Charcoal from native woods of the Cerrado in steel and energy applications
DOI:
https://doi.org/10.17765/2176-9168.2021v14n4e8364Keywords:
Agribusiness, Forest biomass, Firewood, Pyrolysis, Renewable energyAbstract
The international quality of Brazilian steel is the reason for the use of charcoal in the steelmaking process, with Mato Grosso do Sul the largest national producer in 2011 (~356 thousand tons). The objective of this article is to evaluate the energy quality of this solid biofuel from native species wood (vegetable suppression, without deforestation) and geographic availability, to meet regional demand from the steel, ceramic, energy and related industries. The methodology considered the IBGE database (2007-2016), quality determination (SCV, immediate and elemental analysis) and comparison with charcoal parameters of other native species, planted and residual biomass. Results indicate: a) Mato Grosso do Sul is one of the 4th largest annual producers, and 2nd largest national producer (2007-2016); b) The most productive microregions are “Aquidauana” (~21%) and “Três Lagoas” (~23%); c) Geographical distribution of current production is balanced in the Central North (~34%), East (~30%) and Pantanal (~25%) mesoregions; d) Regional production is of medium quality, with TCZ~0.9%, TUM,BU~5%,TMV~33%, TCF~66%; PCS~20.7MJ.kg-1(? TCF),TH~5.0%,TO~3.9% andTC~86.3%, with C/H~17.3; e) Potential to improve quality (?TCF, ?TMV and ?PCS) and productivity (?Gravimetric, %).References
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6922: Carvão vegetal: determinação da massa específica (densidade à granel). Rio de Janeiro: ABNT, 1981, 2p. (ABNT/CB-028 Siderurgia).
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnica. NBR 6923: Carvão vegetal: amostragem e preparação da amostra. Rio de Janeiro: ABNT, 1981, 15p.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnica. NBR 7402: Carvão vegetal: determinação granulométrica. 1982, 3p.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnica. NBR 8112. Carvão vegetal: análise imediata. Rio de Janeiro: ABNT, 1986, 5p.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnica. NBR 8631. Carvão mineral: análise elementar: método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 1984a, 12p.
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnica. NBR 8633. Carvão vegetal: determinação do PCS. Rio de Janeiro: ABNT, 1984B, 13p.
AMS – Associação Mineira de Silvicultura. Florestas Plantadas 2015: um caminho para o desenvolvimento sustentável. Disponível em: http://silviminas.com.br/presentation-2015-portugues/. Acesso em: 19 jan. 2018.
ANDRADE, A. M.; PASSOS, P. R. A.; MARQUES, L. G. C.; OLIVEIRA, L. B.; VIDAURRES, G. B.; ROCHA, J. D. S. Pirólise de resíduos do coco-da-baía (Coccos nucifera Linn) e análise do carvão vegetal. Revista Árvore, Viçosa, v. 28, n. 5, p. 707-714, 2004. Doi: https://doi.org/10.1590/S0100-6762200400050001
ÁRVORES do brasil. Disponível em: http://www.arvoresbrasil.com.br. Acesso em: 10 jan. 2018.
ASTM - American Society for Testing and Materials. D1102-84 – Standard test method for ash in wood. 1984 (reapproved 2007); E1755-01 – Standard test method for ash in biomass. 2001 (reapproved 2007); E872-82 – Standard test method for volatile matter in the analysis of particulate wood fuels. 1982 (reapproved 2006).
BALDUINO JR., A. L.; BALDUÍNO, T. Y.; FRIERERICHS, G.; CUNHA, A. B.; BRAND, M. A. Energetic potential of bamboo culms dor industrial and domestic use in Southern Brazil. Ciência Rural, Santa Maria, v. 46, n. 11, p. 1963-1968, 2016. Doi: https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20160233
BRAND, M. A. Energia da biomassa florestal. Rio de Janeiro, Brasil: Interciência. 2010, 131p.
BRAND, M. A.; CUNHA, A. B.; CARVALHO, A. F.; BREHMER, D. R.; KÜSTER, L. C. Análise da qualidade da madeira e do carvão vegetal produzido a partir da espécie Miconia cinnamomifolia (De Candolle) Naudin (Jacatirão-açu) na agricultura familiar, em Biguaçu, Santa Catarina. Scientia Forestalis, v. 41, n. 99 p. 401-410, 2013. Doi: 10.4336/2013.pbf.33.75.505.
