livro - fepafmba em gestão ambiental pela universidade federal de são carlos ufscar. atualmente...

AUTORES

ALDAIR RICARDO BARÉAEngenheiro Florestal formado pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, campus

de Chapadão do Sul (2019). Participou do Programa de Educação Tutorial (PET) Agronomia

e Engenharia Florestal, onde desenvolveu atividades de pesquisa, ensino e extensão.

Atuou principalmente em pesquisas voltadas ao crescimento e desenvolvimento de Paricá

e à quantificação da biomassa em plantios florestais.

ALEXANDRE BERTOLOTTI PARMEGGIANI PROSDOCINIGraduado em Ciências com habilitação em Química pela Faculdade Oswaldo Cruz (FOC),

possui aperfeiçoamento em Cartografia, Geotecnologias e Representação Espacial Tátil

nos Estudos Ambientais pela UNESP. MBA em Gestão Ambiental pela Universidade

Federal de São Carlos � UFSCAR. Atualmente atua como professor efetivo na educação

básica II da Secretaria Estadual de Educação de São Paulo.

ANA CAROLINA LOPES AMARAL COSTATecnóloga graduada em Agronegócio pela Faculdade de Tecnologia de Botucatu - FATEC

(2016), membro do Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia desde 2016 e

Mestranda em Energia na Agricultura na área de Produção, Tecnologia da Conversão de

Biomassa Agroflorestal e suas Aplicações, pela Faculdade de Ciências Agronômicas da

Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP).

ANA PAULA LEITE DE LIMAEngenheira Florestal formada pela Escola Superior de Agricultura de Lavras, ESAL (1993), com

mestrado em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Lavras, UFLA (1998) e doutorado

em Ciências Florestais pela Universidade Federal de Viçosa, UFV (2003). Atualmente é professora

associada da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, no campus de Chapadão do Sul,

atuando nos cursos de Agronomia e Engenharia Florestal. Desenvolve pesquisas em diferentes

áreas das Ciências Florestais, entre elas, a silvicultura e manejo de povoamentos florestais voltados

para produção de madeira para serraria assim como para geração de energia.

CARLA MARTINS DE BRITOGraduada em Engenharia Florestal (2019) pela Faculdade de Ciências Agronômicas de

Botucatu da Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP) e

membro do Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia desde 2014.

Desenvolvendo atividades de pesquisa, ensino e extensão. Atuou em pesquisas

relacionadas ao uso da biomassa, principalmente bambu e eucalipto para geração de

energia.

ELAINE CRISTINA LEONELLOGraduada em Engenheira Florestal (2008), Mestre em Ciência Florestal (2011) e Doutoranda

em Energia na Agricultura pela Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu da

Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP). Atua na área de

Recursos Florestais e Engenharia Florestal, com ênfase em tecnologia de produtos

florestais e bioenergia e química de biomassa florestal. Experiência profissional em

logística, colheita e transporte florestal no setor privado.

EMANUEL RANGEL SPADIMGraduado em Engenharia Elétrica pela Universidade Paulista, mestrando em Energia na

Agricultura na Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" (FCA/UNESP) e

Assistente acadêmico na mesma instituição. Atua em pesquisas relacionadas ao uso da

biomassa para geração de energia.

FABIANA PRIETO CASTANHOGraduada em Engenharia Florestal (2019) pela Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu

da Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP) e membro do

Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia desde 2017. Participou do projeto de

extensão �Cursinho FCA� como professora voluntária de língua inglesa e coordenadora, e como

Assessora de vendas na empresa júnior de consultoria florestal Conflor Jr., desenvolvendo

atividades de pesquisa, ensino e extensão. Atuou em pesquisas relacionadas ao uso da

biomassa, principalmente Bambu e Eucalipto para geração de energia.

GILENO BRITO DE AZEVEDOEngenheiro Florestal pela Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (2011), mestre em

Ciências Florestais pela Universidade de Brasília (2014) e doutor em Ciências Florestais pela

Universidade de Brasília (2017). Atualmente é Professor Adjunto da Universidade Federal de

Mato Grosso do Sul, Campus de Chapadão do Sul, lecionando principalmente as disciplinas

de Biometria Florestal, Inventário Florestal, Manejo Florestal e Dendrologia. Atua em projetos

de pesquisa na área de mensuração florestal, modelagem da produção florestal, quantificação

da biomassa florestal e silvicultura.

GLAUCE TAÍS DE OLIVEIRA SOUSA AZEVEDOEngenheira Florestal pela Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (2011), mestre em Ciências

Florestais pela Universidade de Brasília (2014) e doutora em Ciências Florestais pela Universidade de

Brasília (2018). Atualmente é Professora Adjunta da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul,

Campus de Chapadão do Sul, lecionando para os cursos de Engenharia Florestal e Agronomia.

Possui experiência em silvicultura, com produção de mudas florestais e formação e condução de

povoamentos florestais, em mensuração florestal e em estatística.

JEAN DE JESUS DA SILVAEngenheiro Florestal formado pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2019) e

atualmente cursa MBA em Manejo Florestal de Precisão pela Universidade Federal do

Paraná (2020). Atuou principalmente em pesquisas na área de mensuração florestal,

geoprocessamento e quantificação da biomassa em plantios florestais.

JOSÉ MARCOS DE FREITASGraduado como Engenheiro Florestal pela Escola de Florestas da Universidade Federal do

Paraná � UFPR e MBA em Gestão Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas, com larga

experiência em eucaliptocultura, pesquisa e desenvolvimento operacional, customização e

desenvolvimento de sistemas operacionais de colheita florestal, foi representante perante

institutos de pesquisa. Tem visão crítica e sistêmica de toda a cadeia da produção florestal.

Atuou em grandes empresas de base florestal e de Gestão de Ativos Florestais. Atualmente é

consultor pela Florena � Consultoria e Negócios Florestais.

JOSÉ RAIMUNDO DE SOUZA PASSOSPossui graduação em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Viçosa (1987), Latu-Sensu

em Análise de Sistemas pela FAAP (1991), Gerente de Controle da Produção na Bahia Sul

Celulose/CSPC (1993), Mestrado em Recursos Florestais pela Universidade de São Paulo (1993) e

Doutorado em Agronomia - Energia na Agricultura pela FCA/UNESP (1998). Possui Pós-Doutorado

no IMECC/UNICAMP (2007) na área de Biomatemática. Atualmente é professor Assistente Doutor

da Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Instituto de Biociências - campus de

Botucatu-SP. Possui experiência na área de Estatística Aplicada à Ciência Florestal, com ênfase em

modelos de regressão não linear, análise de sobrevivência, análise multidimensional de dados e

métodos de classificação aplicados à reflectância foliar em Eucaliptos.

JUAN MIGUEL MESA PÉREZEngenheiro Químico, Universidade de Oriente, Cuba (1993), Mestrado na área de Engenharia

de Processos (1996). Doutorado (2004) e pós-doutorado em termoconversão de biomassa na

UNICAMP (2009). Sócio diretor da Bioware desde o ano 2002.

JULIA IFANGER FARIAGraduanda em Engenharia Florestal pela Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu

da Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP) e membro do

Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia desde 2016. Atuou em áreas como a

implantação e acompanhamento do desenvolvimento de áreas experimentais de Bambu,

Eucalipto e Salix. Realizou sua iniciação científica com condução de floresta energética de

eucalipto em terceira rotação e trabalhou na produção de mudas nativas em viveiro.

JULIANA PEDROZO RIBEIROGraduada em Engenharia Química pela ESAMC Campinas (2016), com especialização em

Engenharia dos Processos Químicos pela Unicamp (2019). Atualmente, trabalha na

empresa Bioware, desde 2016, no setor de Pesquisa, Desenvolvimento e Engenharia.

JULIO HORTA RAMOSAdministrador, gerente de novos negócios e P&D na Âmbar Energia, com mais de 10 anos

de experiência no setor elétrico, desenvolveu 4 complexos eólicos e solares no RN e PB,

totalizando mais de 3GW de potência.

HUMBERTO DE JESUS EUFRADE-JUNIOREngenheiro Florestal (2012), mestre em Agronomia (2015) e doutor em Ciência Florestal

(2019) pela Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" (UNESP) - campus de

Botucatu. Tem atuado nos seguintes temas: biomassa e bioenergia, mensuração florestal e

manejo de florestas plantadas.

LARISSA PEREIRA RIBEIRO TEODOROEngenheira agrônoma pela Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (2016), mestre em

Genética e Melhoramento pela Universidade Federal de Viçosa (2018) e doutora em Genética e

Melhoramento pela Universidade Federal de Viçosa (2019). Atualmente é Professora Adjunto

da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Campus de Chapadão do Sul, nos cursos de

Agronomia e Engenharia Florestal. Atua em projetos de pesquisa nas áreas de análise e

processamento de dados e melhoramento de grandes culturas, com ênfase em modelos

biométricos aplicados ao melhoramento genético e redes neurais artificiais.

LUIZ CÉSAR RIBASEngenheiro Florestal pela Universidade Federal do Paraná (1984), Mestre em Engenharia Florestal

na área de Economia e Política Florestal pela Universidade Federal do Paraná (1989). Doutor em

Engenharia na área de Engenharia de Produção pela Escola Politécnica, da Universidade de São

Paulo (1996). Pós-doutorado pela School of Environmental and Forest Sciences, College of

Environmental, University of Washington, EUA (2016). Colaborou como Assistente Técnico junto

aos Promotores de Justiça do Meio Ambiente do Ministério Público do Estado de São Paulo

durante o período 1990 a 2006. Atualmente é Professor Assistente Doutor junto ao Departamento

de Economia, Sociologia e Tecnologia, da Faculdade de Ciências Agronômicas, da Universidade

Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (UNESP), campus de Botucatu/SP, na área de

Recursos Florestais e Engenharia Florestal, com ênfase em Economia, Gestão, Legislação e

Política Florestal.

MARINA FOLETTOEngenheira Florestal pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2019). Atua em

pesquisas na área de produção de mudas florestais, mensuração florestal e quantificação da

biomassa em plantios florestais.

MARCOS TALVANI PEREIRA DE SOUZAGraduando em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul.

Técnico em Agropecuária pelo Centro Educacional de Correntina (2009). Tem experiência

em atividades de fiscalização ambiental, assistência técnica e extensão rural. Atua em

pesquisas na área de produção de mudas florestais, mensuração florestal e biomassa

florestal.

NATÁLIA LAÍS FELISARDO VIEIRA ARRUDATecnóloga em Agronegócio pela Faculdade de Tecnologia de Botucatu (2018), aluna

especial em Energia na Agricultura pela Faculdade de Ciências Agronômicas de Botucatu

da Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP).

PAULO EDUARDO TEODOROEngenheiro agrônomo pela Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (2014) e engenheiro

civil pela Universidade Anhanguera-UNIDERP (2014), mestre em Agronomia pela Universidade

Estadual de Mato Grosso do Sul (2016) e doutor em Genética e Melhoramento pela

Universidade Federal de Viçosa (2017). Atualmente é Professor Adjunto da Universidade

Federal de Mato Grosso do Sul, Campus de Chapadão do Sul, lecionando nos cursos de

Agronomia e Engenharia Florestal e no Programa de Pós-graduação em Agronomia. Possui

experiência em biometria, estatística e melhoramento de plantas, trabalhando nas áreas de

análise multivariada, abordagem bayesiana e inteligência computacional.

RAFAELA PROSDOCINI PARMEGGIANIGraduada em Engenharia Florestal (2012), Mestre em Ciência Florestal na área de

Conservação de Recursos Naturais (2015) e doutoranda em Energia na Agricultura na área

de Fontes Convencionais e Alternativas de Energia, Desenvolvimento Tecnológico e

Políticas Energéticas, pela Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual

Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (FCA/UNESP).

ROBSON CRISTIANO MARTINSGraduado em Química pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas (2010), com

especialização em Engenharia dos Processos Químicos pela Unicamp (2019). Atualmente,

trabalha na empresa Bioware, desde 2007, no setor de Pesquisa e Desenvolvimento,

responsável pelos testes nos equipamentos de pirólise no desenvolvimento e

aplicabilidade da tecnologia em diferentes resíduos industriais

SAULO PHILIPE SEBASTIÃO GUERRA

Engenheiro florestal formado pela Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho"

(2000), mestre em Agronomia (Energia na Agricultura) em 2003 e doutor em Agronomia (Energia

na Agricultura) em 2006, ambos pela UNESP. Realizou Pós-Doutoramento na The University of

Arizona - Maricopa Agricultural Center (2010). Atualmente, é Professor Doutor (FCA/UNESP),

Coordenador do Grupo de Pesquisa LABB - Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia,

associado ao Instituto de Pesquisa em Bioenergia (IPBEN). Diretor da Fundação de Estudos e

Pesquisas Agrícolas e Florestais (FEPAF) na gestão 2010-2012. Coordenador do Curso de

Graduação em Engenharia Florestal (FCA/UNESP) na gestão 2012-2018. Desde 2017, Líder

Científico do Programa Cooperativo sobre Mecanização e Automação Florestal - PCMAF, do

Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais (IPEF).

THIAGO HENRIQUE MARQUES DE JESUSGraduando em Engenharia Florestal pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Tem

atuado em pesquisas na produção de mudas florestais, determinação da qualidade de

carvão vegetal, usos múltiplos do eucalipto e quantificação da biomassa florestal.

Desde que o homem descobriu e dominou o fogo, a floresta, na oferta do seu principal

produto, a madeira, tem sido uma fonte importante de energia para várias das ações da

humanidade. No caso brasileiro, apesar da participação majoritária da madeira de florestas

nativas oriundas de geração naturalmente espontânea, vem ganhando força neste tipo de

aplicação, aquela originária de florestas plantadas.

A silvicultura nacional, baseada em florestas plantadas do gênero Eucalyptus, é

destaque e referência internacional, dada a alta produtividade e qualidade de nossos

produtos e seus derivados, bem como pela preservação e sustentabilidade de toda a cadeia.

Desde a década de 1960, o gênero Eucalyptus, é referência como cultura florestal de

rápido crescimento, com várias de suas espécies altamente adaptadas às condições

climáticas do nosso país. A madeira tem sido direcionada para a geração de vários produtos,

com destaque para sua aplicação direta na geração de calor para diversas finalidades ou

transformado em carvão vegetal, para seu uso como agente termo redutor siderúrgico.

O entendimento das diversas características físicas e químicas da madeira é um

quesito importante a ser considerado, quando do seu emprego para finalidades energética, no

sentido de garantir o máximo em termos de sustentabilidade. Nesse contexto, deve-se incluir

o aproveitamento de tocos e raízes, sobre os quais têm aumentado o interesse para tal

aplicação.

Há que se considerar, no entanto, a existência de poucos relatos na literatura nacional

sobre este assunto, incluindo-se as comparações entre os materiais provenientes tocos e

raízes de Eucalyptus e Pinus, de origem clonal e seminal.

Neste contexto, o Professor Dr. Saulo P. S. Guerra (FCA/UNESP) a convite da Âmbar

Energia, e atendendo as exigências regulatórias da ANEEL, coordenou um grupo de pesquisa

e inovação, em parceria com a Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (UFMS) para o

desenvolvimento de pesquisas com foco na caracterização e aproveitamento energético

deste tipo de material, sem deixar de observar as questões ambientais e legais que garantirão

o seu uso sustentável.

Os resultados dos trabalhos são aqui apresentados, num livro que foi gerado graças

aos investimentos proporcionados pela Usina Termelétrica Mário Covas - Âmbar Energia,

considerando o âmbito do programa P&D ANEEL.

São apresentados os resultados de uma enorme gama de avaliações laboratoriais e

exaustivo trabalho de campo, gerando informações inovadoras sobre os tocos e raízes de

Eucalyptus e Pinus, servindo como ponto de partida e referencial para aqueles que atuam

junto ao setor florestal e energético no Brasil.

É com prazer, portanto, que fazemos a apresentação dessa obra, cumprimentando a

todos que contribuíram, de forma direta e indireta, na sua elaboração e pelo sucesso a ser

alcançado.

Boa leitura!

Prof. Dr. José Otávio Brito

Diretor Executivo do IPEF | Professor Sênior da ESALQ/USP

PREFÁCIO

O Brasil, mesmo com uma matriz energética diversificada e com abundância de

recursos naturais, não pode deixar de olhar para inovações e potenciais negócios no setor de

energias alternativas e limpas.

Os tocos e raízes de plantio florestais, sejam do gênero Pinus ou Eucalyptus,

despontam no setor florestal como uma excelente oportunidade de geração de energia e

possível aumento da viabilidade econômica de empreendimentos, principalmente se esta

matéria prima for considerada resíduo de um plantio florestal. Pode-se agregar ainda mais

quando observado que o aproveitamento dos tocos e raízes proporciona a limpeza de área

para renovação dos plantios, facilitando as operações da silvicultura e trazendo benefícios

econômicos.

Este trabalho é a primeira contribuição da Âmbar Energia no sentido de expandir o

entendimento desta fonte biomassa com alto potencial energético, sendo aproveitada na sua

forma primária ou de biocombustíveis, através da utilização do Programa de Pesquisa e

Desenvolvimento da ANEEL.

Da perspectiva da dinâmica termo-físico-químico da biomassa florestal de tocos e

raízes, fundamentais para manutenção da renovabilidade da matriz energética, os resultados

ora apresentados são uma nova referência tanto para o setor florestal como bioenergético.

Por todo o trabalho realizado e pelos resultados obtidos, deixo meu agradecimento a

todos os idealizadores deste projeto, colaboradores diretos e indiretos da Âmbar Energia, e a

toda equipe técnica compostas por professores, alunos de pós graduação e graduação de

universidades públicas do Estado de São Paulo e do Mato Grosso do Sul.

Humberto Junqueira de Farias

CEO da Âmbar Energia

PALAVRA DO PRESIDENTE

AGRADECIMENTOS

HISTÓRICO E DETALHES DO PROJETO DE P&D ANEEL

ENERGIA RENOVÁVEL E A BIOMASSA FLORESTAL � ESTADO DA ARTE

ROTAS DE PRODUÇÃO DE BIOMASSA RESIDUAL FLORESTAL

E OPERAÇÕES MECANIZADAS - HISTÓRICO, EQUIPAMENTOS

E ESTADO DA ARTE

DISTRIBUIÇÃO E PRODUÇÃO DE BIOMASSA EM PLANTIOS DE EUCALIPTO:

UM ENFOQUE PARA A BIOMASSA RESIDUAL DE TOCOS E RAÍZES

EQUAÇÕES ALOMÉTRICAS PARA A BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

EM PLANTIOS DE PRIMEIRA E SEGUNDA ROTAÇÃO

USO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS PARA ESTIMAR A BIOMASSA DE TOCOS E

RAÍZES DE ÁRVORES DE EUCALIPTO

SECAGEM, UMIDADE E DENSIDADE DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

PODER CALORÍFICO DOS TOCOS E RAÍZES DE FLORESTAS PLANTADAS

DE EUCALIPTO

1

2

3

4

5

6

7

8

29

38

45

55

68

80

86

96

SUMÁRIO

10

11

12

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

CINZAS DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO: QUANTIFICAÇÃO E

QUALIFICAÇÃO QUÍMICA

CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE TOCOS E RAÍZES DE Pinus taeda

PIRÓLISE DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

POLÍTICA E LEGISLAÇÃO NO CASO DOS TOCOS E RAÍZES PARA BIOENERGIA

GLOSSÁRIO

13

9

167

154

140

133

123

107

1 HISTÓRICO E DETALHES DO

PROJETO DE P&D ANEEL

HISTÓRICO E MOTIVAÇÕES DO ESTUDO

A Âmbar Energia Ltda (Âmbar), empresa do Grupo J&F, que exerce atividades de transmissão e

geração de energia elétrica e opera a Usina Termelétrica (UTE) Mário Covas, em Cuiabá, Estado de

Mato Grosso, com potência de 480 MW utilizando gás natural como combustível.

Buscando diversificar as fontes de sua matriz energética, com vistas a novos empreendimentos,

optou-se por avaliar a biomassa residual de tocos e raízes de árvores de Eucalyptus spp e de Pinus spp como

possível fonte de combustível para queima direta.

Tomada a decisão, restava levantar informações das características físico-químicas e do potencial

energético deste tipo de insumo para, posteriormente, iniciar os estudos de viabilidade técnica e econômica de

UTEs a biomassa. Neste momento, constatou-se a escassez de trabalhos científicos consistentes a respeito da

biomassa de tocos e raízes de Eucalyptus spp., ou mesmo de Pinus spp., para espécies destes gêneros e para

as condições edafoclimáticas brasileiras. Isso levou a Âmbar a buscar informações junto às instituições de

pesquisas e universidades e logo percebeu-se que o único caminho seria investir num projeto de pesquisas

para se obter, de maneira dirigida, o conhecimento das características físico-químicas, do poder calorífico e

compreender melhor sobre o comportamento da secagem dos tocos e raízes dos dois gêneros.

Sendo a UTE Mário Covas uma SPE (Sociedade de Propósito Específico) da Âmbar e regulada pela

ANEEL, sujeita-se à obrigatoriedade de atendimento à Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000, com redação

alterada pela Lei nº 10.848, de 15 de março de 2004, que estabelece a obrigatoriedade da aplicação de um

por cento (1 %) da receita operacional líquida (ROL) das empresas do setor elétrico em pesquisa e

desenvolvimento e determina, em seu art. 4º, a distribuição desses recursos da seguinte forma:

I � 40 % (quarenta por cento) para o Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e

Tecnológico � FNDCT, criado pelo Decreto-Lei no 719, de 31 de julho de 1969, e restabelecido pela Lei

no 8.172, de 18 de janeiro de 1991;

II � 40 % (quarenta por cento) para projetos de pesquisa e desenvolvimento, segundo

regulamentos estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL;

III � 20 % (vinte por cento) para o MME, a fim de custear os estudos e pesquisas de

planejamento da expansão do sistema energético, bem como os de inventário e de viabilidade

necessários ao aproveitamento dos potenciais hidrelétricos.

José Marcos de Freitas

Julio Horta Ramos

Humberto de Jesus Eufrade Junior

Gileno Brito de Azevedo

Saulo Philipe Sebastião Guerra

29

Verificando que havia disponibilidade de recursos do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento �

P&D, regulado pela ANEEL e face à esta obrigatoriedade, analisou-se os �Procedimentos do

Programa de Pesquisa e Desenvolvimento � PROP&D� e entendeu-se ser possível a sua utilização

para desenvolver um projeto de P&D com esta finalidade.

Consultada, a Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, em reunião presencial realizada em

Brasília, na sede, manifestou-se favoravelmente e assim nasceu o Projeto de P&D da Âmbar, com o título de

“Recuperação energética da biomassa residual de tocos de Eucalyptus spp. e de Pinus spp�, prevendo

também a utilização de gases de carbonização para geração termelétrica e aproveitamento de recursos da

valorização do carbono�. Este projeto foi desenvolvido dentro do tema �Fontes alternativas de geração de

energia elétrica�, sub-tema �Tecnologias para aproveitamento de novos combustíveis em plantas geradoras�.

O projeto foi enquadrado na fase de inovação como Pesquisa Básica (PB) e Pesquisa Aplicada

(PA), para desenvolver um novo tipo de produto (material ou substância) a ser utilizado como insumo

biocombustível em UTEs. Neste caso, o produto a ser pesquisado foi descrito, como “Combustível

renovável em estado sólido � tocos e raízes de Eucalyptus spp. e de Pinus spp., processados em

cavacos (partículas de madeira) de dimensões padronizadas para a geração de energia elétrica em

uma usina termoelétrica de escala comercial�.

O projeto experimental do P&D da Âmbar, que foi planejado e delineado em parceria com a

Faculdade de Ciências Agronômicas - FCA da Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" -

UNESP, teve como objetivo principal o acompanhamento da marcha de secagem, a caracterização

físico-química e o poder calorífico de tocos e raízes de Eucalyptus spp. e de Pinus spp. para otimização

da cadeia de produção de cavacos de florestas plantadas de rápido crescimento para geração de

energia elétrica. Para alcançar esse objetivo, inicialmente foi analisado o comportamento da umidade

nas pilhas de tocos e raízes estocadas no campo, em condições ambientais. Em paralelo, a partir destas

pilhas de tocos e raízes foram produzidas amostras de cavacos, ao longo do período de duração do

projeto, que foram analisadas em laboratório especializado. Neste caso, estas análises foram realizadas

pelo Laboratório Agroflorestal de Biomassa e Bioenergia - LABB e localizado na FCA/UNESP, câmpus

da Fazenda Experimental Lageado, Botucatu SP.

As atividades de coleta de dados em campo foram realizadas em parte por professores e alunos do

LABB-IPBEN/FCA-UNESP e pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, câmpus de Chapadão do Sul -

UFMS/CPCS. De forma paralela, as equipes desenvolveram estudos envolvendo a quantificação da biomassa

dos resíduos florestais nas plantações, com o enfoque para a biomassa de tocos e raízes, de forma a subsidiar a

análise de produção e produtividade dos povoamentos, a conversão da madeira em energia ou outros

produtos, a ciclagem e balanço de nutrientes no solo e os estudos de absorção e fixação de carbono.

Um dos objetivos específicos deste projeto foi avaliar o potencial de aproveitamento de

metodologias e mecanismos oficiais de valorização das reduções de emissões de CO e CH (no 2 4

âmbito da ONU), como elemento de contribuição para a viabilidade do projeto e, mais além, para

replicação da iniciativa. Conforme os resultados, poderão ser implementados projetos ou programas

de reduções de emissões certificadas. Além disso, esta iniciativa contribui diretamente para que o

Brasil cumpra os compromissos assumidos legalmente pelo país por meio de sua Contribuição

Nacionalmente Determinada (NDC) submetida ao Acordo de Paris. A NDC contempla uma meta de se

alcançar 23 % de participação de fontes renováveis na matriz energética, além da hídrica, inclusive

por meio da biomassa. De outro lado, o país assumiu a meta de reflorestar e restaurar 12 milhões de

hectares até 2030. Ou seja, o projeto aqui proposto pode ajudar no cumprimento das duas metas, e

na exploração da sinergia florestal-energética.

Sendo assim, iniciou-se a etapa de planejamento das atividades, recursos envolvidos,

cronogramas físico e financeiro e resultados esperados. Esta fase foi constituída por uma intensa

pesquisa bibliográfica sobre biomassa de tocos e raízes de Eucalyptus spp. e de Pinus spp., seguida

por uma extensa agenda de reuniões com os principais proprietários de florestas plantadas para

RECUPERAÇÃO ENERGÉTICA DA BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES DE FLORESTAS PLANTADAS30

troca de experiências, de modo a ampliar a visão e entendimento dos tema a ser explorado.

Considerando os desafios existentes, certamente este projeto será referencial para definição

de futuros equipamentos e operações florestais, bem como para operações de conversão da

biomassa residual de tocos e raízes de Eucalyptus spp. e de Pinus spp. em bioenergia. Os resultados

encontrados poderão ser estendidos para novas situações que contemplam a qualidade da

biomassa, a logística florestal e o processamento primário dos tocos e raízes de eucalipto e pinus.

O EXPERIMENTO

Os dados utilizados para o desenvolvimento dos capítulos deste livro foram obtidos em diferentes

experimentos e ensaios, em função do gênero florestal de interesse e das variáveis a serem analisadas.

Para facilitar o entendimento, o descritivo do ensaio das análises, realizadas de maio à novembro de

2017, bem como os resultados obtidos para o Pinus spp., se encontra no capítulo 11 desta obra. No caso

das atividades desenvolvidas de novembro de 2017 à novembro de 2018, para o gênero Eucalyptus e

dos procedimentos experimentais utilizados durante o projeto estão detalhados a seguir.

LOCAL DE ESTUDO E DESCRIÇÃO DOS TRATAMENTOS

Para o estudo dos tocos e raízes, os mesmos foram provenientes de florestas plantadas de eucalipto dos clones AEC 0144 (Eucalyptus urophylla), AEC 0224 (Eucalyptus urophylla × Eucalyptus grandis), VM01 (Eucalyptus urophylla × Eucalyptus camaldulensis) e H77 (Eucalyptus urophylla × Eucalyptus grandis), localizadas no município de Ribas do Rio Pardo, Estado do Mato Grosso do Sul. Segundo a classificação climática de Köppen-Geiger, o clima é tropical do tipo Aw com estação seca de inverno, temperatura média anual de 21,6 °C e 1230 mm de precipitação.

-1Os clones foram implantados com espaçamento de 3 × 3 m (ou seja, 1111 árvores ha ) e, os

tocos e raízes foram arrancados após o corte de florestas de primeira e segunda rotação (Tabela 1).

Valores de idades entre parênteses referem a idade em que foi realizada a coleta de dados voltada a quantificação da biomassa.

* Delineamento experimental inteiramente casualizado (4 clones x 2 rotações x 3 frações de biomassa x 4 repetições)

Tabela 1. Descrição das florestas de Eucalyptus e identificação dos tratamentos utilizados no estudo.

A1

B1

C1

D1

A2

B2

C2

D2

Eucalyptus urophylla

Eucalyptus urophylla × E. grandis

Eucalyptus urophylla × E. camaldulensis


Eucalyptus urophylla


Eucalyptus urophylla × E. camaldulensis


AEC 0144

AEC 0224

VM01

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

H77

1ª

2ª

6,3 (6,8)

6,0 (6,6)

5,7 (6,3)

14,0 (14,5)

13,1 (13,6)

9,0 (9,5)

12,0 (12,7)

12,9 (13,5)

TRATAMENTO ESPÉCIE CLONE ROTAÇÃOIDADE (ANOS)

31


Os tocos e raízes de 325 árvores em cada tratamento foram arrancados com uma pá-carregadora (Komatsu WA200), e a massa úmida determinada no campo com um dinamômetro portátil e capacidade máxima de carga de 600 kg (Figura 1).

ARRANQUIO DOS TOCOS E RAÍZES E SECAGEM DA BIOMASSA

Eles foram transportados para o pátio de estocagem, onde foram empilhados por tratamento,

ao ar livre e sem cobertura, por um período de 360 dias (Figura 2).

Para o acompanhamento dos tocos e raízes, o experimento contemplou três etapas

operacionais, denominadas: 1. Biomassa "in situ", 2. Biomassa cavaqueada e 3. Pesagem, todas

aconteceram de forma simultânea nos períodos descritos na Tabela 2.

Na Etapa 1 (Biomassa "in situ") foram retiradas amostras de quatro tocos em cada tratamento

no período de coleta para caracterização física e química do material. Para a Etapa 2 (Biomassa

cavaqueada), pelo menos 20 tocos do pátio de estocagem eram cavaqueados mensalmente para

determinação de análises complementares a qualidade da biomassa. Já na Etapa 3 (Pesagem), foram

selecionados e separados e identificados aleatoriamente 21 tocos de cada tratamento para pesagem

mensal, a fim de obter a marcha de secagem da biomassa estocada ao longo do tempo.

Figura 1. Pesagem dos tocos imediatamente após o arranquio no campo.



Tabela 2. Acompanhamento da biomassa

Dias após arranquio

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

Biomassa “in situ”

X

-

-

X

-

-

X

-

-

-

-

-

X

Biomassa cavaqueada

-

X

X

X

X

X

X

-

-

X

-

-

X

Pesagem

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Figura 2. Pátio de secagem e pesagem dos tocos e raízes ao longo do experimento.

33

Na Figura 3, estão ilustradas as arquiteturas dos tocos e raízes nas duas situações contempladas

no estudo, detalhe para a bifurcação dos mesmos nas florestas em sistemas de talhadia (situação B).

A B

Os tocos e raízes foram divididos em três frações (Figura 4), denominada amostragem �in

situ�, e seccionados com o auxílio de motosserra. Isto ocorreu em quatro oportunidades, após 0, 90,

180 e 360 dias do seu arranquio. Para cada amostragem �in situ� foram fracionados quatro tocos e

raízes de cada tratamento.

FRACIONAMENTO DA BIOMASSA DOS TOCOS E RAÍZES

Figura 3. Tocos de primeira (A) e segunda rotação florestal (B).

Figura 4. Amostragem dos tocos e raízes das árvores de Eucalyptus. Posição 1 � toco

(biomassa acima do solo); Posição 2 � coroa da raiz (biomassa abaixo do solo); e

Posição 3 � raízes grossas e finas (biomassa abaixo do solo).

1

2

3

Toco

Coroa

da raiz

Raízes

grossas

e finas


De cada fração da biomassa, pelo menos um disco de madeira foi retirado e utilizado para as

análises laboratoriais. Os discos foram cortados em cunhas pelo processo de quarteamento conforme

ilustrado na Figura 5.


Figura 5. Processo de quarteamento dos discos de madeira para obtenção de subamostras

utilizadas na determinação das propriedades físicas e químicas.

As frações de biomassa produzidas na amostragem �in situ� foram utilizadas em laboratório

para determinação dos resultados de umidade, densidade básica, análise imediata, análise

elementar e macro e micronutrientes, conforme descrito na Tabela 3.

Tabela 3. Análises e suas respectivas normas.

