I CURSO DE CAPACITAÇÃO IDENTIFICAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL

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1 I CURSO DE CAPACITAÇÃO IDENTIFICAÇÃO DE CARVÃO VEGETAL Thaís Alves Pereira Gonçalves, Martha Andreia Brand, Silvana Nisgoski, Ramiro Faria França, Graciela Inês Bolzón de Muñiz Junho 2013

2 CONTEÚDO APRESENTAÇÃO... 1 INTRODUÇÃO... 1 CARBONIZAÇÃO & MODIFICAÇÕES ESTRUTURAIS... 3 ANATOMIA DO CARVÃO... 6 CARACTERIZAÇÃO ANATOMICA DOS CARVÕES Pinus taeda L. PINHEIRO Eucalyptus benthamii Maiden & Cambage EUCALIPTO Mimosa scabrella Benth. BRACATINGA Acacia mearnsii De Willd. ACÁCIA NEGRA Cecropia glaziovii Snethl. EMBAÚBA Pera glabrata (Schott) Poepp. ex Baill. SECA LIGEIRO Miconia cinnamomifolia (DC.) Naudin JACATIRÃO BIBLIOGRAFIA... 26

3 APRESENTAÇÃO O presente curso é destinado aos profissionais da área do meio ambiente que trabalhem com fiscalização. Considerando que o Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal especialmente para a indústria siderúrgica, mas também para o uso doméstico há a necessidade iminente de conciliar a cadeia produtiva de carvão vegetal com a Conservação da Natureza e redução do desmatamento ilegal. Deste modo, a fiscalização de carvão vegetal é uma atividade fundamental para a sustentabilidade da sua cadeia produtiva. Neste processo, a anatomia da madeira pode se tornar uma grande aliada. Isto é devido à estrutura da madeira se manter no carvão. Contudo, há a necessidade de treinar a acuidade visual dos fiscais para as características que se perdem e são homogeneizadas no carvão. Assim, visamos fornecer noções básicas de anatomia do carvão para facilitar o processo de fiscalização e evitar fraudes. INTRODUÇÃO O carvão vegetal é um dos principais produtos do setor florestal nacional e o Brasil é líder na produção mundial (FAO, 2012). Este biocombustível é muito importante na matriz energética brasileira e quase 90% da produção vai para a indústria siderúrgica (Brasil, 2012). Quando o carvão vegetal é produzido a partir de florestas plantadas, gera um amplo aspecto positivo, pois apresenta saldo positivo de créditos de carbonos e é uma produção politicamente correta (ABRAF, 2012). Por outro lado, os principais aspectos negativos são: (i) trabalhadores não especializados, incluindo crianças, muitas vezes trabalhando em condições análogas à escravidão, e (ii) o corte ilegal de florestas nativas (Carneiro, 2008; IOS, 2011). Abordar sobre o tema carvão vegetal é necessário que se conheça o produto que o resultou, ou seja, a madeira. Existem várias definições para madeira: (i) é o resultado de um meristema complexo o câmbio 1 composto por dois sistemas, o axial (vertical) 1 É uma camada única de células, localizada entre a casca e o tronco, responsável pela formação de casca para fora e madeira para dentro. Essa formação se dá através de divisões mitóticas das células iniciais e diferenciação nas células derivadas 1

