CARACTERIZAÇÃO ENERGÉTICA DO Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage

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1 CARACTERIZAÇÃO ENERGÉTICA DO Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage RESUMO Dimas Agostinho da Silva 1 Bruna Verediana Müller 2 Elaine Cristine Kuiaski 3 Alexsandro Bayestorff da Cunha 4 O presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial energético da madeira e da casca de Eucalyptus benthamii. Foram selecionadas cinco árvores em um plantio comercial de cinco anos de idade, localizado no distrito de São Jorge, município de Cerro Negro, Planalto Serrano Catarinense. Das árvores selecionadas foram retirados discos na base e na altura do DAP e a 25, 50, 75 e 100% da altura do fuste. Dos discos retiraram-se as cunhas, utilizadas na determinação da densidade básica da madeira. Posteriormente, as cunhas foram moídas para a composição das amostras, empregadas na determinação do poder calorífico e da composição química da casca e madeira de E. benthamii. Por meio dos valores de poder calorífico e densidade básica verificados neste trabalho, se determinou a densidade energética para a espécie. De modo geral, os resultados obtidos para o E. benthamii assemelham-se àqueles citados na literatura para outras espécies do gênero Eucalyptus cultivadas no Brasil, indicando que esta espécie também apresenta potencial para ser utilizada como fonte de matéria prima na geração de energia. ABSTRACT The present study aimed to assess the potential energy of wood and bark of Eucalyptus benthamii. Five trees were selected in a commercial planting of five years old, located in São Jorge district, Cerro Negro city, in highland plateau of Santa Catarina state. Selected trees were removed disks at the base and height of the DAP and the 25, 50, 75 e 100% the height of the trunk. Discs were withdrawn wedges, used in determining the wood basic density. Subsequently, the wedges were ground for the composition of the samples, employed in the determination of the calorific value and chemical composition of bark and wood of E. benthamii. With calorific values and specific gravity obtained in this study, was determined the energy density for the species studied. The results obtained for E. benthamii are similar to those reported in literature for other Eucalyptus species grown in Brazil, indicating that this species also has potential for use as raw material for energy generation. INTRODUÇÃO No Brasil, os povoamentos florestais homogêneos são formados principalmente por espécies dos gêneros Pinus e Eucalyptus. Grande maioria dos povoamentos de Pinus localiza-se na região Sul,

2 enquanto os povoamentos de Eucalyptus são mais freqüentemente encontrados nas regiões Sudeste, Centro-Oeste e Nordeste (ROCHA, 2000). No entanto, devido a características como o rápido crescimento, adaptação a uma ampla faixa de ambientes e qualidade da madeira, tem-se verificado uma expansão no plantio de Eucalyptus para regiões além daquelas tradicionais, caso dos plantios de Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage na região Sul do Brasil. O E. benthamii foi introduzido no Brasil pela Embrapa/Florestas (Nisgoski et al., 1998). Na região Sul, esta espécie tem mostrado bom crescimento e resistência a geadas em plantios experimentais com 2 e 3 anos de idade no Estado de Santa Catarina (Higa & Pereira, 2003). Já na região de Dois Vizinhos, Estado do Paraná, Higa & Carvalho (1990), observaram em plantios com idade de 45 meses, sobrevivência de 70%, altura média de 16 m e DAP (diâmetro a altura do peito) médio de 15 cm, concluindo que a espécie merece atenção especial dos melhoristas. Porém, apesar de todos os resultados apresentados pelo E. benthamii e o aumento maciço dos plantios desta espécie, até o momento a sua principal utilização vem sendo o fornecimento de matériaprima para as indústrias de celulose e papel, ignorando-se outras utilizações potenciais, como a geração de energia. A utilização da madeira e seus derivados para produção de energia da biomassa é um método prático e um recurso natural tradicional no Brasil, além de apresentar vantagens por ser renovável (fonte de energia limpa) e elevado potencial energético sustentável para o país. Segundo dados obtidos pelo BEN Balanço Energético Nacional (2010), o consumo total de fontes primárias, em 2009, foi de x 10³ tep, sendo que, deste x 10³ tep destina-se ao consumo energético do país. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial energético da madeira e da casca do E. benthamii, por meio da determinação da densidade básica, densidade energética, poder calorífico, teor de voláteis, teor de cinzas e teor de carbono fixo. MATERIAL E MÉTODOS Para a realização deste estudo foram utilizadas cinco árvores de E. benthamii, selecionadas em um plantio comercial de cinco anos de idade, localizado no distrito de São Jorge, município Cerro Negro, Planalto Serrano Catarinense. O município de Cerro Negro localiza-se a uma altitude de 996 m e o clima é classificado como mesotérmico úmido, com verão fresco e temperatura média entre 5 C e 18 C, (GOVERNO DO ESTADO DE SANTA CATARINA, 2011). O tipo de solo predominante é o Cambissolo álico TB (argila de atividade baixa) A húmico, de textura muito argilosa (EMBRAPA SOLOS, 1998). As árvores foram selecionadas de forma visual, considerando aspectos como o tronco cilíndrico e a baixa incidência de galhos. Além dos aspectos visuais das árvores, os indivíduos também foram selecionados com base no DAP (diâmetro a altura do peito), que deveria ser igual ao diâmetro médio do povoamento. De cada uma das árvores selecionadas foram retirados discos na base e na altura