PROPRIEDADES

Preparação das amostras

Cinzas (Cz)

Carbono fixo

Material volátil

Poder calorífico superior

Densidade básica

CHONS

Cloro

Macro e micronutrientes

Análise elementar das cinzas

Lignina insolúvel (Lig)

Extrativos totais (Ext)

Holocelulose (Hol)

METODOLOGIA ADOTADA

ABNT NBR 14660 (2004)

ASTM D1102 � 84 (2007)

ASTM E870 � 82 (2006)

ASTM E872 � 82 (2006)

ASTM E711 � 84 (2004)

ABNT NBR 11941 (2003)

Método Pregl-Dumas

Espectrofotometria de íons

Malavolta et al. (1989)

MEV-FEG (EDS)

ASTM D1106 � 96 (2013)

ASTM D1105 � 96 (2007)

Hol = 100% - Lig - Ext - Cz

As análises químicas elementares e estruturais foram realizadas somente com as amostras �in

situ� do momento zero.

35

CAVAQUEAMENTO DA BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES

Figura 6. Amostragem nas pilhas de cavacos.

Para o estudo dos cavacos provenientes de tocos e raízes que foram arrancados no campo, os

mesmos foram processados em um picador florestal (modelo Forest King, marca Bruno Industrial). Neste

caso, as pilhas de cavacos foram amostradas de acordo com a Figura 6. Foram coletadas nove amostras de

cavacos por tratamento, que compuseram quatro amostras compostas para determinação de umidade em

estufa, granulometria, impureza mineral e densidade aparente, conforme descrito na Tabela 4.

Tabela 4. Análises e suas respectivas normas.

METODOLOGIA ADOTADA

ASTM E871 � 82 (2006)

ABNT NBR 14984 (2003)

Peneiramento

Peneiras abertura de 1,2 mm a > 63 mm

ABNT NBR 7990 (2010)

PROPRIEDADES

Umidade base seca

Densidade aparente

Impureza mineral

Granulometria

Solubilidade NaOH 1%


QUANTIFICAÇÃO DA BIOMASSA SECA

Para o inventário florestal foram abertas cinco parcelas (500 m² de área cada) em cada um dos

oito tratamentos, a fim de quantificar a produção de biomassa seca. Em cada tratamento foram

abatidas cinco árvores e arrancados os tocos e raízes com retroescavadora, permitindo avaliar a

distribuição da biomassa em diferentes compartimentos das árvores: lenho do fuste comercial, casca

do fuste comercial, copa da árvore, lenho dos tocos e raízes e casca dos tocos e raízes.

Também, foi realizada a cubagem rigorosa em 40 a 50 árvores por tratamento e arrancados

seus tocos e raízes, possibilitando o ajuste de modelos matemáticos para estimativa do volume e da

biomassa seca acima e abaixo do solo, principalmente de tocos e raízes, objeto principal deste

estudo. Todas as análises desta etapa foram realizadas na Universidade Federal de Mato Grosso do

Sul, câmpus de Chapadão do Sul.

FATORES DE VARIAÇÃO

De acordo com as diferentes vertentes do projeto, foram avaliados os seguintes fatores de

variação: clones, rotações florestais, frações de biomassa e tempo de estocagem. Em cada capítulo

deste livro, o delineamento experimental, a análise estatística utilizada e os resultados, foram

detalhados caso a caso.

37


2 ENERGIA RENOVÁVEL E A

BIOMASSA FLORESTAL –

ESTADO DA ARTE

Ana Carolina Lopes Amaral Costa

Fabiana Prieto Castanho

Júlia Ifanger Faria

Rafaela Prosdocini Parmeggiani

Emanuel Rangel Spadim

A matriz energética mundial é baseada no consumo de combustíveis fósseis e, estes, por sua

vez, vêm apresentando problemas de ordem social, ambiental e econômica. Com a diminuição da

oferta de combustíveis fósseis e aumento do preço da energia, é necessário que as fontes

alternativas tenham a capacidade de suprir o déficit energético (BRITO, 2007).

Tanto no mercado internacional quanto no nacional, a biomassa é considerada uma das

principais alternativas para a diversificação da matriz energética e a consequente redução da

dependência dos combustíveis fósseis. Dela é possível obter energia elétrica e biocombustíveis,

como o biodiesel e o etanol, cujo consumo é crescente em substituição a derivados de petróleo como

o óleo diesel e a gasolina (ANEEL, 2008).

A biomassa proveniente de plantações florestais surge como uma alternativa para a geração

de energia. Com isso, este capítulo aborda a madeira como energia renovável, tanto no Brasil quanto

no mundo, e o estado da arte em geração de energia a partir da biomassa florestal e biomassa de

resíduos florestais.

ENERGIA RENOVÁVEL NO MUNDO

As energias renováveis estão hoje estabelecidas em todo o mundo como fontes importantes

de energia. Seu crescimento rápido, particularmente no setor elétrico, é impulsionado por vários

fatores, entre eles a melhora da competitividade dos custos das tecnologias renováveis, iniciativas

de políticas públicas específicas, melhor acesso a financiamento, preocupações ambientais e de

segurança energética, demanda crescente de energia nas economias em desenvolvimento e

emergentes e a necessidade de acesso à energia moderna. Consequentemente, novos mercados

para energia renovável centralizada e distribuída estão surgindo em todas as regiões (REN21, 2018).

Ao repensar sua matriz energética, muitos países têm cada vez mais dado espaço para opções

alternativas aos poluentes combustíveis fósseis para a produção de energia, voltando-se para a

biomassa, energia eólica e solar (EPE, 2017).



De acordo com o Banco Mundial (WORLD BANK, 2017), pode-se notar um aumento absoluto

significativo no consumo de energia renovável no mundo. Porém, quando comparado ao crescimento

geral do consumo energético, percebe-se que esse aumento ainda é modesto. Isso se dá porque

ainda há uma dialética entre uso de energias renováveis �tradicionais�, como lenha e carvão, que

possui sua relevância do ponto de vista social em regiões em desenvolvimento, mas contrapõe com o

aumento da renda e modernização da economia, e as energias renováveis �modernas�, que incluem

energia processada de biomassa florestal e agrícola, biocombustíveis para transporte e novas

tecnologias de geração de energia (IEA, 2017).

Enquanto isso, energias renováveis tradicionais figuram como destaques na matriz energética

da África Central e Sul e do Sudeste Asiático, representando respectivamente 70 % e 30 %. Regiões

como a América Latina despontam como pioneiras na utilização de fontes renováveis modernas,

principalmente biomassa moderna e recursos hidrelétricos, que representam já há algum tempo, em

média, 23 % da matriz. Mesmo regiões desenvolvidas, como a Ásia-Pacífico, Europa e América do

Norte, conseguiram alcançar os 10 % de fontes renováveis em sua matriz apenas em 2014. Outra

variável relevante no consumo de energias renováveis é relativa ao destino final. A eletricidade

contribuiu com o aumento de 49 % do uso de energias renováveis entre 2012 e 2014, enquanto a

variável transporte contribuiu apenas com 9 % desse aumento (IEA, 2017).

Nos últimos 30 anos, os governos do mundo todo têm se concentrado na utilização de fontes de

energia renováveis (biomassa). O uso de culturas ou resíduos como um meio eficiente, fonte de energia

econômica, localmente disponível e sustentável, aumentou, trazendo oportunidades para agricultores e

para o governo, ao mesmo tempo em que beneficiou o meio ambiente . As políticas e as economias

internacionais devem assumir compromissos atuais e futuros para fortalecer e diversificar a matriz

energética mundial de forma sustentável a fim de atender as demandas vindouras (PEDROSO et al., 2018).

ENERGIA RENOVÁVEL NO BRASIL

A participação das energias renováveis na matriz energética brasileira é de 43,2 %, valor muito

acima da média mundial, que é de 14,1 %. Das energias renováveis na matriz brasileira, cerca de 17,4 % é

proveniente de biomassa de cana de açúcar, 11,9 % de hidrelétricas, 8,0 % de lenha e carvão vegetal e

5,8 % de outros recursos, como os resíduos agropecuários e florestais (EPE, 2017).

Os dados mais recentes do (BEN, 2016), ano-base 2016, publicados pela Empresa de Pesquisa

Energética (EPE,2017), apontam para uma crescente alta na participação de energias renováveis, com

um aumento de 54,9 % na participação de energia eólica. Em termos de oferta, houve queda de 6 % de

óleo diesel e um aumento de 9,5 % na oferta de petróleo em relação ao ano anterior, enquanto nota-se

um avanço do uso de energias renováveis na eletricidade para 81,7 % de participação no grid elétrico.

O consumo, por sua vez, teve um recuo global de 0,4 %.

Tratando-se de políticas públicas atuais a respeito do tema de energias renováveis e sendo

implementadas, as mais relevantes e que promovem incentivos positivos são as vinculadas às

discussões climáticas, como a Política Nacional sobre Mudança do Clima, publicada em 2008, e

atualizada em 2013; a Contribuição Nacionalmente Determinada (NDC) do Brasil no contexto do

Acordo de Paris, publicada em 2015 e o documento-base sob consulta da Estratégia Nacional para

Implementação da NDC brasileira (MME, 2013).

O Brasil dispõe atualmente de uma matriz de produção elétrica de origem predominantemente

renovável, onde a fonte hídrica se destaca com participação de 64,8% da oferta interna, as fontes de

biomassa com 8,8 %, eólica 7,5 %, solar 0,6 % e as fontes não renováveis com 18,3%, conforme

dados de fevereiro de 2018 (ANEEL, 2018).

39

Figura 1. Combustíveis de origem madeireira. Fonte: RÖSER et al., (2008) � Adaptado pelos autores.

Combustíveis de origem madeireira

Florestas energéticas

Florestas decurta rotação

Biomassa florestal residual

Resíduos da floresta

Resíduos da indústria

Outrosresíduos

Colheita florestal

desbastes toco

Casca serragem

costaneiras licor negro

Construção demolição

estruturas de madeira

No Brasil, os plantios florestais apresentam grande desenvolvimento, já que o país apresenta características favoráveis de clima e solo, disponibilidade de terra, técnicas silviculturais e disponibilidade de mão de obra. Por isso, o país alcança produtividade superior à de países temperados e se configura como um dos líderes em silvicultura para energia no ranking mundial (VALVERDE et al., 2004)

No atual contexto das mudanças climáticas e da substituição de recursos fósseis, aumenta-

se a busca por combustíveis alternativos, dentre os quais, a biomassa florestal se destaca por

apresentar vantagens, a princípio, do ponto de vista ambiental (BARRANTES et al., 2016).

BIOMASSA FLORESTAL: USO E APROVEITAMENTO ENERGÉTICO

A biomassa florestal é composta de materiais orgânicos sintetizados pelas árvores na fotossíntese

(RÖSER et al., 2008). Desta forma, abrange os materiais orgânicos tanto acima quanto abaixo do solo,

ambos vivos e mortos, por exemplo, árvores, culturas, gramíneas, raízes, entre outros. A biomassa viva

acima do solo inclui: fuste, tocos, galhos, cascas, sementes e folhagens, e abaixo do solo

compreende as raízes. Já a biomassa morta é referente aos resíduos de lenho, raízes e tocos,

contidos no solo até o dossel da floresta (FAO, 2015).

Quando a biomassa florestal é utilizada para propósitos energéticos, a mesma pode ser produzida

em plantações florestais já implantadas com esta finalidade, ou então, a partir do aproveitamento de

resíduos gerados no processo de colheita e processamento da madeira (Figura 1).



O Brasil possui menos de 1 % do território nacional de florestas plantadas e é responsável por 91 % de toda a madeira produzida para fins industriais no país, dos quais mais de 1 milhão de hectares é referente a plantios energéticos, sendo que até 2020 essa área destinada a bioenergia irá dobrar e tem importante posição no cenário econômico, sendo responsável por 6,2 % do PIB Industrial do País (IBÁ, 2017; EPE, 2016),

A área total de árvores plantadas no Brasil totalizou 7,84 milhões de hectares em 2016,

crescimento de 0,5 % em relação ao ano de 2015, devido exclusivamente ao aumento das áreas com

eucalipto. As áreas com Pinus e outros gêneros permaneceram inalteradas no período. Os plantios

de eucalipto ocupam 5,7 milhões de hectares da área de árvores plantadas do País e estão

localizados, principalmente, em Minas Gerais (24 %), em São Paulo (17 %) e no Mato Grosso do Sul

(15 %). Os plantios de Pinus ocupam 1,6 milhão de hectares e concentram-se principalmente no

Paraná (42 %) e em Santa Catarina (34 %). Nos últimos cinco anos, a área plantada com esse gênero

vem caindo a uma taxa de 0,7 % a.a., devido, principalmente, à substituição por eucalipto nos

estados onde esta cultura não é tradicional. Nos estados da região sul do Brasil, que possuem

melhores condições de solo e clima, a área com plantios de Pinus tem se mantido constante neste

período (IBÁ, 2017).

Nas florestas plantadas de Eucalyptus spp. não se pode deixar de assimilar a realidade de

grande quantidade de resíduos produzidos pela colheita e que também podem e devem ser

considerados como potenciais materiais a serem aproveitados para fins energéticos (BJÖHEDEN,

2006; VASAITIS et al., 2008). Além da lenha em sua forma comercial, os resíduos de madeira têm sido

muito utilizados nos últimos anos na geração de energia. Dessa forma, os resíduos deixam de ser um

problema ambiental e passam a ser uma fonte de energia renovável e de baixo custo (NASCIMENTO,

2007).

Diversos autores têm reportado que tocos e raízes de árvores tem entrado em foco como

possíveis fontes de energia renovável e que novas perspectivas de sua colheita em larga escala para

biocombustíveis provavelmente se tornará estratégias de longo prazo e prática de rotina

(BJÖHEDEN, 2006; VASAITIS et al., 2008).

A realização do arranquio ou retirada desse resíduo pode apresentar pontos positivos, tais

como aumento da matéria prima produzida, maior receita para proprietários florestais, facilitação

para preparo de solo, realinhamento e novos plantios (WALMSLEY; GODBOLD, 2010). Apesar de

tudo isso, os tocos de árvores não são utilizados comumente como fonte de energia renovável e

ainda são considerados como problemas para grandes empresas quanto para pequenos

proprietários no contexto brasileiro (FOELKEL, 2014).

O adequado uso de qualquer material requer o conhecimento de suas características,

principalmente aqueles relacionados à sua aplicabilidade. Com a biomassa florestal não é diferente,

sendo necessária a caracterização de suas propriedades para se determinar o melhor uso final.

Sabendo-se que cada espécie florestal apresenta características diferentes umas das outras, é

recomendável a verificação de diferentes fatores que podem afetar intrinsecamente sua qualidade

(ELOY et al., 2017).

Alguns estudos visam à seleção de espécies em florestas energéticas de eucalipto, por

exemplo: propõem homogeneizar as propriedades da madeira e melhorar, além da eficiência de

queima direta, rendimentos em carvão, teor de carbono e outras propriedades desejadas na sua

utilização como termo redutor (SANTOS et al., 2012a). Devido a evolução e melhoramento genético

das árvores e dos plantios florestais de eucalipto, existe uma constante mudança de suas

propriedades (SETTE JR et al., 2012) ressaltam que o rápido crescimento e aumento da

produtividade das florestas plantadas, podem acarretar alterações na qualidade do lenho, sendo

fundamental uma constante avaliação.

41

Figura 2. Esquema de conversão da biomassa em calor e eletricidade.

PROCESSOS DE CONVERSÃO DA BIOMASSA PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Existem muitos tipos de fontes de biomassa que podem ser utilizadas para o atendimento das

demandas energéticas da humanidade. Porém, apesar desta variedade de fontes, as formas de

aproveitamento da energia da biomassa para geração de eletricidade ainda são limitadas, tanto por

fatores de viabilidade econômica dos processos empregados, quando por fatores de maturidade das

tecnologias. Em termos de rotas tecnológicas para a geração termelétrica a partir da biomassa, há

um bom número de possibilidades, sendo que em todas elas estão envolvidos processos de

conversão energética da biomassa em um produto intermediário, que posteriormente é utilizado para

geração de eletricidade (MME:EPE, 2007).

Existem muitos caminhos para a utilização da biomassa na geração de energia elétrica, alguns

desses caminhos têm melhores condições de viabilidade técnica e econômica que outros, porém

pesquisas e investimentos estão sendo feitos e isso pode gerar frutos no futuro. Dentre os principais

processos de conversão da biomassa em processos energéticos e seu aproveitamento, podemos

citar a combustão direta, gaseificação, pirólise, digestão anaeróbica, fermentação e a

transesterificação (NASCIMENTO; ALVES, 2016).

Para geração de energia elétrica a partir da biomassa, existem vários tipos de tecnologias

empregadas, porém, todas elas estimam-se a conversão de matéria orgânica em um produto mediador

que é utilizado em uma máquina móvel, fazendo com que esta máquina gere energia mecânica

movendo-se o gerador de energia elétrica. De maneira geral, todas as tecnologias existentes são

aplicadas em processo de co-geração. Esse sistema de cogeração permite produzir sincronicamente

energia e calor e assim configurar estes sistemas à forma mais coerente para a utilização de

combustíveis (CEMIG, 2012). A seguir (Figura 2) está apresentado um esquema de geração elétrica a

partir da biomassa.

Fonte: THE BIOMASS PLANT (2017) modificado pelo autor.


Biomassa

Caldeira de água quente

FiltroChaminé

Vapor

Turbina

Gerador

Cinzas

Água

Tubulação de ar quente

Por fim, o investimento em energias renováveis tende cada vez mais como uma oportunidade de

negócios. Quando falamos sobre as tendências do mercado de energias renováveis, estamos nos

referindo a inovação, de ligar novas tecnologias, produtos, processos e serviços a esse mercado. Ainda

há muito o que fazer no Brasil para desenvolver esse setor de forma consistente e sustentável, pois é um

processo relativamente lento se comparado a outros países, como a Alemanha, Austrália, França e

Japão.

REFERÊNCIAS


43

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FAO � ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS PARA AGRICULTURA E ALIMENTAÇÃO. Forest products. 2015. Roma: FAO Forestry Series, 2015.

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MME - MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Plano Nacional de Energia 2030. Brasília, 2007. Disponível em: https://bit.ly/2BL5kkD. Acesso em 24 fev. 2019.

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WALMSLEY, J. D.; GODBOLD, D. L. Stump harvesting for bioenergy - A review of the environmental impacts. Forestry, v. 83, n. 1, p. 17-38, 2010.

3 ROTAS DE PRODUÇÃO DE

BIOMASSA RESIDUAL FLORESTAL

E OPERAÇÕES MECANIZADAS -

HISTÓRICO, EQUIPAMENTOS

E ESTADO DA ARTE


Julio Ramos Horta

A conjuntura energética e econômica enfrentada pelo Brasil nos últimos anos fez da biomassa

florestal uma fonte energética com grande potencial para expansão. Análises iniciais, realizadas em

pequena escala, apontaram que a biomassa dos tocos e raízes de eucalipto e pinus, processados

sob a forma de cavacos, pode ser aproveitada e a sua utilização como combustível para a geração de

energia termelétrica é viável. No entanto, tal aproveitamento requer uma cadeia produtiva mais

eficiente, buscando redução dos custos para viabilizar uma usina termelétrica (UTE), ficando clara a

necessidade de avançar em busca de novas tecnologias, equipamentos e processos para executar

as diversas operações ao longo da rota de produção desta biomassa, desde o arranquio do solo e

transporte até o consumidor final. Em paralelo, diagnosticar as características dos tocos e raízes de

eucalipto e de pinus é fundamental para embasar o planejamento operacional e logístico das rotas.

Adicionalmente, avaliar novas formas de utilização energética, tais como a pirólise e gaseificação da

biomassa e processos para aproveitar gás de síntese recuperado nas unidades de produção de

carvão, entre outras, é mais que premente. Estudos mais recentes indicam a necessidade de

aumentar a participação de fontes renováveis na matriz energética brasileira. Essa tendência está

atrelada à segurança e robustez que as características técnicas associadas a essas usinas

proporcionam ao Sistema Interligado Nacional.

De acordo com Innocente (2011), existem diversas rotas tecnológicas para o aproveitamento

energético da biomassa, contudo, todas envolvem a transformação da biomassa, por meio de

processos termoquímico (combustão, gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação), com ou

sem processos físicos de secagem, classificação, compressão, corte ou quebra etc., bioquímicos e

físico-químicos (digestão anaeróbia e fermentação), em um produto intermediário, que por fim, será

usado na geração de energia.

45

A combustão direta é considerada por muitos autores como um processo muito ineficiente.

Outro problema da combustão direta está relacionado à sua alta umidade e a baixa densidade

energética do combustível, o que dificulta o seu armazenamento e transporte. Para fins energéticos, a

combustão direta ocorre essencialmente em caldeiras para a geração de vapor (GERMEK, 2005).

Consoante Machin (2015), a utilização da biomassa como combustível apresenta algumas

vantagens ambientais e socioeconômicas, sendo uma fonte renovável, pouco poluente e, que não

emite dióxido de carbono (de acordo com o ciclo natural de carbono neutro). As cinzas oriundas dos

processos de conversão termoquímica da biomassa são menos agressivas para o ambiente e

verifica-se uma menor corrosão dos equipamentos (caldeiras, fornos, etc).

A pirólise, ou carbonização, é o mais simples e mais antigo processo de conversão da

biomassa em outro combustível com melhor qualidade e conteúdo energético. O principal produto

final é o carvão, que tem uma densidade energética duas vezes maior que aquela do material de

origem e queima em temperaturas muito mais elevadas. Além de gás combustível, a pirólise produz

Figura 1. Apresenta os principais processos de conversão da biomassa em energéticos.

BIOMASSA

Conversão termoquímica

Gaseificação Pirólise

Conversão bioquímica

Digestãoanaeróbica

FermentaçãoDestilaçãoHidrólise

Conversão físico-química

Compressão/extração

Vapor Gás Óleo Carvão Biogás Óleovegetal

Turbinaa vapor

Turbina e motora gás, ciclocombinado

Metanol,hidrogênio,

gás de síntese

Refino etratamento

Motora gás

Transesterificação

Célulacombústivel

Diesel Etanol Biodiesel

CALORENERGIAELÉTRICA

COMBUSTÍVEIS

Combustãodireta

Fonte: Larkin (2004), adaptado de Brasil (2007).


ROTAS DE PRODUÇÃO DE BIOMASSA RESIDUAL FLORESTAL E OPERAÇÕES MECANIZADAS - HISTÓRICO, EQUIPAMENTOS E ESTADO DA ARTE

alcatrão e ácido piro-lenhoso (ANEEL, 2005). No capítulo 12 deste compêndio os autores tratam a

pirólise como rota de aproveitamento da biomassa de tocos e raízes de eucaliptos clonais.

Resíduos compostos principalmente de biomassa, são os resíduos utilizados nestes

processos e que se encontram prontamente disponíveis, como por exemplo, os resíduos de madeira

(BHATTACHARYA et al., 1999; SUN et al., 2009; SHETH; BABU, 2010). As biomassas florestais são

muito influenciadas por três fatores vitais para se entender seu valor energético (FOELKEL, 2016):

� Teor de umidade;

� Densidade aparente ou densidade a granel (em base de peso absolutamente seco por

unidade de volume;

� Densidade energética, que é resultante do poder calorífico útil e da densidade a granel do

combustível.

O aproveitamento da madeira proveniente dos tocos e raízes de eucalipto e de pinus, na forma

de cavacos, obtidos por processamento mecânico, com dimensões padronizadas, para geração de

energia, requer uma cadeia produtiva eficiente nas diversas etapas que a compõem: arranquio,

baldeio, estocagem, cavaqueamento, peneiramento, transporte e sistemas de conversão. Todavia, o

entendimento do comportamento da umidade dos tocos e raízes é fundamental no planejamento

logístico desta cadeia (GUERRA, 2017).

O PCU (poder calorífico útil) também é um parâmetro importante neste planejamento, na

definição do melhor momento para o cavaqueamento dos tocos e raízes, peneirar e transportar os

cavacos até o pátio da UTE. No Brasil, os efeitos da umidade em tocos e raízes de eucalipto e de

pinus, a caracterização das propriedades físico-químicas desta nova fonte de biomassa e a sua

utilização como fonte primária de energia em processos de conversão termoquímica ainda não foram

mensurados em condições operacionais.

O estabelecimento das curvas e taxas de secagem da madeira, estocada na forma de tocos e

raízes ou cavacos, ao longo do tempo possibilita (a) redução dos custos das etapas de

cavaqueamento, transporte e estocagem da biomassa; (b) determinação da quantidade de

biomassa necessária para suprir a demanda da unidade de conversão, considerando as diferentes

estações do ano; (c) adaptações nos equipamentos e rotas logísticas já existentes para sua utilização

na produção desta biomassa residual, em condições brasileiras e, (d) determinação de uma solução

logística otimizada para definir qual a melhor via de aproveitamento dos cavacos de madeira, no

menor custo possível.

Independentemente da rota tecnológica adotada para o aproveitamento energético da

biomassa com a finalidade de se produzir energia, seja por processos termoquímico, bioquímicos ou

físico-químicos, implica na sua transformação em um produto intermediário (cavaco) que, por fim,

será usado na geração de energia, com ou sem reprocessamento para adequação e padronização

das partículas de madeira. Assim sendo, neste capítulo discorreremos exclusivamente sobre as rotas

de produção de cavacos, a partir de tocos e raízes de eucaliptos e de pinus, que atendam às

características desejadas para as diferentes tecnologias de conversão de biomassa em energia,

acima citadas, lembrando que estas rotas devem ser o menos impactantes possível ao meio

ambiente e, ao mesmo tempo, que sejam sustentáveis e economicamente viáveis.

O sistema menos impactante e menos oneroso deve ser estudado e definido caso a caso,

levando em consideração as peculiaridades de cada cenário. Isto é importante para viabilizar e

consolidar a utilização dos cavacos de tocos e raízes de eucalipto e pinus como uma nova fonte

energética. Os resultados poderão ser replicados para novas situações, sempre que possível,

conciliando logística florestal e qualidade da biomassa, buscando uma solução otimizada para o

aproveitamento energético da biomassa residual.

Para definirmos a rota de produção de cavacos, a partir de tocos e raízes de Eucalyptus spp. e

47

de Pinus spp., devemos considerar as diferenças morfológicas entre os sistemas radiculares de cada

espécie, a idade das árvores, a rotação, o manejo florestal, o tipo de solo, a topografia, o regime de

chuvas, etc. Para cada situação, uma rota deve ser estudada e definida. As opções de equipamentos e

ferramentas apropriadas para cada fase operacional devem ser compatíveis com as necessidades de

produção e os investimentos devem ser adequados ao perfil das empresas envolvidas nos processos.

A silvicultura brasileira se tornou mais sustentável a partir anos 80 com a abolição da queima,

como forma de limpeza do terreno, que culminou com a adoção do cultivo mínimo do solo, quebrando

paradigmas e levando ao desenvolvimento de equipamentos e sistemas operacionais compatíveis

com a nova realidade. Com a técnica do cultivo mínimo observou�se a recuperação da qualidade do

solo, conservando seus atributos estruturais e funcionais dentro de limites normais e em equilíbrios

dinâmicos a longo prazo (GONÇALVES, 2004, citado por BUSCARATO, 2007).

Com o cultivo mínimo, avanços têm sido obtidos no sentido de manter ou recuperar a boa

qualidade do solo, de modo a conservar seus atributos estruturais e funcionais, dentro de limites

normais a longo prazo. Nessa condição, o solo consegue sustentar a produção biológica, prover água

limpa para os mananciais e funcionar como um tampão ambiental, por exemplo, atenuando e

degradando compostos nocivos ao meio ambiente (DORAN et al., 1996; NAMBIAR, 1999). Assim, o

cultivo mínimo tem recebido progressivamente mais destaque, sobretudo, no planejamento e na

gestão de uso dos recursos edáficos, hídricos e biológicos. Com isso, novos desafios têm surgido no

sentido de disponibilizar inovações tecnológicas cada vez menos agressivas ao ambiente, o que tem

requerido maior conhecimento e aplicação de princípios e processos ecológicos (GONÇALVES,

2004).

Em áreas com reflorestamento, a biomassa que recobre o solo após a colheita aos 7 anos, é da -1 -1ordem de 34 a 44 Mg ha de matéria seca, composto pela serapilheira (20 a 30 Mg ha ) e a copa mais o

-1ponteiro das árvores com diâmetro menor que 5 cm (14 Mg ha ). No capítulo 4 deste compêndio, os -1autores encontraram biomassa da copa (galhos, folhas e ponteiro) variando de 9,6 a 20,7 Mg ha , com

-1média de 14,3 Mg ha . Este material de alta relação carbono/nitrogênio tem período de permanência

prolongado e serve como protetor do solo, age diretamente na manutenção da umidade, atua como

barreira física das plantas invasoras e altera sensivelmente a microbiologia do solo (ZEN et al., 1995).

Segundo Lemos (2006), a técnica do cultivo mínimo possui os seguintes benefícios: redução

da erosão, maior conservação da umidade no solo, redução da reinfestação de plantas invasoras,

menor intervenção operacional nas áreas, redução do impacto sobre os organismos do solo. Porém,

acarretou problemas ao manejo florestal em função do acúmulo de resíduos e tocos remanescentes.

Dentro das rotas de aproveitamento da biomassa residual de tocos e raízes, o arranquio é, de

longe, a operação mais importante sob todos os pontos de vistas, quer sejam ambientais ou

econômicos ou até mesmo de ordem operacional, pois ela poderá desencadear uma série de

consequências danosas ao meio ambiente, causar transtorno para as operações seguintes, inclusive

pelo excesso de contaminação pelo solo, dificultar as operações subsequentes para o replantio da

área com novas florestas, custos incompatíveis com o processo, etc. Em outras palavras, o arranquio

dos tocos e raízes é uma operação sensível e onerosa, demandando muita atenção dos gestores na

seleção dos equipamentos a serem utilizados, pois poderão resultar em custos ou consequências

que inviabilizarão o uso dessa fonte de biomassa.

Atualmente o arranquio dos tocos é realizado com escavadoras equipadas com implementos

destocadores, tais como as conchas, �unhas� e pinças hidráulicas, que causam, em maior ou menor

grau, distúrbios ou movimentação excessiva do solo. Além destas, utilizadas somente para arrancar

tocos e raízes, há uma outra categoria de pinças que os arrancam e cortam, reduzindo volume e a

contaminação excessiva pelo solo.

Faz-se necessário o desenvolvimento de equipamentos que atendam às necessidades

operacionais causando o mínimo possível de distúrbios ou movimentação excessiva do solo.


Tabela 1. Rendimentos operacionais do trator + destocador de arrasto, com rodas dentadas,

calculados em função do espaço entre linhas de plantio e da velocidade de

operação. Dados fornecidos pelo representante do fabricante.

PRODUTIVIDADE

Espaço entre linhas

-1km h

Faixa de Velocidade Faixa de Produtividade

m -1h ha -1ha h

As serras-copo acopladas em tratores agrícolas ou escavadoras são uma boa opção quando

se trata de causar pouco distúrbio ao solo, pois sua ação é bem pontual, e normalmente, fica apenas

um pequeno buraco no solo, do tamanho do seu diâmetro, de 35 cm. Mas há serras-copo de

diferentes diâmetros, a serem selecionadas de acordo com o diâmetro dos tocos e raízes a serem

arrancados. A qualidade da biomassa produzida é muito boa, pois aproveita-se apenas os tocos e as

coroas das raízes, que têm maiores peso, densidade básica e poder calorífico que o restante das

raízes grossas e finas e são pouco contaminadas pelo solo.

Os pequenos buracos e o remanescente de raízes não atrapalham as operações

subsequentes do processo, nem mesmo as operações silviculturais por ocasião do replantio das

áreas. A desvantagem do uso da serra-copo é o seu baixo rendimento operacional, mas tem a

vantagem de ser um investimento relativamente reduzido, pois seu custo é baixo e os tratores

agrícolas e as escavadoras utilizados são de baixa potência quando comparado com os outros

implementos. Há uma boa oportunidade para melhorias desta operação, principalmente na adoção

de tecnologias que localizem os tocos e direcionem os movimentos em sua direção

automaticamente, reduzindo tempo e otimizando a sua produtividade.

De fato, sabemos que ainda há muito a ser melhorado e que as máquinas precisam ser

especialmente desenhadas para esse tipo de operação. Também é certo que arrancando um a um

não se atinge rendimentos operacionais satisfatórios. Alguns trabalhos indicam que é possível

arrancar de maneira contínua e movimentando o mínimo de solo, apenas no alinhamento dos tocos,

podendo utilizar posteriormente o antigo alinhamento para o plantio das mudas da nova plantação.

Essa eliminação, feita por meio do corte das raízes laterais e das pivotantes a determinada

profundidade, deixa o toco à flor do solo facilitando sua retirada do local.

Atualmente existem vários modelos de destocadores contínuos no mercado, a grande maioria

aplicados na erradicação de pomares. Especificamente para arrancar tocos e raízes de eucaliptos e

pinus de forma contínua, em linha, disponível no mercado, há um modelo de destocador de arrasto,

com rodas dentadas como ferramenta para o arranquio, que funciona muito bem para arrancar tocos

de pinus mas pouco testado e, portanto, não comprovadamente eficiente para o arranquio de tocos

de eucaliptos. Este modelo, por ser importado, tem um valor de aquisição muito alto, o que o torna

pouco acessível para o mercado brasileiro.