4 e o radial (horizontal), tendo uma grande variedade de componentes celulares (Evert, 2006); (ii) é uma estrutura biológica complexa, formada por diversas substâncias químicas e tipos celulares que atuam em conjunto para atender as necessidades das árvores (Forest Products Laboratory, 2010); (iii) é um produto criado pelo homem, não um produto a mais, um produto qualquer, é simplesmente o mais genial e o mais antigo produto vegetal que o homem utilizou desde que passava as noites dentro das cavernas (Mady, 2000). Em se tratando da anatomia, originalmente derivada do grego (anatomé) e adaptada para o latim (anatomia), é uma ciência que trata da forma e da estrutura dos seres organizados, destinando-se ao estudo de várias células, tanto no aspecto da relação com a atividade biológica do vegetal como nas suas peculiaridades. E a anatomia da madeira pode ser definida como o ramo da ciência que estuda as plantas que desenvolvem crescimento secundário, procurando conhecer o arranjo estrutural das diversas células que constituem o xilema secundário (lenho, madeira). A análise anatômica do carvão (antracologia) só é possível porque a estrutura anatômica do lenho se mantém após a carbonização, permitindo a determinação taxonômica (Prior & Gasson, 1993; Kim & Hanna, 2006). A Antracologia também pode ser definida como uma ciência multidisciplinar que tem por princípio a análise e identificação de carvões com base na anatomia da madeira. Esta ciência, tradicionalmente, visa obter dados paleoecológicos e paleoetnobotânicos que contribuem com diversas áreas do conhecimento, em especial a Arqueologia, a Paleoecologia, a Geologia e a Paleobotânica (Scheel et al. 1996). No Brasil, os estudos antracológicos também são aplicados para a abordagem conservacionista e tecnológica, como identificação de espécies de procedência irregular e qualidade do carvão, podendo contribuir para estudos de carvões da mesma forma que a anatomia da madeira contribui para diversas áreas. Embora ainda não seja amplamente divulgada, a análise para identificação de espécies a partir de material carbonizado é bastante antiga (Heer, 1865; Prejawa, 1896). O método utilizado no passado para a confecção e análise de lâminas finas de material carbonizado era muito lento e de difícil obtenção. Somente com o advento de uma metodologia mais simples, baseada no uso da microscopia de luz refletida, na década de 1960 (Vernet, 1973), tornou-se possível a multiplicação das análises antracológicas. No Brasil, a antracologia se iniciou apenas no final da década de 90 (Scheel et al., 1996; Scheel, 1998). 2

5 Os trabalhos em antracologia têm se multiplicado nas últimas décadas, principalmente com a finalidade a reconstituição paleoecológica. A maior parte dos estudos foi realizada em regiões temperadas da Europa e do Mediterrâneo. No Brasil os estudos antracológicos possuem principalmente a abordagem paleoecológica e paleoetnobotância, além de ser realizada a caracterização anatômica de carvões (Gonçalves, 2006, 2010; Scheel-Ybert et al. 2006). O Brasil é pioneiro no direcionamento da antracologia para a fiscalização de carvões. Este direcionamento só existe no país devido à importância econômica da comercialização de carvão vegetal e o seu forte impacto sob a vegetação nativa. A melhoria na fiscalização de carvão vegetal no país pode contribuir como uma forma de controle da comercialização de espécies florestais, visando à conservação e sustentabilidade de biomas brasileiros. CARBONIZAÇÃO & MODIFICAÇÕES ESTRUTURAIS A formação do carvão ocorre a partir do aquecimento do lenho e pode ser de duas formas, na (Braadbart & Poole, 2008): (i) presença de oxigênio ocorre o processo de queima, no qual as substâncias voláteis liberadas pelo aquecimento se inflamam, produzindo chamas; o processo de combustão pode prosseguir até a formação de cinzas, contudo, se a combustão for incompleta haverá produção de carvão; (ii) ausência de oxigênio, as substâncias voláteis também serão liberadas pelo aquecimento, contudo não haverá formação de chamas, e o processo de carbonização resulta diretamente na formação de carvão. 3

6 Neste processo de formação, há basicamente 5 etapas: Figura 1: Processo de formação do carvão (Penedo, 1982). Há três tipos de modificações iniciais com o aumento da temperatura (Braadbart & Poole, 2008): A. Escurecimento da madeira, que ao final do processo se torna negra; B. Físicas consideráveis perdas de massa, contração, possíveis distorções anatômicas resultantes da carbonização e perda de muitas substâncias voláteis; C. Químicas conversões contínuas e graduais dos três principais componentes químicos da madeira (celulose, hemicelulose e lignina) no predomínio de moléculas aromáticas, formando um produto novo, rico em carbono e quimicamente distinto. No processo de transformação da madeira em carvão, as principais modificações estruturais são: 1ª - Perda de massa depende da espécie e do sistema de carbonização 2 e pode variar de 47-85%; 2 O sistema de carbonização depende do tipo de forno, taxa de aquecimento e temperatura final em que o material é submetido. 4