BRAND, M. A.; RODRIGUES, A. A.; OLIVEIRA, A.; MACHADO, M. S.; ZEN, L. R. Qualidade do carvão vegetal para o consumo doméstico comercializado na região serrana sul de Santa Catarina. Revista Árvore, v. 39, n. 6, p. 1165-1173, 2015. Doi: http://dx.doi.org/10.1590/0100-67622015000600020.
BRITO, J. O.; TOMAZELLO FILHO, M.; SALGADO, A. L. B. Produção e caracterização do carvão vegetal de espécies e variedades de Bambu. IPEF, n. 36, p. 13-17, 1987.
BOTREL, M. C. G.; TRIGILHO, P. F.; ROSADO, S. C. S.; SILVA, J. R. M. Melhoramento genético das propriedades do carvão vegetal de Eucalyptus. Revista Árvore, v. 31, n. 3, p. 391-398, 2007.
CARVALHO, A. F.; BRAND, M. A.; NONES, D. L.; DE MARCO, F. T.; FRIEDERICHS, G.; WEISE, S. M. K. Propriedades físicas e energéticas da madeira e do carvão vegetal da espécie Hyeronyma alchorneoides. Pesq. Flor. Bras., v. 34, n. 79, p. 257-261, 2014.
COELHO, S. T. et al. Carvão Vegetal: aspectos técnicos, sociais, ambientais e econômicos. São Paulo: IEE-USP (Instituto de Eletrotécnica e Energia); CENBIO (Centro Nacional de Referência em Biomassa), 2008. (Nota técnica X)
CORTEZ, L. A. B.; LORA, E. E. S.; GÓMEZ, E. O. Biomassa para energia. Campinas: Ed. Unicamp, 2008. 733p.
COSTA, T. M. S. Estudo da viabilidade técnica do emprego do bambu da espécie Bambusa vulgaris Schard. como carvão vegetal. 2004. 74f. Dissertação (Mestre em Ciências) - Instituto De Pesquisas Energéticas e Nucleares, Universidade de São Paulo, SP, 2004.
COSTA, T. G.; BIANCHI, M. L.; PROTÁSIO, T. P.; TRUGILHO, P. F.; PEREIRA, A. J. Qualidade da madeira de cinco espécies de ocorrência no cerrado para produção de carvão vegetal. Cerne, v. 20, n. 1, p. 37-46, 2014.
DAMÁSIO, R. A. P.; PEREIRA, B. L. C.; OLIVEIRA, A. C.; CARDOSO, M. T.; VITAL, B. R.; CARVALHO, A. M. L. M. Caracterização anatômica e qualidade do carvão vegetal da madeira de pau-jacaré (Piptadenia gonoacantha). Pesq. flor. bras., v. 33, n. 75 p. 261-267, 2013. Doi: 10.4336/2013.pbf.33.75.505
GARCIA, R. Combustíveis e combustão industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2013. 358p.
HEIMANN, J. P.; DRESCH, A. R.; ALMEIDA, A. N. Demanda dos Estados Unidos por carvão vegetal brasileiro. Ciência Florestal, v. 25, n. 2, p. 437-445, 2015.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em: https://sidra.ibge.gov.br/home/lspa/mato-grosso-do-sul. Acesso em: 05 jan. 2020.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em: home/geociencias/areaterritorial/principal.shtm. Acesso em: 15 dez. 2020.
JOHNSON, D. V. Relatório sobre o manejo da caatinga, semi-árido do Nordeste brasileiro. In: Projeto PNUD/FAO/BRA/85/007. Natal (RN), 1985. (Circular técnica, 3).
LAGEMANN, V. Combustão em caldeiras industriais: óleo & gás combustível. Rio de Janeiro: Ed. Interciência, 2013. 282p.
LORENZI, H. Árvores brasileiras: manual de identificação e cultivo de plantas arbóreas do Brasil. 4. ed. Nova Odessa, SP: Plantarum, 2016. 368p. v.2
MEDEIROS NETO, P. N.; PAEN, J. B. Relação entre as características da madeira e do carvão vegetal de duas espécies da Caatinga. Floresta e ambiente, v. 21, n. 4, p. 484-493, 2014. Doi: http://dx.doi.org/10.1590/2179-8087.051313.
MICHELS, I. E.; YNAGUITA, E. (Org.). Minero-Siderurgia. Campo Grande, MS: Ed. UFMS, 2004. 167p. (Cadeias produtivas de Mato Grosso do Sul, 7).
MORELLO, T. F. Carvão vegetal e siderurgia: de elo perdido a solução para um mundo pós-Kyoto. Dissertação. Universidade de São Paulo, São Paulo, 2009.
