Produção de Carvao Vegetal

Produção de Carvao Vegetal

(Parte 2 de 5)

Material Carbonáceo Poder Calorífico (kcal/kg) Teor de Carbono (%)

Britannica do Brasil Publicação ltda., vol 5, p. 2130, 1995.

Graças ao carvão vegetal o homem saiu da idade da pedra (idade do Bronze 3.0 AC) e o uso do fole de ar em 1.200 AC levou ao inicio a idade do Ferro.

2.1 Histórico

Desde a antiguidade já se conhece o uso do carvão vegetal. No antigo Egito era utilizado na purificação de óleos e para aplicações medicinais. Na segunda guerra mundial foi utilizado para remoção de gases tóxicos devido a sua capacidade adsorvente sendo um material extremamente poroso. E entre os índios brasileiros também há registro de uso, misturado às gorduras animais no tratamento de tumores e úlceras malignas.

2.2 Utilização no Mundo

No ano de 2008 (FAO) foram produzidos no mundo 49,35 milhões de toneladas de carvão vegetal no mundo. Na tabela abaixo os valores (em porcentagem) da produção mundial em cada região.

2.3 Utilização no Brasil

A produção de carvão vegetal em Mato Grosso do Sul segue a premissa de se aproveitar o material lenhoso proveniente de supressão vegetal de áreas destinadas a agricultura e pecuária.

Ninguém desmata para produzir carvão vegetal, ou seja, nenhum desmatamento é causado por esse setor.

Na verdade, as indústrias e produtores de carvão vegetal aproveitam resíduos de árvores e madeira de propriedades rurais, reduzindo a necessidade de novos desmatamentos para ampliação de pastagens e lavouras.

Ao contrário do carvão mineral (coque), o carvão vegetal não polui e não tem enxofre (causador da chuva ácida).

O balanço de emissão de CO2 é positivo já que o carvão vegetal absorve mais carbono da atmosfera do que emite.

A origem da produção do carvão vegetal no país remonta ao século XVI, quando, segundo os relatos, o carvão vegetal era usado pela família Sardinha em suas fundições para produzir minério de ferro. A indústria baseada no carvão vegetal sempre se concentrou no estado de Minas Gerais, por causa de suas grandes jazidas de minério de ferro. Pode-se dizer que a história da produção de carvão vegetal no pais se confunde com a histoira da produção de aço e ferrogusa em Minas. A historia do produção e do uso do carvão vegetal no Brasil é resumida nas seções a seguir (Rosillo-Calle ET AL., 1996)

De 1591 a 1812

Trata-se do período transcorrido entre os registros da primeira e segunda fundição de carvão vegetal. Caracteriza-se principalmente pela baixa eficiência da produção de carvão vegetal e na siderurgia. A produção total de carvão vegetal e ferro-gusa, entretanto, era muito pequena e desempenha quse como uma atividade artesanal.

De 1814 até o final do século XIX

Durante esse período, vários tipos de fundição eram operadas com maior eficiência e a do carvão vegetal tornou-se mais especializada. Nesse período surgiram as primeiras criticas sérias contra a destruição predatória das florestas nativas resultante das atividades dos fazendeiros, produtores de gado e fabricantes de carvão vegetal.

Do final do século XIX até aproximadamente 1930

Esse período caracterizou-se por algumas melhorias nas técnicas de fabricação de carvão vegetal, melhores métodos de operação, a introdução de altos-fornos mais avançados etc.

Anos 30-anos 70

Houve alguns avanços nesse período, como a racionalização do setor de ferro-gusa e aço, o aumento da produtividade e da conscientização das pessoas sobre as conseqüências da produção do carvão vegetal na preservação das florestas nativas. Durante a década de 40, a indústria de ferro e aço finalmente adotou políticas de reflorestamento como a melhor maneira, e também a menos dispendiosa, de garantir o fornecimento de matéria-prima para a produção de carvão mineral. Essas medidas resultaram na rápida expansão das atividades de reflorestamento, em especial de eucalipto, e também na rápida expansão da indústria de carvão vegetal estimulada pelo aumento dos preços do petróleo no inicio dos anos 70.

Anos 80-anos 90

O principal empreendimento e a expansão da siderurgia por meio do uso do carvão vegetal deram-se em meados da década de 80, na região de Carajás, no estado do Pará. Nas projeções iniciais do Grande Carajás, a capacidade planejada para a primeira fase da produção de ferro-gusa era de 1,5 milhão de toneladas anuais e a de carvão vegetal era de cerca de 1,5 milhão de toneladas anuais. E essas projeções nunca se materializaram por várias razões. No final de 1998, a produção de carvão vegetal firmou-se em aproximadamente 0,5 milhões de toneladas (cerca de 1,6 milhão de m³), principalmente a partir de resíduos de serrarias e resíduos florestais.

