e 1,2 g/cm.

20

Antal & Gronli (2003) relatam que a densidade do carvo linearmente

proporcional densidade bsica da madeira com um coeficiente de correlao de

0,82.

2.3.2 Composio qumica

2.3.2.1 Composio elementar

A anlise qumica elementar da madeira mostra que, sem considerar as

quantidades mnimas de nitrognio e de outros elementos, como o enxofre, esta

constituda, aproximadamente, por 50% de carbono, 6% de hidrognio e 44%

de oxignio. Independente da espcie, das diferenas genticas ou da idade, essa

composio se mantm aproximadamente constante (Penedo, 1980).

Klock et al. (2005), ao apresentarem as porcentagens dos principais

componentes presentes na madeira de folhosas, mencionam que, da composio

total da celulose, 40% desse polmero formado por carbono.

A composio qumica elementar da madeira citada por Brito et al.

(1979) como um importante parmetro quando o objetivo o uso da madeira

como fonte de energia. Os autores ressaltam, tambm, que existe uma marcada

uniformidade entre diferentes espcies, podendo ser generalizada a composio

com os seguintes percentuais: C: 50,2%; H: 6%; N: 0,2%; O: 43,4% e teor de

cinzas: 0,2%. De acordo com a Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG

(2010), a presena de oxignio na madeira oferece a desvantagem de diminuir

seu valor como combustvel.

Para Raad (2004), apesar de a composio elementar dos grupos de

madeira variar pouco, as fraes em massa dos seus componentes diferem de

uma madeira para outra. Dessa forma, a associao desse fato s possveis

alteraes promovidas pelas porcentagens de cada elemento presente na massa

dos componentes estruturais da madeira pode exercer importante influncia nas

21

propriedades dos produtos considerados como fontes secundrias de energia da

madeira, especialmente do carvo vegetal.

De acordo com UFMG (2010), a grande maioria dos combustveis,

excetuando-se os nucleares, depende do efeito trmico resultante da combusto

do carbono e hidrognio que eles contm. O mesmo autor ressalta algumas

caractersticas qumicas da lignina e afirma que o tipo desse composto difere

conforme seja originrio da madeira de folhosa ou confera e que ele caracteriza-

se pelo elevado nmero de grupos OCH3 e de grupos OH.

De modo geral, na literatura, h referncias influncia da madeira nas

propriedades do carvo. No entanto, pouco se fala sobre a relao entre a

composio elementar da mesma, inferindo-se a proporo presente de cada

elemento na constituio qumica das macromolculas que, por sua vez, exercem

o papel mais significativo na formao da madeira e, provavelmente, define as

caractersticas dos produtos oriundos da mesma, como mencionado

anteriormente.

Dessa forma, acredita-se que ser possvel relacionar, por exemplo, o

percentual que o carbono, o oxignio e o hidrognio representam na madeira,

para melhor compreender o processo de carbonizao a partir do conhecimento

dos comportamentos trmico da lignina, das hemiceluloses e da celulose.

Segundo Lora (1997), a celulose presente na madeira de eucalipto

apresenta em sua composio 45% de carbono e a lignina tem entre 61% e 67%

desse componente.

Lora (1997), estudando as perspectivas da utilizao da biomassa para

fins energticos, apresentou a composio elementar da madeira de eucalipto,

comparando-a com outras biomassas, conforme pode ser visto na Tabela 1.

22

TABELA 1 Composio elementar de diferentes tipos de biomassa.

Composio elementar (%) Tipo de Biomassa

C H O N S Eucalipto 49,00 4,87 43,79 0,30 0,01 Pinho 49,29 4,99 44,36 0,06 0,03 Casca de arroz 40,96 4,30 34,86 0,40 0,02 Bagao de cana 44,80 4,35 39,55 0,38 0,01 Casca de coco 48,23 4,23 33,19 2,98 0,12 Sabugo de milho 46,58 4,87 44,46 0,47 0,01 Ramas de algodo 47,05 4,35 40,97 0,65 0,21

Fonte: Lora (1997).

