Correlações entre propriedades da madeira e do carvão vegetal de clone de Eucalyptus urophylla

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1 Correlações entre propriedades da madeira e do carvão vegetal de clone de Eucalyptus urophylla Alanna Barishinikov Silva 1, Taiana Guimarães Arriel 1, Rebeca Alves Barreto Lima 1, Paulo Fernando Trugilho 1, Ana Flávia Cunha Fernandes de Oliveira 1, Breno Assis Loureiro 1 1 UFLA Universidade Federal de Lavras. alannasilvab@gmail.com Resumo Visando grande destaque que o setor siderúrgico ganha atualmente no sendo uma fonte renovável de energia, é necessário entender bem a matéria prima estudada, com isso o seguinte trabalho teve como objetivo verificar as correlações existentes entre as propriedades da madeira e do carvão de um clone de Eucalyptus urophylla, aos 81 meses de idade, proveniente de teste clonal, com espaçamento de 3 x 3 m, localizado no município de Curvelo, MG. Para as análises da qualidade da madeira e do carvão foram utilizadas amostras compostas retiradas ao longo da altura comercial da árvore. O estudo das propriedades da madeira foi realizado a partir das análises química, imediata, densidade básica para a madeira e análises como poder calorífico superior, densidade relativa aparente, densidade energética, densidade relativa aparente e porosidade para o carvão. A carbonização foi realizada em mufla de laboratório, sob aquecimento elétrico. Posteriormente, foram realizadas as análises do carvão vegetal. Para o estudo das correlações foi empregado o coeficiente de correlação de Pearson. Os resultados experimentais mostraram que existem correlações entre as propriedades estudadas da madeira e do carvão vegetal do material analisado, visto que o poder calorífico superior do material é em geral uma propriedade que pode ser bem explicada pelos teores de materiais voláteis, cinzas e teor de carbono fixo, ou seja está bem correlacionada. Palavras-chave: Bioenergia; Carbonização; Biomassa florestal. 1. Introdução Visando a geração de energia, no Brasil o uso de carvão vegetal para este fim se destaca de maneira significativa, englobando o setor siderúrgico. O setor ainda ganha destaque por ser uma fonte renovável de energia, quebrando o paradigma da dependência dos combustíveis fósseis, contribuindo para o futuro energético mundial. Aprofundando no estudo do carvão, é necessário entender que além de sofrer influência do sistema de produção, existe também uma correlação com a matéria prima, a madeira, pois sabemos que há uma grande influência do material de origem no produto final. Conforme observado por Collet (1955) e Brito e Barrichelo (1974), existe uma forte correlação entre o teor de lignina e o teor de carbono fixo, mostrando a forte influência da composição química em ambos. Em relação a densidade, segundo Doat e Petroff (1975), existe uma correlação média entre a densidade da madeira e a friabilidade do carvão, bem como entre a densidade do carvão e sua resistência a compressão mecânica

2 Assim, o presente estudo tem por objetivo avaliar a correlação existente entre as propriedades da madeira e do carvão vegetal. 2. Material e Métodos 2.1 Origem do material e amostragem Foi estudado neste trabalho um clone de Eucalyptus urophylla, aos 81 meses de idade, proveniente de um teste clonal, com espaçamento de 3 x 3 m, localizado no município de Curvelo, região central do estado de Minas Gerais, com coordenadas, atitude e precipitação de " S e 44 33' 39" O; 690 m e 1308,3 mm respectivamente. Foram abatidas vinte e quatro árvores de diâmetro médio do material genético, onde foram retirados discos de 2,5 cm de espessura de cada árvore em seis porções longitudinais do fuste: 0% (base); 2%; 10%; 30%; 50% e 75% da altura comercial (Hc) sendo estes discos destinados à determinação da densidade básica, análises químicas e posteriormente estas frações foram carbonizadas e o carvão foi analisado. 