144 EFEITO DA TEMPERATURA NA DENSIDADE E NO RENDIMENTO GRAVIMÉTRICO DE CARVÃO DE CLONES DE EUCALIPTO EFFECTS OF TEMPERATURE ON DENSITY AND GRAVIMETRIC YIELD OF CHARCOAL FROM EUCALIPTS CLONES Resumo Leonardo José Cardoso (1) Evandro da Silva Xavier (2) Nádia Figueiredo de Paula (3) Rinaldo César de Paula (4) No Brasil há uma grande diversidade de fontes de energia renovável, dentre elas, o carvão vegetal, o qual é, principalmente, destinado à indústria siderúrgica. Sabe-se que a qualidade do carvão é estreitamente relacionada com as características da madeira e com as variáveis no processo de carbonização. O presente estudo foi realizado com o objetivo de avaliar a influencia da temperatura de carbonização na densidade e no rendimento gravimétrico de carvão produzido com madeira de clones de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla. As carbonizações foram feitas em uma mufla adaptada. Foram feitas 20 carbonizações para cada temperatura: (I) 250 C por 60 minutos, 350 C por 60 minutos, 450 C por 60 minutos e, (II) 250 C por 60 minutos, 400 C por 60 minutos e, 550 C por 60 minutos. Após o resfriamento do carvão avaliou-se o rendimento gravimétrico e a densidade aparente do carvão. Não houve influência da temperatura de carbonização na densidade dos carvões produzidos, exceto para o clone 1 que apresentou maior densidade quando carbonizado em temperatura mais baixa. A temperatura de carbonização afetou significativamente o rendimento de produção de carvão. Em temperaturas mais baixas é possível um acréscimo de cerca 11% na produção. Palavras Chave: Carbonização, Eucalyptus. Energia da madeira Abstract In Brazil there is a great diversity of renewable energy sources, among them, the charcoal, which is mainly for the steel industry. It is known that the quality of the charcoal is closely related to the characteristics of the wood and the variables in the carbonization process. This study was to evaluate the influence of carbonization temperature on density and charcoal gravimetric yield produced with wood of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla clones. The carbonizations were made in an adapted muffle. Twenty carbonizations were made for 1 Tecnólogo em Biocombustíveis pela Fatec de Jaboticabal. 2 Tecnólogo em Biocombustíveis pela Fatec de Jaboticabal. 3 Doutora em Ecologia e Recursos Naturais pela UFSCar.. Docente da Fatec de Jaboticabal. Eng. Florestal. nadiafp@fatecjaboticabal.edu.br 4 Doutor em Ciência Florestal pela UFV. Docente da FCAV-UNESP. Eng. Florestal.
145 each temperature: (I) 250 C for 60 minutes, 350 C for 60 minutes, 450 C for 60 minutes, and (II) 250 C for 60 minutes, 400 C for 60 minutes and 550 C for 60 minutes. Was evaluated gravimetric yield and bulk density of the charcoal. There was no influence of carbonization temperature on the charcoal density, except for clone 1 with the highest density when carbonized at a lower temperature. The temperature of carbonization significantly affected the charcoal yield. At lower temperatures an increase of about 11% in charcoal yield is possible. Keywords: Carbonization. Eucalyptus. Wood energy. 