Penedo (1980) relata que dos 50% de carbono presente na madeira, boa

parte desse elemento reage com o hidrognio e com o oxignio, quando

submetido ao processo de carbonizao volatiliza, transformando-se em gases

no condensveis como CO, CO2, CnHn e gases condensveis como pirolenhoso

e alcatro. Assim, somente uma frao pode ser considerada como carbono fixo

que estvel e no se decompe sob atmosferas inertes.

2.3.2.2 Composio qumica estrutural

Os vrios componentes qumicos da madeira podem ser agrupados em:

carboidratos, substncias fenlicas, terpenos e terpenoides, cidos alifticos,

lcoois, protenas, aldedos, hidrocarbonetos, alcaloides, cidos dibsicos, entre

outros. Porm, a frao mais significativa da massa da madeira representada

pelos componentes estruturais, ou macromolculas, que so os carboidratos,

principalmente celulose e hemiceluloses, e as substncias fenlicas,

especialmente a lignina.

De acordo com Tsoumis (1991), em termos mdios, as madeiras so

constitudas por: celulose: 40%-45%, hemiceluloses: 20%-30%, lignina: 18%-

25% (Folhosas) e 25%-35% (Conferas), extrativos: 3%-8% e cinzas: 0,4%.

Rowell (2005) afirma que, quimicamente, a madeira pode ser definida

como um polmero tridimensional, formado por celulose, hemiceluloses e

23

lignina, e uma menor quantidade de extrativos e materiais inorgnicos.

Menciona, ainda, que, na madeira, em base seca, toda a parede celular formada

por polmeros de acares, os carboidratos, numa porcentagem aproximada de

65% a 75%, que so combinados com a lignina numa proporo de 18% a 35%.

E, em geral, h uma variao na composio qumica entre espcies, entre

rvores de uma mesma espcie e dentro da prpria rvore.

2.3.2.2.1 Celulose

A celulose, principal componente da parede celular, um polissacardeo

linear constitudo exclusivamente de um nico tipo de acar (D-glucose), com

alto grau de polimerizao. Devido sua estrutura cristalina, a celulose no

prontamente hidrolisvel, ao contrrio das hemiceluloses, que podem ser

facilmente hidrolisadas em acares simples (Rowell, 2005).

Reaes complexas ocorrem com os componentes qumicos da madeira

medida que fornecido calor mesma. Embora sejam poucos os trabalhos que

objetivam correlacionar os componentes qumicos da madeira com as

propriedades do carvo produzido, alguns trabalhos foram realizados com esse

propsito.

De acordo com Martins (1980), a ruptura da ligao glicosdica na

celulose, durante a carbonizao, ocorre em temperaturas acima de 300C, com

produo subsequente de levoglucosana, levoglucosenona e outras substncias.

Essas reaes so precedidas e acompanhadas por desidratao, seguida de

outras reaes de eliminao com formao de inmeros compostos volteis.

Em atmosfera de nitrognio, o autor observou que a celulose produz 34,6% de

carvo, a 300C.

Como o processo de carbonizao em fornos de alvenaria ocorre em

temperaturas superiores a 300oC, Oliveira et al. (1984) observaram que a

contribuio da celulose no rendimento desse processo pouco significativa. Os

24

autores concluram que, a 400oC, a celulose contribui com o rendimento em

carvo de, aproximadamente, 13%.

Por sua vez, Collet (1985), estudando madeiras utilizadas na fabricao

de carvo vegetal, inferiu que o teor de celulose da madeira no tem relao

definida com as propriedades do carvo produzido, especificamente, com a

quantidade de carbono fixo obtida.

2.3.2.2.2 Hemiceluloses

As hemiceluloses tambm so polissacardeos e diferem da celulose por

serem polmeros ramificados; alm disso, tm cadeia com menor grau de

polimerizao e so constitudas de mais de um tipo de acar, especificamente

cinco acares neutros, as hexoses (glucoses, manose e galactose) e as pentoses

(xilose e arabinose). Algumas hemiceluloses contm adicionalmente cidos

urnicos. As folhosas, de maneira geral, contm maior teor de hemiceluloses que

as conferas, e a composio diferenciada (Klock et al., 2005).