2.2 Densidade básica e análises químicas na madeira A densidade básica da madeira foi determinada segundo a norma analítica NBR da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT (ABNT, 2003) A média aritmética dos seis discos coletados nas posições longitudinais de amostragem foi considerada a densidade básica média da árvore A análise química imediata, que determina os teores de umidade, de materiais voláteis, de cinzas e, por diferença, o de carbono fixo, foi obtida pela norma NBR 8112 da ABNT (1986). O teor de lignina total foi a soma dos resultados da lignina insolúvel e a lignina solúvel, sendo que a determinação do teor de lignina insolúvel realizada utilizando o método Klason modificado, por procedimento recomendado por Gomide e Demuner (1986) e para a determinação do teor de lignina solúvel foi utilizado o procedimento sugerido por Goldschimid (1971). 2.3 Carbonização da madeira e análises no carvão A carbonização da madeira foi realizada em forno elétrico (mufla) adaptado com um sistema de recuperação de gases. As carbonizações foram realizadas com temperatura inicial de 100 C até a temperatura final de 450 C a uma taxa de aquecimento de 100 C.minuto -1, permanecendo por um período de 30 minutos na temperatura máxima, A análise química imediata foi realizada seguindo procedimentos da NBR 8112 (ABNT, 1986); a determinação da densidade relativa aparente, relativa verdadeira e porosidade através da NBR 9165 (ABNT, 1985) e o poder calorífico superior, obtido em calorímetro digital, pela NBR 8633 (ABNT, 1986). A densidade energética, valor expresso em Gcal.ha -1, foi obtida através do produto da densidade relativa aparente e do poder calorífico superior do carvão. Por fim, foi obtida a matriz de correlação simples com os resultados das análises da madeira e do carvão vegetal acima mencionados visando determinar a associação existente entre estas características. 3. Resultados e Discussão

3 A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos para a densidade básica, análise química e molecular (teores de lignina total) da madeira do clone de E. urophylla, assim como características importantes para a caracterização do carvão vegetal como o poder calorífico superior, densidade relativa aparente, densidade energética, densidade relativa aparente e porosidade. Tabela 1 Características da madeira e do carvão de clone de E. urophylla aos 81 meses de idade. (Fonte: os autores) DB TMV TCz TCF LT DRA PCS DE DRV PO Média 0,520 84,31 0,10 15,59 29,65 0, ,61 1,42 75,35 Máximo 0,567 86,31 0,47 17,33 32,24 0, ,11 1,50 79,25 Mínimo 0,462 82,61 0,00 13,58 27,74 0, ,27 1,27 70,96 DP 0,031 1,01 0,09 1,04 1,32 0,03 92,49 0,26 0,06 2,62 CV 5,91 1,20 91,34 6,64 4,46 9,45 1,24 9,87 4,52 3,48 N DB: Densidade básica da madeira (g.cm-3); TMV: Teor de materiais voláteis da madeira (%); TCz: Teor de cinzas da madeira (%); TCF: Teor de carbono fixo da madeira (%); LT: Lignina total (%); DRA: Densidade relativa aparente do carvão (g.cm-3); PCS: Poder calorífico superior do carvão (kcal.kg-1); DE: Densidade energética (Gcal.m-3); DRV: densidade relativa verdadeira (g.cm-3); PO: porosidade do carvão (%); DP: Desvio padrão; CV: Coeficiente de variação (%); N: Número de