7 2ª - Contração geralmente é maior no sentido tangencial (24,6-35,7%), seguido pelo radial (15,4-29,1%) e longitudinal (11,4-18,5%); 3ª - Parede celular quando há a formação do carvão há a homogeneização das camadas (S1, S2, S3), elas se tornam indistintas e há a formação de uma só camada, assim, diferente da madeira onde se mede as dimensões de acordo com a parede celular, as medições no carvão são feitas de acordo com o diâmetro do lume celular; 4ª - Vasos as alterações são dependentes da espécie e do sistema de carbonização, em alguns casos haverá redução do diâmetro do lume do vaso, em outras há o aumento ou nenhuma variação (permanecendo tal como é na madeira); 5ª - Raios idem aos vasos; 6ª - Possíveis deformações fendas de retração (rupturas) comumente no sentido radial, mas também nos outros sentidos; achatamento radial dos vasos; alteração no arranjo diagonal/tangencial dos vasos; entre outras. Diversos trabalhos avaliaram as modificações estruturais decorrentes do processo de carbonização, carvões obtidos a diferentes temperaturas, com ênfase numa abordagem tecnológica, ou ênfase em estudos arqueológicos e/ou paleoambientais, ou com a finalidade de analisar as modificações estruturais para fornecer subsídios em vários direcionamentos da análise antracológica, como o conservacionista e o tecnológico (Gonçalves, 2010). De uma forma geral, a carbonização nas temperaturas entre 400ºC e 500ºC resultou na manutenção de caracteres morfo-anatômicos semelhantes ao lenho, com as superfícies do carvão apresentando estruturas bem distintas (Prior & Gasson, 1993; Kim & Hanna, 2006; Gonçalves, 2010). Assim sendo, confirma-se a manutenção de diversas características da estrutura original do lenho no carvão, sendo suficientes para as análises antracológicas, com a identificação de espécies carbonizadas de origem desconhecida, em especial para a fiscalização e controle da atividade de produção e comercialização de carvão vegetal. 5

8 ANATOMIA DO CARVÃO Na observação macroscópica de madeira há uma série de caracteres para identificação, contudo, no carvão muitos desses caracteres tornam-se imperceptíveis devido à carbonização. Tabela 1: Quadro comparativo entre análise macroscópica de madeira e carvão. Caracteres Madeira Carvão Organolépticos Anatômicos Macroscópicos Cor do cerne X Gosto X Odor X Grã 3 Textura Brilho 4 Densidade X 5 Camadas de crescimento Visibilidade dos vasos Diâmetro tangencial dos vasos Frequência dos vasos Porosidade Arranjo dos vasos Obstrução dos vasos Agrupamento dos vasos Parênquima axial Raios Variações cambiais 3 A análise devida da grã depende do tamanho da amostra, normalmente conseguimos uma superfície pequena de observação nos fragmentos de carvões não possibilitando uma análise devida da grã. 4 Muitas espécies apresentam o fenômeno da vitrificação é quando a homogeneização das paredes celulares causa um aspecto espelhado na amostra. Esse fenômeno ainda não foi completamente explicado e acontece de forma irregular. Portanto o brilho é uma característica que deve ser usada com cautela. 5 Desaconselhamos fortemente o uso desse caractere, pois devido ao tipo de forno, tempo e sistema de carbonização há elevada variação da densidade dentro de uma mesma espécie. 6

9 TEXTURA Com relação às propriedades organolépticas, a textura é a única característica que consideramos efetiva para análise de carvões. Assim como na madeira, ela pode ser definida pela tabela abaixo. Tabela 2: Tipos de textura, sua descrição e exemplos de madeiras onde podem ser encontradas (Botosso, 2009). 7

10 CAMADAS DE CRESCIMENTO 1. Ausentes ou indistintas Figura 2: Ilex paraguariensis (Gonçalves, 2006); Aspidosperma polyneuron (Gonçalves, 2006). 2. Distintas podem ser demarcadas por: i. Zonas fibrosas Figura 3: Weinmannia trichosperma (IAWA, 1989); Didymopanax vinosum (Gonçalves, 2006) 8