Martins (1980) relata que as hemiceluloses so um conjunto de

compostos menos estveis termicamente, quando comparadas celulose, devido

sua natureza amorfa e ramificada. A destilao desses compostos gera muitos

produtos. Embora suas reaes de pirlise sejam semelhantes, as hemiceluloses

produzem maiores rendimentos de furfural. O furfural um composto reativo e

pode formar reaes secundrias em condies drsticas de pirlise.

Oliveira et al. (1984) observaram que, sob 400oC, as hemiceluloses

contribuem com o rendimento em carvo de, aproximadamente, 10%.

No entanto, segundo Raad (2004), o fornecimento de calor ao processo

de carbonizao produzir mudanas no comportamento das hemiceluloses no

que se refere ao rendimento em carvo, obtendo-se apenas 10% de rendimento

sob temperatura de 500oC.

25

2.3.2.2.3 Lignina

A lignina um composto amorfo, tridimensional, de composio

qumica bastante complexa, que se constitui de unidades de fenilpropano, tendo

uma cadeia altamente ramificada. o componente mais hidrofbico da madeira,

com funo adesiva entre fibras, o que confere dureza e rigidez parede celular

(Rowell, 2005).

Muitos autores relatam que a lignina o composto mais importante

quando se objetiva a produo de carvo vegetal, pois o rendimento

gravimtrico do processo de carbonizao e a qualidade do carvo produzido

esto diretamente relacionados aos teores presentes na madeira, sem, no entanto,

ser comum haver referncia ao tipo do composto quando tal objetivo citado.

Brito & Barrichelo (1977) observaram que, dentre os produtos

resultantes da carbonizao da lignina a 550oC, o mais abundante foi o carvo,

mostrando a estreita relao entre o teor de lignina presente na madeira e o

rendimento em carvo. Os mesmos autores estudaram correlaes entre as

caractersticas qumicas da madeira de eucalipto, com idades entre 6 e 12 anos, e

a produo de carvo vegetal e observaram, como uma das mais significativas,

aquela existente entre o teor de lignina da madeira e o teor de carbono fixo do

carvo. Os autores inferem que madeiras mais lignificadas proporcionam a

produo de carvo com maiores teores de carbono fixo devido ao fato de a

lignina possuir cerca de 65% de carbono elementar (C) em sua composio

contra 45% que ocorre, normalmente, na celulose e nas hemiceluloses.

Collet (1985), em estudo comparativo entre diversas espcies utilizadas

para a fabricao de carvo vegetal, demonstrou que a quantidade de carbono

fixo, fornecida por unidade de madeira enfornada, funo da porcentagem de

lignina da madeira.

Para Klock et al. (2005), o teor de carbono na lignina varia de acordo

com a madeira e o mtodo de extrao, entre outros fatores. Os autores afirmam

26

que a madeira de folhosa composta de lignina com teor de carbono de 60%.

Dessa forma, e considerando-se que o carvo constitudo de carbono, madeiras

com altos teores de lignina so mais indicadas para a produo de carvo.

Martins (1980) refere-se a esse composto mencionando sua degradao

trmica sob diferentes faixas de temperatura. O autor ressalta que, embora a

lignina comece a se degradar (perder massa) em temperaturas mais baixas, a

partir de 150C, sua degradao mais lenta. O oposto pode ser observado no

comportamento da celulose e das hemiceluloses. A lignina continua a perder

massa mesmo em temperaturas superiores a 500C, dando como resultado um

resduo carbonoso. Outra frao de produtos de pirlise da lignina o alcatro

(at 15%), constituindo-se numa mistura de compostos fenlicos. O autor infere,

ainda, que a perda de massa final experimentada pela lignina bem menor do

que os outros dois componentes principais da madeira.

O mesmo autor afirma que a lignina o componente da madeira mais

estvel termicamente, quando comparada com a holocelulose e com a prpria

madeira. Esse fato est relacionado, segundo o autor, com a complexidade de

sua estrutura qumica.

Segundo Oliveira et al. (1984), a lignina o composto que mais

contribui para produo do resduo carbonoso e do alcatro insolvel,

produzidos a partir da carbonizao da madeira. Esses autores ressaltam que, a

400oC, a lignina proporciona rendimentos de resduo carbonoso de,

aproximadamente, 55%.

