ANÁLISE DAS PROPRIEDADES QUÍMICAS DE DUAS ESPÉCIES DE MAIOR ABUNDÂNCIA NO SEGUNDO CICLO DE CORTE DA FLORESTA NACIONAL DO TAPAJÓS

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1 XIV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 28-30/Abril, 2014, Natal, RN, Brasil ANÁLISE DAS PROPRIEDADES QUÍMICAS DE DUAS ESPÉCIES DE MAIOR ABUNDÂNCIA NO SEGUNDO CICLO DE CORTE DA FLORESTA NACIONAL DO TAPAJÓS 1 Juliano Jose Mota da Rocha (rjulianoj@gmail.com), 2 Emanuele Printes do Amaral (manuregina18@hotmail.com), ³ Victor Hugo Pereira Moutinho (victor.moutinho@ufopa.edu.br) 1 Universidade Federal do Oeste do Pará Graduando de Engenharia Florestal 2 Universidade Federal do Oeste do Pará Graduando de Engenharia Florestal ³Universidade Federal do Oeste do Pará Docente do curso de Engenharia Florestal RESUMO O objetivo do trabalho foi determinar as propriedades químicas e energéticas das espécies Protium altsonii (breu) e Rinorea guianensis (acariquarana), devido a abundância e freqüência desta na nova cobertura vegetal, em uma área experimental da floresta amazônica em seu segundo ciclo de corte, associado a escassez de estudos tecnológicos das mesmas. Para tal, foram coletados cinco árvores de cada espécie e, posteriormente, retirados discos a altura de 2 metros do solo, os quais foram transformados em cunhas visando a obtenção de serragem para a determinação das propriedades químicas e energéticas. Para avaliação e comparação dos resultados foi realizado teste de comparação de média Scott-Knott (p 0,05). De acordo com a metodologia utilizada, ambas as espécies estudadas podem ser indicadas para a produção de energia, uma vez que obtiveram valores elevados de lignina, baixa quantidade de cinzas, um bom rendimento gravimétrico, além de possuírem média e alta densidade respectivamente. Palavras Chave: Quimica, abundância, árvores e floresta. ANALYSIS OF THE CHEMICAL PROPERTIES OF TWO SPECIES OF GREATER ABUNDANCE IN THE SECOND CYCLE CUT FOREST NATIONAL TAPAJÓS ABSTRACT: The objective of this study was to determine the chemical and energetic properties of the species Protium altsonii (pitch) and Rinorea guianensis (acariquarana) due to the abundance and frequency of this new vegetation cover in an experimental area of the Amazon rainforest in their second cutting cycle, associated with the same lack of technological studies. For this purpose, five trees of each species were collected, and later removed the disc height of 2 m above the ground, which were processed in order to obtain wedges sawdust to determine the chemical and energetic properties. For evaluation and comparison of the results was performed compared to a Scott-Knott (p 0.05). According to the methodology, both species may be suitable for energy production, since it had high levels of lignin, low-ash, a good gravimetric yield, besides having medium and high density, respectively. Keywords: Chemistry, abundance, and forest trees.

2 1 Juliano Jose Mota da Rocha 2 Emanuele Printes do Amaral ³ Victor Hugo Pereira Moutinho Análise das propriedades químicas de duas espécies de maior abundância no segundo ciclo de corte da Floresta Nacional do Tapajós INTRODUÇÃO A floresta Nacional do Tapajós é de grande importância para a pesquisa na Amazônia, pois possui muitas espécies madeireiras que ainda não foram estudadas tecnologicamente. Em 1979, a Floresta Nacional do Tapajós foi submetida a colheita de árvores comerciais com intuito de avaliar os impactos pós exploração e acompanhar a regeneração da floresta. Onde ao longo dos últimos trinta anos foram realizados estudos de inventário florestal para acompanhar o crescimento da floresta (Oliveira etal, 2011). Após este período de monitoramento, observou-se que outras espécies se destacaram em relação áquelas colhidas na década de 70, porém, diversas destas não possuem estudos das propriedades tecnológicas de suas madeiras. Nos últimos anos, tem sido chamada a atenção para o uso da madeira como fonte energética favorável ambientalmente, pois poluí menos que os combustíveis fósseis. Sendo que, esta mudança de visão do uso da madeira para a geração de energia têm promovido a criação de políticas setoriais para o incentivo do desenvolvimento de tecnologias mais eficientes para a conversão da biomassa em energia térmica e elétrica ( Brand et al, 2005). A madeira pode ser utilizada de diversas formas, sendo de grande valia como fonte de matérias primas principalmente para o setor industrial. Com finalidade energética, destacase a produção do carvão