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

6,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

3,0

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

1,35

1,58

1,80

2,03

2,25

2,70

0,9

1,05

1,20

1,35

1,50

1,80

0,74

0,63

0,56

0,49

0,44

0,37

1,11

0,95

0,83

0,74

0,67

0,56

49


Tabela 2. Rendimentos operacionais do trator + destocador-subsolador, calculados em função

do espaço entre linhas de plantio e da velocidade de operação com dados obtidos

em seis meses de operação, segundo informações da empresa desenvolvedora do

destocador-subsolador.

PRODUTIVIDADE

Espaço entre linhas Faixa de velocidade Faixa de produtividade

m

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

6,0

2,8

2,8

2,8

2,8

2,8

2,8

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

1,19

1,02

0,89

0,79

0,71

0,60

0,95

0,82

0,71

0,63

0,57

0,48

0,84

0,98

1,12

1,26

1,40

1,68

1,05

1,23

1,40

1,58

1,75

2,10

Uma desvantagem deste equipamento é que ele não trabalha sobre a serrapilheira e resíduos de

colheita e, por isso, necessita de limpeza prévia do terreno, demandando uma operação a mais, e,

portanto, mais tempo de operação e custos. Mesmo trabalhando em área limpa, pelo fato de arrancar o

toco com praticamente todas as raízes, ficando no solo apenas aquelas que se arrebentam, ocorre o

embuchamento de forma muito frequente, exigindo manobras de marcha-ré para desembuchar o

equipamento, reduzindo sua produtividade.

A segunda opção seria um modelo de subsolador-destocador que, embora muito bem testado e

comprovado, ainda não está disponível no mercado. O seu desenvolvimento chegou à �cabeça de série�

mas, ainda não entrou em linha de produção. Foi desenvolvido para o arranquio de tocos de eucaliptos e

de pinus ou de quaisquer outras espécies florestais plantadas que, ao mesmo tempo, subsola a área e a

deixa pronta para receber um novo plantio, logo após a remoção dos referidos tocos para fora do talhão.

Esta condição é uma das vantagens deste implemento, uma vez que elimina uma operação, a

subsolagem, de custo considerado alto, reduz o intervalo entre a destoca e o replantio da área, bastando

uma adubação na linha de plantio, rápida e barata, utilizando-se um trator de baixa potência para, na

sequência, plantar.

Este equipamento retira o toco, a coroa da raiz e as partes mais grossas das raízes, deixando as

mais finas e as radicelas permanecerem no solo. Isto é muito interessante pelo lado da sustentabilidade e

do balanço de carbono no solo.

Pelas características da operação, os tocos e as raízes ficam mais limpos e, se comparados a

outros métodos de destoca, o nível de contaminação é bem menor.

Um detalhe muito importante a ser considerado e evidenciado é que consegue trabalhar em áreas

com a presença dos resíduos das colheitas, como pontas e galhos, sem necessidade de limpeza prévia

para atingir seu objetivo, que é o arranquio dos tocos. Seus dois discos recortados e com aletas laterais,

dispostos à frente das duas hastes, se encarregam de �cortar� todo o material existente, evitando o

embuchamento e eliminando a necessidade de manobras de marcha-ré para desembuchar, ganhando

um tempo precioso para sua produtividade.


-1km h -1h ha -1ha h

Tabela 3. Rendimentos operacionais do trator + ancinho rotativo, calculados em função do

espaço entre linhas de plantio e da velocidade de operação, com dados fornecidos

pelo representante do fabricante.

PRODUTIVIDADE

Espaço entre linhas Faixa de velocidade Faixa de produtividade

m

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,0

6,0

6,0

6,0

6,0

8,0

8,0

8,0

8,0

8,0

3,20

3,60

4,00

4,40

4,80

2,40

2,70

3,00

3,30

3,60

0,31

0,28

0,25

0,23

0,21

0,42

0,37

0,33

0,30

0,28

Em relação ao arranquio dos tocos e raízes, uma boa opção é a possibilidade de arrancar a árvore

inteira, com um cabeçote sacador de árvores. Isto é possível, desejável e recomendado quando se sabe,

de antemão, que a plantação a ser colhida será, no todo ou em parte, destocada. Basta substituir o

cabeçote de corte por um cabeçote sacador acoplado na escavadora. Neste caso, serão arrastadas as

árvores inteiras para as margens das estradas e tocos separados durante o traçamento com garra-

traçadora ou cabeçote processador. Quando se encerrar o arraste das árvores o talhão estará

totalmente livre de tocos e raízes grossas e liberados para as operações silviculturais subsequentes,

reduzindo o intervalo de tempo entre a colheita e o replantio da área, além de economizar operações de

destoca e baldeio de tocos. Nas margens das estradas os tocos e raízes ficarão disponibilizados ao

longo das bordas dos talhões, juntamente com a ponta fina das árvores, que poderão ser cavaqueadas

simultaneamente, aumentando a quantidade de resíduos para serem queimados.

Outra tarefa que pode parecer fácil ou corriqueira é a retirada dos tocos e raízes para fora do

talhão, onde serão cavaqueados ou carregados e levados para algum pátio de estocagem ou de

processamento, dependendo do fim a que se destina a biomassa. Pode-se agrupá-los para facilitar o

baldeio ou transbordo ou mesmo para cavaqueá-los no interior do talhão. Há várias opções de

equipamentos para executar esta tarefa de agrupamento. Pode-se orientar um amontoamento em

pequena escala durante o arranquio, desde que executados por escavadora com pinças, direcionando

vários tocos para o mesmo local. Posteriormente, basta carregá-los nos equipamentos de baldeio ou

transbordo com gruas ou pás apropriadas. Caso os tocos e raízes não sejam amontoados durante o

arranquio, devem ser agrupados posteriormente e, neste caso, pode-se fazer isto de três formas:

� Escavadoras com gruas amontoando os tocos.

� Trator sobre esteiras ou pá-carregadoras com ancinho, enleirando ou amontoando os tocos.

� Enleirando os tocos com ancinhos rotativos.

O uso do ancinho para o enleiramento melhora esta limpeza, uma vez que os tocos e raízes, e

mesmo a serapilheira e as pontas e galhos são revolvidos várias vezes até que se formem as leiras. Isto

ajuda a bater e soltar o solo das raízes e separa as folhas e pequenos galhos, incorporando-os nos 7 a 10

cm superficiais do terreno, melhorando a sua qualidade pela incorporação da matéria orgânica.

Com este sistema de enleiramento, melhora o nível de aproveitamento da biomassa residual,

pois agrega as pontas e galhos aos tocos e raízes.

51


-1km h -1h ha -1ha h

Capacidade de carga (t)

Carga média de tocos (t)

Aproveitamento da capacidade

36

12,95 t

36 %

36

23 t

64 %

Tocos e raízes Cavacos

O baldeio ou transbordo dos tocos e raízes para as bordas dos talhões podem ser feitos com

vários tipos de equipamentos, normalmente utilizados para o transbordo de cana ou mesmo aqueles

utilizados para o baldeio de madeira, estes, com algumas adaptações.

Várias são as opções de equipamentos para cavaqueamento de tocos e raízes no campo,

sendo mais comuns os trituradores a martelos. Há várias opções no mercado, tanto nacionais quanto

importadas. Cada uma delas têm suas vantagens e desvantagens e cabe aos gestores decidirem a

que melhor atende às suas necessidades, tanto de produção quanto de qualidade do produto, bem

como a análise de custo x benefícios, pay-back, etc.

Em geral, as raízes secam facilmente pela alta área de exposição, sendo que o teor de umidade

de cepas varia entre 35 a 45 %. Como inconveniente principal está a presença intensa de terra, areia e

pedras, além de serapilheira. Tudo isso precisa ser removido para que a biomassa possa ser de boa

qualidade para queima. Mesmo em condições de excelente limpeza, essa biomassa ainda leva mais

de 2 % de cinzas, além do teor intrínseco de cinzas do material vegetal (FOELKEL, 2016).

A limpeza para remoção de terra e areia é feita concomitantemente à classificação dos

cavacos, através de peneiras, antes do transporte. Existem diferentes tipos de peneiras para se

executar esta operação, podendo ser rotativas ou vibratórias, sendo estas menos utilizadas. Da

mesma forma que os picadores, as peneiras devem ter os mesmos critérios de seleção de qual

equipamento adotar para o sistema de limpeza e classificação dos cavacos de tocos e raízes, para

que as características desejadas pelo consumidor final sejam atendidas.

A última etapa do processo produtivo é o transporte dos cavacos. O ideal é que o carregamento

seja feito diretamente da esteira de saída da peneira rotativa para dentro das carrocerias dos

caminhões. Há várias composições de conjuntos rodoviários para o transporte de cavacos,

especialmente desenvolvidos para este fim. Tem carrocerias com piso fixo ou móvel, com tampas

laterais ou traseiras, etc. O grande trunfo sempre é a melhor solução para combinar o peso com o

volume da carga, para otimizar o frete, reduzindo seu custo. O ideal é que se possa estocar os tocos e

raízes no campo por um período adequado para que a umidade seja reduzida a menos de 35 %, que é

o teor máximo para que não se perca muita energia para eliminar água durante a combustão na

caldeira da UTE. Este período de estocagem também favorece a redução da contaminação da

biomassa pelo efeito das chuvas e da movimentação do material para a alimentação dos picadores e

no peneiramento, visto que o solo perde sua aderência por estar mais seco, desprendendo se mais

facilmente dos cavacos.

Quando se transporta cavacos, a capacidade de carga, em peso de biomassa, é 78 % maior do

que as cargas de tocos e raízes. Isto reflete muito fortemente no esforço logístico e no custo do frete, e

reforça a opção por se produzir os cavacos diretamente no campo e não no pátio das UTEs.

Segue, a título de ilustração, uma tabela comparativa entre uma composição com capacidade

de carga de 36 toneladas para o transporte de tocos e raízes versus transporte de cavacos, conforme

dados de várias pesagens.


As rotas de produção de cavacos a partir de tocos e raízes de eucaliptos e pinus, da mesma

forma que para outras espécies florestais, são várias e a definição da melhor rota depende das

condições específicas de cada caso. As operações, via de regra, sempre serão as mesmas e na

mesma sequência, devendo variar em função da seleção dos equipamentos de acordo com a

demanda e da conveniência de investimentos, mas sem perder o foco no resultado, ou seja, o menor

custo por tonelada de biomassa entregue nas UTEs, ou cliente final.

Muito ainda se tem para melhorar os processos, mediante desenvolvimento de novos

equipamentos ou mesmo de adaptações nas linhas de produtos já existentes. Aqui também cabe

ousadia e inovação e é preciso investimentos em P&D de novos produtos e novas formas de

composição das rotas de produção. Fica no ar, para se pensar a respeito, a possibilidade de uso de

um implemento eficiente e de baixo custo, que pode ser adquirido e utilizado para produções em

pequenas escalas por pequenos produtores, participantes de programas de fomento florestal,

também conhecidos por �fazendeiros florestais� ou mesmo por prestadores de serviços

especializados. Estou falando sobre os destocadores rotativos, que pode ser utilizado em tratores,

escavadeiras e retroescavadeiras que possuem sistema hidráulico em seus modelos. O destocador

rotativo oferece benefícios em relação à pós-destoca, tendo em vista que o mesmo não prejudica o

solo e tritura totalmente o toco sem causar distúrbios significativos no solo, deixando a biomassa dos

tocos e raízes no solo.

É preciso encontrar uma maneira prática e econômica de aproveitar esta biomassa residual,

visto que é um produto de baixíssimo custo, quando comparado com outros métodos. Se for

encontrada a solução, elimina-se a operação de cavaqueamento nas margens de estradas, que é

uma operação de alto custo. Uma das possibilidades seria utilizar aspiradores de resíduos sólidos

montados em tanques sobre caminhões ou carretas a serem tracionadas por tratores agrícolas, cujas

adequações necessitam de dedicação, tempo e dinheiro.

53


REFERÊNCIAS


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4DISTRIBUIÇÃO E PRODUÇÃO

DE BIOMASSA EM PLANTIOS DE

EUCALIPTO: UM ENFOQUE

PARA A BIOMASSA RESIDUAL

DE TOCOS E RAÍZES



Glauce Taís de Oliveira Sousa Azevedo

Ana Paula Leite de Lima

Aldair Ricardo Baréa

Jean de Jesus da Silva

BIOMASSA FLORESTAL RESIDUAL

A partir do entendimento de que é necessário reduzir ou eliminar os impactos ambientais negativos

dos processos e produtos de diversos setores, aliado à melhoria social e econômica, a biomassa passou a

ser considerada como fonte potencial de matéria-prima industrial para fins energéticos, químicos,

alimentares, farmacêuticos, de materiais, entre outros (VAZ JÚNIOR, 2015). Dentre as fontes de biomassa,

destaca-se aquela proveniente de plantações florestais. Estas ocupam uma área de 7,8 milhões de

hectares, sendo 72,7 % desse total ocupadas por espécies de eucalipto (IBÁ, 2017). A produtividade média -1 -1da floresta de eucalipto é próxima de 25 Mg ha ano (BINKLEY et al., 2017).

O conhecimento da quantidade e qualidade da biomassa florestal possibilita a realização de

avaliações e recomendações para o manejo sustentável nos diferentes ecossistemas. As estimativas

de biomassa florestal constituem em informações imprescindíveis para diversos fins. Entre estes,

destacam-se a análise de produção e produtividade dos povoamentos, conversão da madeira em

energia ou outros produtos, ciclagem e balanço de nutrientes no solo e estudos de absorção e

fixação de carbono.

Além do fuste da árvore, em muitas situações, também, passou-se a utilizar a biomassa dos

resíduos da colheita florestal, principalmente para fins energéticos (SALVADOR et al., 2016; SMYTH

et al., 2017). São considerados como resíduos florestais da colheita todos aqueles materiais

55

No entanto, a quantidade e distribuição da biomassa entre os diferentes compartimentos das árvores é

bastante variável com materiais genéticos, condições edafoclimáticas, tratos silviculturais, idade, entre

outros. Assim, torna-se necessária a realização de estudos individualizados para cada situação. A partir da

proporção de biomassa alocada nos compartimentos das árvores, pode-se determinar quais os

compartimentos e quantidades da biomassa que serão colhidos ou deixados no campo. Isso permite

aumentar a produtividade dos maciços florestais e o suprimento de matéria prima, sem que afete a

produtividade contínua do ecossistema e garanta os objetivos da empresa (SALVADOR et al., 2016).

Portanto, este capítulo trata da distribuição da biomassa em diferentes compartimentos de árvores

de clones de eucalipto cultivadas em primeira e segunda rotação, bem como de fatores de conversão

que podem ser utilizados, de forma prática, para obtenção da biomassa destes compartimentos a

partir da biomassa do fuste comercial, mais facilmente quantificada nos levantamentos florestais.

Também há uma abordagem sobre os ganhos em produtividade quando se inclui a biomassa dos

resíduos como parte da produção florestal, principalmente de toco e raízes.

Figura 1. Vias de aproveitamento da biomassa florestal. Fonte: Forest Energy Portal (2018).

resultantes da exploração da floresta e que não tem utilização definida, tais como casca, galhos,

folhas, ponteiro, árvores muito finas, doentes ou mortas, assim como tocos e raízes (SOUZA, 2010;

EUFRADE-JUNIOR et al., 2016, SCHEPASCHENKO et al., 2017, CASSELLI et al., 2018).

A biomassa dos resíduos florestais pode ser utilizada em diferentes vias de aproveitamento

para geração de energia, como ilustrado na Figura 1. Diversos autores têm reportado o uso de tocos e

raízes como fontes alternativas de energia renovável frente aos combustíveis fósseis (HYVÖNEN et

al., 2016; ORTIZ et al., 2016).


Em cada clone/rotação foram abatidas cinco árvores e arrancados os tocos e raízes com

retroescavadora, sendo sua biomassa seca obtida pelo método gravimétrico. A biomassa úmida de

cada árvore foi quantificada separadamente nos compartimentos: lenho do fuste comercial (BLF);

casca do fuste comercial (BCF); copa da árvore, incluindo ponteiro (a partir do diâmetro comercial de

5 cm), galhos e folhas (BC); lenho de toco e raízes (BLTR); e casca de toco e raízes (BCTR). Amostras

de cada compartimento foram secas em estufa a 105 ± 5º C (até a obtenção de massa seca

constante), permitindo determinar a relação entre massa seca e massa úmida e, consequentemente,

a biomassa seca dos compartimentos (Figura 2).

A biomassa seca total da árvore (BT) foi obtida pelo somatório da biomassa dos

compartimentos. A distribuição da biomassa seca nos compartimentos, em porcentagem, foi obtida

pela divisão da biomassa de cada compartimento pela BT. Todas as análises foram realizadas na

Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, câmpus de Chapadão do Sul.

Tabela 1. Características silviculturais e dendrométricas das plantações avaliadas.

Clone

Rotação

Idade (anos)

Condução da rebrota (anos)

DAP (cm)

Altura (m)

Nº de fustes por hectare

Área basal (m² ha )-1

Volume (m³ ha )-1

AEC 0144

1ª

6,8

-

17,8

23,5

987

25,25

279,85

AEC 0144

2ª

13,6

6,0

14,6

23,7

1703

30,16

369,02

AEC 0224

1ª

6,6

-

18,8

24,1

933

26,58

285,63

AEC 0224

2ª

9,5

3,1

13,7

18,3

1088

16,55

144,59

VM01

1ª

6,3

-

16,7

19,9

1049

23,67

210,27

VM01

2ª

12,7

5,7

13,4

17,9

1635

26,76

235,31

H77

1ª

14,5

-

20,6

27,9

976

34,80

387,98

H77

2ª

13,5

5,9

16,4

19,2

1067

24,32

208,64

DISTRIBUIÇÃO DA BIOMASSA EM COMPARTIMENTOS DE ÁRVORES DE QUATRO CLONES DE EUCALIPTO EM PRIMEIRA E SEGUNDA ROTAÇÃO

A distribuição da biomassa em diferentes compartimentos das árvores foi caracterizada em

plantações de quatro clones de eucalipto (AEC 0144 � E. urophylla; AEC 0224 � E. urophylla; VM01 �

E. urophylla x E. camaldulensis; H77 � E. urophylla x E. grandis), em primeira e segunda rotação

(totalizando oito tratamentos), situados no município de Ribas do Rio Pardo/MS, com espaçamento

médio de 3x3m entre árvores. As características dendrométricas e silviculturais de cada uma das

plantações são apresentadas na Tabela 1.

57

DISTRIBUIÇÃO E PRODUÇÃO DE BIOMASSA EM PLANTIOS DE EUCALIPTO: UM ENFOQUE PARA A BIOMASSA RESIDUAL DE TOCOS E RAÍZES

Figura 2. Processo adotado para quantificação da biomassa em diferentes compartimentos

de árvores de eucalipto.


-1A biomassa seca total por árvore variou de 172,8 a 419,9 kg (média de 257,8 kg árvore ) para os

clones/rotações (Figura 3). Essa biomassa, em média, está distribuída em: 58,1 % no lenho do fuste;

6,4 % na casca do fuste; 7,6 % na copa; 25,9 % no lenho de tocos e raízes; e 2,0 % na casca de tocos

e raízes, totalizando 41,9 % nos compartimentos que normalmente são considerados como resíduos

florestais. Assim, os compartimentos aéreos representam 72,1 % da biomassa seca total e os tocos e

raízes 27,9 %.

Figura 3. Total de biomassa seca por árvore e sua distribuição em compartimentos das

árvores de quatro clones de eucalipto em primeira e segunda rotação, em Ribas do

Rio Pardo/MS. A1 = AEC 0144 - 1º Rotação; A2 = AEC 0144 - 2º Rotação; B1 = AEC

0224 - 1º Rotação; B2 = AEC 0224 - 2º Rotação; C1 = VM01 - 1º Rotação; C2 =

VM01 - 2º Rotação; D1 = H77 - 1º Rotação; D2 = H77 - 2º Rotação.

59


A distribuição da biomassa seca variou entre os clones e as rotações de cultivo (Figura 3). No

clone AEC 0144, a primeira e segunda rotação apresentaram distribuições semelhantes, com média

de 19,1 % da biomassa total alocada em toco e raízes. Para os clones AEC 0224, VM01 e H77 houve

aumento da fração da biomassa em toco e raízes, partindo de uma média de 22,7 % na primeira

rotação para 39,0 % na segunda rotação. Para os compartimentos casca do fuste, copa e casca de

toco e raízes não ocorreram padrões definidos de distribuição da biomassa para os clones e rotações.

Quando considerada apenas a biomassa seca de toco e raízes, em ambas as rotações, a maior

parte da biomassa encontra-se na coroa da raiz (67,3 %). As raízes grossas e finas representam em

média 25,8 %, enquanto o toco representa 6,9 % da biomassa. Na segunda rotação ocorre o

aumento da fração de biomassa representada pela coroa da raiz e redução da fração de raízes

grossas e finas (Figura 4).

Figura 4. Distribuição das frações da biomassa de toco e raízes de florestas de eucalipto

em primeira e segunda rotação.

Primeira rotação Segunda rotação

Toco7,6 %

Coroa da raiz 63,8 %

Raízes grossas e finas 28,6 %

Toco 6,2 %

Coroa da raiz 70,8 %

Raízes grossas e finas 23,0 %

O uso comercial dos tocos e raízes decorre da utilização da fração acima do solo (o toco

propriamente dito) e fração abaixo do solo, principalmente das raízes que integram o toco (coroa da

raiz). Durante a operação de arranquio mecanizado de toco e raízes, uma grande parte das raízes

finas pode ser desprendida das raízes mais grossas e ficar retida no solo, variando em função do

equipamento utilizado. Dessa forma, o potencial de exploração e utilização da biomassa de toco e

raízes é de, no mínimo, 71,4 % na primeira rotação e 77,0 % na segunda rotação.


Tabela 2. Fatores de conversão da biomassa seca do fuste comercial com casca em

biomassa seca de diferentes compartimentos de árvores de eucalipto cultivadas


Clone

AEC 0144

AEC 0144

AEC 224

AEC 224

VM01

VM01

H77

H77

AEC 0144

AEC 224

VM01

H77

Média geral

Rotação

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

BLF

0,906

0,873

0,893

0,896

0,922

0,915

0,917

0,888

0,889

0,894

0,919

0,903

0,909

0,893

0,901

BCF

0,094

0,127

0,107

0,104

0,078

0,085

0,083

0,112

0,111

0,106

0,081

0,097

0,091

0,107

0,099

BC

0,123

0,132

0,071

0,162

0,181

0,127

0,057

0,117

0,127

0,116

0,154

0,087

0,108

0,134

0,121

BA

1,123

1,132

1,071

1,162

1,181

1,127

1,057

1,117

1,127

1,116

1,154

1,087

1,108

1,134

1,121

BLTR

0,257

0,239

0,254

0,718

0,352

0,736

0,316

0,649

0,248

0,486

0,544

0,483

0,295

0,586

0,440

BCTR

0,018

0,020

0,022

0,059

0,029

0,049

0,025

0,051

0,019

0,041

0,039

0,038

0,023

0,045

0,034

BTR

0,275

0,259

0,276

0,777

0,381

0,785

0,341

0,700

0,267

0,527

0,583

0,520

0,318

0,630

0,474

BT

1,397

1,391

1,347

1,939

1,562

1,911

1,398

1,817

1,394

1,643

1,737

1,607

1,426

1,764

1,595

FATORES DE CONVERSÃO PARA OBTENÇÃO DA BIOMASSA RESIDUAL A PARTIR DA BIOMASSA DO FUSTE COMERCIAL (LENHO + CASCA)

Nos levantamentos florestais, na maioria das vezes, a produção é quantificada considerando

apenas o fuste da árvore, sendo os outros compartimentos negligenciados. Isso ocorre pois a

quantificação direta da biomassa de diferentes compartimentos no campo onera o inventário florestal

e, também, pela escassez de fatores de conversão que permitem estimar a biomassa destes

compartimentos indiretamente a partir da biomassa de compartimentos mais acessíveis, como é o

caso dos fustes das árvores.

Nesse sentido, a distribuição de biomassa nos compartimentos foi utilizada para obter fatores

de conversão médios que permitem estimar a biomassa destes a partir da biomassa seca do fuste

comercial da árvore, que é uma variável usualmente quantificada nos levantamentos florestais. Os

fatores de conversão foram obtidos a partir da divisão da biomassa seca de cada compartimento pela

biomassa seca do fuste. Estes fatores de conversão estão apresentados na Tabela 2.

61

Em que: BLF = biomassa do lenho do fuste; BCF = biomassa da casca do fuste; BC = biomassa da

copa; BA = biomassa aérea; BLTR = biomassa do lenho de toco e raízes; BCTR = biomassa da casca

de toco e raízes; BTR = biomassa de toco e raízes (lenho + casca); BT = biomassa total da árvore.


A partir dos fatores de conversão obtidos foi possível estimar a biomassa seca de diferentes

compartimentos das árvores, através da multiplicação da biomassa seca do fuste (lenho + casca) pelo

fator de conversão do compartimento de interesse, conforme o exemplo a seguir:

Exemplo: Considerando que uma árvore do clone AEC 0144, cultivada na primeira rotação,

possui biomassa seca do fuste (lenho + casca) igual a 135 kg, a biomassa dos diferentes

compartimentos podem ser estimadas conforme abaixo:

Para a obtenção da biomassa dos compartimentos de materiais genéticos diferentes daqueles

apresentados neste estudo, sugere-se que seja utilizado o fator de conversão médio correspondente à

rotação de cultivo. Outra alternativa seria realizar analogias das características dendrométricas e

desenvolvimento silvicultural da plantação de interesse com os aqui apresentados (Tabela 1) e utilizar o fator

de conversão correspondente. Isso é necessário, pois estes fatores podem ser variáveis de acordo com a

distribuição da biomassa das árvores, que, por sua vez, pode ser influenciada por diversos fatores, como o

material genético, a rotação de cultivo, a idade, o sítio, o espaçamento de plantio, os tratos silviculturais,

entre outros.

INCREMENTO MÉDIO ANUAL (IMA) DA BIOMASSA RESIDUAL DE EUCALIPTO

-1A produção de biomassa seca (Mg ha ) foi quantificada a partir do inventário florestal realizado

em cinco parcelas (500 m² de área cada) mensuradas em cada clone/rotação (vide Tabela 1). A

biomassa do fuste comercial foi obtida pelo método volumétrico, com a multiplicação do volume

comercial do fuste com casca (obtido por equações volumétricas específicas) pela densidade básica

média do fuste, determinada para cada clone e rotação (Figura 5). A biomassa dos demais

compartimentos foi obtida considerando os fatores de conversão apresentados nos tópicos

anteriores.

Biomassa seca do lenho do fuste

Biomassa seca da casca do fuste

Biomassa seca de galhos e folhas

Biomassa seca aérea

Biomassa seca do lenho de tocos e raízes

Biomassa seca da casca de tocos e raízes

Biomassa seca de tocos e raízes

Biomassa seca total

BLF = 135 kg x 0,906 = 122,3 kg

BCF = 135 kg x 0,094 = 12,7 kg

BC = 135 kg x 0,123 = 16,6 kg

BA = 135 kg x 1,123 = 151,6 kg

BLTR = 135 kg x 0,257 = 34,7 kg

BCTR = 135 kg x 0,018 = 2,4 kg

BTR = 135 kg x 0,275 = 37,1 kg

BT = 135 kg x 1,397 = 188,6 kg


Figura 5. Densidade básica média do lenho do fuste de quatro clones de eucalipto cultivados


-1 -1O incremento médio anual (IMA) da biomassa de cada compartimento (Mg ha ano ) foi obtido pela

divisão de sua biomassa pela idade do povoamento. Nos povoamentos de segunda rotação, utilizou-se a

idade de condução da rebrota para os compartimentos aéreos e a idade da plantação para toco e raízes,

uma vez que estes permaneceram se desenvolvendo na área após a realização do primeiro corte.

-1A produção de biomassa seca total nas plantações variou de 115,3 a 301,3 Mg ha , proporcionando a -1 -1 -1 -1produtividade média (IMA) de 27,2 Mg ha ano (20,8 a 33,0 Mg ha ano ) (Figura 6). Desse total, os

-1 -1compartimentos normalmente denominados como resíduos florestais correspondem a 9,7 Mg ha ano -1 -1 -1 -1(7,2 a 11,7 Mg ha ano ). Dentre estes, o lenho de toco e raízes apresentam o maior IMA (5,0 Mg ha ano ),

-1 -1 -1 -1 -1 seguido da copa (2,4 Mg ha ano ), casca do fuste (2,0 Mg ha ano ) e casca de toco e raízes (0,4 Mg ha-1ano ).

1ª 2ª 1ª 2ª 1ª 2ª 1ª 2ª

AEC 0144 AEC 0224 VM01 H77

Clone/Rotação

0,6

0,4

0,2

0,0

0,4

7

0,4

4 0,5

0

0,4

2 0,5

2

0,5

1 0,5

6

0,5

0

-D

en

sid

ad

e b

ási

ca (g

cm

³)

63


Figura 6. Produção e incremento médio anual (IMA) de biomassa seca de quatro clones de

eucalipto cultivados em primeira e segunda rotação, no município de Ribas do Rio

Pardo/MS. BC = biomassa da copa; BCF = biomassa da casca do fuste; BLF =

biomassa do lenho do fuste; BLTR = biomassa do lenho de toco e raízes; BCTR =

biomassa da casca de toco e raízes.


No entanto, a produtividade desses resíduos pode variar em função de diversos fatores, entre eles

o material genético e a rotação de cultivo. O clone VM01 apresentou o maior IMA de toco e raízes em

ambas as rotações. Apenas o clone AEC 0144 apresentou redução acentuada do IMA desse

compartimento na segunda rotação, o que indica que nessa rotação esse clone alocou baixa quantidade

de biomassa nas raízes, priorizando a alocação de biomassa nos compartimentos aéreos (Figura 6).

Em relação às rotações de cultivo, não houve um padrão de comportamento para o IMA de toco e

raízes, mesmo a biomassa total sendo geralmente maior nas plantações de segunda rotação.

Apesar das variações existentes na alocação e produtividade da biomassa de resíduos florestais,

o seu aproveitamento proporciona o aumento da produção de matéria-prima por unidade de área, o que

pode gerar maior receita para produtores florestais. A quantidade de resíduos florestais produzida está

intimamente relacionada à finalidade da plantação e das vias de aproveitamento da biomassa que

podem ser adotadas pelas empresas florestais.

A Tabela 3 apresenta estimativas do ganho na produção de biomassa por unidade de área,

considerando diferentes vias de aproveitamento dos resíduos florestais, definidas com base na

possibilidade de sua utilização para diferentes finalidades. Esses ganhos foram calculados utilizando

como referência a colheita do fuste comercial sem casca, comumente adotada nas empresas florestais

para produção de celulose.

Tabela 3. Variação do ganho na produção de biomassa seca por unidade de área (%) ao

utilizar diferentes vias de aproveitamento dos resíduos florestais em relação à

colheita do fuste comercial sem casca, em plantações de eucalipto de primeira e

segunda rotação.

Valores entre parêntesis representam a média por rotação.

Vias de aproveitamento da biomassa

Colheita do fuste com casca

Colheita da parte aérea inteira

Colheita do fuste sem casca + aproveitamento de toco e raízes sem casca

Colheita do fuste sem casca + aproveitamento de toco e raízes com casca

Colheita do fuste com casca + aproveitamento de toco e raízes sem casca

Colheita do fuste com casca + aproveitamento de toco e raízes com casca

Colheita da árvore inteira

1ª

8,5 a 12,0 (10,0)

15,3 a 28,1 (21,8)

28,3 a 38,1 (32,3)

30,3 a 41,3 (34,9)

38,7 a 46,6 (42,3)

40,7 a 49,8 (44,9)

50,9 a 69,4 (56,7)

2ª

9,3 a 14,6 (12,0)

23,1 a 29,7 (27,1)

27,4 a 80,2 (65,1)

29,7 a 86,8(70,3)

42,0 a 91,5 (77,2)

44,3 a 98,4 (82,3)

59,3 a 116,5 (97,3)

Rotação

65


Os ganhos na produção de biomassa, considerando as diferentes alternativas para o

aproveitamento dos resíduos florestais, variaram de 8,5 % a 69,4 % na primeira rotação e de 9,3 % a

116,5 % na segunda rotação. Portanto, o aproveitamento dos resíduos florestais constituem em uma

alternativa eficiente para aumentar a produção de biomassa, sem a necessidade de investir no plantio

de novas áreas.

Contudo, os ganhos na produção de biomassa são influenciados pelos clones e rotações

utilizados, que apresentam distribuição variável da biomassa entre os compartimentos. Por exemplo, o

clone VM01 apresenta menores frações de casca do fuste e maiores frações de toco e raízes, enquanto

o clone AEC 0144 apresenta menor fração de resíduos, não havendo diferenças entre as rotações.

Assim, a distribuição da biomassa nos compartimentos das árvores em cada situação de manejo em

particular é uma variável importante na decisão de quais resíduos podem ser aproveitados.