MCKENDRY, P. Energy production from biomass (Part 1): overview of biomass. Bioresource Technology, v. 83, p. 37-46, 2002.
MUÑIZ, G. I. B.; LENGOWSKI, E. C.; NISGOSKI, S.; MAGALHÃES, W. L. E. OLIVEIRA, V. T.; HANSEL, F. Characterization of Pinus spp needles and evaluation of their potential use for energy. Cerne, v. 20, n. 2, p. 245-250, 2014. Doi: http://dx.doi.org/10.1590/01047760.201420021358
OLIVEIRA, E.; VITAL, B. R.; PIMENTA, A. S.; LUCIA, R. M. D.; LADEIRA, A. M. M.; CARNEIRO, A. C. O. Estrutura anatômica da madeira e qualidade do carvão de Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir. Revista Árvore, v. 30, n. 2, p. 311-318, 2006.
OLIVEIRA, J. B. GOMES, P. A.; ALMEIDA, M. R. Propriedades do carvão vegetal. In: FUNDAÇÃO CENTRO TECNOLÓGICO DE MINAS GERAIS. Carvão vegetal: destilação, propriedades e controle de qualidade. Belo Horizonte, MG: CETEC, 1982. p. 39-61. (Série de publicações técnicas, 6).
OLIVEIRA, M. Carvão vegetal sustentável. Rev. Pesquisa FAPESP, n. 189, p. 72-75, 2011. Disponível em: revistapesquisa.fapesp.br/wp-content/uploads/2011/11/072-075-189.pdf. Acesso em: 15 dez. 2019.
PAES, J.B.; LIMA, C. R.; OLIVEIRA, E.; SANTOS, H. C. M. Rendimento e caracterização do carvão vegetal de três espécies de ocorrência no semiárido brasileiro. Ciência da madeira, v. 3, n. 1, p.1-10, 2012.
PAULA, L. E. R.; TRUGILHO, P. F.; REZENDE, R. N. Avaliação de uma amostra de carvão vegetal de Eucalyptus para uso doméstico comercializado em Lavras/MG. Remade, v. 67, p. 15-18, 2009.
PARIKH, J.; CHANNIWALA, S. A.; GHOSAL, G. K. A correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels. Fuel, v. 84, p. 487-494, 2005.
PINHEIRO, P. C. C.; FIQUEIREDO, 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.
PELLICO NETTO, S.; OLIVEIRA FILHO, L. C. Avaliação da biomassa de savana (Cerrado) para produção de carvão vegetal. Silvicultura, São Paulo, v. 8, n. 28, p. 686-689, 1983.
PROTÁSIO, T. P.; SANTANA, J. D. P.; GUIMARÃES NETO, R. M.; GUIMARÃES JR., J. B.; TRUGILHO, P. F.; RIBEIRO, I. B. Avaliação da qualidade do carvão vegetal de Qualea parviflora. Pesq. flor. bras., v. 31, n. 68 p. 295-307, 2011. Doi: 10.4336/2011.pbf.31.68.295
PROTÁSIO, T. P.; TRUGILHO, P. F.; NAPOLI, A.; SILVA, M. G.; COUTO, A. M. Mass and energy balance of the carbonization of babassu nutshell as affected by temperature. Pesq. agropec. bras., v. 49, n. 3, p. 189-196, 2014. Doi: 10.1590/S0100-204X2014000300005
RENDEIRO, G.; NOGUEIRA, M. F. M. (org.). Combustão e gaseificação de biomassa sólida (soluções energéticas para a Amazônia). Brasília: MME, 2008. 192p.
ROSA, R. A.; ARANTES, M. D. C.; PAES, J. B.; ANDRADE, W. S. P.; MOULIN, J. C. Qualidade do carvão vegetal para o consumo doméstico. Journal of Biotechnology and Biodiversity, v. 3, n. 2, p. 41-48, 2012.
ROSILLO-CALLE, F. A brief account of Brazil´s biomass energy potential. Biomassa & Energia, v. 1, n. 3, p. 225-236, 2004.
ROSILLO-CALLE, F.; BEZZON, G. Produção e uso industriais do carvão vegetal. In: ROSILLO-CALLE, F.; BAJAY, S. V.; ROTHMAN, H. Uso da biomassa para produção de energia na indústria brasileira. Campinas, SP: Ed. da UNICAMP, 2008.
SÁNCHEZ, C. G. (Org.). Tecnologia da gaseificação de biomassa. Campinas, SP: Átomo, 2010. 430p.