vegetal, que é utilizado como fonte de energia em industrias e no setor residencial. Nisto cita-se que as madeira que apresentam um elevado teor de substâncias de natureza aromática, citando como exemplo os extrativos e lignina, os resultam em um carvão mais resistente em suas propriedades físico-mecânicas e apresentando uma maior densidade e poder calorífico (Satanoka, 1963). Com relação as propriedades energéticas, a produção de carvão vegetal é realizada através do processo conhecido como carbonização da madeira. Neste processo a reação de carbonização, consiste em concentrar carbono e expulsar oxigênio, com consequente aumento energético do produto (Santos, 2008). A produção brasileira de carvão destina-se ao atendimento de muitos setores industriais, tais como siderúrgicas, fabricas de cimento, metalúrgicas, entre outras representando cerca de 85% do seu consumo, além de ser utilizado em residências, padarias e churrascarias. A energia gerada à partir da madeira é renovável, ao contrário dos combustíveis de origem nuclear ou fóssil, não podendo ser embargada, não depende de câmbio externo, e seu preço não é arbitrário (Brito, et al,1979). ), além de a mesma possui baixo teor de enxofre. A combustão da madeira não altera o teor de dióxido de carbono na terra, uma vez que o carbono resultante da combustão, é o mesmo que antes estava na atmosfera, ao contrário dos combustíveis fósseis. Nisto o objetivo deste trabalho foi determinar as propriedades químicas da madeira e as propriedades energéticas do carvão vegetal proveniente do resíduo florestal de 2 espécies de grande abundância na nova cobertura do segundo ciclo de corte da Floresta Nacional do Tapajós. METOLOGIA Área de coleta No período de 23 a 25 de outubro de 2012 ocorreu a coleta de material, mais especificamente, na Floresta Nacional do Tapajós, KM-67 da BR-163 sob as coordenadas S ,0 e W ,7, na área experimental da EMBRAPA. As árvores

3 XIV Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira (EBRAMEM 2014) de Abril, 2014, Natal, RN, Brasil selecionadas foram escolhidas por apresentarem os seguintes critérios: abundância, frequência, dominância na área de estudo e insipiência de estudo prévio na área de tecnologia. Identificação Botânica Foram colhidas cinco arvores de cada espécie, sendo retirados discos de suas bases, ressaltando-se, também se coletou material botânico, o qual foi encaminhado ao herbário da Embrapa Amazônia Oriental para o devido registro e identificação. Preparo de Material Quanto aos discos, retirou-se serragem com auxilio de uma plaina elétrica onde, em seguida, a mesma foi submetida a ação de moinho de facas, tipo Wiley, para se obter um material mais homogêneo. Após a moagem, o material foi peneirado, no qual utilizou-se a fração que ficou retida entre as peneiras de 40 e 60 mesh. Em seguida, as amostras foram armazenadas em saquinhos plásticos, evitando contato com o ambiente e reduzindo as variações de umidade do material, foram também codificados segundo espécie e árvore. Caracterização Químico-energético da madeira Para o poder calorífico da madeira, inicialmente, obteve-se a massa de pequenas quantidades das amostras, de aproximadamente 1 grama, e colocadas em estufa por 24 horas. Após esse tempo, obteve-se a massa novamente para verificar o quanto de umidade havido sido eliminado. Posteriormente o material (serragem) foi prensado e transformado em pequenas pastilhas para utilização em uma bomba calorimétrica modelo IKA C2000 para determinação do poder calorífico útil da amostra, seguindo a norma NBR 8633 (ABNT,1983), obtendo-se também a porcentagem de cinzas, como mostra a figura 01. Figura 01: Determinação do poder calorífico e teor de cinzas (A) Pastilhas em forma de metal(b) Mostra o cadinho sendo colocado na bomba calorimétrica. (C) Mostra as cinzas do determinado material, um cadinho com pastilha e outro já queimado, sobrando as cinzas. Para a determinação do teor de extrativos totais calculou-se, inicialmente, o equivalente da massa absolutamente seca a.s. da madeira em equilíbrio. Nisto, inseriu-se duas gramas a.s. em pequenos sacos de papel filtro visando a submissão em um extrator, primeiramente em uma solução de álcool e tolueno(1:2), deixando-se extrair por seis horas onde, após esse período, as amostras foram a uma solução de álcool etílico por mesmo período. Após, as mesmas foram retiradas do extrator e lavadas em agua fervente, a cada cinco minutos, por duas horas, utilizando para tal um cadinho poroso e uma bomba a vácuo.