3 do DAP e a 25, 50, 75 e 100% da altura do fuste. Posteriormente, de cada um dos discos retirou-se uma cunha, abrangendo o tronco das árvores desde a medula até a casca. A seguir, parte do material foi picado e moído para formar as amostras com granulometria inferior a 200mesh, que posteriormente foram utilizadas na determinação do poder calorífico e composição química. Para a determinação da densidade básica da madeira, foram usadas as cunhas das árvores selecionadas, por meio da relação entre o peso saturado e peso absolutamente seco, utilizando-se o método do teor de umidade máximo de Smith (SMITH, 1954; FOELKEL, BRASIL & BARRICHELO, 1971). A densidade energética da madeira foi calculada com base nos valores da densidade básica e poder calorífico da madeira, obtidos neste estudo (Equação 1). DE = DB * PCS (Equação 1) Onde: DE = Densidade Energética (kcal/ m³); DB = Densidade Básica (kg/ m³); PCS = Poder Calorífico Superior (kcal/ kg). Para a realização das demais análises energéticas, das cunhas absolutamente secas, com o auxílio do formão, retiraram-se pequenas partículas de casca e de madeira, para posterior composição das amostras. O poder calorífico superior (PCS) foi determinado a partir do método da bomba calorimétrica, modelo C Cooling System, IKA Werke, com principio de funcionamento adiabático, isoperibólico ou dinâmico, utilizando amostras de aproximadamente 0,5 gramas. A norma utilizada foi a NBR 8633 de Na caracterização da composição química da madeira utilizou-se a norma NBR 8112 de 1986, permitindo a quantificação dos teores de carbono fixo, materiais voláteis e cinzas. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados médios das características determinadas para madeira, bem como o desvio padrão (SD) e coeficiente de variação (%) estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1. Valores médios, desvio padrão e coeficientes de variação das propriedades avaliadas da madeira e da casca do Eucalyptus benthamii. Avaliação da madeira Característica Média Desvio Padrão Coeficiente de Variação Densidade básica (kg m -3 ) 469 0,031 6,5 Densidade energética (kcal m -3 ) 2193,0 155,1 7,1 Poder calorífico superior (kcal kg -1 ) 4677,6 106,9 2,3 Teor de carbono fixo (%) 16,0 2,3 14,2