Houve várias tentativas de produzir carvão vegetal a partir do manejo sustentado de florestas nativas e também a partir de florestas plantadas. Entretanto, essas tentativas não obtiveram êxito devido, em parte, às condições socioeconômicas adversas ao desenvolvimento de projetos desse tipo na região. Por exemplo, existem desmatamentos e atividades de extração madeira ilegal e não fiscalizadas que produzem uma grande quantidade de serragem e resíduos florestais, disponíveis aos fabricantes de carvão vegetal, gratuitamente ou por preços irrisórios, desencorajando-os, portanto, a buscar outras alternativas, como pode ser o caso em outras regiões do Brasil.

Entretanto, a partir de 1990, surgem novas preocupações entre alguns industriais, como, por exemplo, o alto preço do carvão vegetal, os possíveis problemas de fornecimento, as pressões de grupos ambientalistas e o futuro das industrias que usam o carvão vegetal como matéria-prima. Na perspectiva atual, o futuro da industria depende de uma série de fatores, que incluem a produção de carvão vegetal a partir de florestas plantadas de eucalipto, a rápida modernização dos setores mais atrasados e o aumento rápido da eficiência para reduzir os custos.

É surpreendente como os métodos tradicionais de fabricação de carvão vegetal pouco evoluíram, um estudo realizado pela Organização das Nações Unidas para a Agricultura e Alimentação (FAO) ilustra bem essa estagnação, ao relatar que “os únicos fatores novos são a racionalização de metodologias simples e o estudo realizado pelos cientistas dos processos básicos que ocorreram durante a carbonização e constatação dos princípios quantitativos e qualitativos que reagem o processo” (FAO, 1985 p. 3).

O Brasil é hoje um dos poucos países que realiza P&D na área de produção e uso de carvão vegetal em escala significativa e que apresenta uma eficiência de cerca de 35%, muito alta se comparada à de vários outros países, em que o nível de eficiência varia entre 10% e 15%. A maioria dos produtores de carvão vegetal em todo o mundo ao tem recursos e profissionais qualificados para isso. É importante lembrar que a produção de carvão vegetal é uma atividade marginal na maioria desses países. A sobrevivência da indústria certamente esta associada a um processo rápido de modernização e aumento da eficiência.

Uma característica comum entre os métodos tradicionais de fabricação de carvão vegetal é a baixa eficiência e grande quantidade e variedade de técnicas, que vão desde os buracos feitos na terra para queimar a madeira até os mais eficientes fornos de tijolos retangulares e redondos. Contudo, a fabricação de carvão vegetal em escala comercial frequentemente compreende tecnologias sofisticadas e caras, como as retortas, com alta eficiência de conversão, geralmente usadas nos países industrializados.

2.4 Métodos de Produção

O carvão vegetal é produzido a partir da pirólise ou queima da madeira, material predominantemente orgânico, em um ambiente onde a temperatura e a atmosfera (entrada de ar) são devidamente controladas, para que haja a remoção da maior parte dos componentes voláteis (BARROSO, 2007). Este processo também é chamado de “destilação seca da madeira” ou “carbonização” devido ocorrer a eliminação da maior parte dos componentes voláteis da madeira e a concentração de carbono no carvão vegetal produzido.

Desse processo ilustrado pela figura 3 resulta a fase sólida que é o carvão vegetal e a fase gasosa que é a fumaça. Da fumaça condensada se obtém o licor pirolenhoso e o alcatrão insolúvel. O licor pirolenhoso é composto de ácido pirolenhoso, que pode ser definido como uma solução aquosa de ácidos acético e fórmico, metanol e alcatrão solúvel, além de outros constituintes menores. Os gases não-condensáveis consistem de compostos gasosos de carbono (CO2, CO, CnHm) e nitrogênio. Para Ferreira (2008), a análise do carvão e da matéria volátil mostra que sua composição depende fortemente da temperatura de carbonização, da espécie vegetal que fornece a madeira e da idade da árvore.

Figura 3 – Modelo-esquemático da produção de carvão vegetal a partir da carbonização da madeira em fornos de alvenaria.

Fonte: Barroso (2007)

Segundo Brito & Barrichelo (1981), os principais tipos de carvão são: a) Carvão para uso doméstico: não deve ser muito duro, deve ser facilmente inflamável e deve emitir o mínimo de fumaça. Sua composição química não tem importância fundamental e pode ser obtido a baixa temperaturas (350 a 400 ºC); b) Carvão metalúrgico: utilizado na redução de minérios de ferro em alto-fornos, fundição, etc. A preparação deste carvão necessita de melhores técnicas em que a carbonização deve ser conduzida a elevadas temperaturas (mínimo de 650 ºC) com grande tempo de duração. Deve ser denso, pouco friável e ter uma boa resistência, além de apresentar baixa taxa de materiais voláteis e cinzas. O carvão deve ter no mínimo 80% de carbono; c) Carvão para gasogênio: O carvão não deve ser muito friável, sua densidade aparente não deve ultrapassar 0,3 g/cm³ e deve ter um teor de carbono de 75%; d) Carvão ativo: usado para descoloração de produtos alimentares, desinfecção, purificação de solventes, etc. O carvão deve ser leve e ter grande porosidade. Para aumentar o poder absorvente, podem ser realizados pré-tratamentos na madeira utilizada; e) Carvão para a indústria química: as exigências variam segundo o uso do carvão, mas de modo geral, exige-se evidentemente boa pureza ligada a uma boa reatividade química; f) Outros usos: carvão para a indústria de cimento (produto pulverizado e com boa inflamabilidade). O processo de carbonização pode ser dividido em 4 fases, dependendo da faixa de temperatura alcançada (COELHO, 2008):

Até 200°C: Ocorre a secagem da madeira. O processo é endotérmico, verificando-se a liberação de H20, traços de CO2, HCOOH, CH3COOH e glioxal.