Dentre as vias de aproveitamento, os maiores ganhos na produtividade de biomassa são obtidos

naquelas em que ocorrem o aproveitamento de toco e raízes. Isso está de acordo com alguns autores

que reportaram o uso de tocos e raízes de árvores como fontes alternativas de energia renovável

(HYVÖNEN et al., 2016; ORTIZ et al., 2016) e sugerem que sua colheita em larga escala se tornará

rotineira e estratégica a longo prazo para a bioenergia (VASAITIS et al., 2008). No caso do

aproveitamento de tocos e raízes também há benefícios na reforma do povoamento, pois facilita o

preparo do solo e o realinhamento em novos plantios (WALMSLEY; GODBOLD, 2009).

Apesar do uso dos resíduos florestais proporcionar ganhos consideráveis na produção de

biomassa por unidade de área, a sua incorporação como fonte de matéria prima nos processos

produtivos das empresas depende da análise de uma série de fatores de ordem técnica e operacional,

econômica e ambiental. Dentre estes, destaca-se a necessidade de investimentos e adaptações em

máquinas e equipamentos para seu arranquio e aproveitamento no processo produtivo, custos de

produção e rendimento do produto final, exportação e reposição de nutrientes na área de cultivo.


REFERÊNCIAS

67


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5EQUAÇÕES ALOMÉTRICAS PARA

A BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES

DE EUCALIPTO EM PLANTIOS DE

PRIMEIRA E SEGUNDA ROTAÇÃO




Marcos Talvani Pereira de Souza

Marina Foletto

Thiago Henrique Marques de Jesus

MÉTODOS DE QUANTIFICAÇÃO DA BIOMASSA FLORESTAL

A mensuração florestal tem como objetivo o levantamento de características quantitativas dos

recursos florestais, como a biomassa por indivíduo ou por unidade de área. A biomassa pode ser

considerada uma importante medida de produção florestal, bem como do tamanho dos indivíduos

arbóreos e da importância ecológica que eles têm no ecossistema florestal (BATISTA et al., 2014).

A quantificação de biomassa florestal pode ser realizada por métodos diretos ou indiretos. Os

métodos diretos consistem em determinações, com a real medição da biomassa de árvores inteiras,

ou apenas de seus componentes (fuste, galhos, folhas, raízes, casca, etc.), por meio de sua pesagem

com balanças ou dinamômetros. São métodos destrutivos e sua utilização implica na seleção e

derrubada de árvores-amostra para obtenção dos dados. Portanto, os métodos diretos não são

viáveis em grandes extensões florestais, sendo realizados apenas em áreas pequenas ou para a

obtenção de amostras em uma população de interesse.

Os métodos indiretos consistem em estimativas da biomassa através de relações quantitativas ou

matemáticas, provenientes de informações obtidas a partir dos métodos diretos e de dados originados de

inventários florestais. Esses métodos permitem estimar a biomassa da árvore, ou de seus componentes, a

partir de variáveis mais facilmente obtidas nos levantamentos florestais (SOMOGYI et al., 2007),

contribuindo para facilitar o trabalho de campo e reduzir os custos dessas atividades.

Entre os métodos indiretos para obtenção da biomassa, destaca-se o uso de equações

alométricas, provenientes do ajuste de modelos de regressão. Essas equações permitem estimar a


DESENVOLVIMENTO DAS EQUAÇÕES ALOMÉTRICAS

Os dados utilizados para o desenvolvimento das equações alométricas foram provenientes de

plantações de quatro clones de eucalipto (AEC 0144, AEC 0224, VM01 e H77), em primeira e segunda

rotação, situados no município de Ribas do Rio Pardo/MS, com espaçamento médio de 3x3 m entre

árvores. As características dendrométricas e silviculturais de cada uma das plantações podem ser

verificadas no Capítulo 4.

Em cada plantação foram selecionadas de forma aleatória de 40 a 50 árvores e obtidas as seguintes

variáveis: diâmetro a altura do peito (DAP), em cm; altura total (H), em m; e biomassa seca de tocos e raízes

com casca (BTR), em kg. Em plantações de segunda rotação, nas árvores em que ocorriam mais de um fuste

por cepa, o DAP e H foram mensurados separadamente para cada fuste, e posteriormente obtidos o DAP

equivalente (DAPeq) e a altura de Lorey (HL), utilizando as expressões a seguir:

biomassa (variável de difícil obtenção) em função de variáveis de fácil obtenção (diâmetro e altura).

Segundo Batista et al. (2014), a biomassa lenhosa de uma árvore depende de seu diâmetro, altura,

forma e densidade básica. Assim, em florestas onde as árvores possuem certa homogeneidade na

forma e na densidade básica, como nas plantações florestais com espécies de eucalipto e pinus, a

biomassa lenhosa pode ser predita com base no diâmetro e na altura total.

As equações alométricas podem ser utilizadas para determinação da biomassa de diferentes

compartimentos das árvores. Contudo, a maioria dos estudos com modelos alométricos abordam

apenas a estimativa da biomassa aérea, sendo escassas equações para a biomassa de toco e raízes,

como as desenvolvidas por Razakamanarivo et al. (2012). Isso ocorre devido à dificuldade em quantificar

a biomassa contida nas raízes das árvores, pois as metodologias utilizadas para tal finalidade são difíceis

de serem executadas e demandam grande quantidade de tempo e mão de obra, tornando a atividade

bastante onerosa (CAIRNS, 1997).

Apesar de praticamente não serem empregadas nos levantamentos florestais atuais, as

equações alométricas adequadas para estimar a biomassa de tocos e raízes podem se tornar

rotineiras nessas atividades. No passado, os tocos eram rebaixados e destruídos, sendo a sua

biomassa incorporada no solo. Atualmente, os tocos e raízes tornaram-se uma fonte significativa de

biomassa para a geração de calor e energia (GOMINHO et al., 2012), despertando o interesse de

várias empresas em seu aproveitamento (FOELKEL, 2014). Além disso, a fração tocos e raízes -1representa cerca de 20 % a 40 % da biomassa total em plantações de eucalipto (33,3 a 86,9 Mg ha )

(ver Capítulo 4) e sua utilização pode proporcionar ganhos consideráveis na produção de biomassa

por unidade de área.

Diante do exposto, este capítulo apresenta equações alométricas para estimar a biomassa de

tocos e raízes de árvores de eucalipto cultivadas em primeira e segunda rotação, de forma a subsidiar

o melhor aproveitamento desse importante recurso florestal.

69

EQUAÇÕES ALOMÉTRICAS PARA A BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO EM PLANTIOS DE PRIMEIRA E SEGUNDA ROTAÇÃO

Figura 1. Processo adotado para mensuração da parte aérea e obtenção da biomassa úmida

de árvores de eucalipto.


Em que: DAP = diâmetro a altura do peito equivalente; n = número de fustes por cepa; DAP= eq i

diâmetro a altura do peito do i-ésimo fuste da cepa; HL = altura de Lorey; g = área seccional do i-ésimo i

fuste da cepa; H = altura total do i-ésimo fuste da cepa.i

Para obtenção da BTR, primeiramente, as árvores foram abatidas e seus tocos e raízes foram

arrancados com auxílio de retroescavadora. Em seguida, os mesmos foram pesados com auxílio de

um dinamômetro para obter sua biomassa úmida (Figura 1). A biomassa seca foi obtida através da

multiplicação da biomassa úmida pela razão entre massa seca e massa úmida, obtida em amostras

de tocos e raízes coletadas em cinco árvores-amostras (Tabela 1).

(1)

(2)

(3)

Nessas cinco árvores-amostras, também foram retiradas amostras do fuste para a obtenção da

densidade básica média (Db) da madeira de cada clone e rotação. As características de cada uma das

variáveis obtidas em cada clone e rotação, são apresentadas na Figura 2. Todas as análises de laboratório

foram realizadas na Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, câmpus de Chapadão do Sul.

Tabela 1. Razão entre massa seca e massa úmida em amostras de toco e raízes de quatro

clones de eucalipto cultivados em primeira e segunda rotação.

Massa seca / Massa úmida

0,45

0,46

0,47

0,45

0,50

0,53

0,52

0,49

Clone

AEC 0144

AEC 0144

AEC 0224

AEC 0224

VM01

VM01

H77

H77

Rotação

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

71


Figura 2. Boxplot das variáveis utilizadas no desenvolvimento das equações alométricas. Em

que: BTR = Biomassa seca de toco e raízes; D = diâmetro a altura do peito (DAP) nas

plantações de primeira rotação e DAP equivalente nas plantações de segunda

rotação; H = altura total nas plantações de primeira rotação e altura de Lorey nas

plantações de segunda rotação; Db = densidade básica da madeira do fuste; A1 =

ACE 0144 em primeira rotação; A2 = AEC 0144 em segunda rotação; B1 = AEC 0224

em primeira rotação; B2 = AEC 0224 em segunda rotação; C1 = VM01 em primeira

rotação; C2 = VM01 em segunda rotação; D1 = H77 em primeira rotação; D2 = H77

em segunda rotação.

Como a fração da biomassa de toco e raízes na árvore é bastante influenciada pela rotação de

cultivo (ver Capítulo 4), decidiu-se por desenvolver inicialmente uma equação alométrica generalista

para cada rotação, envolvendo simultaneamente os dados de todos os clones. Antes da construção

dos modelos, foi analisada a correlação da BTR (variável dependente, a ser ser estimada) com as

demais variáveis obtidas (variáveis independentes, preditoras). Em ambas as rotações, o diâmetro

(DAP ou DAP ) é a variável que apresenta maior correlação com a BTR (Figura 3). Em relação à eq

altura, na segunda rotação, apesar de significativa, a HL apresentou correlação fraca com a BTR. A

boa correlação entre BTR e Db, em ambas as rotações, indica que essa variável pode ser útil em

situações em que se busca uma equação generalista para estimar a BTR de diferentes

espécies/clones cultivadas em uma mesma rotação.


De forma geral, também verifica-se que as relações entre as variáveis preditoras e a BTR são não-

lineares em ambas as rotações (Figura 3). Portanto, inicialmente foram ajustados modelos não-lineares,

cujas expressões matemáticas estão apresentadas abaixo. Antes do ajuste, os dados de cada clone e

rotação foram divididos, de forma aleatória, em dois subconjuntos. O primeiro foi destinado para o ajuste

dos modelos (75%) e o segundo para a validação das equações obtidas (25%).

1ª ROTAÇÃO 2ª ROTAÇÃO

Figura 3. Correlação da biomassa de tocos e raízes com variáveis dendrométricas em

plantações clonais de eucalipto em primeira e segunda rotação. Em que: BTR =

biomassa de toco e raízes (kg); DAP = diâmetro a altura do peito (cm); DAP = DAP eq

equivalente (cm); H = altura total (m); HL = Altura de Lorey (m); Db= densidade -básica da madeira (g cm ³); *** = significativo a 0,1 %; ** = significativo a 1%.

Em que: BTR e BTR = Biomassa seca de tocos e raízes (kg) na primeira e segunda rotação, R1 R2

respectivamente; DAP = diâmetro a altura do peito (cm); DAPeq = DAP equivalente (cm); H = altura -total (m); HL = Altura de Lorey (m); Db = densidade básica da madeira (g cm ³); ε= erro aleatório.

AJUSTE E VALIDAÇÃO DAS EQUAÇÕES ALOMÉTRICAS

Para a primeira rotação, todos os coeficientes (β ) foram significativos (p<0,0046), indicando i

que as variáveis independentes utilizadas no modelo são adequadas para explicar a variação da BTR. Contudo, na segunda rotação o efeito de HL não foi significativo (p=0,4640), o que pode ser explicado pela baixa correlação verificada entre essa variável e a BTR (Figura 3). Portanto, para a segunda rotação, a variável HL foi eliminada do modelo e realizado um novo ajuste, conforme expressão 6. Assim, todas as variáveis explicativas presentes no modelo, contribuíram de forma significativa para explicar a variação da BTR (p < 0,0001).

73


(4)

(5)

Em ambas as rotações, as equações obtidas proporcionaram estimativas satisfatórias de BTR

nas etapas de ajuste dos modelos e de validação das equações. Foram obtidas altas correlações

entre valores observados e estimados (r > 0,84) e distribuição gráfica dos resíduos sem presença de

tendenciosidades nas estimativas (Figura 4). Os valores relativamente elevados de S % (25,5 % a yx

32,5 %) ocorrem devido à grande variabilidade natural da variável BTR, que apresenta coeficiente de

variação (CV%) de 56,4 % e 62,2 % para a primeira e segunda rotação, respectivamente.


Figura 4. Resultados do ajuste de modelos e validação de equações alométricas para estimativa da biomassa de toco e raízes (BTR) em plantações de eucalipto de primeira e segunda rotação. Informações em preto referem-se ao ajuste dos modelos e em vermelho à validação das equações. DAP = diâmetro a altura do peito; DAP = DAP equivalente; H = altura total; HL = altura de Lorey; Db = eq

densidade básica da madeira; r = correlação; S % = erro padrão.yx


(6)

A inclusão da variável Db nos modelos permite estimar valores diferentes de BTR para árvores de

clones que possuem as mesmas dimensões do fuste, tornando os modelos mais generalistas. Porém, o

boxplot dos resíduos para os clones separadamente, em cada rotação, indica que pode ocorrer

tendências nas estimativas de BTR (super ou subestimar) em algumas situações específicas (Figura 5).

Nos clones AEC 0224 e AEC 0144 houve tendência em superestimar a BTR na primeira e na segunda

rotação, respectivamente, enquanto que subestimativas ocorreram no AEC 0224 de segunda rotação.

Uma alternativa para a redução dessas tendenciosidades é o ajuste de modelos para cada

situação específica (modelos locais). Portanto, foram ajustados modelos que utilizam apenas o diâmetro

e a altura como variáveis independentes para cada clone/rotação. Quando alguma dessas variáveis não

apresentaram efeito significativo na estimativa de BTR, foram eliminadas do modelo, sendo realizado

um novo ajuste. Para os clones de primeira rotação, ajustou-se o modelo da expressão 7 e para os de

segunda rotação, ajustou-se o da expressão 8.

O ajuste dos modelos para cada clone/rotação mostrou ser uma alternativa favorável para

melhoria das estimativas de BTR (Figura 6). Além de melhorar ou manter as estatísticas de ajuste

semelhantes aos modelos generalistas (ajuste e validação), houve melhora da distribuição dos resíduos,

que não apresentaram tendenciosidades nas estimativas. Esse comportamento também ocorreu para

aquelas situações que apresentaram tendenciosidades nos modelos generalistas. Os valores de S % se yx

mantiveram relativamente altos, o que também pode ser explicado pela alta variabilidade natural da BTR

verificada dentro dos próprios clones em cada rotação (coeficiente de variação de 25,3% a 46,8%).


75


(7)

(8)

Figura 5. Boxplot dos resíduos das estimativas de biomassa de toco e raízes para cada

clone, em primeira e segunda rotação. Em que: A = AEC 0144; B = AEC 0224; C =

VM01; D = H77.

Figura 6. Ajuste e validação dos modelos locais para estimativa da biomassa de toco e raízes (BTR). Informações em preto referem-se ao ajuste dos modelos e em vermelho à validação das equações. DAP = diâmetro a altura do peito; DAP = DAP eq

equivalente; H = altura total; HL = altura de Lorey; Db = densidade básica da madeira; r = correlação; S % = erro padrão.yx



Apesar dos valores de S % serem superiores aos comumente adotados nos inventários yx

florestais de plantações homogêneas (10 %), as equações obtidas (generalistas e locais) podem ser consideradas satisfatórias para estimativa de BTR. Dessa forma, com a utilização das equações apresentadas, as estimativas de BTR podem ser obtidas de forma confiável e prática nos inventários florestais de plantações de eucalipto.

Em plantações de primeira rotação a BTR pode ser estimada a partir das variáveis DAP, H e

Db, enquanto que em plantações de segunda rotação, necessita-se de DAP e Db. O DAP é eq eq

facilmente calculado na etapa de processamento de dados, necessitando apenas das medidas de DAP de cada fuste separadamente. Como a Db do fuste de uma árvore é determinada por métodos destrutivos, torna-se necessária a obtenção dessa variável em algumas árvores-amostras, ou então, adotar valores médios disponíveis na literatura para cada espécie/clone. Ainda pode-se adotar os modelos locais, que não necessitam dessa variável.

Para a maioria dos clones/rotações, apenas o diâmetro (DAP ou DAP ) seria suficiente para obter as eq

estimativas confiáveis. Do ponto de vista prático, isso é muito importante, pois o diâmetro é a variável mais facilmente obtida e comumente utilizada nos inventários florestais, não acarretando em custos consideráveis para a obtenção das estimativas de BTR.

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DAS EQUAÇÕES ALOMÉTRICAS PARA ESTIMAR A BTR

A seguir, são apresentados exemplos práticos da aplicação das equações generalistas e locais para estimar a BTR do clone VM01 em primeira e segunda rotação. Nos exemplos foram utilizados dados médios verificados em campo em cada rotação, sendo possível observar que as estimativas obtidas são consistentes com os valores reais de BTR (Figura 2).

Exemplo 2: Considerando os dados do exemplo anterior, ao utilizar a equação local

obtida para o clone VM01 em primeira rotação, a BTR estimada seria obtida por:

Exemplo 1: Uma árvore do clone VM01, em plantação de primeira rotação, com -densidade básica da madeira de 0,52 g cm ³, apresenta as seguintes dimensões: DAP =

17,6cm; H = 20,5m. Utilizando a equação generalista obtida para a primeira rotação, a BTR estimada nessa árvore é obtida por:

77


Exemplo 4: Considerando os dados do exemplo anterior, ao utilizar a equação local

obtida para o clone VM01 em segunda rotação, a BTR estimada seria obtida por:

Exemplo 3: Em uma plantação do clone VM01, conduzido em segunda rotação, -com densidade básica da madeira de 0,51 g cm ³, foram mensurados dois fustes

provenientes da rebrota de uma mesma cepa. As medidas obtidas nestes fustes são: Fuste 1: DAP = 15,1 cm; H = 21,0 m; Fuste 2: DAP = 9,2 cm; H = 19,1 m. Nessa situação, primeiramente calcula-se o DAP , com posterior aplicação da equação generalista da eq

segunda rotação:


REFERÊNCIAS

79


BATISTA, J. L. F.; COUTO, H. T. Z.; SILVA FILHO, D. F. Quantificação de recursos florestais: árvores, arvoredos e florestas. São Paulo: Oficina de Textos, 2014.

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6USO DE REDES NEURAIS

ARTIFICIAIS PARA ESTIMAR A

BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES

DE ÁRVORES DE EUCALIPTO



Larissa Pereira Ribeiro Teodoro

Paulo Eduardo Teodoro

APLICAÇÃO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS NA CIÊNCIA FLORESTAL

As Redes Neurais Artificiais (RNAs) são modelos inspirados no cérebro humano, que emulam

uma rede de neurônios biológicos. O cérebro humano é capaz de processar informações complexas e

não-lineares de forma muito superior à de qualquer máquina. Neste sentido, as RNAs são capazes de

processar rapidamente uma grande quantidade de dados e de reconhecer padrões com base em sua

auto-aprendizagem (HAYKIN, 2009).

Uma RNA é constituída de unidades de processamento denominadas neurônios ou nós,

conectados entre si com diferentes pesos, em função das respostas adquiridas durante o treinamento

da rede. O primeiro modelo de neurônio artificial foi proposto em 1943 por Warren McCulloch e Walter

Pitts (MCCULLOCH; PITTS, 1943). Contudo, devido às particularidades do modelo, o neurônio

artificial de McCulloch e Pitts só conseguia obter solução para problemas linearmente separáveis. A

partir dos trabalhos de McCulloch e Pitts, outros modelos mais dinâmicos foram desenvolvidos, como

por exemplo, o Perceptron Multicamadas (MLP), no ano de 1986. Devido à inclusão de camadas

ocultas no modelo, as redes MLP apresentam ótima eficiência para solucionar problemas complexos.

Por apresentarem estrutura não-linear, as RNAs conseguem alta eficiência trabalhando com

variáveis complexas. Além da não-linearidade, essa abordagem tem como vantagens a

adaptatividade, a generalização e a tolerância a falhas (HAYKIN, 2009). Tais características fazem com

que as RNAs produzam modelos preditivos frequentemente superiores aos das técnicas estatísticas

convencionais, como os modelos de regressão. A metodologia de regressão requer suposições sobre

a variação e distribuição de dados, que nem sempre são válidas. Diferentemente da análise de

regressão e de alguns outros modelos estatísticos, as RNAs não requerem hipóteses sobre a


USO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS PARA ESTIMAR A BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES DE ÁRVORES DE EUCALIPTO

distribuição das variáveis (ZANG et al., 2009). Além disso, as RNAs não exigem ausência de

multicolinearidade dos dados, o que também pode contribuir para a maior eficiência desta técnica

quando comparada aos modelos de regressão.

O uso de RNAs na ciência florestal brasileira é recente, contudo, tem sido cada vez mais

frequente a aplicação desta técnica na modelagem florestal para estimar diversos parâmetros, como

crescimento e produção florestal, volume de madeira, biomassa aérea, relação hipsométrica, funções

de afilamento e classificação da capacidade produtiva. Binoti et al. (2014) utilizaram RNAs para

projeção da distribuição diamétrica em povoamentos equiâneos. Esses autores constataram que as

RNAs apresentaram resultados mais acurados quando comparadas a modelos normalmente usados

no setor florestal. Ao avaliar a modelagem por regressão não-linear e por RNAs para a predição da

altura de árvores de eucaliptos, Vendruscolo et al. (2015) verificaram que as redes apresentam alto

potencial para tal utilização, além de apresentar como vantagem adicional a possibilidade de

inserção de variáveis categóricas no treino.

Bhering et al. (2015) também constataram a superioridade das RNAs ao comparar essa abordagem

com modelos de regressão na predição do volume de madeira de 140 famílias de meios-irmãos de

eucalipto. De acordo com os autores, as RNAs contribuem para o aumento da precisão na medição do

volume de eucalipto e automatização do processo de inventário florestal, uma vez que reduz,

significativamente, o custo e tempo despendidos durante o inventário florestal.

Apesar das diversas aplicações no setor florestal, a metodologia de redes neurais ainda não foi

utilizada para estimativa da biomassa de toco e raízes em plantações florestais. Esse componente da

biomassa vem despertando o interesse de algumas empresas em seu aproveitamento, principalmente para

fins energéticos. Neste sentido, este capítulo avaliou o uso de redes neurais artificiais para gerar estimativas

da biomassa seca de toco e raízes de árvores de eucalipto.

TREINAMENTO E VALIDAÇÃO DAS RNAS PARA ESTIMATIVA DA BIOMASSA DE TOCO E RAÍZES

Os dados utilizados no treinamento e na validação das RNAs foram provenientes de

plantações de quatro clones de eucalipto (AEC 0144, AEC 0224, VM01 e H77), em primeira e segunda

rotação, situados no município de Ribas do Rio Pardo/MS, com espaçamento médio de 3x3 m entre

árvores. Em cada plantação foram selecionadas de forma aleatória de 40 a 50 árvores. Para cada

árvore foram obtidas as seguintes variáveis: diâmetro a altura do peito (DAP), em centímetros, e altura

total (Ht), em metros, nas plantações de primeira rotação; DAP equivalente (DAP ), em centímetros, e eq

altura de Lorey (HL), em metros, nas plantações de segunda rotação; e biomassa seca de toco e

raízes (BTR), em quilos. Para cada clone/rotação também foi determinada a densidade básica média -³do fuste (Db), em g cm . Os métodos utilizados para obtenção dessas variáveis estão descritos no

Capítulo 5.

Essas informações foram utilizadas para o treinamento e validação de RNAs para estimativa da

BTR. Para tanto, foram formados dois bancos de dados, um para o treinamento, com seleção aleatória

de 75% dos dados de cada clone/rotação, e outro para validação, com os 25% restantes. Esse

procedimento garantiu a representatividade de todos os clones/rotações no treinamento e validação das

RNAs.

Para estimar a variável de saída BTR, foram utilizadas as seguintes variáveis de entrada:

• D = DAP ou DAP , na primeira e segunda rotação, respectivamente;eq

• H = Ht ou HL na primeira e segunda rotação, respectivamente;

81

Figura 1. Arquitetura das redes neurais artificiais (RNAs) de melhor desempenho para estimar

a biomassa de tocos e raízes de árvores de eucalipto.

• Db = Densidade básica de cada clone/rotação;

• Clone = variável categórica formada pelos clones AEC 0144, AEC 0224, VM01 e H77,

representados pelas letras A, B, C e D, respectivamente;

• Rot = variável categórica formada pela primeira e segunda rotação de cultivo, representadas

por R1 e R2, respectivamente.

O treinamento das RNAs foi realizado com auxílio da ferramenta Intelligent Problem Solver, do

programa Statistica 7.0. Foram treinadas 1000 redes do tipo MLP com uma camada intermediária,

contendo no máximo dez neurônios. Foi utilizado o algoritmo de treinamento Back Propagation e a

otimização da arquitetura da rede foi realizada com base na opção Balance error against diversity, que

proporciona maior homocedasticidade dos resíduos. As camadas intermediária e de saída foram

ativadas pela função logística.

A fim de verificar a capacidade da rede em realizar predições, as cinco redes de melhor

desempenho no treinamento foram aplicadas em dados não utilizados no treinamento (dados de

validação). A seleção da RNA de melhor desempenho para estimativa de BTR, no treinamento e

validação, foi realizada com base no coeficiente de determinação (R²), no erro padrão da estimativa

em porcentagem (S %), análise gráfica dos valores observados x estimados e distribuição dos yx

resíduos.

EFICIÊNCIA DAS RNAS PARA ESTIMAR A BIOMASSA DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

As arquiteturas das cinco RNAs de melhor desempenho na estimativa da BTR se diferenciam

em número de variáveis na camada de entrada (4 ou 5) e números de neurônios na camada

intermediária (4 a 8) (Figura 1). As variáveis de entrada apresentaram pesos diferentes entre as redes

(Tabela 1). A variável categórica Rot apresentou o maior peso em três RNAs, enquanto D apresentou

em duas. A variável categórica Clone também se mostrou importante em todas as redes. Db não

apresentou peso em quatro redes, estando presente apenas na RNA5, com o menor peso entre as

variáveis.


Em que: Rot = rotação; D = diâmetro a altura do peito (DAP) para a primeira rotação e DAP equivalente para a segunda rotação; H = altura total para a primeira rotação e altura de Lorey para a

(1) (2) (3) (4) (5)segunda rotação; Db = densidade básica da madeira do fuste; , , , e = ordem dos pesos das variáveis de entrada em cada rede; R² = coeficiente de determinação; S % erro padrão, em yx

porcentagem.

De forma geral, as RNAs apresentaram desempenho semelhante nas etapas de treinamento e validação. No treinamento, os valores de R² foram superiores a 0,86, os de S % inferiores a 24,8% e yx

não houve tendenciosidades nas estimativas de BTR (Tabela 1 e Figura 2). Apesar do desempenho ligeiramente superior da RNA5 no treinamento, na validação esta apresentou o pior desempenho entre as redes. Por outro lado, a RNA1, que foi inferior às demais no treinamento, apresentou o melhor desempenho na validação, proporcionando estimativas não tendenciosas.

Tabela 1. Características das redes neurais artificiais (RNA) de melhor desempenho e estatísticas obtidas no treinamento e validação para estimativa da biomassa de tocos e raízes.


RNA Arquitetura

1 MLP 4-4-1

2 MLP 4-5-1

3 MLP 4-7-1

4 MLP 4-8-1

5 MLP 5-7-1

Variáveis de entrada

Clone , Rot , D , H (3) (2) (1) (4)

Clone , Rot , D , H (2) (1) (3) (4)

Clone , Rot , D , H (2) (1) (3) (4)

Clone , Rot , D , H (3) (1) (2) (4)

Clone , Rot , D , H e Db (2) (3) (1) (4) (5)

R²

0,86

0,86

0,86

0,86

0,87

Treinamento Validação

S %yx

24,8

24,5

24,3

24,2

23,8

R²

0,80

0,79

0,78

0,79

0,78

S %yx

26,9

27,7

28,0

27,7

28,3

83

O melhor desempenho da RNA1 na validação, com dados diferentes dos utilizados no

treinamento, pode ser explicado pelo menor número de neurônios na camada oculta (4). É

aconselhável que sejam indicadas para uso RNAs com configurações mais simples, com o menor

número de neurônios possível na camada oculta, a fim de evitar o overfitting. Isso consiste no

aprendizado exagerado das informações contidas nos dados oferecidos às redes e,

consequentemente, não podem ser utilizadas no conjunto de dados por inteiro, pois sua capacidade

de generalização foi comprometida (LEAL et al., 2015). Além disso, as configurações mais simples

facilitam o processo de busca e otimização da configuração para determinada tarefa.

As RNAs demonstraram ser uma ferramenta eficiente para estimar a biomassa de toco e raízes

de eucalipto. A precisão das estimativas utilizando as redes foram ligeiramente superiores às obtidas

com modelos de regressão não-lineares, ajustados separadamente para cada rotação (ver Capítulo

5). Os valores relativamente altos de S % podem ser explicados pela alta variabilidade natural da BTR yx

dentro dos próprios clones em cada rotação (coeficiente de variação de 25,3 a 46,8%).

Além de melhorar a precisão das estimativas, as RNAs também apresentam como vantagem a

redução da quantidade de equações a serem manipuladas. Isso ocorre, pois há a possibilidade de

treinar as redes utilizando variáveis explicativas pouco tradicionais, como as variáveis categóricas

clone e rotação. Assim, a aplicação de RNAs permitem obter de forma simultânea estimativas da BTR

para os diferentes clones e rotações, proporcionando maior praticidade na obtenção de dados para

os inventários florestais.

Figura 2. Análise gráfica das estimativas de biomassa de tocos e raízes (BTR) de árvores de

eucalipto, obtidas no treinamento e validação de redes neurais artificiais (RNAs).


BHERING, L. L. et al. Application of neural networks to predict volume in eucalyptus. Crop Breeding and

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REFERÊNCIAS


7785

7SECAGEM, UMIDADE E

DENSIDADE DE TOCOS E

RAÍZES DE EUCALIPTO

Emanuel Rangel Spadim

Carla Martins de Brito

José Raimundo de Souza Passos


DEFINIÇÕES E MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO

A umidade da madeira é uma característica cuja determinação é muito importante, uma vez

que esta interfere em diversos aspectos no seu processamento. Encontra-se na literatura três tipos

mais frequentes de denominação: umidade, teor de água e, a que tem se tornado mais frequente, teor

de umidade. Esta última, apesar de ser cada vez mais utilizada, será evitada aqui, uma vez que há

entendimento de que umidade e teor sejam substantivos que caracterizam uma relação de

proporção, fazendo da expressão uma redundância.

A umidade é determinada em porcentagem e, por isso, existe outro ponto a ser considerado

com relação à referência usada na determinação deste percentual. A umidade pode ser determinada

em base úmida ou base seca (sendo a base seca a mais utilizada na literatura). A UBS (umidade em

base seca) e a UBU (umidade em base úmida) representam a mesma grandeza, a quantidade de água

contida na madeira, mas têm valores numéricos diferentes. Isso acontece porque este percentual é

determinado pelo método gravimétrico, ou seja, relaciona-se o peso da água existente na madeira

com o peso da madeira. A diferença entre os métodos está no fato de a UBS relacionar o peso da

água contida na madeira com o peso da madeira seca e a UBU relacionar o peso da água contida na

madeira com o peso da madeira úmida. No caso da UBS, é possível encontrar valores de umidade

acima de 100 %, uma vez que o peso da água contida na madeira pode ser maior que o próprio peso

da madeira.

O uso de umidade em base seca é mais comum na literatura, mas muitos instrumentos de

medição executam a leitura em base úmida, portanto, ao caracterizar um material é fundamental

informar o método pelo qual se obteve sua umidade, uma vez que condições idênticas podem gerar

valores numéricos muito diferentes para UBU e UBS e, consequentemente, levar a erros de


Onde:

UBS = Umidade em base seca (%)

PU = Peso da amostra de madeira úmida

PS = Peso da amostra de madeira seca

A umidade em base úmida (UBU) pode ser determinada pela Equação (2):

Onde:

UBU = Umidade em base úmida (%)

PU = Peso da amostra de madeira úmida

PS = Peso da amostra de madeira seca

Onde:

UBU = Umidade em base úmida (%)

UBS = Umidade em base seca (%)

Neste capítulo, todos os valores de umidade são apresentados em base úmida (UBU).


interpretação e de operação, como no momento do transporte, da queima ou na comercialização da

biomassa. Desta forma, pode-se determinar a UBS, conforme demonstrado na Equação (1):

Também, pode-se fazer a conversão de UBS para UBU utilizando-se da Equação (3) ou

Equação (4):

UMIDADE NA MADEIRA

A madeira é um material orgânico complexo e não homogêneo, o que a faz ser higroscópica,

podendo ter sua umidade alterada com a simples variação da umidade relativa do ar (SILVA;

OLIVEIRA, 2003).