4 1 Juliano Jose Mota da Rocha 2 Emanuele Printes do Amaral ³ Victor Hugo Pereira Moutinho Análise das propriedades químicas de duas espécies de maior abundância no segundo ciclo de corte da Floresta Nacional do Tapajós Fórmulas para determinar a porcentagem de extrativos: Tara massa seca Tara = massa seca 100 (massa seca x 100) = % Extrativos totais Posteriormente, utilizou-se aproximadamente 0,3 gramas das amostras secas livre de extrativos para determinar o teor de lignina. A amostra foi colocada em um erlenmeyer, na qual se adicionou 3 ml de solução de ácido sulfúrico, deixando agir por durante 1 hora, passado esse tempo foi acrescentado 84 ml de água destilada e vedados com papel alumínio, em seguida sendo colocadas na auto clave. Ao atingirem a temperatura de 118 C permaneceriam nesta temperatura por aproximadamente 1 hora. Ao ser liberada a pressão de dentro da autoclave, os erlenmeyer contendo a solução foram coados em cadinhos de vidro e papel filtro, e novamente lavados com água quente, e deixados na estufa para secar. Finalizando esse processo pesaram-se as amostras secas, calculando a porcentagem de lignina presente na amostra. Formula para determinação do teor de lignina: %LIGNINA=TMS-T x 10 em que TMS- tara massa seca e T- tara RESULTADOS Para os extrativos de água fria e totais, tabela 01, Rinorea guianensis apresentou maiores valores em relação a Protiun altsonii, sendo 2,80 e 6,10% respectivamente. A presença de alto teores de extrativos é uma característica vantajosa para a produção de energia, devido ao alto poder calorífico desses componentes, segundo Bufalino et al,(2012). Para Rowell et al. (2005), os extrativos são componentes químicos da madeira que podem ser retirados, utilizando-se solventes, sendo, geralmente classificados de acordo com o tipo de solvente utilizado, a exemplo dos extrativos solúveis em água e extrativos solúveis em alcool tolueno. Os extrativos não fazem parte da estrutura da parede celular, além de possuírem baixo peso molecular, somando pequenas quantidades na madeira. Quanto ao teor de lignina, Rinorea guianensis apresentou 27,69%, sendo a maior média entre as espécies estudadas, o que pode estar relacionado com seu poder calorífico. Brito et al(1983) estudando espécies do gênero Eucalyptos, usadas para a produção de energia, encontrou média para o teor de lignina de 25,2%. De acordo com Brito e Barrichello (1982), a lignina é considerada o constituinte de maior importância na produção de carvão vegetal, de modo que a mesma tem implicações direta no rendimento gravimétrico e teor de carbono fixo. Brito e Barrichelo (1977), constataram que embora a lignina comece a degradar-se sob o efeito de temperaturas relativamente baixas (por volta de 150 graus centigrados), observa-se que ao contrario da celulose e das hemiceluloses, sua decomposição é mais lenta, apresentando mais resistência a degradação térmica. Para holocelulose não houve diferenças estatística.