A lignina uma macromolcula presente na parede celular secundria

dos vegetais e na lamela mdia. Devido diferena de volume entre essas duas

regies, aproximadamente 70% da lignina localiza-se na parede secundria,

porm, sua maior concentrao ocorre na lamela mdia (Rowell, 2005).

Segundo Salo et al. (1989), a produo de lignina na planta ocorre a

partir da polimerizao natural de monmeros fenilpropanoides, por meio da

27

condensao desidrogenativa dos lcoois p-cumarlico, coniferlico e sinaplico,

os quais tm suas respectivas estruturas qumicas mostradas na Figura 4. Esses

lcoois possuem diferenas nos grupos substituintes do anel aromtico e so os

respectivos precursores primrios das unidades conhecidas como p-

hidroxifenila, guaiacila e siringila, conforme Figura 5.

FIGURA 4 Estrutura qumica dos precursores bsicos das principais unidades aromticas presentes na molcula de lignina. (a) lcool p-cumarlico, (b) lcool coniferlico e (c) lcool sinaplico.

Fonte: Rowell (2005).

FIGURA 5 Principais unidades aromticas presentes na molcula de lignina. Fonte: Rowell (2005).

28

O resultado final dessa polimerizao uma estrutura heterognea na

qual as unidades bsicas so unidas por ligaes carbono-carbono e ligaes

ter.

A quantidade das unidades citadas anteriormente, presentes na lignina,

variada e elas se classificam de acordo com a composio das mesmas. As

ligninas das madeiras de gimnospermas so, basicamente, produtos da

polimerizao do lcool coniferlico e so chamadas de lignina guaiacila,

enquanto as ligninas das angiospermas lenhosas, grupo de madeira ao qual

pertence o eucalipto, so, principalmente, do tipo guaiacila-siringila, devido

copolimerizao dos lcoois coniferlico e sinaplico (Ro et al., 2001; Rowell,

2005).

As angiospermas lenhosas e gimnospermas apresentam, ainda,

unidades p-hidroxifenila na composio estrutural de suas ligninas, porm, em

menores propores, quando comparadas s angiospermas herbceas. A

estrutura proposta da lignina presente na madeira das angiospermas mostrada

na Figura 6.

29

FIGURA 6 Estrutura proposta para a lignina presente em madeira das angiospermas.

Fonte: Pil-Veloso et al. (1993).

Diante da diversidade estrutural das ligninas em diferentes gneros

vegetais ou, ainda, dentro de uma mesma espcie, vrios estudos vm sendo

desenvolvidos, no intuito de caracterizar e quantificar suas unidades

monomricas. Esses estudos esto voltados, principalmente, para as madeiras de

angiospermas, uma vez que estas apresentam elevadas quantidades da estrutura

siringila.

30

O parmetro usualmente estabelecido para tal quantificao a relao

siringila/guaiacila (S/G), ou seja, a proporo entre as unidades siringila e

guaiacila presentes na lignina (Oudia et al., 2007).

Segundo Gutirrez et al. (2006), a razo entre as unidades monomricas

siringil/guaiacil presente nas madeiras de eucalipto pode variar de 0,5 a 4,0.

Tendo em vista que a diferena qumica estrutural presente nos diferentes tipos

de lignina pode afetar o rendimento da carbonizao em funo do

posicionamento do grupo funcional no anel aromtico, tornando esse mais ou

menos reativo, a relao S/G pode ser estabelecida como um parmetro global

da qualidade tecnolgica da madeira, uma vez que abrange vrios fatores, dentre

eles caractersticas anatmicas e qumicas. Essa caracterstica poder, dessa

forma, tambm, auxiliar nos processos de seleo de clones, a fim de se obter

rvores com maior qualidade para a produo de carvo, em termos de

reatividade e rendimento em carbono fixo.

Vrios pesquisadores relataram que madeiras com maior proporo de

unidades siringila (S) em relao s unidades guaiacila (G) proporcionam maior

rendimento de polpa, alm de serem mais facilmente deslignificadas (Collins et

al., 1990; Gonzlez-Vila et al., 1999; Ro et al., 2001). Em funo do baixo

nmero de trabalhos na rea de carbonizao da madeira, a interpretao da

relao S/G citada no presente trabalho como uma inferncia de que essa

interpretao deve ser inversa quela citada para rea de celulose, quando se

pensa nesse tipo de estudo de qualidade da madeira para a produo de carvo.