Existem dois tipos de água na madeira:

1) Água de capilaridade (água livre) localizada nos vasos, meatos, canais e lúmen das células,

79

(1)

(2)

(3)

(4)

87

podendo ser facilmente retirada. Quando toda a água de capilaridade é retirada da madeira,

remanescendo apenas a água de adesão (por exemplo: na secagem da madeira no campo), diz-se

que a madeira atinge o seu ponto de saturação das fibras (PSF) (SHMULSKY; JONES, 2011).

Normalmente, o ponto de saturação das fibras varia entre 22 % e 23 % de umidade em base úmida,

dependendo da espécie (MENEZES et al., 2014).

2) Água de adesão ou higroscópica (água presa), que é ligada às fibras da madeira. A retirada

da água higroscópica é mais difícil e mais lenta, sendo necessária a utilização de energia no processo

de secagem (SHMULSKY; JONES, 2011).

Outra característica importante a ser considerada sobre a umidade na madeira é que a perda de

água, seja ela ao ar ou em estufa, não acontece de forma homogênea, ou seja, até se atingir a umidade de

equilíbrio ou a secagem total, a umidade será maior quanto mais interno estiver o tecido analisado,

portanto, no caso de amostragem, deve-se fazê-la em pontos estratégicos que venham a representar o

todo.

No caso de florestas plantadas, seja para uso na produção de celulose ou na geração de energia, o

primeiro momento em que a umidade deve ser considerada é entre o processo de corte e o de

transporte, período conhecido como tempo pós corte, em que se deixa o fuste de eucalipto secando no

campo vários dias, antes de levá-lo à fábrica ou à caldeira. Este tempo, obviamente, tem influência direta

na umidade da madeira e é importante para o processo de produção, já que esta espera faz com que o

eucalipto que se encontra com umidades (UBU) normalmente acima de 60 % no momento do corte

chegue a umidades entre 29 e 35 %, não só facilitando e tornando mais barato o transporte, mas também

alcançando valores de umidade praticados para a queima da biomassa em caldeira, já que, nesta

situação, o material libera maior energia.

A relação entre o poder calorífico e a umidade é bastante intuitiva, pois sabe-se que, independentemente

de qual seja o material, os mais úmidos têm mais dificuldade para entrar em combustão. Como exemplos

práticos desta propriedade, Souza (2012) relatou ganhos energéticos de aproximadamente 100 %, indo de -1 -1aproximadamente 1500 kcal kg para 3000 kcal kg , para costaneiras de Pinus taeda, quando sua umidade foi

de 58 % para 29 % (UBU). Outro exemplo prático, feito por Sturion (1990), descreveu o incremento energético -1 -1de 130 %, indo de aproximadamente 1300 kcal kg para 3000 kcal kg , nas umidades de 52 % e 30 %,

respectivamente, para a madeira de bracatinga.

Até o momento da edição deste livro, não foi encontrado algum artigo que descrevesse a relação

entre a liberação de energia e a umidade especificamente para o eucalipto. É consensual que a madeira

se comportará de forma parecida para as diversas espécies e pode-se utilizar uma equação comum a

todas as espécies de árvore para calcular, a partir do poder calorífico superior, a energia útil liberada na

queima, que é aquela que desconsidera tanto a energia necessária para evaporar a água de formação

quanto as águas de capilaridade e adesão. Estes autores partem do pensamento de que a energia usada

para evaporação está relacionada à quantidade de água e não às propriedades da madeira e, portanto,

poderia se admitir uma equação geral (ver Capítulo 8) para determinação do poder calorífico útil.

SECAGEM

A determinação da umidade é importante para identificação do momento em que se deve usar

o material no processo. Embora seja possível chegar a umidades muito baixas apenas com a

secagem ao ar (em torno de 13 % em UBU), normalmente não se espera todo o tempo necessário

para isto, porque a umidade começa a se estabilizar a partir de um certo valor, demorando a atingir

valores baixos, motivo pelo qual as biomassas costumam ser queimadas em uma faixa de 30 a 35 %

de umidade.


Os tocos e raízes de eucalipto podem ser usados para geração de energia térmica, assim como as

demais madeiras. Estes tocos e raízes, também, têm de ser secados antes da queima, sejam eles

arrancados logo após a colheita ou não, haja vista que, neste último caso, os tocos e raízes podem estar

úmidos mesmo depois de um longo período após o corte.

A secagem dos tocos e raízes e a precipitação pluviométrica, avaliados por 360 dias, podem

ser observados na Figura 1, e foram obtidos pela determinação da umidade dos cavacos de

eucalipto, amostrados conforme descrito no Capítulo 1.

Figura 1. Umidade média (%) de tocos e raízes de eucalipto secos ao ar nos diferentes dias

de estocagem e precipitação pluviométrica (mm), segundo rotação e clone. Barras

verticais representam os erros-padrões das médias.

H77

AEC 0144

81


89

Precipitação Primeira rotação Segunda rotação

AEC 0224

VM01

Paralelamente às medições realizadas na biomassa cavaqueada, iniciou-se um ensaio com 21

tocos e raízes por tratamento, sendo pesados a cada 30 dias para a determinação da perda de massa

de água quando secos ao ar, fazendo-se uma amostragem com medida repetida, ou seja, os mesmos

indivíduos foram amostrados durante todo o experimento.

Considerando o tempo de estocagem como um fator quantitativo, foram ajustados modelos

de regressão não linear exponencial para cada repetição,

em que, yi é a perda de massa de água; ui é o componente aleatório assumindo distribuição

normal com média zero variância constante; α e β são os parâmetros do modelo e responsáveis pelo

decaimento da curva � velocidade de perda de água � e o tempo sendo o período decorrido (dias)

desde o início do experimento. O parâmetro β afeta de maneira significativa esta perda de água, pelo

fato de compor o termo exponencial negativo. Quanto maior o valor deste parâmetro, maior será a

perda de água. O modelo ajustado será,


Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas nas linhas, ou mesmas letras minúsculas nas

colunas, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey � Kramer (p<0,05).

Clone

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

0,00197 bA(0,000079)

0,00287 aA(0,000175)

0,00314 aA(0,000165)

0,00218 bA(0,000093)

0,00200 bA(0,000124)

0,00176 bB(0,000081)

0,00295 aA(0,000191)

0,00134 cB(0,000063)

1a Rotação

Na primeira rotação, os clones AEC 0224 e AEC 0144 não diferiram estatisticamente entre si, e

possuem maior perda de água em relação aos clones H77 e VM01. Por outro lado, na segunda

rotação, observamos outro padrão de perda de água. O clone AEC 0224 difere estatisticamente dos

outros clones por possuir maior perda de água.

Apesar da maior perda de massa de água apresentada pelos clones, deve-se considerar que

isto pode ter acontecido pelo fato de esses clones se encontrarem com maior umidade inicial,

momento em que o material perde água mais rapidamente para o ambiente.

83


em que,

ŷ é a perda de massa de água estimada; α e β são os parâmetros estimados. Foi utilizado o

procedimento nlin (do Programa estatístico SAS � Free Statistical Software, SAS University Edition.

Posteriormente, foram ajustados modelos lineares generalizados com a distribuição gama e função

de ligação logarítmica (NELDER; WEDDERBURN, 1972) para os parâmetros β do modelo anterior,

tendo como fatores clone e rotação.

Os parâmetros β médios dos modelos de cada tratamento estão representados na Tabela 1.

91

2a Rotação

Tabela 1. Parâmetros beta estimados médios (β) referentes ao ajuste de modelos de -β temporegressão não linear (ŷ =αe ) que retratam a perda de massa de água y (kg) no

tempo (dias). Erros padrões da média entre parênteses.

DENSIDADE DA MADEIRA E ENERGIA

Densidade, também chamada de massa específica, é a relação existente entre massa e volume -de um corpo, e sua unidade no SI é o kg m ³, no entanto é comum encontrar outras unidades em

artigos científicos e na literatura em geral. Na madeira usada para geração de energia, fica explícita a

importância de se ter conhecimento desta propriedade, já que a quantidade de energia presente é

dada em função de sua massa. Isso significa que um material com maior densidade terá maior massa

e, consequentemente, energia por unidade de volume.

Sobre a densidade da madeira, Englerth (1966) afirmou se tratar de um termo que seria

praticamente sinônimo de sua qualidade quando se pensa em questões estruturais, e não seria

exagero colocar esta propriedade entre as mais importantes, também, para fins energéticos, pois,

sabendo-se que o poder calorífico é dado em função da massa do material e que a energia por

unidade de massa varia pouco para as diferentes espécies, mas que a densidade tem grande

variação, pode-se concluir que, em se tratando de volume, o maior determinante da variação de

quantidade de energia na madeira será sua densidade, em outras palavras, ela pode ser considerada

o principal fator natural relacionado à concentração de energia no material.

A densidade da madeira é uma propriedade que apresenta variações em função da idade,

povoamento e, até mesmo, da posição dentro de uma mesma planta (REZENDE; SAGLIETTI;

GUERRINI, 1995).

Quanto à idade, sabe-se que quanto mais velha for a árvore, maior será sua densidade. Pereira -e Araújo (1990), por exemplo, encontraram densidade básica média de 430 kgm ³ para Eucalyptus

-globulus com um ano de idade, enquanto Tomazello (1987) encontrou valores de 480 kg m ³ para a

mesma espécie com 10 anos de idade. Para Eucalyptus grandis, Ferreira (1972) encontrou variações - -de 80 kg m ³ entre amostras de onze e dezesseis anos de idade, indo de 479 kg m ³ nos mais jovens,

-até 559 kg m ³ nos indivíduos mais velhos.

Já dentro da planta, existem variações em todos os sentidos. Muitas variáveis podem influenciar nas

diferenças de densidade dentro de uma mesma árvore, fazendo com que um indivíduo possa ter

características que são difíceis de serem interpretadas.

Existem relatos na literatura que afirmam que a densidade em algumas espécies de eucalipto

tende a decrescer no sentido base topo ou apresentar diferenças não significativas (OLIVEIRA;

HELLMEISTER; TOMAZELLO FILHO, 2005).

Em contraponto, outros trabalhos afirmam que certas espécies de eucalipto apresentam

acréscimo da densidade do sentido da base para o topo e têm um valor médio que, simplificando o

entendimento de algumas equações, varia de 95 % a 114 % da densidade medida no DAP (diâmetro à

altura do peito) (FERREIRA, 1972).

Um fator importante a ser considerado antes de se entender a forma como se obtém as

densidades da madeira é o fenômeno da retração.

Em umidades abaixo do ponto de saturação das fibras, a madeira retrai ou expande ao sofrer

alteração em sua umidade (OLIVEIRA et al., 2010). Embora esta retração muitas vezes não seja

percebida tão facilmente a olho nu, ela é muito expressiva. Pode-se tomar como exemplo o próprio

estudo de Oliveira et al. (2010), que avaliaram sete espécies de eucalipto e relata retrações

volumétricas que variam de 15,9 % a 27,2 % quando totalmente secos, ou o de Batista et al. (2010),

que avaliaram três espécies de eucalipto e observaram variações que vão de 12,9 % a 20,2 % de

retração na mesma situação.

O eucalipto, de forma geral, tem uma madeira densa e sabe-se que a retração aumenta com o

aumento da densidade (KOLLMANN; COTE, 1968).


Onde:

DA = Densidade aparente

MU = Massa na umidade em que a amostra se encontra

VU = Volume na umidade em que a amostra se encontra

Se este fenômeno for desconsiderado nos ensaios de obtenção da densidade do eucalipto,

pode-se gerar dúvidas ou erros de interpretação

Existem duas formas de se medir a densidade da madeira, que resultam na densidade básica

ou na densidade aparente, que serão tratadas separadamente adiante.

DENSIDADE APARENTE

A densidade aparente é o método mais simples e rápido para se determinar a densidade de

uma árvore, mas é questionável por não existir um padrão e, portanto, dificultar o entendimento

rápido da característica da madeira. Isso acontece porque a densidade aparente leva em

consideração o volume e umidade em que a amostra se encontra no momento da medição.

Normalmente a densidade aparente é calculada na umidade de equilíbrio da madeira, mas,

ainda assim, pode ser difícil sua interpretação, já que a umidade de equilíbrio da madeira varia de

acordo com a região geográfica, o que faz mudar tanto o seu peso (quantidade de água) quanto o

volume (conforme fenômeno da retração).

A densidade aparente é descrita pela Equação (5):

DENSIDADE BÁSICA

A densidade básica também consiste na obtenção da relação entre massa e volume da amostra,

mas difere-se da aparente por considerar o volume da amostra saturada e a massa da matéria seca. O

volume saturado geralmente é obtido deixando-se a amostra submersa em água por vários dias, até que

esta atinja seu máximo volume. A densidade básica pode ser obtida pela Equação (6):

85


Onde:

DB = Densidade básica

MS = Massa da amostra seca

VSat = Volume da amostra saturada

Neste trabalho, os valores apresentados para os tocos e raízes de eucalipto são todos de

densidade básica.

(5)

(6)

93

DENSIDADE NOS TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

Existem poucos trabalhos relacionados às características energéticas de tocos e raízes de

eucalipto. Gominho et al. (2012) pesquisando as características de tocos e raízes de Eucalyptus

globulus em seis diferentes florestas em Portugal para uso como combustível, encontrou valores de - - -densidade básica que variaram de 550 kg m ³ a 710 kg m ³ com média de 630 kg m ³.

No presente trabalho, foram determinadas as densidades dos tocos e raízes separadamente e,

posteriormente, definida sua densidade, ponderando pela porcentagem de massa representada por

cada fração (1: toco, 2: coroa da raíz e 3: raízes finas e grossas).

Tendo como fatores clone e rotação, ajustou-se modelos lineares generalizados com a

distribuição gama e função de ligação logarítmica (NELDER; WEDDERBURN, 1972). Foi utilizado o

procedimento genmod (do Programa estatístico SAS � Free Statistical Software, SAS University

Edition) e para comparações entre tratamentos utilizou-se o teste de Tukey-Kramer (WESTFALL et

al., 1999).

Na Tabela 2, pode-se observar a média das densidades para cada clone e rotação.

Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas nas linhas, ou mesmas letras minúsculas nas colunas, não

diferem estatisticamente pelo teste de Tukey � Kramer (p<0,05).

Tabela 2. -Densidades médias ponderadas por massa (kg m ³), dos tocos e raízes, segundo

rotação e clone. Erro padrão da média entre parênteses.

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

469,99 bB (7,77)

447,53 bcA(6,52)

435,72 cA(5,73)

523,17 aA(7,89)

526,68 aA(4,31)

410,83 dB(8,32)

444,81 cA(7,66)

495,33 bA(5,10)

-kg m ³ -kg m ³Clone

Considerando a densidade ponderada dos tocos e raízes, o material que concentrou mais massa na

primeira rotação foi o H77, e na segunda rotação foi o VM01, ambos diferindo estatisticamente dos demais.

Entre primeira e segunda rotações, foi possível perceber um decréscimo estatisticamente

significativo na densidade básica dos tocos e raízes do clone H77 e AEC 0224 e um acréscimo no

clone AEC 0144. Para o clone VM01, não houve diferença estatística entre as rotações.

Os valores de densidade e a secagem observada tiveram comportamento muito semelhante ao

da madeira do fuste, encontrados na literatura. A julgar pelas propriedades estudadas neste capítulo,

não há objeções ao uso desta biomassa para fins energéticos.


1a Rotação 2a Rotação

REFERÊNCIAS

8795


BATISTA, D. C.; KLITZKE, R. J.; SANTOS, C. V. T. Densidade básica e retratibilidade da madeira de clones de três espécies de eucalyptus. Ciência Florestal, [s. l.], v. 20, n. 4, p. 665�674, 2010.

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8PODER CALORÍFICO DOS

TOCOS E RAÍZES DE FLORESTAS

PLANTADAS DE EUCALIPTO



Elaine Cristina Leonello

Carla Martins de Brito

Ana Carolina Lopes Amaral Costa


BIOMASSA RESIDUAL DE PLANTAÇÕES FLORESTAIS

A biomassa, residual ou não, de origem agrícola ou florestal, quando convertida em energia, de

forma direta ou processada na forma sólida, líquida ou gasosa passa a ser denominada bioenergia.

Tradicionalmente utilizados no velho continente desde o início dos anos de 1600, na Suécia e

Finlândia, sendo os tocos e raízes de árvores um dos produtos exportados durante os anos de 1800

(SFA, 2009). Recentemente, a partir dos anos 2000, houve uma retomada do uso desta biomassa

florestal em processos de produção de papel na Finlândia (KALLIOLA, 2014).

Berch et al. (2012) descreveram o uso de raízes para geração de energia no Canadá, sendo

esses um subproduto da reforma das áreas florestais. Nos Estados Unidos, Zabowski et al. (2008)

destacaram a necessidade de realizar o arranquio dos tocos e raízes para controle de pragas -

podridão radicular. Outros autores têm reportado o uso de tocos e raízes de árvores como fontes

alternativas de energia renovável frente aos combustíveis fósseis (HYVÖNEN et al., 2016; ORTIZ et al.,

2016) e sugerem que sua colheita em larga escala se tornará rotineira e estratégica a longo prazo para

a bioenergia (VASAITIS et al., 2008).

Existem vários benefícios e desvantagens da colheita de tocos e raízes. Os benefícios incluem:

substituição dos combustíveis fósseis; a subsolagem mais efetiva, devido ao fato de não existirem

mais tocos e raízes no solo; o aumento da mineralização, o que leva a um melhor crescimento e

redução da mortalidade de novas plantas; a redução da podridão radicular na próxima rotação, uma

vez que a madeira infectada será removida, e por último, há uma renda extra para o proprietário da

floresta. As principais desvantagens são: a perturbação do solo que pode causar uma redução no

estoque de carbono da floresta, o aumento da decomposição, além de um possível aumento na


erosão; a extração e exportação de nutrientes do local; e a perda de habitat adequado para o

desenvolvimento de fungos, musgos, briófitas e insetos (WALMSLEY; GODBOLD, 2010).

Na Finlândia, o governo dá subsídios para a colheita dos tocos (WALMSLEY; GODBOLD,

2010), que pode ser o principal motivo para a expansão desse campo. No início dos anos 2000, a

Finlândia iniciou a colheita de tocos em larga escala (5000 m³ de cavacos florestais consumidos por

plantas de aquecimento e energia); em 2010, foram consumidos 1 milhão de m³ de cavacos em

centrais de aquecimento e energia (METLA, 2013).

Na Suécia, a colheita dos tocos ainda não evoluiu do nível piloto. Em 2009, o Swedish Forest Agency

concluiu que provavelmente não excederia 10.000 - 20.000 ha (5 - 10 %) da área de regeneração anual (SFA,

2009). Vários aspectos afetaram o desenvolvimento um tanto fraco da colheita de tocos na Suécia. O

Conselho Sueco de Manejo Florestal (FSC) tem uma grande influência nesse cenário, já que quase toda a

colheita da biomassa residual seria realizada por empresas certificadas pelo FSC. De 2011 a 2013, a área -1colhida na Suécia diminuiu de aproximadamente 1.700 ha para 800 ha, embora até 2.500 ha ano tenham sido

permitidas no país. Existem várias razões para esse declínio, o FSC sueco é cauteloso na aprovação das

empresas para a colheita dos tocos e isso reduz o interesse das mesmas em realizar tais atividades, uma vez

que simplesmente não sabem se isso será permitido. Além disso, durante os invernos quentes (como em

2013/2014), a demanda por combustíveis florestais diminui, e os tocos são mais caros para a colheita do que

outros combustíveis florestais, como os troncos e galhos das árvores (KÅRÉN, 2014, apud MELIN, 2014).

No Brasil, é crescente o interesse pela recuperação da biomassa residual nos últimos anos e

isso aumentaria ainda mais a produtividade das florestas plantadas de Eucalyptus spp. e Pinus spp.

Comercialmente, já é possível encontrar no mercado, carvão vegetal produzido com tocos e raízes

de eucalipto. Hoje em dia, o arranquio dos tocos e raízes está condicionado a necessidade da

realização de uma reforma florestal, seja para realinhamento das linhas e condução de um nova

floresta, ou para substituição por uma cultura agrícola. Considerando as diferenças do setor florestal

brasileiro frente aos países escandinavos, a atividade pode vir a se tornar rotineira nas empresas

florestais, embora muitos estudos acerca de seu aproveitamento ainda são necessários.

Os desafios existentes para o aproveitamento dos tocos e raízes são o baixo valor agregado e

o alto custo de colheita que ainda fazem das biomassas menos competitivas no mercado.

PODER CALORÍFICO

A utilização da biomassa florestal, sendo residual ou não, deve estar associada com o

conhecimento e entendimento de seu potencial produtivo, densidade básica e poder calorífico

superior, que é uma das propriedades energéticas mais importantes.

A composição química imediata (teores de umidade, cinzas, carbono fixo e materiais voláteis)

e o poder calorífico são balizadores para classificar as melhores fontes de energia (MONEDERO et al.,

2016, EUFRADE-JUNIOR et al., 2018).

O poder calorífico superior de qualquer material é definido como a quantidade de energia

liberada na forma de calor durante a combustão completa de uma unidade de massa do combustível

(CORTEZ et al., 2008). Considerando o Sistema Internacional de Unidades (SI), o poder calorífico de

combustíveis sólidos é expresso em joules por grama ou quilojoules por quilograma, embora, também,

seja utilizada tradicionalmente a caloria por grama ou quilocaloria por quilograma (QUIRINO, 2002).

O conteúdo energético é imprescindível para aumentar a eficiência nos sistemas de

conversão. No geral, são encontrados valores médios de poder calorífico superior da ordem de 14 a -1 -121 MJ kg (3343 a 5015 kcal kg ) para diversas biomassas (DEMIRBAS, 2004). Para a madeira, o

-1 -1poder calorífico superior médio é de 18,8 MJ kg (4490 kcal kg ) (KOLLMANN; CÔTÉ, 1968).

9197

PODER CALORÍFICO DOS TOCOS E RAÍZES DE FLORESTAS PLANTADAS DE EUCALIPTO

Algumas propriedades da madeira podem influenciar o valor do poder calorífico. A massa

específica e a umidade são os principais fatores, sendo que, quanto maior a umidade, maior será a

quantidade de energia necessária para evaporação da água, e, consequentemente, menor será a

produção de calor por unidade de massa .

A análise do Poder Calorífico Superior (PCS) de um material proporciona informação para o

cálculo do Poder Calorífico Inferior (PCI) e Poder Calorífico Útil (PCU). O PCS em termos de pesquisa é o

mais usual, pois durante a queima da madeira, esta produz água em forma de vapor, obtida a partir da

oxidação do hidrogênio do combustível. Essa água de formação condensa, liberando calor. O PCS leva

em consideração esse calor liberado pela condensação da água de formação, é por isso que o valor do

PCS será sempre mais elevado que o PCI e PCU.

Os valores do poder calorífico estão diretamente condicionados um ao outro, ou seja, para o

cálculo do PCI, é necessário ter o valor de PCS, bem como para calcular o PCU, necessita-se o valor

do PCI e o valor de umidade da biomassa (GATTO et al., 2003; TELMO; LOUSADA, 2011).

PODER CALORÍFICO SUPERIOR (PCS)

Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas � NBR 11956 (1990), conceitua-se poder

calorífico superior (PCS) como: �Calor produzido pela combustão da quantidade unitária de um sólido

ou líquido combustível, quando queimado a volume constante em uma bomba calorimétrica, sob

condições específicas tais, que toda água resultante esteja no estado líquido�.

O poder calorífico da madeira está relacionado à quantidade de energia liberada (kcal) por

unidade de massa (kg) da matéria, quando submetida ao processo de combustão (SANTOS, 2012).

No caso da madeira, esta é constituída por hidrogênio, que no processo de combustão resulta, além

de outros compostos, na formação de água na forma gasosa, a qual, se for condensada, irá liberar o

calor de condensação. Quando se incluir o calor de condensação da água, o chamado calor latente

de vapor d'água, esse será chamado de Poder Calorífico Superior (PCS).

Na Tabela 1 estão apresentados os valores de PCS e propriedades da composição química

imediata utilizadas na escolha da biomassa para combustão. Vale ressaltar que para comparação

energética entre diferentes biocombustíveis e biomassas, deve-se considerar ainda o teor de lignina e

extrativos.


Tabela 1. Análise imediata e poder calorífico para diversas fontes de biomassa para energia.

Resultados apresentados com valores médios seguido pelo desvio padrão.

Fonte: Cuiping et al. (2004)

Eucalipto (folhas)

Willow (árvore)

Poplar (árvore)

Pinus (árvore)

Palha de arroz

Palha de trigo

Palha de milho

Soja

Casca de amendoim

Biomassas

67,8±5,0

69,2±5,1

74,1±0,4

76,5±2,5

61,1±2,5

63,9±7,3

62,7±6,2

68,9±1,7

61,6±1,9

20,2±2,8

15,6±2,0

15,4±1,1

14,5±0,4

15,5±1,4

14,9±1,5

14,8±2,1

15,6±0,2

16,9±0,7

5,6±2,2

6,2±3,7

2,6±0,8

0,9±0,1

15,3±2,4

12,3±9,2

13,1±8,9

6,1±1,1

12,2±3,2

19,3±1,6

18,8±0,4

18,6±0,2

19,4±0,4

14,6±0,7

16,6±1,1

16,6±0,4

16,9±0,6

18,6±0,2

Materiaisvoláteis (%)

Carbono fixo (%)

Cinzas(%)

Poder calorífico -1 superior (MJ kg )

Para os tocos de Eucalyptus globulus aos 24 anos de idade em diversos locais de Portugal, -3Gominho et al. (2012) reportaram os valores médios de densidade básica - 630 kg m , teor de cinzas -

-1 -10,6 %, materiais voláteis - 81,1%, carbono fixo - 18,3 % e PCS - 18,9 MJ kg (4514 kcal kg ). Para as

florestas plantadas de eucalipto no Brasil, as informações acerca a qualidade e potencial energético

de tocos e raízes ainda são limitadas.

PODER CALORÍFICO INFERIOR (PCI)

Para o poder calorífico inferior (PCI), a Associação Brasileira de Normas Técnicas � NBR

11956 (1990) traz a seguinte definição: �Calor produzido pela combustão da quantidade unitária de

um sólido ou líquido combustível, quando queimado a volume constante em uma bomba

calorimétrica, sob condições específicas tais, que toda água resultante esteja no estado de vapor�.

O PCI é calculado a partir do PCS, sendo a energia efetivamente disponível por unidade de

massa de combustível após deduzir as perdas com a evaporação da água, ou seja, considera o teor

de umidade a que se encontra o material combustível. O poder calorífico inferior (PCI) pode ser

calculado a partir da Equação 1:

9199


PCI = PCS - 600 × (9 x H/100) (1)

Onde:

PCI = poder calorífico inferior (kcal kg );-1

PCS = poder calorífico superior (kcal kg );-1

H = teor de hidrogênio (%)

PODER CALORÍFICO LÍQUIDO OU ÚTIL (PCU)

O poder calorífico útil (PCU) é calculado com base no poder calorífico superior (PCS) e a

umidade da madeira (BRITO, 1993), sendo este definido pela quantidade de calor liberado pela

queima, considerando que a água resultante do processo esteja no estado gasoso. A umidade é um

dos principais fatores que reduzem a energia disponível para os processos energéticos, pois quanto

maior a umidade, maior a quantidade de energia necessária para a evaporação da água (GATTO et. al,

2003).

Deve-se lembrar que existe a água de capilaridade, que está livre no lúmen das células e nos

vasos, sendo de fácil remoção e; existe a água de adesão que está presente nas fibras da madeira, de

difícil remoção. Segundo Lima (2008) o ponto de saturação das fibras está entre 22 e 30 %, sendo

necessário, portanto, o gasto energético para a secagem da biomassa.

O poder calorífico útil (PCU) pode ser calculados a partir da Equação (2):

PCU = PCI × (100 - u/100) - 6u (2)

Onde:

PCI = poder calorífico inferior (kcal kg );-1

PCU = poder calorífico útil (kcal kg );-1

u = umidade do material - base úmida (%)

PODER CALORÍFICO SUPERIOR, INFERIOR E ÚTIL DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO DURANTE A ESTOCAGEM

O PCS dos tocos e raízes foram determinados em 4 momentos durante os 360 dias de

estocagem e, estão apresentados nas Tabelas 2 a 4. Na prática, o PCU indica o valor real que poderá

ser obtido na combustão da biomassa e foi calculado com base na umidade dos materiais, descritos

na Tabela 5.


Tabela 2. -1 -1Poder calorífico superior em MJ kg e em kcal kg entre parênteses para a biomassa de tocos e raízes das florestas de eucalipto estudadas.

Tabela 3. -1 -1Poder calorífico inferior em MJ kg e em kcal kg entre parênteses para a biomassa de tocos e raízes das florestas de eucalipto estudadas.

Clone

AEC 0144

AEC 0144

AEC 0224

AEC 0224

VM01

VM01

H77

H77

Rotação

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

0 dias

17,2 (4120)

17,6 (4197)

17,6 (4209)

17,6 (4199)

17,7 (4224)

17,6 (4201)

17,6 (4215)

17,5 (4191)

90 dias

17,8 (4247)

18,0 (4310)

18,0 (4293)

17,9 (4270)

17,7 (4238)

18,1 (4327)

18,1 (4329)

17,8 (4261)

180 dias

17,3 (4133)

17,2 (4116)

17,4 (4147)

17,5 (4171)

17,2 (4102)

17,5 (4177)

17,6 (4192)

17,5 (4178)

360 dias

17,5 (4180)

17,5 (4177)

17,6 (4206)

17,6 (4215)

17,7 (4218)

17,8 (4252)

17,9 (4283)

17,6 (4208)

Clone

AEC 0144

AEC 0144

AEC 0224

AEC 0224

VM01

VM01

H77

H77

Rotação

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

0 dias

15,8 (3796)

16,2 (3873)

16,2 (3885)

16,2 (3875)

16,3 (3900)

16,2 (3877)

16,2 (3891)

16,1 (3867)

90 dias

16,4 (3923)

16,6 (3986)

16,6 (3969)

16,5 (3946)

16,3 (3914)

16,7 (4003)

16,7 (4005)

16,4 (3937)

180 dias

15,9 (3809)

15,8 (3792)

16,0 (3823)

16,1 (3847)

15,8 (3778)

16,1 (3853)

16,2 (3868)

16,1 (3854)

360 dias

16,1 (3856)

16,1 (3853)

16,3 (3882)

16,3 (3891)

16,3 (3894)

16,4 (3928)

16,6 (3959)

16,3 (3884)

91101


Tabela 4. -1 -1Poder calorífico útil (PCU) em MJ kg e em kcal kg entre parênteses para a

biomassa de tocos e raízes das florestas de eucalipto estudadas.

Tabela 5. Umidade (base úmida) da biomassa de tocos e raízes das florestas durante a

estocagem no campo.

Clone

AEC 0144

AEC 0144

AEC 0224

AEC 0224

VM01

VM01

H77

H77

Rotação

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

0 dias

5,5 (1325)

7,0 (1678)

6,6 (1587)

5,6 (1331)

7,1 (1704)

8,1 (1938)

7,5 (1805)

6,4 (1542)

90 dias

8,2 (1971)

8,7 (2089)

8,6 (2064)

7,3 (1745)

9,8 (2353)

9,1 (2175)

9,8 (2347)

8,8 (2105)

180 dias

10,3 (2466)

9,8 (2353)

9,7 (2307)

9,9 (2358)

10,5 (2520)

11,0 (2630)

10,9 (2593)

10,5 (2522)

360 dias

13,5 (3214)

13,2 (3141)

13,5 (3228)

13,3 (3175)

12,7 (3043)

13,1 (3120)

13,3 (3176)

13,3 (3183)

Clone

AEC 0144

AEC 0144

AEC 0224

AEC 0224

VM01

VM01

H77

H77

Rotação

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

0 dias

56,2 %

49,1 %

51,2 %

56,8 %

48,8 %

43,3 %

46,5 %

52,1 %

90 dias

43,1 %

41,4 %

41,7 %

48,4 %

34,6 %

39,7 %

36,0 %

40,4 %

180 dias

30,5 %

32,8 %

34,3 %

33,5 %

28,7 %

27,5 %

28,5 %

29,9 %

360 dias

14,4 %

16,0 %

14,6 %

15,9 %

18,9 %

17,9 %

17,2 %

15,6 %


O PCU aumentou com o tempo de estocagem, sendo esta, uma etapa muito importante para o

aproveitamento da biomassa residual de eucalipto. O estudo sugere que o uso de tocos e raízes,

para aproveitamento energético, deve acontecer a partir de 90 dias de estocagem, sendo que os

maiores valores de PCU foram encontrados aos 360 dias.

EFEITO DA ESTOCAGEM E DO CLONE NO PCS DE TOCOS E RAÍZES

O efeito da estocagem e do clone no PCS foi apresentado na Tabela 6. Observa-se que o PCS

foi estatisticamente maior aos 90 dias de estocagem quando comparado com os outros períodos.

Tabela 6. -1Poder calorífico superior (PCS) em MJ kg e o erro padrão da média (entre

parênteses) da biomassa de tocos e raízes das florestas durante a estocagem

no campo.