4 Teor de materiais voláteis (%) 84,0 2,3 2,7 Teor de cinzas (%) 0,251 0,002 8,4 Avaliação da casca Característica Média Desvio Padrão Coeficiente de Variação Poder calorífico superior (kcal kg -1 ) 4129,1 193,3 4,7 Teor de carbono fixo (%) 23,9 2,5 10,3 Teor de substâncias voláteis (%) 76,1 2,3 3,1 Teor de cinzas (%) 4,4 0,3 6,7 A densidade básica é uma das principais características tecnológicas da madeira, sendo que madeiras mais densas apresentam maior poder calorífico por unidade de volume (PEREIRA et al, 2000). A densidade básica média da madeira de Eucalptus benthamii determinada (469 kg m -3 ) foi superior a densidade básica encontrada para a espécie aos quatro anos por Pereira et al (2000), onde o valor obtido foi de 403 kg m -3. Já Alves et al (2011), utilizando indivíduos de sete anos, observaram a densidade básica de 472 kg m³. Quando comparada a outras espécies de eucaliptos, a densidade básica determinada para a madeira neste estudo mostrou-se superior a densidade básica do Eucalyptus grandis (391 kg m -3 ) (BRITO et al, 1983) e do Eucalyptus dunni (444 kg m -3 ) (PEREIRA et al, 2000), porém foi inferior a densidade básica do Eucalyptus. viminalis (489 kg m -3 ) observada por Sturion et al (1988). Segundo Lima et al (2011) a densidade energética considera a energia contida num determinado volume de madeira. Para o Eucalyptus. benthamii a densidade energética média determinada para a madeira foi de 2193,0 kcal m -3, apresentando-se levemente inferior ao valor encontrado por Lima et al (2007) ao avaliar indivíduos de seis anos, onde o valor obtido foi de 2222,0 kcal m -3. A semelhança entre os valores pode estar relacionada à idade dos povoamentos avaliados, ponderando que a diferença entre estes é apenas de um ano de idade. De acordo com Sturion & Tomaselli (1990), o poder calorífico superior diz respeito a máxima produção de energia obtida na queima de um determinado material, considerando que este no momento da queima está teoricamente isento de água. O poder calorífico superior médio da madeira observado foi de 4677,6 kcal kg -1. Vale et al (2000) ao avaliarem a madeira de Eucalyptus grandis verificaram o valor de 4641,0 kcal kg -1. Lima et al (2011) encontraram valor semelhante (4681,0 kcal kg -1 ) utilizando indivíduos coletados no Estado do Paraná. Considerando a revisão bibliográfica realizada por Quirino et al (2004), observou-se que a madeira de Eucalyptus benthamii apresentou poder calorífico superior intermediário aos valores apresentados pelas 16 espécies de eucaliptos mencionadas nessa revisão, onde os valores variaram de 5023,0 a 4217,0 kcal kg -1. O teor de carbono fixo médio da madeira foi de 16%, semelhante ao da madeira de Eucalyptus saligna (16,7%) e superior ao da madeira de Eucalyptus camaldulensis (13,4%) e de Eucayptus grandis (9,6%) avaliados entre os quatro e cinco anos de idade (BRITO & BARRICHELO, 1978).

5 De acordo com Brito & Barrichelo (1978) o teor de substâncias voláteis médio da madeira de Eucalyptus benthamii (84%) observado neste estudo foi inferior ao da madeira de E. grandis (89,9%) e superior ao da madeira de Eucalyptus saligna (77,5%) e de Eucalyptus camaldulensis (79,8%). O teor de cinzas médio da madeira verificado foi de 0,25%. Considerando-se a revisão bibliográfica realizada por Barcelos et al (2005), o teor de cinzas verificado para o Eucalyptus benthamii é inferior ao teor de cinzas da madeira apurado para outras espécies do gênero Eucalyptus, como o E. camaldulensis (0,5%), o E. citriodora (1,6%), o E. grandis (0,6%), o E. saligna (0,5%) e o E. urophila (0,9%). Quanto as avaliações energéticas da casca, o poder calorífico superior médio apurado (4129,1 kcal kg -1 ) mostrou-se superior ao da casca de E. saligna (3892 kcal kg -1 ), proveniente de um povoamento de oito anos e meio de idade, no Estado de São Paulo (COUTO et al, 1984). O poder calorífico superior médio da casca de Eucalyptus benthamii foi inferior ao encontrado para madeira da espécie. Resultados diferentes foram encontrados na avaliação desse parâmetro por Vale et al (2002) na caracterização energética da madeira e da casca de 47 espécies nativas do cerrado, onde no geral os valores obtidos para o poder calorífico superior da casca mostraram-se mais elevados do que aqueles obtidos para a madeira. Segundo Brito & Barrichelo (1978), o teor de carbono fixo médio observado para a casca de Eucalyptus benthamii (23,9%) está acima do valor determinado para a casca de cinco espécies de Eucalyptus, cujos valores variaram de 14,4% (Eucalyptus microcorys) a 17,7% (Eucalyptus saligna). Vale et al (2002) encontrou para espécies nativas do cerrado o valor médio de teor de carbono fixo na casca de 25,9%. Já o teor de substâncias voláteis médio observado para a casca Eucalyptus benthamii foi de 76,1%, sendo igual ao valor verificado para a casca de Eucalyptus saligna e inferior ao da casca de Eucayptus grandis (79,1%)(BRITO & BARRICHELO, 1978). Verificou-se ainda que o teor de substância voláteis da casca de Eucalyptus benthamii foi inferior ao da madeira. Esta relação está de acordo com o que foi verificado por Brito & Barrichello (1978) e Vale et al (2002) em estudos semelhantes, porém realizado com outras espécies. Quanto ao teor de cinzas médio da casca de Eucalyptus benthamii, o valor observado foi de 4,40%. Brito & Barrichelo (1978), em um estudo sobre as características do eucalipto como combustível, encontraram valores que variaram de 6,40 %(Eucalyptus grandis) a 1,34 % (Eucalyptus resinifera). Foi possível verificar que tanto o teor de cinzas, como o teor de carbono fixo da casca de E. benthamii, monstraram-se superiores aos valores obtidos no presente trabalho para a madeira de E. benthamii. O mesmo foi observado por Brito & Barrichelo (1978) para diferentes espécies de eucalipto e por Vale et al (2002) para espécies nativas do cerrado. CONCLUSÕES