1 Introdução Atualmente o carvão vegetal produzido no Brasil é utilizado quase totalmente na indústria siderúrgica, constituindo, assim, uma matéria-prima nacional de grande importância. O Brasil é hoje o maior produtor e também o maior consumidor de carvão vegetal, devido ao seu uso em siderúrgicas para a produção de ferro-gusa e aço. Para suprir a demanda por madeira, milhões de hectares são cultivados com espécies de Eucalyptus que, além da boa produção volumétrica, produz madeira com as características desejáveis para esta finalidade. Para que se produza carvão de qualidade é importante que se leve em conta não só as características da madeira, mas também todas as variáveis envolvidas no processo de carbonização. Sabe-se que fatores relacionados à madeira como, idade, percentagem de cerne e alburno, composição química, densidade, etc. tem influencia direta nas propriedades do carvão. E também que, uma mesma madeira se carbonizada em condições operacionais diferentes, produzirá carvão com características distintas. Assim, para a produção de carvão de alta qualidade, é de grande importância que se identifique não só as características ideais da madeira, mas também a melhor forma de carbonização. O trabalho teve como objetivo avaliar o rendimento gravimétrico e a densidade de carvão de cinco clones de Eucalyptus grandis x E. urophylla com 48 meses de idade carbonizados em duas temperaturas diferentes. 2 Material e Métodos Foram avaliadas madeiras de cinco clones de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla com 48 meses de idade. Quatro árvores de cada clone foram abatidas, das quais foram retiradas amostras de madeira ao longo do tronco, para carbonização. A carbonização foi realizada em forno mufla. Foram feitas 20 carbonizações, uma por árvore, para cada temperatura. Foram avaliadas duas marchas de carbonização: (I) 250 C por 60 minutos, rampa de aquecimento de aproximadamente 20 minutos, 350 C por 60 minutos e após a
146 rampa 450 C por 60 minutos. (II) 250 C por 60 minutos mais rampa, 400 C por 60 minutos mais rampa e 550 C por 60 minutos. As amostras de madeira, bem como as de carvão, foram pesadas e os pesos registrados para determinação do rendimento gravimétrico. A densidade aparente do carvão foi determinada de acordo Vital (1984). Os dados foram submetidos à análise de variância, no delineamento de blocos ao acaso, em esquema de parcelas subdivididas, com os clones nas parcelas e nas subparcelas as temperaturas de carbonização. Independentemente da interação clone x temperatura ser significativa (P 0,05), procedeu-se ao desdobramento da mesma. As médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. 3 Resultados e Discussão A densidade é uma das características responsáveis pela qualidade do carvão, densidades mais elevadas resultam em maior resistência mecânica e maior capacidade calorífica por volume. A densidade média dos carvões produzidos foi de 0,27g.cm -3. Em geral, se considera que, para siderurgia, a densidade do carvão deve ser superior a 0,25 g. cm - 3. Dentro de uma mesma temperatura de carbonização não houve diferença na densidade dos carvões, entretanto, observa-se que mesmo se tratando de madeira jovem, com 48 meses, todos os carvões produzidos ultrapassaram esse valor. Nenhum dos cinco clones avaliados se destacou nesta característica (Tabela 1). Entre temperaturas, apenas o clone 1 apresentou densidade significativamente diferente. Quando carbonizado em temperatura mais baixa (marcha I) o carvão apresenta densidade 20% superior. Para os outros clones a mudança de temperatura não afetou a densidade. Oliveira et al. (2010) também não observaram influência significativa da marcha de carbonização na densidade do carvão e argumentaram que provavelmente isso se deve ao fato de que as taxas de aquecimento são muito próximas. Mesmo argumento pode explicar os resultados aqui encontrados, uma vez que, as taxas de aquecimento foram relativamente próximas: Marcha I = 2,5ºC /min; Marcha II = 3,75 o C /min. Não houve diferença significativa entre clones dentro de uma mesma temperatura. Na marcha I o Rendimento Gravimétrico médio foi de 27,8% e na marcha II, 24,6%.