Médias acompanhadas das mesmas letras minúsculas na coluna (comparação entre os clones) e as mesmas letras maiúsculas na linha (comparação entre os dias de estocagem) não diferem estatisticamente a 5% de significância.

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

17,67 aBC(0,04)

17,07 bC(0,13)

17,57 aB(0,01)

17,70 aA(0,04)

18,22 aA(0,08)

17,67 bA(0,06)

18,10 aA(0,17)

17,75 bA(0,09)

17,57 aC(0,02)

17,32 abBC(0,04)

17,34 abB(0,02)

17,15 bB(0,06)

17,89 aB(0,02)

17,42 bAB(0,06)

17,52 bB(0,03)

17,51 bA(0,01)

0 dias Clone

1ª Rotação

2ª Rotação

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

17,60 aAB(0,07)

17,45 aB

(0,04)

17,54 aB(0,04)

17,63 aB(0,03)

17,77 cA(0,08)

18,06 abA(0,03)

17,85 bcA(0,13)

18,15 aA(0,13)

17,54 aAB(0,02)

17,33 aB(0,08)

17,50 aB(0,02)

17,41 aB(0,02)

17,43 aB(0,04)

17,38 aB(0,02)

17,47 aB(0,04)

17,63 aB(0,04)

90 dias 180 dias 360 dias

91103


No geral, os valores de PCS do clone H77 manejado na primeira rotação foram maiores

quando comparado com os outros clones. Entretanto, na segunda rotação, este comportamento não

se repete, sendo que os quatro clones avaliados apresentaram, estatisticamente, o mesmo valor de

PCS.

De forma geral, durante o período avaliado, 360 dias, também, não houve rebaixamento do

PCS para os clones, independentemente da rotação.

Para fins operacionais, os tocos e raízes apresentaram umidade abaixo de 35 % (base úmida)

aos 180 dias após arranquio, e pode aumentar em quase 100 % o PCU quando comparado à

biomassa recém-arrancada.


REFERÊNCIAS

105


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TELMO, C.; LOUSADA, J. Heating values of wood pellets from different species. Biomass and Bioenergy, v. 35, n. 7, p. 2634-2639, 2011.

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9CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA

DA MADEIRA DE TOCOS E

RAÍZES DE EUCALIPTO


Natália Laís Felisardo Vieira Arruda


Alexandre Bertolotti Parmeggiani Prosdocini

INTRODUÇÃO

Uma prática que vem sendo utilizada na silvicultura nacional é a disposição de resíduos da

colheita florestal no campo, propiciando alguns benefícios, como estoque e disponibilidade de

nutrientes, conservação das propriedades físicas e mecânicas do solo. Contudo, o aumento da

demanda de biomassa para suprir as exigências do mercado energético, passou a ser parâmetro

importante para a tomada de decisão da utilização e aproveitamento desses resíduos. Existem,

contudo, alguns pontos importantes que podem ser analisados, como o efeito sobre a produtividade

do solo para futuras culturas, efeitos climáticos locais e globais, impactos na biodiversidade e a

sustentabilidade.

Dos resíduos florestais provenientes da colheita, os tocos e raízes remanescentes, por

apresentarem maior volume de biomassa, merecem atenção no tocante à pesquisa. O

conhecimento da composição química desses resíduos é importante para a caracterização dessa

biomassa e identificação de potenciais usos, inclusive fins energéticos.

DELINEAMENTO EXPERIMENTAL

Após execução da metodologia indicada no Capítulo 1, foram preparadas as amostras para

realização das análises químicas que estão discriminadas, juntamente com a metodologia utilizada,

na Tabela 1.

107

PROPRIEDADES QUÍMICAS

Preparação da amostra

C, H, O, N, e S*

Análise elementar de macro e micronutrientes

Cloro

Cinzas (Cz)

Material volátil

Carbono fixo

Lignina insolúvel (Lig)

Extrativos totais (Ext)

Holocelulose (Hol)

Solubilidade em NaOH 1 %

METODOLOGIA ADOTADA

ABNT NBR 14660 (2004)

Método Pregl-Dumas

MALAVOLTA et al. (1989)

Espectrofotometria de íons

ASTM D1102 - 84 (2007)

ASTM E872 - 82 (2006)

ASTM E870 - 82 (2006)

ASTM D1106 - 96 (2013)

ASTM D1105 - 96 (2007)

Hol = 100 % - Lig - Ext - Cz

ASTM D1109 � 84 (2007)

* C - carbono, H - hidrogênio, O - oxigênio, N - nitrogênio, S - enxofre

Tabela 1. Propriedades químicas estudadas para caracterização química da madeira de tocos e

raízes de eucalipto e as respectivas metodologias adotadas para as determinações.

Na análise estatística das características químicas imediatas, tendo como fatores clone,

rotação e tempo estocagem, e na análise estatística das características químicas estruturais e

características químicas elementares, tendo como fatores clone e rotação, foram ajustados modelos

lineares generalizados com a distribuição gama e função de ligação logarítmica (NELDER;

WEDDERBURN, 1972). Foi utilizado o procedimento genmod do Programa estatístico SAS � Free

Statistical Software, SAS University Edition e para comparações entre tratamentos foi utilizado foi o

teste de Tukey-Kramer (WESTFALL et al., 1999).

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA ELEMENTAR

Quando se tem por objetivo a utilização energética da biomassa, é importante salientar a íntima

relação do valor calorífico com os teores elementares de carbono, hidrogênio e oxigênio,

principalmente, mas também nitrogênio e enxofre. Diversos autores indicam ainda que as razões

entre os teores desses elementos químicos podem ser interessantes na avaliação energética da

biomassa, afirmando que proporções elevadas de oxigênio, em comparação com o carbono, geralmente

reduzem o potencial calorífico da biomassa, bem como altos teores de umidade, cinzas e nitrogênio

(DEMIRBAS, 2006; BRAND, 2010; YIN, 2011; CHOI; SUDIARTO; RENGGAMAN, 2014; VELÁZQUEZ-

MARTÍ et al., 2014).


Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas nas linhas ou mesmas letras minúsculas nas colunas, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). Erro padrão da média entre parênteses.

Tabela 2. Concentrações médias de elementos químicos presentes na biomassa de tocos e raízes de eucalipto (%), segundo clone e rotação.

H77

5,339 aB

(0,01)

5,396 aAB

(0,012)

1,500 bA

(0,000)

1,531 aB

(0,006)

0,0587 bC

(0,0003)

0,0593 aB

(0,0002)

1,075 bC

(0,008)

1,236 aB

(0,001)

1,500 bA

(0,000)

1,531 aB

(0,006)

62,94 bB

(14,89)

67,46 aA

(3,47)

57,82 aA

(0,53)

14,67 bD

(0,31)

8,00 bB

(0,00)

8,28 aB

(0,15)

AEC 0144

5,586 aA

(0,042)

5,555 aA

(0,005)

1,733 bA

(0,049)

2,435 aA

(0,418)

0,0605 bB

(0,0003)

0,0614 aA

(0,0006)

1,289 aB

(0,032)

1,227 bB

(0,006)

1,733 bA

(0,049)

2,435 aA

(0,418)

57,50 bB

(1,02)

57,70 aA

(7,48)

24,02 aC

(0,59)

16,04 bC

(0,24)

8,23 bAB

(0,08)

9,91 aAB

(0,11)

AEC 0224

5,487 aA

(0,006)

5,468 aAB

(0,010)

1,777 aA

(0,034)

1,632 bB

(0,053)

0,0621 aA

(0,0004)

0,0612 bA

(0,0002)

1,419 bA

(0,068)

1,497 aA

(0,020)

1,777 aA

(0,034)

1,632 bB

(0,053)

190,59 aA

(54,34)

63,78 bA

(2,81)

34,59 aB

(0,51)

32,35 bA

(0,18)

10,24 aA

(0,63)

8,87 bB

(0,36)

VM01

5,502 aA

(0,018)

5,352 bB

(0,087)

1,819 aA

(0,173)

1,598 bB

(0,050)

0,062 aA

(0,0003)

0,0593 bB

(0,0004)

1,189 bB

(0,027)

1,292 aB

(0,023)

1,819 aA

(0,173)

1,598 bB

(0,050)

67,83 aB

(0,99)

56,50 bA

(1,27)

20,11 aD

(0,34)

17,16 bB

(0,20)

8,74 bAB

(0,15)

11,27 aA

(1,90)

H %

N %

S %

-1K (g kg )

-1Ca (g kg )

-1Fe (mg kg )

-1Mn (mg kg )

-1Zn (mg kg )

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

1ª

2ª

Elemento Rotação Clone

As análises químicas elementares e estruturais foram realizadas em apenas um momento de

estocagem (logo após o arranquio dos tocos e raízes). As análises estatísticas revelaram que não houve

diferença significativa entre as concentrações de carbono e oxigênio (p >0,05). Dessa forma, o valor

médio de carbono na biomassa de tocos e raízes de eucalipto é de 48,54 % (0,0999) e de oxigênio é de

44,88 % (0,1004).

No entanto, para as concentrações de hidrogênio (H - %), nitrogênio (N - %), enxofre (S - %), potássio -1 -1 -1 -1 -1(K - g kg ), cálcio (Ca - g kg ), ferro (Fe - mg kg ), manganês (Mn - mg kg ) e zinco (Zn - mg kg ), as

interações entre os fatores clone e rotação foram estatisticamente significativas (p<0,05). Os valores

médios da concentração desses elementos, seguidos do erro padrão da média e teste de comparação

de médias, estão apresentados na Tabela 2.

109

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICADA MADEIRA DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO

Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas nas linhas não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05), para os elementos. Erro padrão da média entre parênteses.

-1 -1Na Tabela 3 podem ser observadas as concentrações médias de fósforo (g kg ), boro (mg kg ), -1cobre (mg kg ) e cloro (%), que apresentam efeito estatístico significativo do fator clone.

-1O cobre (mg kg ), além do efeito estatístico significativo do fator clone, apresentou também -1 -1efeito estatístico significativo do fator rotação, revelando valores médios de 3,56 mg kg e 3,85 mg kg

-1para a segunda rotação. Os erros padrões das médias foram, respectivamente, 0,09 e 0,14 mg kg .

Concentrações médias de elementos químicos presentes na biomassa de tocos e raízes de eucalipto, segundo o clone.

Tabela 3.

A diminuição da relação H/C (razão entre as concentrações de hidrogênio e carbono) e O/C

(razão entre as concentrações de oxigênio e carbono) representa menor taxa de constituintes

aromáticos e oxigenados na biomassa, o que se traduz em melhora na eficiência durante a

combustão da biomassa (FELFLI et al., 2003). Portanto, considerando essas relações e a igualdade

estatística entre os teores de carbono e oxigênio, a relação O/C não se altera, no entanto a biomassa

de tocos e raízes proveniente da primeira rotação apresentou como melhores resultados de relação

H/C os clones AEC 0144, VM01 e AEC 0224. A biomassa de toco e raízes da segunda rotação

apresenta a melhor relação H/C nos clone AEC 0144, AEC 0224 e H77.

Os valores médios da caracterização química elementar obtidos para a biomassa de fuste e

biomassa de tocos e raízes de eucalipto estão apresentados na Tabela 4. A terceira coluna refere-se a

dados de pesquisa com finalidade energética realizada em Portugal (GOMINHO et al., 2012) - cuja

espécie estudada foi Eucalyptus globulus de 24 a 42 anos de idade.

H77

0,093 B(0,005)

9,63 B(0,41)

3,24 B(0,11)

0,096 B(0,011)

AEC 0144

0,081 B(0,003)

10,73 B(0,29)

4,00 A(0,10)

0,103 B(0,008)

AEC 0224

0,078 B(0,006)

12,67 A(0,66)

3,87 A(0,17)

0,157 A(0,018)

Vm01

0,131 A(0,012)

11,01 AB(0,72)

3,70 A(0,18)

0,126 AB(0,012)

-1P (g kg )

-1B (mg kg )

-1Cu (mg kg )

Cl (%)

Elemento Clone


Elemento (%)

C

H

O

N

S

Cl

Fuste*

49,2 (0,3)

6,0 (0,1)

44,2 (0,3)

0,14 (0,02)

0,066 (0,002)

0,62 (0,19)

Tocos e raízes (Brasil)*

48,4 (0,9)

5,5 (0,1)

44,9 (0,7)

0,23 (0,07)

0,060 (0,002)

0,13 (0,07)

Tocos e raízes (Portugal)**

51,0 (0,3)

5,8 (0,1)

45,3 (5,1)

-

-

0,04 (0,01)

* biomassa do fuste e biomassa de tocos e raízes de clones comerciais de eucalipto com idade entre 6 e 14 anos

cultivados no Brasil (dados do presente estudo).

** biomassa de tocos e raízes de E. globulus com idade entre 24 e 42 anos cultivados em Portugal (média

seguida de desvio padrão) (GOMINHO et al., 2012).

Médias e desvio padrão entre parêntesis, da concentração dos elementos químicos carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e cloro da biomassa de tocos e raízes comparadas à biomassa do fuste de clones comerciais de eucalipto com idade entre 6 e 14 anos no Brasil em comparação à concentração média dos mesmos elementos da biomassa de toco e raízes de Eucalyptus globulus de idade entre 24 e 42 anos para fins energéticos.

Tabela 4.

CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES QUÍMICAS IMEDIATAS

As características químicas imediatas consistem na análise e determinação de umidade, teor

de materiais voláteis, teor de cinzas e teor de carbono fixo. Esses parâmetros afetam o

comportamento da combustão (VASSILEV et al., 2010; SINGH; MAHANTA; BORA, 2017).

Material volátil refere-se à parte da biomassa que é liberada quando a biomassa é aquecida

sob uma metodologia especificada.

Durante este processo de aquecimento a biomassa se decompõe em gases e matéria sólida.

Este método de ensaio determina a percentagem de produtos gasosos, excluindo o vapor de

umidade, na amostra de análise do combustível de madeira particulada que é libertado nas

condições específicas da análise de determinação, por exemplo como é definido e normatizado pela

ASTM E872 - 82 (ASTM, 2006).

As análises químicas imediatas foram realizadas na biomassa coletada em quatro momentos

(0, 90, 180 e 360 dias de estocagem) após o arranquio dos tocos e raízes. Durante o processo de

estocagem há um acréscimo das características energéticas da biomassa como perda de peso,

principalmente água, que apresenta grande influência no poder calorífico útil. Além da umidade, é

importante observar o comportamento de outras propriedades e características da biomassa ao

longo do tempo de estocagem.

111


Considerando cada uma das rotações separadamente, médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas nas linhas ou mesmas letras minúsculas nas colunas, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). Erro padrão da média entre parênteses.

Tabela 5. Concentração média de materiais voláteis (%) presentes na biomassa de tocos e raízes de quatro clones comerciais de eucalipto estocados durante o período de até 360 dias (erro padrão da média entre parêntesis), considerando primeira e segunda rotações separadamente.

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

0

76,92 cB

(0,24)

81,65 aB

(0,21)

79,14 bB

(0,54)

79,86 bA

(0,36)

78,22 cB

(0,71)

81,2 aA

(0,14)

80,08 abB

(0,53)

79,08 bcA

(0,18)

90

79,41 bA

(0,21)

81,98 aB

(0,19)

80,00 bB

(0,17)

79,91 bA

(0,10)

77,85 bB

(0,28)

80,31 aA

(0,19)

79,41 aB

(0,15)

78,96 abA

(0,20)

180

78,78 cA

(0,48)

84,36 aA

(0,80)

82,91 aA

(0,18)

80,99 bA

(0,40)

81,32 aA

(0,18)

81,77 aA

(0,23)

81,67 aA

(0,83)

79,45 bA

(0,08)

360

77,10 cB

(0,08)

82,11 aB

(0,48)

82,30 aA

(0,84)

80,28 bA

(0,39)

78,85 bB

(0,06)

81,65 aA

(0,18)

79,85 bB

(0,58)

78,89 bA

(0,14)

Clone Rotação Estocagem (dias)

A análise estatística revelou interação tripla significativa (p < 0,05) entre os fatores

considerados (estocagem, clone e rotação). Dessa forma, foi estudada a interação dupla entre

estocagem e clone, segundo os níveis do fator rotação.

Os resultados da concentração média de materiais voláteis (%) da biomassa de tocos e raízes de

eucalipto analisada após 0, 90, 180 e 360 dias de estocagem em campo, considerando separadamente

as rotações, estão apresentados na Tabela 5.

1º

2º


O clone VM01 não apresentou diferença estatística significativa entre as médias da

concentração de materiais voláteis ao longo da estocagem tanto para primeira quanto para segunda

rotação. O clone H77 apresentou aumento significativo da variável analisada 90 e 180 dias após início

da estocagem para primeira e segunda rotação respectivamente, no entanto, apresentou, no geral,

os menores valores comparado aos demais clones analisados. O clone AEC 0144 apresentou as

maiores concentrações médias de materiais voláteis quando comparado aos demais clones em

cada momento de estocagem. O teor de cinzas consiste na fração mineral e inorgânica integrante do

material vegetal com uma ampla gama de elementos. É o resíduo sólido produzido pelo processo de

decomposição termoquímica da biomassa durante a combustão. A quantidade de cinzas afeta a

taxa de combustão na amostra de biomassa e a composição percentual varia de acordo com o tipo

de biomassa e afeta os custos de manuseio, de processamento e de conversão de energia da

biomassa (MCKENDRY, 2002; VASSILEV et al., 2010; SINGH; MAHANTA; BORA, 2017).

As concentrações médias de cinzas presentes na biomassa de tocos e raízes de eucalipto, na

estocagem 0, 90, 180 e 360 dias, considerando separadamente as rotações estão apresentados na

Tabela 6.


0

0,738 cA

(0,029)

0,513 dA

(0,018)

1,437 aA

(0,040)

0,923 bA

(0,034)

1,070 aA

(0,028)

0,520 cB

(0,018)

0,782 bA

(0,034)

0,678 bA

(0,009)

90

0,286 cB

(0,007)

0,499 bA

(0,017)

0,785 aB

(0,011)

0,731 aB

(0,041)

0,365 bC

(0,008)

0,413 bC

(0,015)

0,643 aB

(0,013)

0,417 bB

(0,006)

180

0,226 cC

(0,008)

0,372 bB

(0,014)

0,569 aD

(0,005)

0,618 aC

(0,008)

0,331 bC

(0,014)

0,374 bC

(0,012)

0,584 aB

(0,008)

0,358 bBC

(0,029)

360

0,162 cD

(0,010)

0,514 bA

(0,020)

0,662 aC

(0,020)

0,729 aB

(0,013)

0,492 cB

(0,015)

0,751 aA

(0,018)

0,619 bB

(0,022)

0,354 dC

(0,024)

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01


1ª

2ª

Tabela 6. Concentrações médias de cinzas (%) constituintes da biomassa de tocos e raízes de quatro clones comerciais de eucalipto estocados durante o período de até 360 dias (erro padrão da média entre parêntesis), considerando primeira e segunda rotações

113


O clone AEC 0224, comparado aos demais clones analisados neste estudo, apresentou os

maiores valores médios da concentração de cinzas na biomassa, tanto para primeira quanto para

segunda rotação.

Na primeira rotação os menores valores da concentração de cinzas foi encontrado aos 180

dias de estocagem para os clones estudados com exceção do clone H77, que apresentou o menor

valor médio em 360 dias de estocagem.

Na segunda rotação, cada clone apresentou uma tendência diferente de comportamento para

a variável ao longo dos tempos analisados de estocagem.

A concentração de carbono fixo é representada pela biomassa remanescente após a liberação

da matéria volátil, excluindo o teor de cinzas e umidade. Isso difere do teor máximo de carbono da

amostra de biomassa, uma vez que uma parte do carbono é liberada na forma de hidrocarbonetos

com a matéria volátil. Maiores concentrações de carbono fixo indicam maior tempo de residência da

biomassa no processo de combustão (VASSILEV et al., 2010; SINGH; MAHANTA; BORA, 2017).

As concentrações médias de carbono fixo na biomassa de toco e raízes de eucalipto, na

estocagem 0, 90, 180 e 360 dias, considerando separadamente as rotações estão apresentados na

Tabela 7.


Tabela 7. Concentrações médias de carbono fixo (%) da biomassa de tocos e raízes de quatro

clones comerciais de eucalipto estocados durante o período de até 360 dias (erro padrão

da média entre parênteses), considerando primeira e segunda rotações separadamente.

0

22,34 aAB

(0,23)

17,83 bA

(0,22)

19,42 bA

(0,50)

19,22 bA

(0,40)

20,71 aA

(0,72)

18,28 bAB

(0,15)

19,14 abAB

(0,50)

20,25 aA

(0,17)

90

20,29 aB

(0,21)

17,52 bA

(0,21)

19,22 abA

(0,18)

19,35 abA

(0,13)

21,79 aA

(0,28)

19,28 bA

(0,20)

19,95 bA

(0,16)

20,62 abA

(0,20)

180

21,00 aAB

(0,48)

15,27 cB

(0,79)

16,52 cB

(0,18)

18,39 bA

(0,39)

18,36 bB

(0,17)

17,86 bAB

(0,22)

17,75 bB

(0,82)

20,19 aA

(0,06)

360

22,75 aA

(0,08)

17,37 bcA

(0,49)

17,04 cB

(0,84)

18,99 bA

(0,40)

20,65 aA

(0,05)

17,61 bB

(0,17)

19,53 aA

(0,59)

20,75 aA

(0,15)

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01


1ª

2ª


Figura 1. Concentração média de lignina insolúvel (%) da biomassa de tocos e raízes, segundo clone e rotação. Médias acompanhadas de mesmas letras minúsculas em cada clone não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas em cada rotação não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05).

O clone H77 apresentou, na primeira rotação, os maiores valores estatisticamente

significativos de concentração de carbono fixo na biomassa em comparação aos demais clones

estudados. Na segunda rotação, o clone AEC 0144 apresentou os menores valores de carbono fixo

comparado aos demais. Ao longo da estocagem, o clone VM01 apresentou valores constantes de

concentração de carbono fixo na biomassa de tocos e raízes.

Na primeira rotação, os clones AEC 0144 e AEC 0224 apresentaram valores médios constantes

da variável analisada até 90 dias de estocagem, decaindo até o 180º dia. Na segunda rotação, essa

mesma tendência pôde ser observada para o clone AEC 0224, no entanto, o clone AEC0 144

apresentou a variável ainda em caimento até o 360° dia de armazenamento.

O clone H77 apresentou maior média de concentração de carbono fixo na biomassa do toco e

raízes no início e no final do período de armazenamento. Os menores valores médios dessa variável

foram observados no 90° dia de armazenamento na primeira rotação e no 180° dia de

armazenamento na segunda rotação.

CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA ESTRUTURAL

A biomassa de tocos e raízes de eucalipto apresenta a composição da parede celular das fibras

basicamente formada por celulose, hemiceluloses, ambos polímeros de polissacarídeos chamados de

holocelulose, e lignina, essencialmente moléculas aromáticas e fenólicas.

As estruturas de natureza aromática apresentam maior estabilidade molecular, como é o caso da lignina

e de alguns grupos de extrativos, consequentemente maior resistência à degradação térmica, além de

apresentar menor grau de oxidação quando comparado aos polissacarídeos, portanto, representa um

importante papel na decomposição térmica da madeira, evidenciando que a composição estrutural

da biomassa é extremamente importante para sua análise energética (VASSILEV et al., 2010;

SILVA et al., 2014; VAZ JÚNIOR, 2015; SINGH; MAHANTA; BORA, 2017; WANG; HOWARD, 2018).

As concentrações médias de lignina insolúvel, extrativos totais e holocelulose presentes na

biomassa de tocos e raízes de eucalipto em primeira e segunda rotação estão apresentados nas

Figuras 1, 2 e 3, respectivamente.

115


A primeira rotação apresentou maiores valores estatisticamente significativos da

concentração de lignina insolúvel comparada à segunda rotação para os clones AEC 0144 e

AEC 0224. Os clones H77 e VM01 não apresentaram diferença entre as rotações. Não houve

diferença entre os quatro clones analisados para cada rotação, com exceção do clone VM01 na

primeira rotação que apresentou menor média comparado aos demais clones também de primeira

rotação.

A concentração média de extrativos totais presentes na biomassa de tocos e raízes de

eucalipto foi maior na segunda rotação quando comparada à primeira rotação, com exceção do

clone H77 que apresentou comportamento invertido: maior média na biomassa da primeira rotação.

Comparando os quatro clones em cada rotação isoladas identificou-se que a primeira rotação

teve maior média da concentração de extrativos totais na biomassa de tocos e raízes do clone H77, já na

segunda rotação, o maior valor médio da variável analisada foi correspondente ao clone VM01.

Figura 2. Concentração média de extrativos totais (%) da biomassa de tocos e raízes, segundo clone e rotação. Médias acompanhadas de mesmas letras minúsculas em cada clone não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas em cada rotação não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05).


Para a concentração média de holocelulose presente na biomassa de tocos e raízes de

eucalipto houveram três padrões de comportamento ao se comparar primeira e segunda rotação:

aumento do valor médio de primeira para segunda rotação (clones H77 e AEC 0144), igualdade

estatística entre primeira e segunda rotação (clone AEC 0224) e diminuição do valor médio de

primeira para segunda rotação (clone VM01).

Comparando-se os clones na primeira rotação, o clone H77 apresentou os menores valores de

concentração de holocelulose, já na segunda rotação o clone VM01 apresentou o menor valor médio.

Considerando a importância da química estrutural da biomassa na avaliação de seu potencial

energético, as concentrações médias dos componentes químicos estruturais da biomassa de tocos e

raízes foram comparadas concentrações médias aos respectivos valores da biomassa do fuste dos

mesmos tratamentos (clones e rotações). Essa comparação pode ser observada na Tabela 8.

Figura 3. Concentração média de holocelulose (%) da biomassa de tocos e raízes, segundo clone e rotação. Médias acompanhadas de mesmas letras minúsculas em cada clone não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). Médias acompanhadas de mesmas letras maiúsculas em cada rotação não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05).

Componentes químicos estruturais

Tocos e raízes

Fuste

Lignina insolúvel (%)

24,9 a(0,302)

22,0 b(0,301)

Extrativos totais (%)

9,8 a(0,421)

7,0 b(0,229)

Holocelulose (%)

64,4 b(0,410)

70,6 a(0,409)

Médias acompanhadas de mesmas letras minúsculas nas colunas, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05).

Tabela 8. Percentuais médios de massa dos componentes químicos estruturais segundo biomassa. Erro padrão da média entre parêntesis.

117


A biomassa de tocos e raízes apresentou, estatisticamente, maior concentração de lignina

insolúvel e extrativos totais e menor concentração de holocelulose quando comparada à biomassa do

fuste da mesma plantação comercial de clones de eucalipto.

Além da composição química estrutural da madeira, foi avaliada a solubilidade da biomassa

dos tocos e raízes em hidróxido de sódio (NaOH) 1%. Esta metodologia pode indicar o grau de

decomposição causada por fungos ou o grau da degradação gerado em consequência do calor, da

luz, da oxidação etc. Essa solução alcalina remove extrativos e carboidratos de baixa massa

molecular, que consistem, principalmente, em algumas hemiceluloses e celulose degradadas (ABNT,

2010).

Os valores de solubilidade em NaOH 1% analisados em cada clone e rotação, durante o

período de estocagem de até 360 dias, estão apresentados na Tabela 9.


Tabela 9. Solubilidade média (%) da biomassa de tocos e raízes de eucalipto em hidróxido de sódio (1%) no período de 0 a 360 dias de estocagem.

0

26,99 aA

(0,07)

17,69 cB

(0,18)

17,52 cC

(0,19)

20,58 bA

(0,24)

22,16 aAB

(0,13)

18,55 bB

(0,10)

22,36 aA

(0,13)

23,25 aB

(0,05)

90

20,16 aC

(0,12)

16,67 bC

(0,14)

20,56 aA

(0,17)

20,51 aA

(0,19)

21,79 abB

(0,42)

18,91 cB

(0,16)

20,78 bB

(0,30)

22,99 aB

(0,23)

180

20,58 aBC

(0,09)

19,09 bA

(0,08)

19,21 bB

(0,09)

21,29 aA

(0,27)

22,97 bA

(0,13)

21,43 cA

(0,07)

22,98 bA

(0,14)

25,5 aA

(0,15)

360

21,21 aB

(0,30)

17,34 bBC

(0,38)

17,30 bC

(0,16)

21,47 aA

(0,50)

23,41 aA

(0,45)

19,71 bB

(0,26)

22,28 aA

(0,81)

22,35 aB

(0,72)

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01

H77

AEC 0144

AEC 0224

VM01


1ª

2ª


A solubilidade da biomassa de tocos e raízes de eucalipto em hidróxido de sódio 1% em

primeira rotação apresentou três tendências ao longo do tempo de estocagem: diminuir (clones H77

e AEC 0144) nos primeiros 90 dias, aumentar (clone AEC 0224) e ficar estável (clone VM01). Ao final

dos 360 dias do experimento, o clone H77 apresentou menor valor médio comparado ao inicial,

porém, os demais clones apresentaram valores médios semelhantes no início e no final da

estocagem.

Para a segunda rotação, o clone AEC 0224 apresentou diminuição do valor médio após 90

dias de estocagem, os demais clones apresentaram valores constantes no mesmo período. Ao final

de 360 dias de estocagem, os valores médios de solubilidade da biomassa em hidróxido de sódio

1% não apresentaram diferença significativa.

Fazendo-se uma comparação geral entre os resultados de solubilidade médios obtidos da

biomassa de tocos e raízes e a biomassa do fuste dos mesmos indivíduos, identificou-se que a

biomassa do fuste apresentou maior valor médio estatisticamente significativo de solubilidade em

hidróxido de sódio 1% (Tabela 10).

Biomassa

Tocos e raízes

Fuste

Solubilidade (NaOH 1 %)

18,3 b

(0,63)

21,1 a

(0,52)

Médias acompanhadas de mesmas letras minúsculas nas colunas, não diferem estatisticamente pelo teste de Tukey-Kramer (p<0,05). Erro padrão da média entre parênteses.

Tabela 10. Solubilidade em NaOH 1% média de tocos e raízes e fuste de árvores de eucalipto provenientes de plantações comerciais do Brasil.

119


CONSIDERAÇÕES FINAIS

A biomassa dos clones analisados não diferiram, nem mesmo entre rotações, quanto à

concentração elementar de carbono e oxigênio, equiparando-os neste quesito sob o ponto de vista

energético.

O clone AEC 0144 apresentou os maiores valores de concentração elementar de hidrogênio,

tanto para primeira quanto para segunda rotação, o que pode influenciar o resultado das

propriedades poder calorífico inferior e útil.

A concentração de cloro na biomassa de toco e raízes dos clones H77 e AEC 0144 foi menor

quando em comparação aos demais clones.

Para as propriedades químicas imediatas, o clone H77 e o clone VM01 na segunda rotação

apresentaram maiores concentrações de carbono fixo, o que é um indício de um bom potencial

energético.

O clone AEC 0224 apresentou a maior concentração de cinzas, resultando em maior

quantidade de resíduos da queima dessa biomassa.

Estruturalmente, a concentração de lignina insolúvel apresentou-se, no geral, constante entre

as biomassas de tocos e raízes dos diferentes clones e rotações e a concentração de extrativos totais

foi relativamente maior na primeira rotação em comparação à segunda rotação.

A biomassa de tocos e raízes apresentou maior concentração de lignina insolúvel e extrativos

comparada à biomassa do fuste das árvores, indicando seu potencial para geração de energia.


REFERÊNCIAS

121


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10CINZAS DE TOCOS E RAÍZES DE

EUCALIPTO: QUANTIFICAÇÃO

E QUALIFICAÇÃO QUÍMICA


Fabiana Prieto Castanho

Natália Laís Felisardo Vieira Arruda

Alexandre Bertolotti Parmeggiani Prosdocini

O uso da biomassa florestal como fonte de energia tem sido estimulado devido a aspectos

ambientais e econômicos. Pelo lado ambiental, existe a necessidade de se mitigar as emissões de

gases do efeito estufa, reduzir o consumo de fontes não renováveis e proteger as florestas nativas

(FAO, 2011; PAYN et al., 2015). Do ponto de vista econômico, fatores como as fortes oscilações nos

preços dos combustíveis fósseis, a busca por maior segurança energética e o desenvolvimento

tecnológico da exploração de recursos renováveis têm incentivado a geração de energia a partir da

biomassa florestal oriunda de florestas plantadas (SANTOS; COLODETTE; QUEIROZ, 2013; ZHANG;

STENGER; HAROU, 2015).

A matriz energética brasileira é considerada limpa pelo uso intensivo das fontes de energia

renováveis. Enquanto o Brasil produziu, em 2017, 42,9 % de sua energia proveniente de fontes

renováveis (incluindo hidroeletricidade), o mundo produziu 24,3 % no mesmo ano. Mesmo com a

importância atual da biomassa, esta fonte de energia pode se tornar ainda mais promissora quando

somada aos resíduos das atividades de base florestal, neste caso, em particular, o uso de tocos e

raízes das florestas, para a geração de energia (BP ENERGY ECONOMICS, 2018; MME, 2018).