SÃO PAULO (Estado). Secretaria de Agricultura e Abastecimento de São Paulo. Resolução SAA – 40, de 14 de dezembro de 2015.
SINDICARV – Sindicato das indústrias e dos produtores de carvão vegetal no estado de Mato Grosso do Sul. Disponível em: http://www.sindicarv.com.br/carvao-vegetal/sustentabilidade. Acesso em: 20 set. 2014.
TRUGILHO, P. F.; SILVA, D. A. Influência da temperatura final de carbonização nas características físicas e químicas do carvão vegetal de jatobá (Himenea courbaril L.). Scientia Agraria, v.2, n.1 p.1-8, 2001. Doi: http://dx.doi.org/10.5380/rsa.v2i1.976
UZUN, H.; YILDIZ, Z.; GOLDFARB, J. L.; CEYLAN, S. Improved prediction of higher heating value of biomass using an artificial neural network model based on proximate analysis. Bioresource Technology, v. 234, p. 122-130. 2017.
VALE, A. T.; OLSEN, L. B. Produção de carvão vegetal de casca de Baru (Dipteryx alata) utilizando células de carbonização. Floresta, v. 43, n. 1, p. 117-124, 2013.
VALE, A. T.; DIAS, I. S.; SANTANA, M. A. D. Relações entre propriedades químicas, físicas e energéticas da madeira de cinco espécies do cerrado. Ciência Florestal, v. 20, n. 1, p. 137-145, 2010.
VALE, A. T.; BRASIL, M. A. M.; LEÃO, A. L. Quantificação e caracterização energética da madeira e casca de espécies do cerrado. Ciência Florestal, v. 12, n. 1, p. 71-80, 2002.
VALE, A. T.; COSTA, A. F.; GONÇALEZ, J. C.; NOGUEIRA, M. Relações entre a densidade da madeira, o rendimento e a qualidade do carvão vegetal de espécies do cerrado. Revista Árvore, v. 25, n. 1, p. 89-95, 2001. Disponível em: https://books.google.com.br/books?id=RXWaAAAAIAAJ
VALE, A. T.; NOGUEIRA, M. V. P.; SILVA, M. A. Rendimento da carbonização e qualidade do carvão vegetal de madeiras do cerrado em comparação ao Eucalyptus grandis. Revista Árvore, v. 20, n. 1, p. 93-99, 1996. https://books.google.com.br/books?id=RXWaAAAAIAAJ
VIDAURRE, G. B.; CARNEIRO, A. C. O.; VITAL, B. R.; SANTOS, R. C.; VALLE, M. L. Propriedades energéticas da madeira e do carvão vegetal de Paricá (Schizolobium amazonicum). Revista Árvore, v. 36, n. 2, p. 365-371, 2012.
VILAS BOAS, M. A.; CARNEIRO, A. C. O.; VITAL, B. R.; CARVALHO, A. M. M. L.; MARTINS, M. A. Efeito da temperatura de carbonização e dos resíduos de macaúba na produção de carvão vegetal. Scientia Forestalis, v. 38, n. 87, p. 481-490, 2010. Doi: 10.4336/2013.pbf.33.75.505
VETORIAL SIDERURGIA. Disponível em: http://www.vetorial.ind.br/pt/negocios/siderurgi. Acesso em: 15 dez. 2019.
VOTORANTIM SIDERURGIA. Disponível em: http://www.vsiderurgia.com.br/pt-br/institucional/unidades/sitrel/Paginas/Sitrel.aspx. Acesso em: 15 dez. 2019.
WENZL, H. F. J. The chemical technology of wood. New York: Academic Press, 1970. 692p.
YI, L.; FENG, J.; QIN, Y. H.; LI, W. Y. Prediction of elemental composition of coal using proximate analysis. Fuel, v. 193, p. 315-321, 2017. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.044
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
A Revista se reserva o direito de efetuar, nos originais, alterações de ordem normativa, ortográfica e gramatical, com o intuito de manter o padrão culto da língua, respeitando, porém, o estilo dos autores. As opiniões emitidas pelos autores são de sua exclusiva responsabilidade.Os direitos autorais pertencem exclusivamente aos autores. Os direitos de licenciamento utilizado pelo periódico é a licença Creative Commons Attribution Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional. São permitidos o compartilhamento (cópia e distribuição do material em qualquer meio ou formato) e adaptação (remixar, transformar, e criar a partir do trabalho, mesmo para fins comerciais), desde que lhe atribuam o devido crédito pela criação original.