Esse comportamento pode ser explicado pelo fato de que o grupo

guaiacila tem uma posio aromtica, C5, disponvel para fazer fortes ligaes

entre tomos de carbono durante o processo de biossntese da lignina e, portanto,

, provavelmente, mais resistente degradao trmica (Gutirrez et al., 2006).

Dessa forma, maiores propores de unidades guaiacila (G) em relao s

unidades siringila (S) so desejveis quando se pretende utilizar a madeira para

31

produo de carvo, pois esse fato contribuiria para o maior rendimento

gravimtrico em carvo.

De acordo com Wallis et al. (1996) e Carvalho (2002), a relao lignina

siringila/guaiacila varia de 0,51 at 5,2, dependendo da espcie de madeira.

Gomide et al. (2005), avaliando a relao S/G de diferentes clones de eucalipto,

obtiveram valores variando entre 2,0 e 2,8. Gomes (2007), ao estudar a

caracterizao de seis clones de eucalipto aos trs anos de idade, obteve relao

S/G variando entre 2,50 e 3,12.

Marcelo (2007), ao analisar a relao S/G na madeira de seis espcies de

eucalipto, utilizando o mtodo de oxidao com nitrobenzeno, encontrou valores

variando de 2 a 4,3. A maior relao S/G observada pela autora foi na madeira

de Eucalyptus globulus e a menor, no hbrido de Eucalyptus grandis com

Eucalyptus uroplylla.

Campos (2009), ao estudar a influncia das caractersticas da madeira de

um hbrido de eucalipto aos 4,9 anos de idade na produo de carvo vegetal,

verificou relao S/G de 3,82, proveniente de uma populao que apresentou

relao S/G de at 4,04.

2.3.2.2.4 Extrativos

Extrativo um termo empregado para descrever um nmero de vrios

compostos qumicos contidos na madeira, mas que no fazem parte de sua

estrutura essencial. Por essa razo, so tambm chamados de componentes

estranhos. Nesse grupo de compostos esto includos: polifenis, leos,

gorduras, gomas resinas, ceras e amido, entre outros.

Oliveira (1988) afirma que h uma relao diretamente proporcional

entre o teor de extrativos da madeira e o rendimento em carbono fixo do carvo.

Di Blasi et al. (1999) tambm se referem relao entre o teor de extrativos da

madeira e maiores rendimentos em carbono fixo ao citarem a comparao entre

32

espcies que possuem diferentes teores de extrativo, separando-as em grupos de

baixo e alto teores. Os autores relatam que maiores rendimentos so observados

em madeiras ricas em extrativos. Oliveira (1989) relata a existncia de

correlao positiva e significativa entre o teor de extrativos e o rendimento em

carvo vegetal, citando os trabalhos de Collet (1985) e Vital et al. (1987), nos

quais essa correlao foi observada.

Trugilho et al. (1996), trabalhando com Eucalyptus saligna em quatro

idades diferentes, encontraram correlaes negativas significativas entre o teor

de extrativos totais e a densidade bsica da madeira.

No entanto, Vital et al. (1994) no encontraram correlao entre o teor

de extrativos e as propriedades do carvo produzido a partir da madeira de

Eucalyptus camaldulensis, ao 33 meses de idade.

Para Bowyer et al. (2003), a quantidade de extrativos em madeiras varia

de 3% a mais de 30% do seu peso seco.

A maioria dos extrativos, tanto nas conferas quanto nas folhosas, est

localizada no cerne, sem considerar a casca, e alguns so responsveis pela cor,

odor e durabilidade da madeira. Os extrativos de origem fenlica exercem

importante influncia no aumento do poder calorfico da madeira e do carvo,

por possurem elevado teor de carbono (Rowell, 2005).

Frederico (2009) relata que, devido natureza fenlica de diversos

extrativos, esses so ricos em carbono, podendo contribuir com o aumento do

poder calorfico da madeira; e se no forem degradados durante a carbonizao,

podem tambm contribuir com o aumento do poder calorfico do carvo e do

rendimento gravimtrico.