Existem questões importantes relacionadas às cinzas da biomassa residual florestal, com

destaque para a quantidade produzida, o efeito durante sua formação, bem como destinação

adequada e sustentável. As cinzas podem ser definidas como partículas finas que se levantam junto

com os gases gerados pela combustão, que são capturados nas chaminés, geralmente por filtros

hidrostáticos, antes que sejam liberados para o ambiente (CACURO; WALDMAN, 2015).

As cinzas da biomassa de tocos e raízes de espécies florestais podem ter composições

variadas, dependendo do material utilizado e dos parâmetros do processo de combustão, como a

temperatura, o tempo de queima e porcentagem de umidade do material, além de fatores externos ao

processo de combustão, como o tipo de solo, biomassa, método de colheita, etc. Além disso, o

mesmo tipo de biomassa pode apresentar diferenças nas suas características devido a fatores de

crescimento e produção, como por exemplo o clima, o armazenamento e a sua origem geográfica,

definindo assim as cinzas como um material heterogêneo, tanto em sua composição química, quanto

em sua morfologia, com partículas de diferentes formas e tamanhos (GATTO et al., 2003).

A cinza resultante da combustão de biomassa representa entre 0,2 % a 20 % do material,

123

Valores médios da concentração de elementos químicos presentes nas cinzas da biomassa de tocos e raízes e nas cinzas da biomassa do fuste de eucalipto.

Elemento

Oxigênio (%)

Cálcio (%)

Potássio (%)

Magnésio (%)

Fósforo (%)

Sódio (%)

Manganês

Alumínio

Enxofre

Ferro

Silício

Titânio

Cloro

Sigla

O

Ca

K

Mg

P

Na

Mn

Al

S

Fe

Si

Ti

Cl

Biomassa de tocose raízes

36,18 b(1,72)

28,56 b(2,34)

7,43 a(0,60)

5,63 a(0,55)

4,73 a(0,62)

4,53 a(0,71)

3,26 a(0,58)

2,91 a(0,35)

2,45 a(0,34)

2,14 a(0,43)

2,00 a(0,30)

0,118 a(0,036)

0,047 b(0,014)

Biomassa do fuste

42,37 a(0,95)

36,40 a(2,22)

4,07 b(0,98)

6,83 a(0,57)

1,57 b(0,20)

1,34 b(0,26)

1,98 a(0,41)

1,53 b(0,35)

0,71 b(0,12)

1,53 a(0,34)

1,40 a(0,45)

0,105 a(0,026)

0,152 a(0,044)

Médias acompanhadas de letras minúsculas (comparação em linha - biomassa de tocos e biomassa do fuste) e erro

padrão da média (entre parênteses). Letras diferentes diferem estatisticamente a 5% de significância pelo teste de Tukey.

Tabela 1.

dependendo do tipo e origem da biomassa. As cinzas de biomassa são maioritariamente constituídas

por cálcio, magnésio, potássio, fósforo, sódio, manganês e enxofre, enquanto que são deficientes em

nitrogênio (WENZL, 1970; INSAM; KNAPP, 2011).

Procurando identificar e quantificar os elementos que constituem as cinzas resíduo da

combustão completa de tocos e raízes de clones de eucaliptos foi realizada análise de

espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS) no Laboratório CCDPN-LIEC, do Instituto

de Química de Araraquara da Universidade Estadual Paulista �Júlio de Mesquita Filho� (UNESP).

Comparativamente, realizou-se o levantamento dos mesmos elementos presentes no fuste de

indivíduos representantes dos mesmo materiais. Foram identificados 13 elementos químicos mais

frequentes constituindo a cinza, cujos valores médios, tanto da biomassa de tocos e raízes quanto da

biomassa do fuste, dos quatro clones e duas rotações estudados seguem apresentados na Tabela 1.


A presença predominante entre 35 % e 45 % de oxigênio é um forte indicador de que ele está

ligado a outros elementos, agregando-se e formando partículas de óxidos. A Figura 1 revela uma

cenosfera (partículas de óxidos formados com o agrupamento entre oxigênio e diferentes metais) de

óxido de alumínio, fotografada por microscopia eletrônica de alta resolução com feixe de elétrons

secundários (Figura 1-a) e analisada e apresentada quimicamente no gráfico de EDS (Figura 1-b)

sobre o ponto identificado com �x�.

Outras estruturas com formatos distintos são encontradas nas cinzas de biomassa,

podendo apresentar morfologia e composição química também distintas. Utilizando a técnica da

obtenção de imagem por elétrons retroespalhados (que detectam diferenças de compostos

químicos no material analisado identificados por diferentes tons de cinza na imagem final), dois

pontos com tons de cinzas diferentes foram selecionados para realização do EDS, revelando que

não há diferença qualitativa entre esses pontos, pois os mesmos elementos são encontrados nas

duas regiões, o que se observa é a diferença quantitativa entre esses elementos, conforme

identificado nos gráficos de EDS (Figura 2).

Imagem de cinza de tocos e raízes de eucalipto indicando cenosfera (a) capturada por microscopia eletrônica de alta resolução com feixe de elétrons secundários e analisada por espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS). Indicando a presença dos elementos oxigênio e alumínio (b).

Figura 1.

125

CINZAS DE TOCOS E RAÍZES DE EUCALIPTO: QUANTIFICAÇÃO E QUALIFICAÇÃO QUÍMICA

Figura 2. Imagem de microscopia eletrônica de alta resolução com elétrons retroespalhados e análise de EDS sobre dois pontos quimicamente distintos das cinzas de tocos e raízes de eucaliptos.

Figura 3. Imagem de microscopia eletrônica de alta resolução com elétrons secundários e análise de EDS sobre a superfície total da imagem, englobando diferentes estruturas que compõem as cinzas de tocos e raízes de eucaliptos para caracterização química quantitativa e qualitativa.

Considerando o fato de que em diferentes estruturas das cinzas são comumente identificados

os mesmos elementos predominantes, apresentando apenas particularidades no que tange à

quantificação desses elementos, analisando regiões maiores, amostrando áreas constantes

(consequentemente volumes muito aproximados), com maior conteúdo de cinzas, considerou-se

possível realizar a qualificação e quantificação do conteúdo elementar das cinzas (Figura 3).


Questões legais envolvendo a classificação e denominações políticas relacionadas às cinzas

de biomassa (ou resíduos) podem ser melhor compreendidas no Capítulo 13 deste compêndio, no

entanto, de forma técnica, as cinzas de biomassa podem ser compreendidas como matéria-prima

para outros usos potenciais, como fertilização de solos, composição da argamassa na construção

civil (CACURO; WALDMAN, 2015; PASQUALI et al., 2018; PINHEIRO et al., 2018; NASCIMENTO et

al., 2019).

A atividade pozolânica das cinzas se dá devido à presença de sílica amorfa, que reagindo com

o hidróxido de cálcio forma silicatos de cálcio hidratado que faz a reação de aglomeração necessária

para as propriedades cimentícias, caracterizando a cinza, inclusive de biomassa, com potencial para

sua utilização na construção civil (CACURO; WALDMAN, 2015; BRAZ et al., 2018).

Quanto à sua utilização para nutrição do solo, as cinzas são constituídas por nutrientes que

são essenciais para o solo e as plantas, como cálcio, potássio, magnésio, fósforo, manganês, ferro

etc. Porém também possui metais que podem ser tóxicos para as plantas, como o alumínio, por

exemplo, portanto sua utilização deve ser feita com cautela. As cinzas podem ainda ter função de

corretivo da acidez do solo, sendo uma alternativa ao uso de calcário (BELLOTE et al., 1998;

NOLASCO; GUERRINI; BENEDETTI, 2000; JORDAN et al., 2002; CARVALHO-PUPATTO; BÜLL;

CRUSCIOL, 2004; DEMIRBAS, 2006; RAMOS et al., 2006; BASU et al., 2009).

A aplicação das cinzas no solo para fins de fertilização e adubação de plantios florestais são

promissoras, isso não somente em função dos nutrientes disponíveis, mas também pelo fato de

melhorar as propriedades químicas do solo e ser uma prática opção para alocação desse resíduo.

Porém a aplicação necessita seguir recomendações baseadas em análises químicas das cinzas e do

solo, pois quando aplicado em quantidades consideradas inadequadas, as cinzas podem prejudicar

o solo e o meio ambiente pelo desbalanço de nutrientes (MORO; GONÇALVES, 1995;

ALBUQUERQUE et al., 2002; PRADO; CORRÊA; NATALE, 2008; SILVA et al., 2009).

Com o teor elementar químico obtido de tocos e raízes de eucaliptos e o teor de cinzas obtido

na análise química imediata dessa biomassa e a produtividade da floresta (massa de tocos e raízes

produzida por unidade de área por ano) foi possível calcular a quantidade de cada elemento extraído

do solo na forma de biomassa encontrado na cinza residual da queima da biomassa (Tabela 2).

A segunda maior concentração encontrada na biomassa, não somente de tocos e raízes, mas

também no fuste de eucalipto foi a de cálcio (Ca) com cerca de 30 % a 35 % da composição em

massa. Nas cinzas o cálcio se apresenta sob a forma de óxido de cálcio (CaO) que em contato com

água reage até a formação de hidróxido de cálcio (Ca(OH) ), promovendo ao material ação alcalina ²(PASQUALI et al., 2018).

127


Comparativamente, foi realizada a mesma quantificação da extração de cada elemento constituinte da

cinza da biomassa do fuste dos quatro materiais genéticos em duas rotações de manejo (Tabela 3).

Tabela 2. -1 -1Total de cada elemento (kg ha ano ) extraído do solo na forma de cinza da biomassa de tocos e raízes de quatro clones de eucalipto em duas rotações.

Clone

Rotação

-1 -1IMA (Mg ha ano )

Teor de cinzas (%)

-1 -1Cinzas (kg ha ano )

-1 -1O (kg ha ano )

-1 -1Ca (kg ha ano )

-1 -1K (kg ha ano )

-1 -1Mg (kg ha ano )

-1 -1P (kg ha ano )

-1 -1Na (kg ha ano )

-1 -1Mn (kg ha ano )

-1 -1Al (kg ha ano )

-1 -1S (kg ha ano )

-1 -1Fe (kg ha ano )

-1 -1Si (kg ha ano )

-1 -1Ti (kg ha ano )

-1 -1Cl (kg ha ano )

36,18

28,56

7,43

5,63

4,73

4,53

3,27

2,91

2,45

2,14

2,00

0,120

0,050

AEC 0144

1ª

5,2

0,513

9,64

7,61

1,98

1,50

1,26

1,21

0,87

0,78

0,65

0,57

0,53

0,032

0,013

AEC 0144

2ª

3,0

0,520

5,65

4,46

1,16

0,88

0,74

0,71

0,51

0,45

0,38

0,33

0,31

0,019

0,008

AEC 0224

1ª

6,0

1,437

31,18

24,62

6,40

4,85

4,08

3,90

2,82

2,51

2,11

1,84

1,72

0,103

0,043

AEC 0224

2ª

4,9

0,782

13,87

10,95

2,85

2,16

1,81

1,74

1,25

1,12

0,94

0,82

0,77

0,046

0,019

1ª

6,4

0,923

21,37

16,87

4,39

3,33

2,79

2,68

1,93

1,72

1,45

1,26

1,18

0,071

0,030

2ª

7,3

0,678

17,90

14,13

3,68

2,79

2,34

2,24

1,62

1,44

1,21

1,06

0,99

0,059

0,025

H77

1ª

5,1

0,738

13,62

10,75

2,80

2,12

1,78

1,71

1,23

1,10

0,92

0,81

0,75

0,045

0,019

H77

2ª

5,2

1,070

20,13

15,89

4,13

3,13

2,63

2,52

1,82

1,62

1,36

1,19

1,11

0,067

0,028

% de

massa do

elemento

nas cinzas


26,7 15,6 86,2 38,3 59,1 49,5 37,7 55,6

Tabela 3. -1 -1Total de cada elemento (kg ha ano ) extraído do solo na forma de cinza da biomassa do fuste de quatro clones de eucalipto em duas rotações.

Os dados apresentados nas Tabelas 2 e 3 indicam a massa de cada elemento analisado exportada na biomassa de tocos e raízes e na biomassa de fuste que compõe a cinza.

-1 -1A relação entre a quantidade de cinzas exportada por unidade de área por ano (kg ha ano ) na biomassa de tocos e raízes e a quantidade de cinzas exportada por unidade de área por ano (kg

-1 -1ha ano ) na biomassa do fuste segue reportada na Figura 4.

Clone

Rotação

-1 -1IMA (Mg ha ano )

Teor de cinzas (%)

-1 -1Cinzas (kg ha ano )

-1 -1O (kg ha ano )

-1 -1Ca (kg ha ano )

-1 -1K (kg ha ano )

-1 -1Mg (kg ha ano )

-1 -1P (kg ha ano )

-1 -1Na (kg ha ano )

-1 -1Mn (kg ha ano )

-1 -1Al (kg ha ano )

-1 -1S (kg ha ano )

-1 -1Fe (kg ha ano )

-1 -1Si (kg ha ano )

-1 -1Ti (kg ha ano )

-1 -1Cl (kg ha ano )

42,37

36,40

4,07

6,83

1,57

1,35

1,98

1,53

0,71

1,53

1,40

0,100

0,150

AEC 0144

1ª

19,1

0,395

75,5

31,99

27,48

3,07

5,16

1,19

1,02

1,50

1,16

0,54

1,16

1,06

0,076

0,113

AEC 0144

2ª

26,5

0,476

126,1

53,43

45,90

5,13

8,61

1,98

1,70

2,50

1,93

0,90

1,93

1,77

0,126

0,189

AEC 0224

1ª

21,5

0,390

83,8

35,49

30,49

3,41

5,72

1,32

1,13

1,66

1,28

0,59

1,28

1,17

0,084

0,126

AEC 0224

2ª

19,2

0,602

115,7

49,01

42,11

4,71

7,90

1,82

1,56

2,29

1,77

0,82

1,77

1,62

0,116

0,174

1ª

16,8

0,400

67,3

28,51

24,49

2,74

4,60

1,06

0,91

1,33

1,03

0,48

1,03

0,94

0,067

0,101

2ª

20,8

0,410

85,3

36,13

31,04

3,47

5,82

1,34

1,15

1,69

1,30

0,61

1,30

1,19

0,085

0,128

H77

1ª

14,9

0,136

20,3

8,59

7,38

0,82

1,38

0,32

0,27

0,40

0,31

0,14

0,31

0,28

0,020

0,030

H77

2ª

17,1

0,343

58,7

24,87

21,37

2,39

4,01

0,92

0,79

1,16

0,90

0,42

0,90

0,82

0,059

0,088

% de

massa do

elemento

nas cinzas

129


Os clones AEC 0224 e VM01 na primeira rotação e H77 na segunda rotação apresentam

quantidade de cinza exportada por hectare por ano aproximadamente iguais (próximo de 100 %

originadas tanto da biomassa de tocos e raízes quanto da biomassa do fuste. A biomassa do clone

H77 na primeira rotação apresentou quase duas vezes mais massa de cinzas na biomassa de tocos e

raízes em comparação à biomassa do fuste (186 %). Os clones que apresentaram menor relação (12 %,

33 %, 35 % e 58 %) são, respectivamente, os clones AEC 0144 na segunda rotação, AEC 0224 na

segunda rotação, AEC 0144 na primeira rotação e VM01 na segunda rotação.

A massa de cada elemento analisado (oxigênio, cálcio, potássio, magnésio, fósforo, sódio,

manganês, alumínio, enxofre, ferro, silício, titânio e cálcio) exportada nas cinzas da biomassa de tocos e

raízes e da biomassa de fuste por unidade de área por ano é uma informação que pode nortear discussões e

auxiliar tomadas de decisões, ao final de todo processo natural ou industrial da utilização da floresta, do

que, onde e como pode ser efetivamente realizado ou descartado ou até reaproveitado nas cinzas

dessas biomassas.

As características similares entre as cinzas da biomassa de tocos e raízes e da biomassa de fuste

indicam que a destinação do resíduo pode ser similar, ou seja, o que é tecnicamente indicado e na prática

executado com respeito às cinzas da biomassa do fuste, que é biomassa amplamente utilizada

comercialmente, também pode ser realizado com as cinzas da biomassa de tocos e raízes.

A análise e o estudo das propriedades químicas são muito importantes para o desenvolvimento de

processos de utilização e descarte da biomassa de tocos e raízes. As cinzas provenientes da queima de

biomassa de tocos e raízes, assim como as cinzas provenientes da queima do fuste, apresentam

similaridades em sua caracterização elementar tanto qualitativa quanto quantitativamente.


Figura 4. -1 -1Relação entre a quantidade de cinzas exportada por hectare por ano (kg ha ano ) da biomassa de tocos e fuste e da biomassa de fuste.


AGRADECIMENTOS: Ao professor Dr. Marcelo Ornaghi Orlandi responsável pelo Laboratório Interdisciplinar de Eletroquímica e Cerâmica do Centro de Caracterização e Desenvolvido de Protocolos para Nanotecnologia do Instituto de Química da UNESP de Araraquara e ao Dr. Diego Luiz Tita pelas parcerias e realização das análises.

REFERÊNCIAS

131


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11CARACTERÍSTICAS

FÍSICO-QUÍMICAS DE TOCOS

E RAÍZES DE Pinus taeda


Julio Horta Ramos

A Âmbar Energia Ltda, empresa do Grupo J&F, que exerce atividades de geração e transmissão

de energia elétrica, iniciou em Abril de 2017 um Projeto de P&D no âmbito da ANEEL (Agência

Nacional de Energia Elétrica), com o objetivo de estudar as características físico-químicas e o

potencial energético da biomassa residual de florestas clonais de eucalipto, focando,

exclusivamente, nos tocos e raízes, cujos resultados estão bem colocados neste documento.

Considerando que grandes extensões de áreas estão ocupadas por florestas plantadas de Pinus

spp., principalmente nas regiões Sul e Sudeste do Brasil, e dado o desconhecimento da

potencialidade energética dos tocos e raízes das espécies desse gênero e, não encontrando

informações consistentes na literatura com referência a estudos realizados no Brasil, definiu-se que

também seria importante conhecer as características físico-químicas e o potencial energético dos

tocos e raízes desse gênero, visando seu uso para queima direta, em forma de cavacos, para geração

de calor e energia elétrica.

Assim, estabeleceu-se a necessidade de realizar um estudo, nos moldes que se estaria

estudando, exaustivamente, com tocos e raízes de Eucalyptus spp. mas, face à falta de recursos

orçamentários do P&D, optou-se por realizar apenas um ensaio de caráter exploratório, com o objetivo

de obter tais informações, estabelecendo a marcha de secagem e avaliando o grau de deterioração da

madeira de tocos e raízes de Pinus taeda, estocados em condições de campo, fundamentais para

avaliação da sua aptidão como fonte primária de energia em processos termoquímicos.

Com este objetivo, de obter informações técnicas sobre a biomassa de tocos e raízes de Pinus

taeda, para analisar a viabilidade de implantação de uma usina termelétrica, foi autorizado pela Klabin

S.A. o arranquio dos tocos e raízes cujas análises físico-químicas foram realizadas no laboratório do

Instituto Senai de Tecnologia em Celulose e Papel (ISTCP), do SENAI - Serviço Nacional de

Aprendizagem Industrial - Departamento Regional do Paraná, Unidade de Telêmaco Borba.

A Klabin S.A. disponibilizou uma área que atendia aos fins estabelecidos e que, ao mesmo tempo,

por ter características representativas do padrão de manejo das suas florestas de Pinus taeda.

A área de amostragem foi um talhão comercial de Pinus taeda, recém-colhido (menos de um

mês), com espaçamento de 3,0 x 3,0 m, relevo suavemente ondulado, latossolo vermelho, corte raso

no 14º ano pós-plantio, sem desbastes intermediários. Para o arranquio dos tocos e raízes foi

descartada uma bordadura dupla para evitar a coleta de indivíduos maiores, diferentes do interior dos

133

Peneira

Ø 45 mm

Ø13 mm

Ø10 mm

Ø 7 mm

Ø 3 mm

Picador móvel

23,38 %

15,15 %

60,51 %

0,66 %

0,29 %

Picador fixo

10,70 %

22,59 %

64,35 %

1,80 %

0,56 %

Tabela 1. Distribuição granulométrica.

talhões, com intuito de não comprometer a amostragem.

Foram arrancados 190 tocos e raízes, separados em dois lotes amostrais, conforme descrição

abaixo:

� Bloco 01: 50 tocos e raízes, estocados em condições de campo, que foram pesados no dia

do arranquio e, depois, a cada 30 dias, até o 180º dia após o arranquio. Foram 7 pesagens dos

mesmos tocos e raízes, com a finalidade de se estabelecer a marcha de secagem.

� Bloco 02: 140 tocos e raízes, separados em 7 lotes com 20 tocos e raízes cada, que foram

cavaqueados, sendo o primeiro no �momento zero� - 1º dia após o arranquio - e os demais a cada 30

dias. Em todos os lotes foram coletadas duas amostras compostas. Os lotes não sofreram nenhum

tipo de tratamento (limpeza, lavagem, agitação, etc.) até o momento em que foram cavaqueados,

ficando expostos às condições ambientais durante todo o período.

O arranquio foi realizado com uma escavadora hidráulica de 20 toneladas, com concha padrão

para escavação, o que resultou num maior grau de contaminação dos tocos e raízes, com maior

aderência de solo, que pode ter acarretado em distorções nos resultados das análises laboratoriais.

Ressalta-se que esta contaminação prejudica a operação de cavaqueamento em função da sua alta

abrasividade, acelera o desgaste das ferramentas (facas ou martelos, dependendo do modelo do

equipamento utilizado), bem como aumenta a necessidade de manutenções, além de tornar

obrigatório o peneiramento dos cavacos antes do seu uso em caldeiras. Desta forma, são

apresentados os resultados das análises físico-químicas dos cavacos, conforme relatórios emitidos

pelo ISTCP.

RESULTADOS

A primeira amostra de cavaco, no �momento zero�, foi produzida com um picador móvel

fabricado pela CBI e as demais amostras foram realizadas em um picador fixo, marca Planalto. No

�momento zero�, também, foram produzidas amostras de cavacos com o picador fixo para efeito de

comparação de granulometria dos mesmos, apresentado na Tabela 1 e, ainda, para determinação da

análise imediata e elementar da madeira.

Os resultados da análise imediata revelaram o teor de carbono fixo - 17,40 %, teor de materiais

voláteis - 81,53 % e de cinzas - 1,07 %. Para a análise elementar da madeira observou-se o teor de

carbono (C) - 32,03 %, hidrogênio (H) - 7,67 % e oxigênio (O) - 52,95 %.


Estes dados têm um efeito ilustrativo, pois na prática pode-se regular os equipamentos de tal

modo que atendam as especificações granulométricas desejadas para os cavacos a serem

produzidos, considerando o tipo de caldeira, por exemplo.

-Neste ensaio a densidade básica da madeira de tocos e raízes de Pinus taeda foi de 0,29 g cm ³.

Ainda, foi avaliada a densidade aparente do cavaco pois é um fator impactante no transporte do

material e pode ser influenciada pela queda do teor de extrativos e solubilidade em hidróxido de

sódio, que representa perda de massa do material por volatilização, no caso de extrativos e por

degradação microbiológica (mineralização da matéria orgânica). Pelos resultados apresentados na

Tabela 2, observou-se que aos 60 dias ocorreu um incremento na densidade aparente do material.

No caso das análises de umidade, verificou-se uma variação de 30 a 70 %, porém, a tendência

é entrar em equilíbrio com o ambiente e é esperada a redução da umidade no material com o passar

do tempo. No entanto, por influência do meio (precipitação pluviométrica, principalmente), pode

ocorrer aumentos pontuais na umidade, como observado na Tabela 2, mas que, cessada a condição,

retorna ao patamar anterior de umidade.

Densidadeaparente

- (g cm ³)

01

0,180

30

0,170

60

0,200

90

0,160

120

0,147

150

0,135

180

0,134

Tabela 2. Marcha de secagem e densidade aparente.

Umidade(%)

40,96 42,20 39,28 22,66 20,68 19,73 31,47

Quanto maior o tempo de estocagem dos tocos e raízes no campo, sujeitos às intempéries,

maior é a sua degradação. Mesmo com a redução de umidade, supõe-se que a população de

microrganismos ainda permaneça grande e, como consequência, pode causar este aumento da

degradação da matéria orgânica. Conforme a Tabela 3, o leve aumento no teor de cinzas no 180º dia

pode ter sido influenciado pela amostragem ou mesmo pelas condições do meio de estocagem em

função das condições climáticas, como se constatou no aumento da umidade dos cavacos.

As variações dos teores de cinzas da queima da madeira podem ser atribuídas à incorporação

de porções de solo (materiais inorgânicos) aos cavacos. Para este ensaio, confirmou-se a

contaminação dos tocos e raízes durante o manuseio, e os diferentes teores de cinzas observados

deve-se aos diferentes graus de contaminação das amostras. Com o passar do tempo observou-se

uma certa redução da contaminação, provavelmente, em função das chuvas, que de uma certa forma

podem ter lavado os materiais.

SOLUBILIDADE, EXTRATIVOS TOTAIS E CINZAS

Dias

135


Solubilidade em água quente (%)

Solubilidade em hidróxido de

sódio 1% (%)

Extrativos totais (diclorometano,

acetona e água quente) (%)

Cinzas (%)

01

6,42

ND

ND

1,07

30

ND

9,93

5,02

1,54

60

ND

10,47

4,82

1,55

90

ND

17,23

4,25

0,62

120

ND

10,16

3,49

0,51

150

ND

11,82

3,08

0,45

180

ND

13,29

3,35

0,92

ND = análise não realizada.

Tabela 3. Resultados das análises de solubilidade, extrativos totais e cinzas dos cavacos.

Considerando as variações intrínsecas dos materiais envolvidos, fica evidente que há uma

tendência de incremento no poder calorífico útil ao longo do tempo, estando diretamente

relacionado à redução da umidade. Entretanto, após um determinado período, esta tendência pode

se reverter para a redução do poder calorífico, muito provavelmente devido à ação de

microrganismos que degradam a matéria prima e também à redução de extrativos, que volatilizam

com o passar do tempo.

De modo geral, os tocos e raízes de Pinus taeda analisados podem ser utilizados para geração -1de energia, pois possuem poder calorífico superior na ordem de 4600 kcal kg semelhante a energia

fornecida por madeiras de Eucalyptus citriodora e Eucalyptus cloeziana. Sabe-se que para melhor

rendimento energético, a umidade da madeira deve estar abaixo de 25 %, o que ocorreu após 90

dias da amostragem.

Na Tabela 4, alguns pontos fora da linearidade da variável, podem ser creditados às possíveis

condições das amostragens, tais como diferenças entre indivíduos, umidade atmosférica,

exposição a intempéries e ao grau de contaminação das amostras pelo solo.

PODER CALORÍFICO

Dias


Dias

01

30

60

90

120

150

180

PCS-1 -1MJ kg (kcal kg )

18,94 (4523)

18,41 (4396)

18,54 (4429)

19,38 (4627)

19,04 (4546)

20,50 (4895)

19,34 (4619)

PCI-1 -1MJ kg (kcal kg )

17,6 (4199)

17,1 (4072)

17,2 (4105)

18,0 (4303)

17,7 (4222)

19,1 (4571)

18,0 (4295)

Tabela 4. Resultados de poder calorífico dos cavacos.

Realizou-se uma série de pesagens de tocos e raízes armazenados separadamente para este

fim (Bloco 01 - 07 lotes), com as quais pode-se entender um pouco do comportamento da secagem

deste tipo de biomassa, quando armazenada em condições de campo, conforme apresentado na

Tabela 5.

PESO DOS TOCOS E RAÍZES

01 30 60 90 120 150 180

Tabela 5. Resultados da pesagens dos tocos e raízes.

72,00

(39,13)

-1kg toco

(%)

184,00

(100,00)

135,11

(73,43)

108,89

(59,18)

87,56

(47,58)

60,89

(33,09)

58,22

(31,64)

PCU-1 -1

MJ kg (kcal kg )

9,4 (2233)

8,8 (2100)

9,4 (2256)

13,4 (3192)

13,5 (3225)

14,9 (3551)

11,5 (2755)

Dias

137


Pode-se utilizar o PCS, PCI ou PCU como base para os cálculos que definirão o melhor momento

para cavaquear os tocos e raízes e transportá-los para o local de consumo. O transporte sempre deve

ocorrer após o peneiramento dos cavacos, essencial para reduzir o grau de impureza mineral.

Independentemente de outras características da biomassa, são importantes para estes cálculos, de

PCI e de PCU, os teores de hidrogênio e de umidade.

Ademais, a densidade básica da madeira dos tocos e raízes (Db) e a densidade aparente dos

cavacos (Da) que, em combinação com a umidade de cavacos, são informações básicas para se

quantificar o peso seco do metro cúbico de cavaco. Obtido este, calcula-se o poder calorífico útil -3(PCU) contido em metro cúbico (MJ m ) e daí se calcula o PCU por tonelada de cavaco, base seca,

conforme a Tabela 6.

Dias

VariávelUnidade

Db-3(g cm )

Da-3(g cm )

U(%)

PCS-1(MJ kg )

PCS-1(kcal kg )

PCI-1(MJ kg )

PCI-1(kcal kg )

PCU-1(MJ kg )

PCU-1(kcal kg )

Tabela 6. Caracterização da biomassa de tocos e raízes de Pinus taeda.

01

0,29

0,18

40,96

18,94

4523

17,6

4203

9,4

2245

30

ND

0,17

42,20

18,41

4397

17,1

4084

8,8

2101

60

ND

0,20

39,28

18,54

4428

17,2

4108

9,4

2245

90

ND

0,16

22,66

19,38

4628

18,0

4299

13,4

3200

120

ND

0,15

20,68

19,04

4547

17,7

4227

13,5

3224

150

ND

0,14

19,73

20,50

4896

19,1

4562

14,9

3558

180

ND

0,13

31,47

19,34

4619

18,0

4299

11,5

2746

CONSIDERAÇÕES SOBRE LOGÍSTICA DE TRANSPORTE DE CAVACOS


De acordo com a capacidade de carga das composições de transporte, usualmente

encontradas no mercado e, considerando os resultados obtidos durante a secagem dos tocos e

raízes até o momento do cavaqueamento, foi elaborada a Tabela 7, que apresenta a influência do

PCU no conteúdo de energia por tonelada transportada.

Tabela 7.

Conforme os dados apresentados, para tocos e raízes de Pinus taeda, nas condições em que

foi realizado o ensaio exploratório, o tempo ideal de estocagem no campo foi de 90 dias, quando se

observa o maior conteúdo de energia por viagem e, consequentemente, tem-se o menor custo de

frete por unidade de energia, independente do tamanho do veículo utilizado.

Dias

-1m³ carga

90

120

150

180

200

01

-1t carga

30 60 90 120 150 180

16,2(152.280)

21,6(203.040)

27,0(253.800)

32,4(304.560)

36,0(338.400)

15,3(134.640)

20,4(191.760)

25,5(224.400)

30,6(269.280)

34,0(299.200)

18,0(169.200)

24,0(225.600)

30,0(282.000)

36,0(338.400)

40,0(376.000)

14,4(192.960)

19,2(257.280)

24,0(321.600)

28,8(385.920)

32,0(428.800)

13,2(178.605)

17,6(238.140)

22,1(297.675)

26,5(357.210)

29,4(396.900)

12,2(181.035)

16,2(241.380)

20,3(301.725)

24,3(362.070)

27,0(402.300)

12,1(138.690)

16,1(184.920)

20,1(231.150)

24,1(277.380)

26,8(308.200)

Peso seco calculado e conteúdo energético das cargas conforme o volume a ser

transportado.

139


12PIRÓLISE DE TOCOS E RAÍZES

DE EUCALIPTO

Juan Miguel Mesa Pérez

Juliana Pedrozo Ribeiro

Robson Cristiano Martins

MERCADOS E PRODUTOS POTENCIAIS A PARTIR DA PIRÓLISE DE BIOMASSA

Os produtos primários da biomassa são o bio-óleo (fração combustível), extrato-ácido (fração

aquosa não combustível) e carvão (cinzas + carbono). Para cada aplicação é preciso novas

operações unitárias para padronizar e adequar o produto almejado. Na Figura 1, são apresentados

exemplos de produtos desenvolvidos para aplicações específicas, como por exemplo: bio-óleo +

aditivos � biomassa padronizada líquida � BPL para uso combustível. Mistura de carvão e bio-óleo

para produção de briquetes para uso siderúrgico e doméstico. Extrato ácido fracionado como

herbicida, repelente, etc.

Foi realizada pela Bioware uma avaliação de desempenho de tocos e raízes de clones de

eucalipto para produção de: bio-óleo combustível, carvão e ácidos orgânicos biodegradáveis.


Figura 1. Etapas de transformação de biomassa pelo processo de pirólise.

