Produção de Carvao Vegetal

Produção de Carvao Vegetal

(Parte 1 de 5)

Trabalho apresentado à Faculdade de Engenharia do Campus de Itapeva, Universidade Estadual Paulista, como quesito para avaliação na matéria de Aproveitamento de Resíduos da Madeira.

Professora Orientadora: Drª. Cristiane Inácio de Campos

O Brasil é o maior produtor de carvão vegetal do mundo, e também o maior consumidor. Neste trabalho iremos relatar a teoria da carbonização e os meios que podemos realizar esse processo de forma industrial, em larga escala. A forma industrial mais utilizada no Brasil chama-se “rabo-quente”. O ponto mais importante deste trabalho é a produção de carvão vegetal visando a gestão de resíduos, ou seja, gerar a menor quantidade possível de resíduos durante o processo de carbonização da madeira e também fazer esse processo utilizando resíduos de outros processamentos da madeira como matéria-prima.

PALAVRAS-CHAVE: Aproveitamento, Resíduos, Madeira, Carvão Vegetal Carbonização.

iv

RESUMOi
SUMÁRIOiv
LISTA DE FIGURASvi
LISTA DE TABELASvii
1. INTRODUÇÃO8
1.1 Biomassa9
1.2 Principais vantagens e desvantagens da Biomassa1
1.3 Biomassa utilizada para produção de energia1
1.3.1 Biomassa Líquida1
1.3.2 Biomassa Gasosa12
1.3.3 Biomassa Sólida12
2. CARVÃO VEGETAL13
2.1 Histórico14
2.2 Utilização no Mundo14
2.3 Utilização no Brasil15
2.4 Métodos de Produção18
2.5 Fatores que influenciam na carbonização23
2.6 Tipos de forno de carbonização24
2.6.1 Artesanais24
2.6.2 Tecnológicos28
2.7 Os Problemas30
2.8 Produção de carvão vegetal com resíduos3
2.9 Aproveitamento de resíduos florestais34
2.10 Aproveitamento de resíduos do processamento mecânico da madeira35
2.1 Qualidade39
2.12 Alcatrão39
2.13 Sustentabilidade ambiental39

SUMÁRIO 2.14 Carvão ativado ................................................................................................................ 40

3. CONCLUSÃO42

v 4. REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 43 vi

Figura 1 – Biomassa10
Figura 2 – Fontes de Biomassa10
madeira em fornos de alvenaria19
Figura 4 – Esquemas de uma instalação com recuperação de alcatrão23
Figura 5 – Forno do tipo rabo-quente25
Figura 6 - Forno tipo colméia26
Figura 7 – Forno tipo encosta26
Figura 8 – Forno tipo Mineirinho27
Figura 9 – Forno Retangular (vista aérea)27
Figura 10 – Forno Retangular (operação com pá carregadeira)27
Figura 1 – Forno DPC28
Figura 12 – Forno DPC28
Figura 13 – Retorta Contínua ACESITA29
Figura 14 – Retorta da Carboval V&M 200929
Figura 15 – Consumo de Florestas (%) para a produção de Carvão Vegetal31
Figura 16 – Produção de Carvão Vegetal por briquetagem39

Figura 3 – Modelo-esquemático da produção de carvão vegetal a partir da carbonização da Figura 17 – Carvão vegetal ativado. ............................................................................................ 41 vii

Tabela 1 – Consumo industrial de madeira em toras no Brasil (1.0 m³)13
Tabela 2 – Poder Calorífico de diferentes tipos de material carbonáceo14
Tabela 3 – Rendimento em função da temperatura21
Tabela 4 – Tipos de fornos e suas características30

LISTA DE TABELAS Tabela 5 – Características importante gênero vegetal. ................................................................ 32

1. INTRODUÇÃO

A necessidade de buscas por novas fontes de energia limpa, como a biomassa, vem sendo levada em consideração devido ao cenário atual em que se encontra o mundo. Devido a essa necessidade, novas linhas de pesquisas vêm sendo feitas sobre biomassa. A motivação para essa mudança de postura é a necessidade de redução do uso de derivados do petróleo e, conseqüentemente, a dependência energética do consumo de petróleo. Além disso, a redução no consumo dos derivados do petróleo diminui a emissão de gases causadores do efeito estufa.