280ºC: O processo ainda é endotérmico, com a liberação de H2O,

CO2, HCOOH, CH3COOH e glioxal e um pouco de CO. Nesta etapa, destaca-se o início da liberação de produtos com alto poder calorífico.

500ºC: O processo é exotérmico e auto-sustentável. Ocorrem reações secundárias com os produtos da pirólise primária. Verifica-se a liberação de CO, CH4, HCHO, CH3COOH, CH3OH, H2 e alcatrões. Forma-se o resíduo da pirólise: o carvão vegetal.

Acima de 500ºC: Processo indesejado, pois a H2O e o CO2 reagem com o carvão, produzindo CO, H2 e HCHO, e diminuindo, portanto, o rendimento. Ocorrem também reações de pirólise dos gases efluentes da etapa anterior. A temperatura de carbonização influencia diretamente no rendimento de carvão vegetal produzido e também em sua composição elementar, conforme pode ser visto na tabela abaixo.

Tabela 3 – Rendimento em função da temperatura.

Temperatura de

Carbonização (ºC)

A maioria dos fornos opera com temperatura de carbonização entre 500 e 600ºC, pois nesta faixa de temperatura obtêm-se um carvão vegetal de alta qualidade, ou seja, com alta concentração de carbono e rendimento razoável LEPAGE et al. (1986).

Com relação à origem do calor para o processo, o sistema de produção pode ser classificado em sistemas com fonte interna de calor ou por combustão parcial e sistemas com fonte externa de calor. Sistemas com fonte interna de calor são aqueles onde o calor é oriundo da combustão de parte da carga destinada à carbonização. Cerca de 10% a 20% do peso da madeira enfornada como matériaprima é queimada para gerar o calor necessário, dentro do próprio forno. O rendimento gravimétrico nesse caso (relação volume carvão / volume madeira) não ultrapassa os 40%. Nos sistemas com fonte externa de calor, esse é fornecido a partir da queima de resíduos florestais e restos de madeira não aproveitáveis no processo em uma câmara de combustão externa ao forno. Dessa forma, toda a madeira é, teoricamente, convertida em carvão vegetal elevando a produtividade em 30% (BRITO, 1990).

De acordo com Coelho (2008), no Brasil o sistema de produção de carvão vegetal mais comumente utilizado é o de fonte interna de calor, devido ao seu baixo custo de instalação e manutenção, compensando, assim, a baixa produtividade alcançada.

Para Brito (1990), o carvão vegetal brasileiro ainda é hoje produzido, em sua maior proporção, da mesma forma como o era há um século. A tecnologia é primitiva, o controle operacional dos fornos de carbonização é pequeno, e não se pratica o controle qualitativo e quantitativo da produção. Novas tecnologias estão totalmente disponíveis, mas devido à baixa capitalização dos produtores brasileiros e aos riscos de produção associados às tecnologias desconhecidas, a produção de carvão no país ainda é arcaica.

Os fornos para a produção de carvão vegetal normalmente encontrados são os de alvenarias como forno meia-laranja ou “rabo-quente”, forno de encosta ou de barranco e o forno colméia ou de superfície.

Brito (1990) explica que além dos fornos de alvenaria mencionados há também a opção da carbonização contínua ou retorta mostrada pela figura 4 que em geral utiliza a combustão externa de gases recuperados do próprio processo para a geração de calor, melhorando assim a eficiência de conversão. Pode ser construída vertical ou horizontalmente, em material metálico, e com dimensões que permitem grandes produções num único equipamento. A qualidade do carvão vegetal é melhor e mais homogênea. Modernamente, há exemplos de retortas que, individualmente, pode chegar a produzir por ano o equivalente a 350 fornos de alvenaria do tipo colméia, com capacidade para 35 m3 de madeira.

Para Ferreira (2000), na maioria das retortas, além da recuperação e queima dos gases do próprio processo para a geração de calor, prevê-se também a obtenção de gases inertes, que são utilizados no resfriamento do carvão produzido. Em muitas concepções de retortas, com a recuperação de gases, podese prever também a obtenção de produtos químicos contidos nos mesmos. Qualitativamente, a gama de produtos que podem ser obtidos desses gases é bastante grande. Na prática, os compostos químicos são recuperados na massa de dois produtos líquidos básicos condensáveis: o alcatrão e o licor pirolenhoso.

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