2.3.3 Composio anatmica das folhosas qualidade das fibras

Burger & Richter (1991) descrevem os componentes anatmicos das

madeiras de folhosas como sendo os elementos de vasos responsveis pela

33

conduo da seiva; os fibrotraquedeos e as fibras libriformes, pela resistncia

mecnica da madeira; os tecidos de reserva, pelo armazenamento de compostos

e os raios, pela transferncia do material no sentido radial.

Os mesmos autores relatam que as fibras presentes na madeira de

folhosas, como o caso do eucalipto, que considerada uma espcie de fibra

curta, tm comprimento variando entre 0,75 e 1,30 mm. Esse grupo vegetal

assim considerado quando comparado ao grupo das conferas que possuem

fibras (traquedes) com comprimento trs a cinco vezes superior. Segundo

Moreira (1999), as folhosas tm estrutura mais complexa que as conferas,

contendo maior arranjo e tipos celulares.

Os parmetros usualmente considerados nos estudos da qualidade das

fibras, no que se refere s caractersticas anatmicas da madeira, so definidos a

partir da mensurao de dimenses fundamentais, como comprimento, largura,

dimetro do lume e espessura da parede. No entanto, so poucos os trabalhos

desenvolvidos com o objetivo de relacionar a composio anatmica das

espcies ao seu potencial para a gerao de energia e/ou a produo de carvo

vegetal. Em geral, os que o fazem relacionam essa caracterstica da madeira

sua densidade bsica ou com outros fatores, como a influncia gentica e a

identificao de espcies, entre outros.

Inferncias so feitas por alguns autores em relao influncia de

diferentes materiais genticos nas dimenses dos elementos anatmicos da

madeira. Para Zobel (1992), o comprimento das clulas pode ser controlado por

fatores genticos e alterado por mudanas de crescimento. Os mesmos autores

ainda mencionam que a largura das clulas uma dimenso que est relacionada

com o crescimento sazonal e que o dimetro do lume depende da largura e da

espessura da parede das fibras. Quanto maior o seu valor, mais espaos vazios

sero encontrados na madeira e, como consequncia, menor massa especfica.

34

Malan (1995) afirma que a espessura da parede das fibras uma

caracterstica que tambm est relacionada aos fatores genticos, bem como aos

fatores ambientes e idade da rvore. Moreira (1999) relata que esse parmetro

da fibra est intimamente relacionado com a densidade da madeira, conforme

por ser visto nas citaes de vrios autores que mostram correlaes positivas

entre essa e a espessura da parede dos traquedeos e fibras.

Segundo Silva (2001), alm da identificao das espcies, os estudos

anatmicos possibilitam informaes sobre a estrutura do lenho, permitindo

identificao das relaes entre o lenho e as caractersticas gerais da madeira,

inclusive seu potencial para a gerao de energia. Pdua (2009) afirma que o

estudo dos parmetros referentes qualidade das fibras fornece informaes

para auxiliar na indicao de espcies potenciais para a gerao de energia e a

produo de carvo vegetal. O autor recomenda madeiras para a gerao de

energia que apresentem composio anatmica caracterizada pela presena de

fibras com frao parede alta e ressalta que essa caracterstica est aliada

ocorrncia de alta densidade bsica.

2.3.4 Poder calorfico

O poder calorfico da madeira est relacionado quantidade de energia

liberada (kcal) por unidade de massa (kg) da matria, quando submetida ao

processo de combusto. Nesse caso, como a madeira possui hidrognio, a

combusto resulta, alm de outros compostos, na formao de gua na forma

gasosa, a qual, se for condensada, ir liberar o calor de condensao.

De modo geral, existem trs tipos de poder calorfico, a saber: poder

calorfico superior, poder calorfico inferior e poder calorfico til. Quando

incluir o calor de condensao da gua, o chamado calor latente de vapor d'gua,

esse ser chamado de poder calorfico superior (PCS) e, quando o poder

calorfico obtido no o fizer, trata-se, ento, do poder calorfico inferior (PCI) e

35

ser obtido menor valor quando comparado ao PCS. Sob essa condio, a gua

gerada ser perdida, levando consigo parte da energia liberada pela madeira. J o

poder calorfico til obtido por meio de equaes nas quais se leva em

considerao o teor de umidade do combustvel.