11 ii. Diferença bem delimitada entre o tamanho dos vasos, como nos caso dos anéis porosos e semi-porosos Figura 4: Kalopanax pictus; Paulownia tomentosa (IAWA, 1989) iii. Parênquima marginal Figura 5: Qualea grandiflora (Marcati, 2006) iv. Ver Carlquist (1988) para outros tipos de marcadores das camadas de crescimentos e/ou possíveis combinações entre eles. 9

12 VASOS A. Visibilidade classificados em distintos: (i) a olho nu; (ii) apenas sob lente (10x); (iii) indistintos mesmo sob lente (em plantas de pequeno porte e normalmente no caso das Gimnospermas pinheiros, devido à ausência de vasos e presença das traqueídes). B. Diâmetro tangencial podem ser: (i) pequenos <100μm (Aspidosperma polyneuron, peroba-rosa); (ii) médios μm (Swietenia macrophylla, mogno); (iii) grandes > 200μm (Ceiba pentandra, sumaúma). C. Frequência as classes mais usadas são: (i) muito poucos <5 vasos/mm²; (ii) poucos 5-20 vasos/mm²; (iii) numerosos vasos/mm²; (iv) muito numerosos > 40 vasos/mm². D. Porosidade i. Anel Poroso Figura 6: Catalpa bignonioides (Inside Woods, 2013) ii. Anel Semi-Poroso Figura 7: Paulownia tomentosa (IAWA, 1989) 10

13 iii. Difusa Figura 8: Rhododendron wadanum (IAWA, 1989) D. Arranjo i. Bandas Tangenciais Figura 9: Cardwellia sublimis (IAWA, 1989) ii. Padrão diagonal e/ou radial Figura 10: Calophyllum papuanum; Lithocarpus edulis; Amyris sylvatica (IAWA, 1989) 11

14 iii. Padrão dendrítico Figura 11: Rhamnus cathartica; Rhus aromatica (IAWA, 1989) iv. Disperso Figura 12: Dialium platysepalum; Fagus sylvatica (Inside Woods, 2013) E. Obstrução tiloses Figura 13: Qualea grandiflora (Gonçalves, 2010) 12

15 F. Agrupamento i. Exclusivamente solitários Figura 14: Myrtaceae; Celastraceae (Scheel-Ybert et al., 2002) ii. Múltiplos Figura 15: Drypetes gerrardii (IAWA, 1989) PARÊNQUIMA AXIAL Ausente ou indistinto Figura 16: Zenid & Ceccantini (2007); Astronium graveolens (Scheel-Ybert et al., 2002); Didymopanax vinosum (Gonçalves, 2006). 13

16 PARÊNQUIMA AXIAL Difuso Figura 17: Zenid & Ceccantini (2007); Astronium graveolens (Gonçalves, 2006) Difuso em agregados Figura 18: Zenid & Ceccantini (2007); Hancornia speciosa (Gonçalves, 2006) Escasso Figura 19: Zenid & Ceccantini (2007); Scheel-Ybert et al. (2002) 14

17 PARÊNQUIMA AXIAL Vasicêntrico Figura 20: Zenid & Ceccantini (2007); Scheel-Ybert & Gonçalves (2011) Losangular Figura 21: Zenid & Ceccantini (2007); Scheel-Ybert & Gonçalves (2011) Linear Figura 22: Zenid & Ceccantini (2007); Machaerium sp (Scheel-Ybert et al., 2002) 15

18 PARÊNQUIMA AXIAL Confluente Figura 23: Zenid & Ceccantini (2007); Tabebuia chrysotricha (Scheel-Ybert et al., 2002) Unilateral Figura 24: Zenid & Ceccantini (2007); IAWA (1989) Em linhas (até 3 células de largura) Figura 25: Zenid & Ceccantini (2007); Xylopia brasiliensis (Gonçalves, 2006) 16