5 Tabela 01: Características químicas da madeira XIV Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira (EBRAMEM 2014) de Abril, 2014, Natal, RN, Brasil ESPECIES EXTRATIVOS(%) A.Q A.F TOTAIS LIGNINA (%) HOLOC (%) P. altsonii 3,25 a 1,60 b 4,64 b 26,56 c 66,82 a R.guianensis 3,37 a 2,80 a 6,10 a 27,69 b 65,05 a A.Q- Água quente, A.F- água fria, HOLOC- holocelulose Médias seguidas de mesma letra não obtiveram diferenças estatísticas segundo o teste Skott- Knott a 5% de probabilidade. Houve diferença estatística para o poder calorífico superior, tabela 02, sendo que Rinorea guianensis apresentou maior média 4665 Kcal/Kg isso pode ser parcialmente atribuído ao seu teor de extrativos totais e lignina. O poder calorífico é definido como a quantidade de energia liberada na forma de calor durante a combustão completa da unidade de massa do combustível (Vasconcelos, 2013). A quantidade de cinzas foi maior no Protiun altsonii, e isso pode ter influenciado pelo seu poder calorífico, de acordo com (Sturion, et al, 1988), o teor de cinzas é fração que permanece como resíduo após a combustão do carvão vegetal, variando de 0,5% a mais de 5% dependo da espécie, da quantidade de casca e da presença de terra e areia na madeira. Para ter boa qualidade o carvão vegetal, precisa ter uma quantidade de cinzas abaixo de 3% (FAO, 1983). Esse é um dos fatores que contribuem para utilização de Protiun altsonii e R. guianensis na produção de energia. Tabela 2: Características energéticas da madeira ESPÉCIES PCS (%) CINZAS (%) P.altsonii 4615 a 1,11 a R. guianensis 4665 b 0,74 b PCS- Poder calorífico superior Médias seguidas de mesma letra não obtiveram diferenças estatísticas segundo o teste Skott- Knott a 5% de probabilidade Não houve diferenças estatísticas para o rendimento de carvão, tabela 03, sendo que P. altsonii apresentou 39,59% e R. guianensis 39,89% respectivamente, o que confere ao carvão boas condições para o uso energético. (Brito, et al, 1983), estudando espécies de Eucalyptos comumente utilizadas para a produção de energia, encontrou valor máximo de rendimento de carvão de 37,8%. (Moutinho, 2013) estudando madeiras do gênero Eucalytus sp e madeiras do gênero Corymbia sp, encontrou valores de rendimento de carvão de 35% e 41% respectivamente. O rendimento gravimétrico do carvão vegetal em grandes quantidades proporciona maior aproveitamento de madeira durante o processo de produção de carvão vegetal nos fornos de carbonização (Protásio et al 2011). Quanto ao rendimento

6 1 Juliano Jose Mota da Rocha 2 Emanuele Printes do Amaral ³ Victor Hugo Pereira Moutinho Análise das propriedades químicas de duas espécies de maior abundância no segundo ciclo de corte da Floresta Nacional do Tapajós de gases condensáveis R. guanensis obteve maior média 38,07%, para o rendimento em gases não condensáveis P. altsonii obteve maior média 29,24%. (Assis, et al,2012), estudando clones híbridos de Eucalyptus grandes e Eucalyptus urophylla encontrou valor médio de gases não condensáveis de 28,89%. A celulose e a hemicelulose formam majoritariamente gases condensáveis e gases não condensáveis no decorrer do processo de carbonização, além de substâncias voláteis que são responsáveis pela formação de chamas no processo de combustão (Martins, 1980). A densidade também, tem sido citada por diversos autores como um dos parâmetros importantes em termos da determinação da qualidade do carvão vegetal. (Santana, et al, 2013), em seus estudos inerentes a densidade básica de P. altsonii encontrou 0,50 que é considerada média, R. guianensis, obteve valor de e 0,78 que é considerada alta, de acordo com (Melo et al 1990). A densidade básica é considerada um dos principais parâmetros indicadores da qualidade da madeira e desta forma, a determinação do seu valor é importante para o seu uso final (Moutinho, 2013). Analogamente, madeira com maior densidade produz carvão com densidade aparente maior. Essa característica confere ao carvão maior resistência e maior capacidade calorífica por volume, (Sturion, 1988). Tabela 3: Características energéticas do carvão. ESPÉCIES RENDIMENTO(%) CARVÃO GC GNC CINZAS(%) P. altsonii 39,59 a 32,17 b 29,24 a 1,11 a R. guianensis 39,89 a 38,07 a 22,04 b 0,75 b GC- Gases condensáveis, GNC- Gases não condensáveis Médias seguidas de mesma letra não