De acordo com Pereira et al. (2009), o poder calorfico superior da

madeira de eucalipto varia na faixa de 4.400 a 4.800 kcal/kg. Vale et al. (2001)

encontraram, em estudo comparativo, para a Acacia mangium, valor mdio para

o poder calorfico superior de 4.619 kcal/kg e, para o Eucalyptus grandis, de

4.641 kcal/kg. Porm, vale ressaltar que existe uma dependncia entre o poder

calorfico superior e o inferior, regida pela quantidade de hidrognio presente no

combustvel. Portanto, o poder calorfico da madeira influenciado diretamente

pela umidade, alm de o ser tambm pela composio qumica da madeira.

Ladeira (1992), citado por Cotta (1996), ratifica que a umidade fator

importante a ser considerado na aferio do poder calorfico da madeira. A

autora afirma que a presena de gua na madeira representa a reduo do poder

calorfico, em razo da energia necessria para evapor-la. Alm disso, se o teor

de umidade for muito varivel, o controle do processo de combusto pode se

tornar difcil.

Silva et al. (1983), comparando a biomassa de diferentes espcies para a

produo de energia, encontraram, para a madeira de Eucalyptus viminalis, com

teor de umidade de 12%, poder calorfico superior igual a 4.691 kcal/kg.

Dentre os trabalhos que relacionam o poder calorfico composio

qumica da madeira, est o realizado por Doat & Petroff (1975) que, ao

pesquisarem espcies tropicais, mostraram que uma madeira rica em lignina e

em extrativos solveis em compostos orgnicos tem elevado poder calorfico.

Outras relaes tambm so estabelecidas a partir da anlise da qualidade da

madeira para a gerao de energia, como aquelas observadas por Pastore et al.

36

(1982) e Vale et al. (2001), nas quais foram encontradas altas correlaes entre o

teor de carbono fixo da madeira e seu poder calorfico.

2.3.5 Anlise termogravimtrica (TGA)

A anlise termogravimtrica (TGA) da madeira permite o registro

constante da perda de massa de uma amostra submetida a um programa de

temperatura, com variao de tempo ou de temperatura. Com base nessa tcnica

possvel interpretar como o comportamento da madeira durante a sua

decomposio trmica, alm de fornecer informaes sobre em quais faixas de

temperatura a decomposio mais pronunciada.

Alguns trabalhos foram realizados utilizando a termogravimetria para

predizer o comportamento da madeira de eucalipto, tais como os de Kifani-

Sahban et al. (1996), Raveendran et al. (1996), Gmez et al. (2000), Raad (2004)

e Vrhegyi (2007). No entanto, a maioria consiste no estudo da decomposio

trmica da madeira refletida nas curvas termogravimtricas com foco na cintica

de reao. Pouco se observa sobre o comportamento de diferentes materiais

genticos, visando caracterizar aquele que apresenta maior resistncia trmica

nas faixas de temperatura estudadas.

Quando a anlise termogravimtrica realizada sob temperaturas

variadas, considerada como TGA dinmica e a taxa de decomposio torna-se

dependente da temperatura e do tempo. Embora a anlise TG fornea apenas

uma informao global sobre o conjunto de reaes que ocorrem durante a

pirlise, ela permite a comparao do comportamento trmico da biomassa,

evidenciando, dentre outros, a influncia de diferentes materiais genticos sobre

a cintica da reao.

A madeira, quando submetida a altas temperaturas, sofre a

decomposio trmica dos seus componentes qumicos, passando por um

processo de carbonizao, sob atmosfera inerte e/ou combusto, sob atmosfera

37

oxidante. Cada componente da madeira se decompe mais intensamente em

distintas faixas de temperatura, sendo variveis, conforme faixas citadas por

diversos autores. Segundo Conesa (1995), cada frao dos componentes da

madeira tem uma cintica de decomposio trmica bem diferenciada. Os

autores afirmam que as hemiceluloses sofrem maiores picos de degradao entre

200o e 300oC, a celulose entre 240o e 350oC e a lignina entre 350o e 500oC.