19 PARÊNQUIMA AXIAL Em faixas (acima de 3 células de largura) Figura 26: Zenid & Ceccantini (2007); Eremanthus goyazensis (Scheel-Ybert et al., 2002) Reticulado Figura 27: Zenid & Ceccantini (2007); IAWA (1989) Escalariforme Figura 28: Zenid & Ceccantini (2007); Inside Woods (2013) 17

20 PARÊNQUIMA AXIAL Marginal Figura 29: Zenid & Ceccantini (2007); Hymenaea stilbocarpa (Scheel-Ybert et al. 2002) O detalhamento dos raios e das variantes cambiais não serão abordados neste curso devido à seleção de espécies que serão analisadas na parte prática. Como não existem normas específicas para análise de carvões, recomendamos o conhecimento da lista de características para caracterização de Angiospermas (IAWA, 1989) e Gimnospermas (IAWA, 2004). 18

21 CARACTERIZAÇÃO ANATOMICA DOS CARVÕES Pinus taeda L. PINHEIRO Camadas de crescimento distintas, bem demarcadas pelas zonas de lenho tardio 6 e lenho inicial 7. Ocorrência de canais resiníferos. Raios exclusivamente unisseriados; heterogêneos. 6 As células têm parede celular mais espessa e diâmetro do lume menor. 7 As células têm parede celular mais fina e diâmetro do lume maior. 19

22 Eucalyptus benthamii Maiden & Cambage EUCALIPTO Camadas de crescimento indistintas. Porosidade difusa; vasos predominantemente solitários; múltiplos; em arranjo diagonal. Parênquima axial visível sob lente, paratraqueal vasicêntrico e pouco confluente. Raios unisseriados e ocasionalmente bisseriados; homogêneos. 20

23 Mimosa scabrella Benth. BRACATINGA Camadas de crescimento distintas, delimitadas por zonas fibrosas. Porosidade difusa; vasos predominantemente solitários, eventuais múltiplos. Parênquima axial pouco abundante, paratraqueal vasicêntrico, ocasionalmente aliforme e pouco cofluente. Raios unisseriados e multisseriados; homogêneos. 21

24 Acacia mearnsii De Willd. ACÁCIA NEGRA Camadas de crescimento ausentes ou indistintas. Porosidade difusa; vasos solitários e em múltiplos. Parênquima axial vasicêntrico, vasicêntrico confluente. Raios bisseriados e raros unisseriados; homogêneos. 22

25 Cecropia glaziovii Snethl. EMBAÚBA (nativa comum no carvão de Biguaçu) Camadas de crescimento pouco distintas. Porosidade difusa; vasos solitários e múltiplos radiais; eventuais tiloses. Parênquima axial paratraqueal escasso, vasicêntrico, pode ocorrer aliforme e pouco confluente, assim como finas linhas marginais. Raios multisseriados; heterogêneos. 23

26 Pera glabrata (Schott) Poepp. ex Baill. SECA LIGEIRO (nativa comum no carvão de Biguaçu) Camadas de crescimento ausentes ou indistintas. Porosidade difusa; vasos solitários e múltiplos. Parênquima axial em linhas, difuso e em agregados. Raios exclusivamente unisseriados; heterogêneos. 24

27 Miconia cinnamomifolia (DC.) Naudin JACATIRÃO (nativa comum no carvão de Biguaçu) Camadas de crescimento ausentes ou indistintas. Porosidade difusa; vasos predominantemente solitários, eventuais múltiplos. Parênquima axial paratraqueal escasso. Raios exclusivamente unisseriados; heterogêneos. 25