A biomassa é utilizada para a produção de energia a partir de processos como a combustão de material orgânico produzida e acumulada em um ecossistema, porém nem toda a produção primária passa a incrementar a biomassa vegetal do ecossistema. Parte dessa energia acumulada é empregada pelo ecossistema para sua própria manutenção. A queima de biomassa provoca a liberação de dióxido de carbono na atmosfera pela planta que deram origem ao combustível, o balanço de emissões de CO2 é nulo. Tipos de Biomassa:

Resíduos florestais (lenha)

Resíduos agrícolas e indústrias agro-alimentares

Excrementos de animais

Esgotos urbanos

Dos resíduos florestais, destaca-se a produção de carvão vegetal a partir destes. O carvão vegetal é uma das fontes de energia mais usada no mundo. Não só para a produção de energia, mas para vários fins, como a produção de medicamento e filtros.

Carvão vegetal é um elemento obtido a partir da queima de madeira, sua utilização é comum como combustível para aquecedores, lareiras, churrasqueiras e fogões. O carvão com finalidade medicinal é o carvão ativado oriundo de madeiras específicas e com aspecto mole e não resinosas. Podendo até ser usado para o tratamento por envenenamento.

No Brasil o maior consumidor de carvão vegetal é o setor siderúrgico 85% para produção de ferro gusa, 9 % residenciais e 1,5 % pizzarias, padarias e churrascarias. Com a finalidade de se tornar uma atividade sustentável a produção deste bicombustível deve seguir parâmetros de replantio ordenado e transformação da madeira em carvão em fornos apropriados de forma a obter um melhor rendimento por área plantada.

Este trabalho tem por objetivo, fazer um levantamento sobre os métodos de produção de carvão vegetal.

1.1 Biomassa

Definição: o termo Biomassa designa o total de matéria orgânica, morta ou viva, existente nos organismos (animais ou vegetais) de uma determinada comunidade. Pode ser recuperada através dos resíduos florestais, agrícolas, pecuários e até mesmo urbanos, podendo ser-lhe dadas algumas utilizações úteis, entre as quais a fertilização dos solos para agricultura ou a produção de energia primária. A biomassa pode ser expressa em peso, volume ou área ocupada.

A busca por alternativas eficazes de produção e distribuição de energia é um elemento essencial para o ser humano, principalmente na atual sociedade, onde os modos de consumo se intensificam a cada dia. Diante dessa dependência de recursos energéticos, surge a necessidade de diversificar a utilização das fontes energéticas.

Figura 1 – Biomassa.

A biomassa pode ser obtida de vegetais não-lenhosos e de vegetais lenhosos, como é o caso da madeira e seus resíduos, e também de resíduos orgânicos, nos quais encontramos os resíduos agrícolas, urbanos e industriais. Assim como também se pode obter biomassa dos biofluidos, como os óleos vegetais (por exemplo, mamona e soja). A figura 2, esquematiza os tipos de biomassa existentes.

Figura 2 – Fontes de Biomassa.

1.2 Principais vantagens e desvantagens da Biomassa

A biomassa, como qualquer outro material apresenta certas vantagens e desvantagens que se sobressaem sobre outros tipos de materiais. Dentre as vantagens, são elas: baixo custo de aquisição; não emite dióxido de enxofre; as cinzas são menos agressivas ao meio ambiente que as provenientes de combustíveis fósseis; menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos); menor risco ambiental; Recurso renovável; Emissões não contribuem para o efeito estufa. Dentre as desvantagens, são elas: menor poder calorífico; maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera. Isto significa maior custo de investimento para a caldeira e os equipamentos para remoção de material particulado; Dificuldades no estoque e armazenamento.

1.3 Biomassa utilizada para produção de energia

A biomassa para energia se subdivide em três grupos:

1.3.1 Biomassa Líquida

Tendo em conta que as emissões de CO2 dos bicombustíveis líquidos são neutras para o aumento do efeito estufa, a utilização de bicombustíveis tem um menor impacto ambiental em comparação com os combustíveis fósseis. Mas como tem menores níveis de produtividade na combustão e/ou a utilização de espécies para fins de alimentação origina alguns problemas, principalmente nos bicombustíveis de chamada primeira geração, ou seja, da 1ª colheita de resíduos.