indivíduos. A partir da Tabela 1 pode-se perceber que o valor médio de densidade básica foi de 0,520 g.cm - 3 e está de acordo com Santos et al. (2011) que avaliou quatro clones do gênero Eucalyptus, que obteve resultados entre 0,500 e 0,550 g.cm -3 com objetivo obter o material genético com maior potencial para a produção de carvão, enquanto Trugilho et al. (2001), estudaram o potencial energético da madeira de clones de eucalipto aos sete anos de idade, e encontraram valores para densidade básica variando de 0,52 a 0,59 g/cm³ corroborando com os resultados encontrados nesse trabalho. Os teores médios encontrados neste trabalho da análise química imediata de 15,59%, 17,82% e 0,10% para teor de carbono fixo, materiais voláteis e cinzas respectivamente, estão dentro da faixa observada para a madeira de folhosas (BRAND, 2010). Assim como o resultado encontrado para a média do teor de lignina total de 29,65% estando de acordo com Frederico (2009) que ao estudar clones de eucalipto aos três anos de idade, encontrou valores para teor de lignina variando entre 28,9% e 31,1%. Nas análises realizadas no carvão vegetal, o valor médio obtido foi de 0,350 g.cm -3 para a densidade relativa aparente e valor médio para um poder calorífico superior igual a 7447 kcal.kg -1, corroborando com os valores encontrados nos trabalhos de Loureiro (2016) e Trugilho et al. (2001). Para realização das correlações entre as características da madeira e do carvão vegetal clone de E. urophylla, utilizaram-se os valores contidos na Tabela 2. Tabela 2 Matriz de correlação simples entre as características da madeira e do carvão de clone de E. urophylla aos 81 meses de idade. (Fonte: os autores). DB TMV TCz TCF LT DRA PCS DE DRV PO DB 1,00 TMV -0,49 1,00 TCz 0,17 0,20 1,00 TCF 0,46-1,00-0,29 1,00 LT -0,12 0,06-0,14-0,05 1,00 DRA 0,30 0,02 0,15-0,03-0,38 1,00 PCS 0,22-0,47-0,21 0,48-0,23 0,31 1,

4 DE 0,30-0,04 0,11 0,03-0,39 0,99 0,42 1,00 DRV 0,04 0,06 0,14-0,07 0,26-0,05-0,47-0,11 1,00 PO -0,25 0,02-0,06-0,01 0,44-0,89-0,48-0,91 0,49 1,00 DB: Densidade básica da madeira (g.cm-3); TMV: Teor de materiais voláteis da madeira (%); TCz: Teor de cinzas da madeira (%); TCF: Teor de carbono fixo da madeira (%); LT: Lignina total (%); DRA: Densidade relativa aparente do carvão (g.cm-3); PCS: Poder calorífico superior do carvão (kcal.kg-1); DE: Densidade energética do carvão (Gcal.m-3); DRV: Densidade relativa verdadeira do carvão (g.cm-3); PO: porosidade do carvão (%); DP: Desvio padrão; CV: Coeficiente de variação (%); N: Número de indivíduos. Na análise de correlação de Pearson (Tabela 2) observou-se que o PCS se correlacionou negativamente com o teor de materiais voláteis (-0,47), ou seja, quanto maior a quantidade de materiais voláteis na madeira, menor será o poder calorífico. O mesmo resultado foi observado por Reis et al. (2012) que relataram uma correlação negativa entre estas duas variáveis no carvão de E. urophylla. Já o teor de carbono fixo correlacionou-se positivamente com o PCS, ou seja, quanto maior o teor de carbono fixo maior o poder calorífico do carvão vegetal. Dessa forma, visando à otimização do valor calórico do carvão vegetal devem-se considerar essas características qualitativas e quantitativas As relações observadas entre o poder calorífico superior e os teores de carbono fixo, corroboram com o observado na literatura para o carvão vegetal (PROTÁSIO et al., 2011; TRUGILHO e SILVA, 2001; VALE et al., 2001). 