obtiveram diferenças estatísticas segundo o teste Skott- Knott a 5% de probabilidade. CONCLUSÃO De acordo com a metodologia utilizada, ambas as espécies estudadas podem ser indicadas para a produção de energia, uma vez que obtiveram quantidades significativas de lignina, quando comparadas aquelas presentes na literatura, quantidade de cinzas abaixo de 3%, um bom rendimento gravimétrico, além de possuírem média e alta densidade respectivamente. AGRADECIMENTOS Ao professor Dr Victor Hugo Pereira Moutinho Ao Laboratório de Tecnoliogia da Madeira-LTM e seus técnicos A Universidade Federal do Oeste do Pará-UFOPA Ao Pesquisidor Ademir Rusch- EMBRAPA Ao Pesquisador Jose Osmar Romeiro de Aguiar-EMBRAPA, e todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS

7 XIV Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira (EBRAMEM 2014) de Abril, 2014, Natal, RN, Brasil ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR 7190 Projetos de estruturas de madeira. ABNT. Rio de Janeiro, RJ, OLIVEIRA, L.M; SOUSA, L.K.V. dos S.; MOUTINHO, V.H.P; SILVA, U.C.S. da; AGUIAR, J.O.R. de; CARVALHO, J.O.P. de; MELO, M.S. Estudo fitossociológico e tecnológico de novas espécies madeireiras em três áreas de manejo florestal sustentável em assentamentos agrários na região de Santarém, PA. Relatório técnico. CNPq p. BRAND, M.A, ; V.J, da Costa,; DURIJION, A; AMORIM. M. Determinação das propriedades energéticas de resíduos de madeira em diferentes períodos de armazenamento. UNIPLAC e FAPESC, SATANOKA, S. - TITULO DO ARTIGO. Hokkaido Daigaku, Enshurin Hokuku, v.22, n.2, p , ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA TÉCNICA DE CELULOSE E PAPEL ABTCP. Normas técnicas ABTCP. São Paulo: ABCTP, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 8112 Carvão vegetal - Análise imediata. Rio de Janeiro: ABNT, p. BRITO, JO, et al. "Análise da produção energética e de carvão vegetal de espécies de eucalipto." IPEF, Piracicaba 23 (1983): BRITO, JO de, and L. E. G. Barrichelo. "Aspectos técnicos da utilização da madeira e carvão vegetal como combustíveis." Seminário de Abastecimento Energético Industrial com Recursos Florestais 2 (1982): ENERGÉTICO INDUSTRIAL COM RECURSOS FLORESTAIS, 2., São Paulo,1982. Palestras apresentadas. São Paulo, Secretaria da Indústria, Comércio, Ciência e Tecnologia, p MOUTINHO, V.H.P. Caracterização das madeiras conhecidas na Amazônia brasileira como mata-mata (Lethicidaceae fam, A. rich), Universidade federal de Lavras, BRITO J.O; BARRICHELO L.E.G e SEIXAS F; Análise da Produção Energética e de Carvão Vegetal de Espécies de Eucalipto ESALQ - USP, Depto. de Silvicultura Piracicaba SP SANTANA, L.G.M; SANTOS, A.S; e MOUTINHO V.H.P; Caracterização Fisica de três espécies de maior abundância no novo ciclo de corte na Floresta Nacional do Tapajós III Simpósio de tecnologia da madeira do Estado do RJ (SIMADERJ) MOUTIMHO, V.H.P; Influência da variabilidade dimensional e da densidade da madeira de Eucalytus sp. e Corymbia sp. na qualidade do carvão. Tese apresentada para título de doutor em ciências, programa: recursos florestais. Piracicaba, A.A.REIS, T.P. PROTÁSIO, I.C.N.A.MELO,P.F.TRUGILHO,A.C.O.CARNEIR Composição da madeira e do carvão vegetal de Eucalyptus urophylla em diferentes locais de plantio Pesquisa Florestal Brasileira (2012);277 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.

8 1 Juliano Jose Mota da Rocha 2 Emanuele Printes do Amaral ³ Victor Hugo Pereira Moutinho Análise das propriedades químicas de duas espécies de maior abundância no segundo ciclo de corte da Floresta Nacional do Tapajós DOI: /2011.pfb ASSIS, M.R; PROTÁSIO, T.P; ASSIS, C.O; TRUGILHO, P.F; SANTANA, W.M.S. Qualidade e rendimento do carvão vegetal de um clone de Eucalyptus grandes X Eucalyptus urophylla. Universidade Federal de Lavras, Departamento de Ciências Florestais, MARTINS, H. Madeira como fonte de energia. Belo Horizonte, CETEC-Centro Tecnológico de Minas Gerais, JARA, E. R. P. O poder calorífico de algumas madeiras que ocorrem no Brasil. São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas IPT, (Comunicação Técnica, 1797). MELO, J.E; CORANDIN, V.T.R; & MENDES, J.C. Classes de densidade para madeiras da Amazônia brasileira. In: CONGRESSO FLORESTAL BRASILEIRO,6., Campos do Jordão, Anais. São Paulo: Sociedade brasileira de silvicultura, V.3, p