147 Tabela 1 Resumo da análise de variância para densidade de carvão (DC, g.cm -3 ), de cinco clones de Eucalytpus grandis x E. urophylla com 48 meses carbonizados em duas temperaturas. Fonte de Variação Quadrado Médio Valores de F Blocos 0,0016 0,729 ns Clones 0,0035 1,576 ns Erro a 0,0022 Temperatura 0,0054 3,682 ns Clones x Temperatura 0,0028 1,889 ns Erro b 0,0015 Média 0,2784 CVparcela (%) 16,94 CVsubparcela(%) 13,77 Temperaturas ( o C) Clone 450 550 Médias 1 0,3111 Aa 0,2444 Ab 0,2778 2 0,3277 Aa 0,2722 Aa 0,2999 3 0,2674 Aa 0,2524 Aa 0,2599 4 0,2564 Aa 0,2547 Aa 0,2555 5 0,2877 Aa 0,3102 Aa 0,2989 Média 0,2901 0,2558 0,2784 ns valor não significativo (P>0,05) pelo teste F. ** - valor significativo (P 0,01), pelo teste F. Médias seguidas por uma mesma letra, maiúscula na coluna e minúscula na linha, não diferem entre si (P>0,05) pelo teste de Tukey. Houve redução no rendimento de todos os clones na marcha II (tabela 2). O aumento da temperatura de carbonização resulta em maior decomposição dos constituintes químicos da madeira, produzindo mais gases e líquidos e, consequentemente, redução no rendimento gravimétrico em carvão. Pinheiro et al. (2005) explicam que a produção de carvão diminui com o aumento da temperatura e a produção de gases condensáveis aumenta, especialmente na faixa de 200 a 400 o C e que em temperaturas inferiores à 375 o C o rendimento em gases condensáveis varia em função da temperatura devido à estabilidade térmica dos componentes da madeira que na decomposição irão constituir os gases condensáveis. Altos valores de rendimento gravimétrico em carvão são sempre desejáveis, pois significa maior massa de carvão, ou seja, maior produtividade. Dessa forma, se considerarmos apenas o Rendimento Gravimétrico, seria mais vantajoso utilizar a marcha I (temperaturas mais baixas). Importante ressaltar que a temperatura final da marcha I, geralmente é atingida quando se utiliza fornos simples, de alvenaria. Por outro lado, caso seja desejado um carvão com maior teor de carbono fixo, deve-se utilizar a marcha II.
148 Tabela 2 Resumo da análise de variância para rendimento gravimétrico de carvão (RG, %), de cinco clones de Eucalytpus grandis x E. urophylla com 48 meses carbonizados em duas temperaturas. Fonte de Variação Quadrado Médio Valores de F Blocos 4,3798 1,840 ns Clones 1,1171 0,469 ns Erro a 2,3806 Temperatura 100,7294 92,691 ** Clones x Temperatura 1,6388 1,508 ns Erro b 1,0867 Média 26,2223 CVparcela (%) 5,88 CVsubparcela(%) 3,98 Temperaturas ( o C) Clone 450 550 Médias 1 28,0236 Aa 24,0300 Ab 26,0268 2 27,2632 Aa 25,0850 Ab 26,1741 3 27,3475 Aa 24,1625 Ab 25,7550 4 27,9114 Aa 25,5500 Ab 26,7307 5 28,5006 Aa 24,3500 Ab 26,4253 Média 27,8092 24,6355 26,2223 ns valor não significativo (P>0,05) pelo teste F. ** - valor significativo (P 0,01), pelo teste F. Médias seguidas por uma mesma letra, maiúscula na coluna e minúscula na linha, não diferem entre si (P>0,05) pelo teste de Tukey. 4 Conclusões Não houve influência da temperatura de carbonização na densidade dos carvões. Mesmo se tratando de madeira jovem, a densidade dos carvões foi superior a que se considera ideal (0,25g. cm -3 ). Em temperaturas mais baixas é possível um acréscimo de cerca 11% na produção. Referências OLIVEIRA, A. C.; CARNEIRO, A. C. O. DE; VITAL, B. R.; et al. Parâmetros de qualidade da madeira e do carvão vegetal de Eucalyptus pellita F. Muell. Scientia Forestalis/Forest Sciences,, n. 87, p. 431 439, 2010 PINHEIRO, P. C. D. C.; FIGUEIREDO, F. J.; SEYE, O. Influência da temperatura e da taxa de aquecimento da carbonização nas propriedades do carvão vegetal de Eucalyptus. Biomassa & Energia, v. 2, n. 2, p. 159 168, 2005 VITAL, B. R. Métodos de determinação da densidade da madeira. Viçosa: Sociedade de Investigações Florestais, 1984. 21 p. (Boletim técnico 1).