6 No geral, tanto as características energéticas da madeira, como as características energéticas da casca avaliadas para o Eucalyptus benthamii apresentaram resultados semelhantes aos obtidos para outras espécies do gênero Eucalyptus cultivadas no Brasil para a geração de energia. Dessa forma, o Eucalyptus benthamii também pode ser indicado como matéria-prima para a geração de energia. No entanto, para uma análise mais completa a respeito desta utilização energética, faz-se necessária a realização de novos estudos sobre florestas energéticas usando a espécie, o desempenho na obtenção de carvão vegetal e análise da composição de cinzas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT. Norma técnica NBR Rio de Janeiro ABNT. Norma técnica NBR Rio de Janeiro ALVES, I. C. N.; GOMIDE, J. L; COLODETTE, J. L.; SILVA, H. D. Caracterização tecnológica da madeira de Eucalyptus benthamii para produção de celulose. Ciência Florestal, v. 21, n. 1, p , jan.-mar BARCELLOS, D. C. et al. O estado-da-arte da qualidade da madeira de eucalipto para a produção de energia: um enfoque nos tratamentos silviculturais. Biomassa & Energia, v. 2, n. 2, p , BNE. Séries Completas Disponível em: < Acesso em: 02/05/2010. BRITO, J. O. et al. Análise da produção energética e de carvão vegetal de espécies de eucalipto. IPEF, n.23, p , abr BRITO, J. O. & BARRICHELO, L. E. G. Características do eucalipto como combustível: análise química imediata da madeira e da casca. IPEF, n.16, p , COUTO, H. T. Z. et al. Quantificação de resíduos florestais para produção de energia em povoamento de Eucalyptus saligna. IPEF, n. 26, p , abr EMBRAPA SOLOS. Levantamento de Reconhecimento dos solos do Estado de Santa Catarina. Rio de Janeiro: EMBRAPA CNPS, Boletim de Pesquisa, Número 6. FOELKEL, C.E.B.; BRASIL, M.A.M. & BARRICHELO, L.E.G. - Métodos para determinação da densidade básica de cavacos para coníferas e folhosas. IPEF, Piracicaba, (2/3): 65-74, GOVERNO DO ESTADO DE SANTA CATARINA. Cerro Negro. Disponível em: < Acessado em 29/ 08/ HIGA, A. R. & CARVALHO, P. E. R. Sobrevivência e crescimento de doze espécies de eucalipto em Dois Vizinhos, Paraná. In: 6º Congresso Florestal Brasileiro, Campos do Jordão SP, HIGA, R. C. V. & PEREIRA, J. C. D. Usos potenciais do Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage. Colombo: Embrapa Florestas, p. (Embrapa Florestas, Comunicado Técnico, 100). LIMA, E. A. et al. Caracterização individual de árvores de E. benthamii para uso energético. Colombo: Embrapa Florestas, p. (Embrapa Florestas, Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento, 35).

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