4. Conclusões Infere-se sobre os resultados que existem correlações entre as propriedades químicas da madeira e as propriedades químicas e físicas do carvão porém dentre estas algumas conseguiram obter melhor relação como o poder calorífico superior e a análise química imediata, visto que esse comportamento foi corroborado em outras literaturas. 5. Agradecimentos Os autores expressam agradecimentos a FAPEMIG, CNPq e CAPES pelo auxílio financeiro, aos colaboradores do laboratório de Biomateriais do Departamento de Ciências Florestais da Universidade Federal de Lavras e a Universidade Federal de Lavras pelo incentivo a pesquisa e extensão. Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 11941: Madeira: determinação da densidade básica. Rio de Janeiro, 2003, 6 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8112: Carvão vegetal: análise imediata: método de ensaio. Rio de Janeiro, 1986, 5 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 9165: Carvão vegetal: Determinação da densidade relativa aparente, relativa verdadeira e porosidade, Rio de Janeiro, 1985, 8p. BRAND, M. A. Energia de biomassa florestal. Rio de Janeiro: Interciência, 2010, 131 p

5 BRITO, J.O.; BARRICHELO, L.E.G. Correlações entre características físicas e químicas da madeira e a produção de carvão vegetal: 1 - densidade e teor de lignina da madeira de eucalipto. IPEF, Piracicaba (14):9-20, COLLET, F. Estudo comparativo, em escala de laboratório, de diversas madeiras utilizadas na fabricação de carvão vegetal. Boletim da Associação Brasileira de Metais, 42(12):5-14, DOAT, J & PETROFF, O Carbonization of tropical woods. Experimental tests and industrial perspectives. Bois Forêts des Trop. (159): jan/fev. From: - ABIPC. FREDERICO, P.G.U. Efeito da região e da madeira de eucalipto nas propriedades do carvão vegetal p. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, GOLDSCHIMID, O. Ultraviolet spectra. In: SARKANEN, K. V.; LUDWING, C. H. (Eds) Lignins. New York: Wiley Interscience, p GOMIDE, J. L.; DEMUNER, B. J. Determinação do teor de lignina em material lenhoso: método Klason modificado. O Papel, v. 47, n. 8, p , LOUREIRO, B. Análise energética da madeira e do carvão de híbridos entre Corymbia citriodora (Hook.) KD Hill & LAS Johnson e Corymbia torelliana (F. Muell.) KD Hill & LAS Johnson. PROTÁSIO, T. P.; SANTANA, J. D. P.; GUIMARÃES NETO, R. M.; GUIMARÃES JÚNIOR, J. B.; TRUGILHO, P. F.; BISPO, I. B. Avaliação da qualidade do carvão vegetal de Qualea parviflora. Pesquisa Florestal Brasileira, Colombo, v. 31, n. 68, p , 2011b. DOI: /2011.pfb REIS, A. A.; PROTÁSIO, T. P.; MELO, I. C. N. A.; TRUGILHO, P. F.; CARNEIRO, A. C. O. Composição da madeira e do carvão vegetal de Eucalyptus urophylla em diferentes locais de plantio. Pesquisa Florestal Brasileira, Colombo, v. 32, n. 71, p , 2012.DOI: /2012.pfb SANTOS, R. C. et al. Correlações entre os parâmetros de qualidade da madeira e do carvão vegetal de clones de eucalipto SANTOS, R.C. Parâmetros de qualidade da madeira e do carvão vegetal de clones de eucalipto p. Tese (Doutorado) Universidade Federal de Lavras, Lavras. TRUGILHO, P. F.; LIMA, J. T.; MORI, F. A; LINO, A. L. Avaliação de clones de Eucalyptus para a produção de carvão vegetal. Cerne, Lavras, v. 7, n. 2, p , TRUGILHO, P. F.; SILVA, D. A. Influência da temperatura final de carbonização nas características físicas e químicas do carvão vegetal de jatobá (Himenea courbaril L.). Scientia Agraria, Curitiba, v. 2, n. 1-2, p , VALE, A. T.; COSTA, A. F.; GONÇALEZ, J. C.; NOGUEIRA, M. Relações entre a densidade básica da madeira, o rendimento e a qualidade do carvão vegetal de espécies do cerrado. Revista Árvore, Viçosa, MG, v. 25, n. 89, p ,