Análise estatística do efeito da pressão na carbonização da madeira de Eucaliptus grandis

Abstract

O Brasil é o primeiro produtor e consumidor mundial de carvão vegetal com 75% da produção destinada a indústria siderúrgica. Os processos de carbonização utilizam de maneira geral, tecnologias artesanais de difícil controle e rendimentos gravimétricos relativamente baixos. Os valores médios normalmente admitidos estão compreendidos entre 18 e 25%. Novas tecnologias estão em curso de desenvolvimento a fim de melhorar estas cifras. A pirólise sob pressão é uma destas tecnologias. Estudos recentes mostram que a utilização de pressão pode aumentar em 50% os rendimentos gravimétricos e reduzir consideravelmente os tempos de carbonização. Dentro deste contexto o Serviço Florestal Brasileiro (SFB) em parceria com o Centro de Cooperação Internacional em Pesquisa Agronômica para o Desenvolvimento (CIRAD) estudaram estatisticamente o impacto da pressão sobre o processo de carbonização. Os ensaios, 36 no total, foram conduzidos com madeira de Eucalyptus grandis, com três pressões relativas de trabalho (0, 5 e 10 bars ), duas temperaturas finais (450 et 600°C) e três umidades da madeira (0, 15 et 110%). Cinco variáveis em resposta aos experimentos foram analisadas e discutidas segundo um plano fatorial aleatório: rendimento gravimétrico (RG), rendimento em carbono fixo (RCF), densidade aparente (DA), teor de carbono fixo (TCF) e poder calorífico superior (PCS). O RGs apresentou o maior ganho (+17%) quando a pressão foi elevada de 0 para 5 bars a 450°C. Para uma umidade de 110% de umidade da madeira, a DA apresentou incremento significativo (33%) quando a pressão foi elevada de 5 para 10 bar. A pressão apresentou efeito negativo sobre o TCF e o PCS, com redução respectivamente de 76 para 70%. e 7390 para 7165 Kcal/kg.

Brazil is the largest producer and consumer of charcoal with 75% for the steel industry. Carbonization processes are usually difficult to control craft technologies and offering relatively low mass yields. The average values are often admitted between 18 and 25%. New technologies are being developed to improve these numbers. Pyrolysis under pressure is one such technique. Recent studies have shown that the use of the pressure may increase by 50% gravimetric yield and reduce the carbonization time. It is in this context that the Brazilian Forest Service (SFB) in partnership with the French Agricultural research Centre for International Development (CIRAD) statistically studied the impact of pressure on the carbonization process. The trials, thirty six (36) in total, were conducted on Eucalyptus grandis wood specie and focused on three relative pressures (0, 5 and 10 bars), two temperatures (450 and 600 °C) and three moisture content (0, 15 and 110%). Five variables in response to the experiments were analysed and discussed using a random factorial analysis: gravimetric yield (GY), fixed carbon yield (FCY), bulk density (BD), fixed carbon content (FCC) and higher calorific value (HCV). The RG displays the highest gain (+17%) for 0 to 5 bars at 450 °C. For a 110% of wood moisture content value, the DA increase significantly (33%) between 5 to 10 bars. The pressure has a negative impact on the CFC and the HCV with respectively 76 to 70%. and 7390 to 7165 Kcal/kg.

Le Brésil est le premier producteur et consommateur de charbon de bois dont 75% pour la seule sidérurgie. Les procédés de carbonisation sont généralement des technologies artisanales difficilement contrôlables et offrant des rendements gravimétriques relativement faibles. Les valeurs moyennes souvent admises sont comprises entre 18 et 25%. De nouvelles technologies sont en cours de développement afin d'améliorer ces chiffres. La pyrolyse sous pression est une de ces techniques. De récentes études ont montré que l'utilisation de la pression peut augmenter de 50% les rendements gravimétriques et réduire considérablement les temps de carbonisation. C'est dans ce contexte que le Service Forestier Brésilien (SFB) en partenariat avec le Centre de Coopération en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD) ont étudié statistiquement l'impact de la pression sur le procédé de carbonisation. Les essais, 36 au total, ont été menés sur du bois d'Eucalyptus grandis et ont porté sur trois pressions relative de travail (0, 5 et 10 bars ), deux températures de cuisson (450 et 600 °C) et trois humidités du bois (0, 15 et 110%). Cinq variables en réponse aux expériences ont été analysées et discutées selon un plan factoriel aléatoire: le rendement gravimétrique (RG), le rendement em carbone fixe (RCF), la densité apparente (DA), le taux de carbone fixe (TCF) et le pouvoir calorifique superieur (PCS). Le RG, affiche le gain le plus significatif (+17%) lors du passage de 0 à 5 bars à 450 °C. Entre 5 et 10 bars et um bois à 110% d`humiditè, DA montre um gain de 33%. A 450 °C, la pression a un impact négatif sur la TCF et le PCS passant respectivement de 76 a 70%. et 7390 à 7165 Kcal/kg.