Como resultado do fornecimento de temperaturas crescentes ao longo do

tempo durante o qual realizada a anlise termogravimtrica, h, geralmente, o

decrscimo da massa da amostra, pois desse fato resulta a perda de umidade e de

materiais volteis, alm da ocorrncia de reaes qumicas. A anlise pode ser

realizada sob atmosfera oxidante (ar ou oxignio) ou sob atmosfera inerte (N2 e

CO2 ).

Em estudos realizados pela Fundao Centro Tecnolgico de Minas

Gerais - CETEC (1979), em atmosfera de nitrognio, objetivou-se identificar o

comportamento da decomposio trmica da massa total em serragem de Pinus.

Os resultados mostram que a maior perda de massa total registrada foi em torno

de 63%, sob temperaturas variando entre 270 e 400C, atingindo perda total de

85% em temperatura equivalente a 1000C.

Antal & Mok (1990) relatam que o rendimento do carvo, obtido em

fornos industriais no Brasil e baseado na massa total, varia em torno de 25% a

35%. No entanto, para Antal & Vrhegyi (1995), o rendimento da madeira

deveria ser em torno de 40% ou mais, visto sob consideraes de clculos

estequiomtricos e considerando tambm o controle eficiente dos parmetros de

pirlise, principalmente a temperatura final.

Oliveira (2003), ao estudar o comportamento das curvas

termogravimtricas da madeira de Eucalyptus grandis, observou que a

degradao trmica teve incio a 150oC de temperatura, sendo mais pronunciada

na faixa entre 250o e 450oC, com reduo de 68,52% da massa inicial.

38

Raad (2004), estudando a degradao trmica dos componentes

estruturais da madeira, observou a perda em massa da celulose, hemiceluloses e

lignina em diferentes faixas de temperatura. Os resultados da anlise podem ser

observados na Figura 7. O autor observou tambm o comportamento da

decomposio trmica da massa total da madeira de Eucalyptus spp., em

atmosfera de nitrognio e utilizou uma equao geral do mecanismo cintico de

carbonizao para a predio dos resultados. O autor relatou que os maiores

picos de decomposio ocorreram nas faixas de temperaturas correspondentes a

380oC e 400oC, aproximadamente.

FIGURA 7 Massas finais dos componentes da madeira versus temperatura de carbonizao.

Fonte: Raad (2004).

Campos (2009), ao estudar a influncia dos parmetros do processo de

pirlise sobre o comportamento trmico da madeira de eucalipto e dos seus

componentes principais, por meio da termogravimetria, observou uma faixa de

maior degradao trmica da madeira entre 250 e 400C. A autora constatou

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

200 250 300 350 400 450 500 550 600

Temperatura (oC)

Mas

sa F

inal

(kg

/kg

)

Experimental

Terica

Hemicelulose

Celulose

Lignina

39

que a madeira apresentou faixa mais extensa de degradao, quando comparada

quelas correspondentes aos seus componentes, e inferiu que esse fato

corresponde sobreposio das faixas de maior reao de seus componentes

hemicelulsicos e celulsicos.

2.4 Carbonizao da madeira

O processo de carbonizao ou pirlise lenta da madeira consiste no seu

aquecimento, a temperaturas acima de 2000C, na presena controlada de

oxignio, promovendo modificaes dos seus componentes, cujo objetivo

aumentar o teor de carbono na massa resultante do processo, o carvo vegetal. A

ocorrncia desse processo est intimamente relacionada composio qumica

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

lignina, alm de sofrer influncia das suas caractersticas fsicas e anatmicas.

Byrne & Nagle (1997) consideram que a pirlise da madeira d origem

aos mesmos produtos que seriam obtidos pela soma de seus trs principais

componentes pirolisados separadamente. Relatam, ainda, que a pirlise no

ocorre de forma simultnea, mas em etapas, nas quais as hemiceluloses se

degradam primeiro, sob temperaturas que variam entre 200 e 260C, seguidas

da celulose (240-350C) e da lignina (280-500C).

Andrade et al. (2004) sugerem que a resistncia trmica dos

constituintes qumicos da madeira est intimamente relacionada s suas

respectivas estruturas. Segundo os autores, quanto mais complexa, mais rgida e

mais condensada for a estrutura, mais estvel, do ponto de vista trmico, ser o

correspondente componente qumico.

Durante a carbonizao ocorre uma sequncia de reaes qumicas e