28 BIBLIOGRAFIA ABRAF (Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas) Anuário estatístico da ABRAF 2012: ano base Brasília, DF. BOTOSSO, P. C Identificação macroscópica de madeiras: guia prático e noções básicas para o seu reconhecimento. Colombo: Embrapa Florestas, 65p. BRAADBAART, F.; POOLE, I Morphological, chemical and physical changes during charcoalification of wood and its relevance to archaeological contexts. Journal of Archaeological Science, New York, v. 35, p , BRASIL Balanço energético nacional 2012: ano base Ministério de Minas e Energia, Empresa de Pesquisa Energética, Rio de Janeiro, Brazil. Carlquist, S Comparative Wood Anatomy: Systematic, Ecological, and Evolutionary Aspects of Dicotyledon Wood. Springer- Verlag, 448 p. CARNEIRO, M.S Crítica social e responsabilização empresarial: análise das estratégias para a legitimação da produção siderúrgica na Amazônia Oriental. Caderno CRH 21: EVERT, R. F Esauʼs plant anatomy of seed plants. 3. ed. New York. 601 p. FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) FAOSTAT: Forestry Data. Disponível em: < Acesso: 18 Março FOREST PRODUCTS LABORATORY Wood handbook - Wood as an engineering material. General Technical Report FPL-GTR-190. Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory: 508 p. GONÇALVES, T. A. P Contribuição ao conhecimento da anatomia da lenho das famílias Anacardiaceae, Annonaceae, Aquifoliaceae, Apocynaceae e Araliaceae, através de amostras carbonizadas do lenho de espécies brasileiras. 107 p. Monografia (Graduação em Engenharia Florestal)-Instituto de Florestas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, GONÇALVES, T. A. P Anatomia do lenho e do carvão em espécies arbóreas do cerrado no estado de São Paulo, Brasil. 106 f. Dissertação de mestrado (Ciência Florestal), Universidade Estadual Paulista "Júlio De Mesquita Filho", Faculdade de Ciências Agronômicas. HEER, O Pflanzen der Pfanhlbauten. Neujahrsblatt der Naturforschunden Gesellschaft Neujbl, IAWA List of microscopic features for hardwood identification. IAWA Bulletin, (2): IAWA List of microscopic features for softwood identification. IAWA Journal, 25(1):1-70. INSIDE WOODS Wood Database. Disponível em: < Acesso: 18 Março IOS INSTITUTO OBSERVATÓRIO SOCIAL A floresta que virou cinza. Disponível em: < Acesso: 18 Março

29 KIM, N-H; HANNA, R. B Morphological characteristics of Quercus variabilis charcoal prepared at different temperatures. Wood Science and Technology 40: MADY, F.T.M Conhecendo a madeira: informações sobre 90 espécies comerciais. Programa de Desenvolvimento Tecnológico. Manaus: SEBRAE. 212p. PENEDO, W. R Produção e utilização de carvão vegetal. CETEC, 393p. PREJAWA, H Die Ergebnisse der Bohlweguntersuchungen in Grenzmoor zwischen Oldenburd und Preussen und in Mellinghausen im Kreise Sulingen. Mittheilungen des historischen Vereins, 21: PRIOR, J.; GASSON, P Anatomical changes on six African hardwoods. IAWA Journal 14 (1): SCHEEL, R Stabilité de l'écosystème sur le Littoral Sud-Est du Brésil à l'holocène Supérieur ( ans BP): les pêcheurs-cueilleurs-chasseurs et le milieu végétal: apports de l'anthracologie p. Tese (Doutorado em Ecologia)-Universite de Montpellier II, Science et Tech Du Languedoc, v SCHEEL-YBERT, R.; GONÇALVES, T.A.P º curso condensado sobre Antracologia. Curso de curta duração ministrado, especialização. Museu Nacional/UFRJ. SCHEEL, R.; GASPAR, M. D.; YBERT, J.-P A anatomia dos carvões pré-históricos. Arqueologia encontra respostas em restos de fogueiras e incêndios florestais. Ciência Hoje 21(122): SCHEEL-YBERT, R.; SCHEEL, M.; YBERT, J.-P Atlas Brasil: banco de dados antracológico e chave informatizada para determinação de carvões. versão CD-ROM. SCHEEL-YBERT, R. et. al Coleções de referência e bancos de dados de estruturas vegetais: subsídios para estudos paleoecológicos e paleoetnobotânicos. Arquivos do Museu Nacional, 64: VERNET, J.-L Étude sur l histoire de la végétation du sud-est de la France au Quaternaire, d après les charbons de bois principalement. Paléobiologie Continentale, 4(1) : ZENID, G. J.; CECCANTINI, G. C. T Identificação macroscópica de madeiras. São Paulo:IPT. 24 p. 27