Características químicas e físicas de carvão de eucalipto (Eucalyptus cloeziana)

Abstract

O uso da pirólise como forma de aproveitamento energético da biomassa e resíduos orgânicos vem sendo avaliada como uma alternativa aos combustíveis fósseis. O carvão gerado neste processo é altamente recalcitrante, e sua incorporação ao solo pode contribuir para o sequestro de C, além de também melhorar a qualidade do solo para fins de uso agrícola. No entanto, pouco se conhece ainda sobre as características do carvão e como estas se relacionam com o seu comportamento. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes condições de pirólise sobre algumas características físicas e químicas do carvão produzido. Para isso, amostras de madeira de Eucalyptus cloeziana (7 anos de idade) foram pirolisadas em nove temperaturas entre 300 e 700 °C, sob três taxas de aquecimento (5, 22,5 e 40 °C/min), com tempo de carbonização de 15 min. A produção de bio-óleo atinge o máximo de rendimento em temperaturas acima de 400 °C na taxa de aquecimento de 5 °C/min, e 450 °C nas taxas de aquecimento de 22,5 e 40 °C/min. Com o aumento da temperatura e da taxa de aquecimento, aumenta a ocorrência de rupturas na estrutura dos carvões, com consequente redução da resistência física destes. Os teores de O e H reduziram significativamente com o aumento da temperatura de pirólise, devido à termodecomposição preferencial dos grupos alifáticos e O–alquil, restando uma estrutura de composição predominantemente aromática. Com a perda de grupos funcionais O–alquil, a CTC reduziu para valores de aproximadamente 1 cmolc/kg nos carvões produzidos acima de 400 °C. No entanto, o aumento da aromaticidade dos carvões produzidos em maiores temperaturas resulta no aumento da recalcitrância destes, demonstrada pelo aumento da resistência térmica e à oxidação por dicromato em meio ácido. Portanto, não é possível selecionar uma combinação de temperatura de pirólise e taxa de aquecimento que permita produzir um carvão quimicamente ativo e ao mesmo tempo recalcitrante.

The pyrolysis has been evaluated as a mean of producing energy from biomass and organic wastes as an alternative to fossil fuels. The charcoal produced in this process is highly recalcitrant. Its incorporation in soil can contribute to carbon (C) sequestration and also improve soil quality for agricultural use. Little is known about the characteristics of charcoal and how they relate to their behavior. The objective of this study was to evaluate the effect of different pyrolysis conditions on some physical and chemical characteristics of charcoal produced. For this, the pyrolysis of Eucalyptus cloeziana (7 years of age) samples was carried out at nine temperatures between 300 and 700 °C under three heating rates (5, 22.5 and 40 °C/min) and carbonization time of 15 min. The bio-oil production reaches its maximum at temperatures above 400 °C for the heating rate of 5 °C/min and 450 °C for the heating rates of 22.5 and 40 °C/min. By increasing the heating rate and temperature increase the occurrence of fractures in the structure of charcoals, reducing its physical resistance. The charcoal O and H levels significantly decreased by increasing pyrolysis temperature, due to preferential thermodecomposition of aliphatic and O–alkyl groups, leaving a predominantly aromatic structure. The loss of O–alkyl functional groups decreased the CEC of charcoals produced above 400 °C. It was reduced to values of about 1 cmolc/kg. With the higher aromaticity of charcoals produced at higher temperatures, there was an increase of its recalcitrance as demonstrated by higher resistance to thermal and chemical oxidation by dichromate in acid medium. Therefore it is not possible to select a combination of heating rate and pyrolysis temperature that allows producing a chemically active and recalcitrant charcoal.