Os bicombustíveis de primeira geração tem origem nas matérias vegetais produzidas pela agricultura, como a beterraba, o trigo, o milho o girassol e a cana-de-açúcar, que entram em concorrência em culturas alimentícios.

1.3.2 Biomassa Gasosa

Os bicombustíveis gasosos são originados nos efluentes agro-pecuários, da agro-indústria e urbanos (lama das estações de tratamento dos efluentes domésticos) e ainda nos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos).

Estes têm resultado da degradação biológica anaeróbica da matéria orgânica contida nos resíduos anteriormente referidos, sendo constituído essencialmente por metano (CH4), chama-se a isso fermentação. Podendo também ser obtidos pela conversão termoquímica da biomassa sólida em processos de Gasificação (O biogás pode ser obtido pela fermentação da biomassa animal e vegetal, sem a ação do oxigênio).

1.3.3 Biomassa Sólida

Tem como fonte os produtos e resíduos da agricultura, incluindo substancias vegetais e animais, os resíduos da floresta, resíduos das indústrias conexas e a parte biodegradável dos resíduos industriais e urbanos.

Grande parte da biomassa sólida tem origem em resíduos feitos de madeira.

Muitos são obtidos nas operações de retirada de lenha das florestas ou de processos da industria madeireira. No desmatamento, além dos troncos utilizados na industria do mobiliário e construção, são recolhidos resíduos de madeira de melhor qualidade.

Em muitos locais, outro produto, como a palha ou o feno são utilizados para produção de energia, a partir da biomassa. Os resíduos de pós-colheita estão usualmente disponíveis a nível local e em grandes quantidades.

Da biomassa sólida, grande parte é de origem florestal. Constituídos principalmente de resíduos florestais que são deixados para trás na colheita da madeira, tanto em florestas como em reflorestamento, e pela serragem e aparas produzidas no processamento da madeira.

De modo geral, boa parte da madeira produzida no Brasil, é destinada para a produção de carvão vegetal. A tabela 1 abaixo lista em ordem decrescente de consumo industrial de madeira.

Tabela 1 – Consumo industrial de madeira em toras no Brasil (1.0 m³)

Produto Nativas Plantadas Total

Lâminas e compensados 2.050 3.960 6.010

2. CARVÃO VEGETAL

Carvão vegetal é um material negro, poroso, contendo 85-95 % de carbono, obtido pela destilação destrutiva da madeira a 500-600ºC em ausência de ar. É usado principalmente para a combustão, como fonte de calor para produção de vapor, necessário à geração de eletricidade. Alguns tipos de carvão podem ser usados para fabricação de coque metalúrgico, requerido como redutor na produção de ferro a partir do minério, óxido de ferro. Para a fabricação de uma tonelada de carvão vegetal são necessários 2,2 toneladas de toras de eucalipto, que é uma árvore de crescimento rápido da família das mirtáceas, gênero Eucalyptos. O carvão é ainda a base da fabricação de combustíveis líquidos e de toda uma indústria de compostos químicos aromáticos, a carboquímica.

Na natureza, a transformação do material vegetal em carvão em carvão obedece à seqüência: madeira, turfa, linhito, hulha, antracito. A tabela abaixo mostra o poder calorífico, isto é, a quantidade de calor produzida quando a unidade de peso de um combustível é completamente queimada e os produtos de combustão são resfriados a temperatura original. Os valores se referem aos diferentes tipo de carvão mineral e são comparados ao valor médio da madeira (lenha). Nota-se a superioridade calorifica crescente dos carvões mais antigos, mais ricos em estruturas de hidrocarbonetos polinucleares: a turfa, com 56 a 63 % de carbono e poder calorifico de 4950 – 5600 kcal/kg, é o extremo inferior, e o antracito, com 92 – 94 % de carbono e poder calorifico de 8350 – 9170 kcal/kg esta no extremo superior.

Tabela 2 – Poder Calorífico de diferentes tipos de material carbonáceo

(Parte 1 de 5)

Comentários