Matéria Prima

Processo

Tecnologia

Produtos Primários

Padronização

Produtos para Comercialização

AplicaçõesIndustriais

Biomassa

Pirólise

Leito Fluidizado

CarvãoBio-óleo Extrato Ácido

Aditivos

BiomassaPadronizadaLíquida (BPL)

CarvãoPadronizado de

Alta Performance(CAP)

Ácidos OrgânicosBiodegradáveis

(BOA)

Óleo BPFÓlea IA

Gás NaturalDiesel

SiderurgiaChurrasco

HerbícidaRepelenteRedutor pHInseticida

Separação H O²

141


Experimentos em unidade piloto SIVOBI-P-30 foram conduzidos visando definir as condições

operacionais mais interessantes para a obtenção desses produtos a partir dos tocos e raízes de

eucalipto. A partir dos dados técnicos avaliaram-se os parâmetros econômicos e financeiros com o

intuito de identificar alternativas viáveis para agregar valor a cadeia de extração dos tocos e raízes. O

uso dos produtos combustíveis tem por objetivo a produção de energia térmica em forma de gases ou

vapor para a geração de energia elétrica. A forma de disponibilizar a energia térmica dependerá do

ciclo escolhido para gerar eletricidade.

� Ciclo Rankine;

� Ciclo Combinado;

� Turbina a gás.

Umidade (%) b.u.

Voláteis (%) b.s.

Carbono fixo (%) b.s.

Cinzas (%) b.s.

Diâmetro de partículas médio (mm)

-Densidade a granel (kg m ³)

Celulose (%)

Hemicelulose (%)

Lignina (%)

4,03

80,21

16,74

3,05

0,5

212,6

43,0

10,7

34,9

8,68

80,66

15,56

3,78

0,3

283,5

54,2

3,2

35,9

AEC 0144 VM01

A biomassa é constituída por uma mistura de matéria inorgânica e orgânica. Entre as

inorgânicas destacam-se a umidade e as cinzas. O material orgânico é composto pelo carbono fixo

que no processo de pirólise, como seu nome indica, fica fixo no carvão.

O material volátil é transformado durante a pirólise em vapores e gases, que definem o

rendimento em líquido e gases no processo. Porém, na prática, parte dos voláteis ficam no carvão e o

teor de gases produzidos depende do agente de fluidização usado e da análise elementar da

biomassa.

Tabela 1. Características dos clones.

ACONDICIONAMENTO E CARACTERIZAÇÃO DA BIOMASSA

As primeiras operações realizadas com os tocos e raízes de dois clones de eucalipto (AEC 0144

e VM01), cultivados em segunda rotação, foram: secagem, trituração, moagem e armazenamento,

com o intuito de garantir parâmetros fluidodinâmicos no reator de pirólise compatíveis com o diâmetro

da areia utilizada como composto inerte no leito.

Algumas características dos clones foram determinadas após as operações unitárias, e estão

descritas na Tabela 1.


b.u. � base úmida; b.s. � base seca

Figura 2. Fluxograma da planta de pirólise.

LIGNINA, CELULOSE E HEMICELULOSE

As biomassas lignocelulósicas são compostas principalmente por celulose, lignina e

hemicelulose. A celulose é um polímero de glicose unido por ligações glicosídicas resistentes à

hidrólise. Quando degradada quimicamente a partir da pirólise, são formados compostos ácidos,

água e açúcares (levoglucosan). Hemicelulose é um polímero de baixa massa molecular composta

por glicose, xilose, entre outros açúcares, e apresenta menor grau de polimerização. A lignina é uma

substância hidrofóbica, amorfa e composta principalmente por polímeros aromáticos. A lignina

favorece a produção de carvão e da lignina pirolítica, parte majoritária do BOP (bio-óleo pesado

combustível) junto com componentes fenólicos de caráter ácido (OASMAA et al., 2015).

A diferença entre os clones está nas porcentagens de celulose e hemicelulose, já os resultados

de lignina estão próximos para as biomassas, então se espera que o rendimento de carvão seja

similar, porém a composição dos líquidos será diferente.

ESTUDO DO RENDIMENTO DOS PRODUTOS DA PIRÓLISE

Os tocos e raízes de ambos os clones foram pirolisados em planta piloto da BIOWARE modelo

SIVOBI-P-30 (Figura 2).

143


-1A unidade de pirólise contínua possui capacidade de processar 30 kg h . Uma vez

acondicionada e armazenada a amostra, a mesma é alimentada de forma manual ao silo, que na parte

interior apresenta um agitador e no fundo a rosca alimentadora que injeta a amostra no reator de

pirólise na parte superior da areia usada como leito.

O início da operação consiste no aquecimento da areia mediante resistência elétrica. A areia

quente é fluidizada com ar proveniente de um ventilador centrífugo até conseguir perfis de temperatura

próximos a 500 ºC em regime estacionário. Após, inicia-se a alimentação da biomassa sendo sua vazão

e a de ar ajustadas de forma planejadas, a fim de manter a temperatura no reator constante.

No interior do reator de pirólise a amostra é transformada em gases (CO, CO , CH , N , etc.), 2 4 2

vapores (água, ácidos, compostos fenólicos) e sólidos (carvão + cinzas), que são arrastados do

reator. O primeiro equipamento de separação é o ciclone, projetado para separar os sólidos (carvão +

cinzas) dos vapores e gases.

Os gases e vapores da pirólise passam por um trocador de calor, por contato indireto com

água, onde parte dos vapores condensam e separam-se pela parte inferior do equipamento. Os

líquidos separados (fração leve) ao escoarem pelo corpo do trocador entram em contato com os

vapores e gases da pirólise reduzindo a temperatura por contato direto. Os vapores não separados

no trocador de calor são sugados por uma centrífuga que separa as neblinas por efeito combinado de

coalescência e impacto. Os gases restantes são queimados na câmara de combustão e

lançadosjogados ao meio ambiente pela chaminé (MESA-PÉREZ, et al., 2006).

As condições experimentais para a produção das amostras de bio-óleo leve (BOL), pesado

(BOP) e carvão foram:

� Temperatura no reator: 450 a 550 °C;

� Tempo de residência das partículas: 1,5 a 2,5 segundos; e

� Relação ar/biomassa: 0,75 Nm³ (ar) / kg (biomassa).

Os rendimentos dos produtos da pirólise dos clones (base úmida da biomassa alimentada no

reator) estão apresentados na Tabela 2.

Tabela 2. Rendimentos dos produtos da pirólise

Produtos da pirólise

Carvão (%)

BOL (%)

BOP (%)

Gases + perdas (%)

Teste 450 °C

19,65

28,90

26,01

25,44

Teste 550 ºC

18,06

24,13

23,09

34,72

Teste 450 ºC

16,88

26,35

21,08

35,69

Teste 550 ºC

18,35

20,60

21,10

39,95

AEC 0144 VM01


O rendimento dos gases foi determinado por diferença, considerando as perdas no processo

associadas às incrustações de material nas paredes de equipamentos e tubulações, as quais não são

quantificadas.

Ao aumentar a temperatura da pirólise, favoreceu a produção de gases e a diminuição dos

rendimentos líquidos.

A fração líquida da pirólise de biomassa pode ser classificada como: fração aquosa (não

combustível) e fração viscosa (combustível). A proporção em massa de cada fração depende da

composição química da biomassa. Quando o teor de celulose é alto se favorece a fração aquosa não

combustível. A fração combustível é favorecida por altos teores de lignina.

CARVÃO

Os resultados das análises físico-químicas realizadas nos carvões obtidos em cada um dos

clones são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3. Características do carvão de pirólise obtido em diferentes temperaturas.

Voláteis (%) b.s

Cinzas (%) b.s

Carbono fixo (%) b.s

Carbono (%)

Hidrogênio (%)

Nitrogênio (%)

Oxigênio (%)

Poder calorífico -1inferior (kcal kg )

Dpi médio (mm)

Densidade -(kg m ³)

Durante a pirólise, as cinzas se concentram no carvão na proporção de, aproximadamente, 5 vezes o seu valor

inicial na biomassa. Na medida em que o teor de cinzas aumenta, a qualidade do carvão para uso combustível

fica comprometida, sendo assim, indicada a aplicação do carvão como condicionador de solo. (MESA-PÉREZ

et al., 2009).

AEC 0144 450 ºC

29,58

22,74

47,68

63,40

2,98

0,50

10,38

5.623

0,17

143

22,72

28,58

48,70

66,27

2,81

0,61

1,73

6.120

0,13

179

34,03

19,11

46,85

62,47

3,40

0,39

14,63

5.516

0,16

209

29,68

14,74

55,44

66,98

2,24

0,53

5,05

5.892

0,22

231

AEC 0144 550 ºC

VM01450 ºC

VM01550 ºC

145


BIO-ÓLEO

O bio-óleo é composto fundamentalmente por compostos fenólicos e em menor proporção

por ácidos carboxílicos nas biomassas tradicionais como serragem, bagaço, palhas, capim, etc.

Esses compostos oxigenados são responsáveis pelo menor poder calorífico do bio-óleo em relação

aos derivados de petróleo. A seguir, na Tabela 4, estão apresentados os valores das análises físico-

químicas do bio-óleo (BRIDGHWATER, 2012).

Carbono (%)

Hidrogênio (%)

Nitrogênio (%)

Oxigênio (%)

Poder calorífico -1inferior (kcal kg )

Índice de acidez-1)(mg KOH g

-1Água (% m m )

Densidade (kg m-³)

Viscosidade cP (40 °C)

Tabela 4. Análises físico-químicas do bio-óleo.

O bio-óleo combustível apresenta na sua composição química elementar aproximadamente

40 % de oxigênio, o qual favorece a queima mais eficiente em menor volume de gases de combustão.

Os baixos teores de nitrogênio e enxofre diminuem a possibilidade de contaminação.

O bio-óleo combustível derivado de biomassa apresenta em média um PCI de 5.000 � -15.300 kcal kg . O seu uso como combustível é um fato, porém é necessário o ajuste das condições

operacionais para assegurar uma operação estável.

As densidades dos bio-óleos são similares entre si. Ao passo que, as viscosidades

apresentam distinção: em ambos os clones a viscosidade do bio-óleo aumentou com o incremento

da temperatura de processo, possivelmente pela menor volatilização dos compostos leves,

concentrando os compostos mais aromáticos, o que remete ao aumento da viscosidade. Existe uma

dependência marcada da viscosidade do bio-óleo com a temperatura em todas as análises para os

clones AEC 0144 e VM01. Essa situação favorece a aplicação combustível do material na fase de pré-

aquecimento (DIEBOLD, e CZERNIK, 1997). Os principais compostos do bio-óleo são apresentados

nas Tabelas 5 e 6.

AEC 0144 450 ºC

51,26

6,7

0,25

41,79

4.580

160

14,4

1.314

95,0

52,08

6,64

0,34

40,94

4.660

330

13,7

1.380

238,4

51,66

5,90

0,22

42,22

4.365

246

10,2

1.342

171,3

54,16

6,43

0,28

39,13

4.833

133

10,3

1.310

243,5

AEC 0144 550 ºC

VM01450 ºC

VM01550 ºC


Tabela 5.

Principais compostos do BOP a 450 °C e 550 °C para o clone AEC 0144.

450 °C 550 °C

AEC 0144

Tabela 6.

450 °C 550 °C

VM01

Composto

Beta. -D-Glucopyranose, 1,6-Anydro.

Phenol, 2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)

2,2-Dimethoxybutane

3,5-Dimethoxyacetophenone

Ethanone, 1-(2,3,4-trihydroxyphenyl)

%

75,25

4,95

4,38

1,99

1,67

Compostos

Beta.-D-Glucopyranose, 1,6-Anydro

Phenol, 2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)

3,4-Altrosan

Phenol, 2,6-dimethoxy

1,2,4-Trimethoxybenzene

%

18,96

14,84

7,26

9,41

12,47

Compostos

Beta.-D-Glucopyranose, 1,6-Anydro

(Levoglucosan)

Furfural

Phenol, 2,6-dimethoxy (Seringol)

3,5-Dimethoxy-4-hydroxytoluene

(Seringol)

Phenol, 2,6-dimethoxy-4-

(2-propenyl)

%

15,67

10,17

7,80

9,08

7,78

Compostos

Furfural

Phenol, 2,6-dimethoxy (Seringol)

1,2,4-Trimethoxybenzene

(Pseudocumeno)

Phenol, 2-methoxy (Guaiacol)

2(5H)-Furanone

%

14,16

10,81

8,88

8,16

7,42

Principais compostos do BOP a 450 °C e 550 °C do VM01.

147


O bio-óleo é composto majoritariamente por metoxi-fenol, substância de caráter ácido

derivado da lignina. O levoglucosano é um produto obtido em clones com maior teor de celulose,

sendo uma substância obtida em processos de pirólise a baixas temperaturas (400 � 450 °C).

EXTRATO ÁCIDO

O BOL tem baixo teor de carbono e alto teor de oxigênio o que remete a um baixo PCI. Essas

características limitam seu uso de forma integral como combustível, todavia, a separação do extrato

ácido e da água via destilação permite aumentar o rendimento do BOP e por consequência o PCI.

A seguir, na Tabela 7, estão apresentados os valores das análises físico-químicas do extrato

ácido para cada um dos clones. Os principais compostos encontrados no extrato ácido são

apresentados nas Tabelas 8 e 9.

Tabela 7. Análises físico-químicas do extrato ácido.

Carbono (%)

Hidrogênio (%)

Nitrogênio (%)

Oxigênio (%)

Índice de acidez-1 (mg KOH g )

-1Água (% m m )

Densidade -(kg m ³)

AEC 0144 450 ºC

15,50

9,29

0,07

75,14

102

78,1

1.077

25,72

8,82

0,23

65,85

400

59,4

1.136

16,45

8,89

0,10

74,56

162

70,5

1.090

19,37

7,99

0,23

72,41

186

62,5

1.103

AEC 0144 550 ºC

VM01450 ºC

VM01550 ºC


Tabela 8. Principais compostos do extrato ácido.

Tabela 9. Principais compostos do extrato ácido.

450 °C 550 °C

AEC 0144

Compostos

Furfural

2(5H)-Furanone

Glycerin

Propanoic acid, 2-oxo-ethyl Ester.

Succindialdehyde

%

15,03

12,42

10,11

8,77

7,36

Compostos

Furfural

2(5H)-Furanone

Glycerin

2-Butanone 1-(acetyloxy)-

2-Furancarboxaldehyde 5-methyl

%

23,92

7,64

17,68

11,35

5,45

450 °C 550 °C

VM01

Compostos

Beta-D-Glucopyranose, 1,6-Anydro

Glycerin

Phenol, 2,6-dimethoxy � (Seringol)

2-Cyclopenten-1-one 3-(acetyloxy)-

Ether, 3-butenyl propyl.

%

87,00

2,61

1,04

1,78

1,16

Compostos

Glycerin

Phenol, 2,6-dimethoxy � (Seringol)

D-Allose

5-Hydroxymethylfurfural

Furfural

%

10,90

9,28

7,39

6,70

6,45

149


O conhecimento da composição química do extrato ácido permite o isolamento de compostos

químicos de alto valor agregado, tais como: siringol, guaiacol, levoglucosano, entre outros usados na

indústria de alimentos, agricultura e cosméticos. O uso combustível dos produtos da pirólise é a pior

opção econômica, porém é o mercado com maior potencial na atualidade. A abertura do mercado para

insumos químicos terá de ser aprimorada para garantir taxas de retorno mais interessantes nos

investimentos e competitividade da tecnologia em relação aos derivados de petróleo.

GASES

A seguir, na Tabela 10, são apresentadas as análises da composição química e PCI dos gases

da pirólise para os clones AEC 0144 e VM01.

Tabela 10. Composição química dos gases da pirólise.

Hidrogênio (%)

Oxigênio (%)

Nitrogênio (%)

Monóxido de carbono (%)

Dióxido de carbono (%)

Metano (%)

Etano (%)

Etileno (%)

Propano (%)

Butanos (%)

-1Massa molar (kg kmol )

-3PCI real a 20ºC (kcal m )

-3Densidade abs. real a 20 ºC (kg m )

-3Índice de Wobbe real a 20 ºC (MJ m )

AEC 0144 VM01

550 °C

6,88

2,09

52,20

23,38

35,16

4,38

0,29

0,68

0,67

0,09

28,19

1328,33

1,17

6,03

450 °C

1,10

1,36

35,38

18,52

14,19

2,35

0,20

0,23

0,80

0,03

33,27

1102,67

1,39

4,48

550 °C

1,82

0,74

27,88

21,67

42,27

3,96

0,33

0,31

0,95

0,06

34,04

1267,00

1,42

5,15

450 °C

1,63

1,54

57,32

15,28

20,40

2,66

0,21

0,25

0,67

0,03

30,72

889,25

1,28

3,81


O alto teor de nitrogênio dos gases para todos os clones é justificado por se tratar da pirólise

oxidativa. Embora o PCI não seja alto, caracterizando um gás pobre, o seu uso para processos de

secagem da biomassa é interessante já que o mesmo contém aproximadamente 30 % da energia

primária da biomassa.

Na Tabela 12, estão as porcentagens da energia útil retida no bio-óleo e carvão da pirólise. A

diferença de energia não quantificada corresponde com a energia dos gases da pirólise.

Tabela 11. Energia primária em 1 tonelada por clone e dos produtos da pirólise.

Tabela 12. Rendimento de aproveitamento energético dos produtos da pirólise.

ENERGIA PRIMÁRIA DOS PRODUTOS DA PIRÓLISE

Na Tabela 11 são explicitados os valores de energia primária dos AEC 0144 e VM01 e dos

produtos combustíveis após a pirólise.

1,10 1,11 1,20 1,08 0,93 0,92 1,08 1,02

AEC 0144-1

3,6 Gcal t

VM01-1

2,9 Gcal t

Carvão-1

Gcal t

BOP-1

Gcal t

Carvão-1

Gcal tBOP

-1Gcal t

450 °C 450 °C 450 °C 450 °C 550 °C 550 °C 550 °C 550 °C

30,56 30,83 33,33 30,00 32,07 31,72 37,24 35,17

AEC 0144 VM01

CarvãoRAE C

BOPRAE BOP

CarvãoRAE C

BOPRAE BOP

450 °C 450 °C 450 °C 450 °C 550 °C 550 °C 550 °C 550 °C

Rendimento energético (%) (base 1 tonelada por clone)

151


A partir da determinação da energia primária, os resultados para as duas temperaturas de trabalho

para o AEC 0144 são bem próximos, 30 % da energia primária preservada no carvão e 30 % no bio-óleo.

Para o VM01, para o carvão 32 % e aproximadamente 35 % para o bio-óleo. Recuperando um total de

aproximadamente 60 % da energia primária contida na biomassa para o AEC 0144 e 70 % para o VM01.


Foi possível caracterizar os processos e as tecnologias visando levantar dados consistentes

para licença ambiental, estabelecimento de normas de segurança, atendimento à regulação e registro

de produtos nos órgãos competentes, e também, uma obrigação antes da implementação de

qualquer tecnologia.;

O uso de tocos e raízes de clones de eucalipto é viável para a produção de combustíveis

renováveis, que podem substituir parcial ou totalmente derivados de petróleo. Porém, a diferença na

natureza química dos produtos da biomassa quando comparado com os derivados de petróleo

implica na necessidade de investimentos para adequação da infraestrutura, tipo de materiais e

condições operacionais existentes para os derivados de petróleo.

A geração de eletricidade usando combustível renovável terá competitividade se for garantido

que o preço da unidade de energia no novo combustível seja menor que o valor de mercado da

unidade de energia do combustível fóssil, assim como comprovado o desempenho na operação e na

garantia de qualidade. Ou seja, a transformação via pirólise só se justifica quando o combustível a ser

substituído é líquido ou gasoso, sendo gás natural ou derivado de petróleo.


REFERÊNCIAS

153


BRIDGWATER, A. V. Upgrading biomass fast pyrolysis liquids. Environ. Prog. Sustainable Energy, v. 31, n. 2, p. 261-268. doi:10.1002/ep.11635. 2012.

Diebold, J. P. and Czernik, S. Additives to Lower and Stabilize the Viscosity of Pyrolysis Oils During Storage. Energy and Fuels, v.11, n. 5, p. 1081-1091. DOI: 10.1021/ef9700339. 1997.

Mesa-Pérez J.M. et al. 2006. Transformações químicas dos componentes da biomassa. In: CORTEZ, L A. B. (Org.). Tecnologias de Conversão de biomassa. 2 ed. Campinas: Editora da Unicamp. 2006.

MESA-PÉREZ J. M et al. Aplicação dos Produtos da Pirólise Rápida de Biomassa como Fertilizante Natural. In. LAPIDO- LOUREIRO, F. E.; MELAMED, R; FIGUEIREDO NETO, J. Fertilizantes: Agroindústria e sustentabilidade. Rio de Janeiro: Editora CETEM, 2009. Oasmaa A. et al. Norms, standards, and legislation for fast pyrolysis bio-oils from lignocellulosic biomass. Energy Fuels. V. 29, p. 2471-2484, 2015. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5b00026. 2015.

13POLÍTICA E LEGISLAÇÃO NO

CASO DOS TOCOS E RAÍZES

PARA BIOENERGIA

Rafaela Prosdocini Parmeggiani

Júlia Ifanger Faria

Luiz César Ribas

PANORAMA POLÍTICO BIOENERGÉTICO

A colheita sustentável de floresta para produção de bioenergia depende de condições

específicas de cada país, e também das prioridades políticas e econômicas de cada região. Alguns

países europeus possuem recomendações gerais quanto ao mapeamento de todas as

características que possam contribuir para o manejo sustentável de biomassa florestal para

bioenergia, como, por exemplo, a necessidade de se fazer uma classificação da sensibilidade do

local em função do tipo de solo, tipo de floresta, fertilidade do solo, produção de madeira,

compactação do solo e declividade (RÖSER et al., 2010).

Além de toda caracterização estrutural citada acima, segundo os mesmos autores, também

deve ser considerada a intensidade de procedimentos que serão executados na área como o número

de arranquios de tocos que serão feitas durante a rotação, qual tipo de arranquio, se algum material

será deixado no campo, a distribuição espacial do material deixado no campo, utilização de

fertilização para compensar a exportação e a fertilização adicional em função da estação ou estágio

de desenvolvimento da vegetação.

Como pode-se observar, as questões citadas acima são de certa maneira simples, no entanto,

requerem um cuidado particular principalmente na manutenção da qualidade do solo, e no caso do

Brasil, que possui características promissoras para o desenvolvimento e produção de bioenergia de

biomassa florestal, é necessário que se crie uma rede de pesquisa, na qual sejam fomentados

estudos sobre sustentabilidade florestal com informações que venham a contribuir com o

desenvolvimento da economia e do próprio setor florestal.

As diferenças decorrentes de uma possível substituição de planta energética baseada em

combustíveis fósseis por uma baseada em bioenergia, especificamente, proveniente da biomassa

florestal, são consideráveis e implicam na tomada de decisões políticas (ORTIZ et al., 2016).

No contexto do desenvolvimento sustentável brasileiro, em específico, o uso adequado de

florestas energéticas, bem como de seus subprodutos, a exemplo dos tocos e raízes, também para uso

na energia, e mesmo os resíduos deste processo, ou seja, as cinzas da madeira, se fazem desejáveis.


Em função deste cenário introdutório e preliminar, serão abordados alguns temas deste

processo a fim de se proporcionar uma visão panorâmica das possibilidades legais, dentro do escopo

das necessidades do setor bioenergético, em termos das regulamentações e diretrizes quanto ao

tratamento adequado, de modo especial, das cinzas de tocos e raízes.

EVOLUÇÃO HISTÓRICA DAS QUESTÕES AMBIENTAL E ENERGÉTICA: BREVE HISTÓRICO DAS CONFERÊNCIAS MUNDIAIS SOBRE DESENVOLVIMENTO, AMBIENTE E MUDANÇAS CLIMÁTICAS

No ano de 1968 foi fundado o Clube de Roma com o propósito de se discutir mundialmente, em

consequência de diversas questões sociais, econômicas e ambientais trazidas após o período da

Revolução Industrial, temas tais como política, economia internacional, ambiente e desenvolvimento.

Iniciava-se, assim, a reorientação da ação humana não mais sob a ótica do crescimento

econômico propriamente dito, mas sim, daquilo que um pouco mais adiante acabou se configurando

como �desenvolvimento sustentável�.

Isso porque, nos idos de 1972, o Clube de Roma encomendou junto ao Instituto de Tecnologia

de Massachusetts (MIT) um documento intitulado �Os Limites do Crescimento� (também conhecido

como Relatório do Clube de Roma ou Relatório Meadows).

Já o termo �desenvolvimento sustentável� foi definido no Relatório Brundtland (ou,

alternativamente, Nosso Futuro Comum), a partir da realização da Conferência de Estocolmo sobre o

Ambiente Humano, em 1972, realizado pela Organização das Nações Unidas, como sendo �o

desenvolvimento que satisfaz as necessidades presentes, sem comprometer a capacidade das

gerações futuras de suprir as suas próprias necessidades�.

Além de se introduzir o conceito de sustentabilidade ao processo de desenvolvimento da

sociedade e da economia, a questão da energia também foi, a partir desta época, introduzida. Isto

porque, o Relatório da Comissão Brundtland relacionou diversas medidas a serem implementadas

por países desenvolvidos e em desenvolvimento, tais como: (i) garantia de recursos básicos (água,

alimentos, energia) a longo prazo; (ii) preservação da biodiversidade e dos ecossistemas, e; (iii)

diminuição do consumo de energia e desenvolvimento de tecnologias com uso de fontes energéticas

renováveis.

Em 1992, ou seja, 20 anos após a Conferência de Estocolmo, ocorreu, na cidade do Rio de

Janeiro, Brasil, a segunda Conferência Mundial para o Meio Ambiente e Desenvolvimento - ECO-92,

no qual importantes documentos internacionais foram firmados, como: Agenda 21; Convenção da

Biodiversidade; Convenção da Desertificação; Convenção sobre Mudança do Clima; Declaração

para a Administração Sustentável das Florestas; Declaração do Rio sobre Ambiente e

Desenvolvimento, e; Carta da Terra.

A Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças do Clima � UNFCCC (Convenção

das Mudanças Climáticas ou Convenção do Clima) introduziu, a partir da ECO-92, a preocupação

mundial com os efeitos ambientais decorrentes da emissão dos gases do efeito estufa (GEE) na

atmosfera e, com isto, acarretar possíveis alterações e impactos no sistema climático.

Um maior refinamento dos compromissos dos países desenvolvidos e em desenvolvimento,

decorrentes da Convenção do Clima, foi produzido por intermédio do Protocolo de Kyoto, realizado

na cidade de mesmo nome, no Japão, no ano de 1997, quando por ocasião da 3ª Conferência das

Partes (COP-3).

155


O Protocolo de Kyoto formatou um cronograma de redução de emissões de GEE, por parte

dos países desenvolvidos (industrializados). Para tanto, 55 países que conjuntamente fossem

responsáveis por ao menos 55 % das emissões de GEE deveriam ratificar o protocolo. Apesar dos

Estados Unidos não terem ratificado, o protocolo de Kyoto entrou em vigor em fevereiro de 2005.

Após Kyoto, do ponto de vista das mudanças climáticas propriamente ditas, uma das

conferências mais importantes foi a de Durban, África do Sul, em 2011, visto o propósito de se

discutir se o protocolo de Kyoto deveria ou não ser renovado. O evento, evitando de certa forma

entrar no mérito da renovação ou não do referido documento, acabou por formular as bases de um

acordo sobre o controle da poluição que deveria ser ratificado 4 anos depois.

Em conjunto, lançou-se naquela ocasião o Fundo Verde do Clima, com recursos da ordem de

US$ 100 bilhões, com vistas a suportar iniciativas de combate às mudanças climáticas mundiais.

De toda sorte, da reunião sobre o Protocolo de Kyoto sucederam-se outras conferências

sobre as mudanças climáticas, sendo a mais recente a de Katowice/Polônia (dezembro 2018), sendo

que a COP-24 (Polônia), se propõe a implementar um plano de ação com respeito aos

compromissos do Acordo de Paris (este firmado em 2015, em substituição aos compromissos do

Protocolo de Kyoto).

AS FLORESTAS, SEUS SUBPRODUTOS E O EFEITO ESTUFA

A relação do setor florestal, em seu aspecto geral, e dos tocos e raízes de florestas plantadas

para uso energético, em específico, com o efeito estufa decorre, inicialmente, do fato de que o

principal GEE (gás carbônico ou CO ) pode ser capturado pelas plantas por meio da fotossíntese ²sendo, dessa forma, retirado da atmosfera e transformado em biomassa.

Se for possível estabelecer uma garantia, por meio de mecanismos de verificação e

certificação, de que houve um real acúmulo de biomassa, por iniciativa do homem, retirando /

sequestrando o CO da atmosfera (dentro do conceito de compensação de emissões), também ² haveriam interessados em comprar essa �garantia� (principalmente os países industrializados)

(CONTRATOS, 2000; MANFRINATO, 2000).

Neste mesmo sentido, se houvesse a substituição das fontes energéticas (combustíveis

fósseis por fontes renováveis), também haveria um mercado potencial para comercialização de

créditos de carbono em decorrência desta substituição energética.

Para melhor se compreender esta proposta seria interessante, preliminarmente, apresentar

uma resenha do desenvolvimento histórico do mercado de sequestro de carbono e, para tanto,

poder-se-ia recorrer a autores tais como Costa (1998).

De acordo com o autor, durante Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e

Desenvolvimento (UNCED), em julho de 1992, no Rio de Janeiro, a qual contou com a participação de

155 nações, foi assinada a Convenção das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (UN-FCC), a

qual resultou em um compromisso voluntário dos países do Anexo 1 (países industrializados) de

redução de suas emissões de GEE aos níveis de 1990 até o ano 2000.

Conforme o autor, a caracterização de créditos de CO como �commodities transacionáveis� ² ainda não teria ocorrido nesta época (isto porque o usuário final dos créditos ainda tinha que investir

diretamente no seu processo de produção). O modelo de investimento também não era ainda

adequadamente desenvolvido (centrado em projetos individuais e demandando um envolvimento do

investidor desde o início até o fim do projeto).


Afirma Costa (1998) que, além disso, os investimentos (ou seus créditos) tinham pouca

liquidez, além dos aspectos técnicos (restrição de serviços profissionais especializados,

necessidade de auxílio acadêmico ou de ONG's) quanto à identificação de projetos, escolha de

parceiros, definição de necessidades de infraestrutura e treinamento, negociações com autoridades

locais, análise científica, quantificação e monitoramento de fluxos e estoques de carbono) e

econômicos envolvidos (custo de desenvolvimento do projeto).

Evidentemente que este tipo de �relação comercial� gerou insatisfação entre as partes

envolvidas. Este fato, aliado à incerteza quanto à possibilidade de transferência de créditos, reduziu a

atratividade de investimento das empresas no setor.

Como se não bastasse, os países do então Grupo dos 77 (G77) também demonstraram

insatisfação (havia a suspeita de que, através de pequenos investimentos em países em

desenvolvimento, os países industrializados tentassem evitar reduzir suas emissões de GEE na

fonte). Ainda, havia a percepção de que os países industrializados estavam comprando as melhores

oportunidades de redução das emissões (durante a fase em que os países em desenvolvimento não

tinham compromissos de redução das emissões de GEE).

Nesta mesma ocasião, o preço médio pago por créditos estava baixo, não incluindo nenhum

lucro para as empresas que implantam os projetos (inexistia um incentivo comercial para que países

em desenvolvimento participassem deste mercado).

Durante a 1ª Conferência das Partes - CoP-1 (1994), no bojo dos eventos sobre Mudanças

Climáticas, a insatisfação de modo geral redundou na recusa formal do mecanismo de

Implementação Conjunta. Como alternativa, adotou-se, na forma de projeto piloto, as chamadas

�Atividades Implementadas Conjuntamente� (com o propósito de transferir os créditos de carbono

entre países desenvolvidos e em desenvolvimento). Mais uma vez, devido à falta de incentivos

efetivos ao investidor, os resultados foram aquém dos desejados (COSTA, 1998).

Em dezembro de 1997, durante a Terceira Conferência das Partes do Clima (CoP-3), em Kyoto,

prosseguiu-se na discussão ocorrida durante a CoP-2 (Berlim/1995), sobre um acordo quanto aos

compromissos obrigatórios de redução / sequestro de emissões de GEE (decorrentes da criação de

novos impostos sobre emissões de GEE, cotas de emissões, etc.), em função dos custos elevados

que seriam acarretados aos países industrializados.

Em Kyoto, de acordo com Costa (2000), teria se dado o reconhecimento mais concreto das

atividades florestais (plantio e/ou bom manejo de florestas) como uma opção para redução das

concentrações de GEE atmosférico.

Estes países poderiam se valer, de modo a cumprir o referido compromisso, dos chamados

�Mecanismos de Flexibilização� previstos no protocolo de Kyoto:

1. Comércio de Cotas de Emissões (que permite a transferência internacional de cotas de

emissão de GEE entre países do Anexo 1);

2. Implementação Conjunta (incluindo-se, agora, somente empresas ou países do Anexo 1),

onde permite-se que dois ou mais países apresentem em conjunto seu balanço de emissão de GEE

(um país podendo se aproveitar da redução obtida pelo outro); e

3. Mecanismo de Desenvolvimento Limpo - CDM (semelhante ao mecanismo de

Implementação Conjunta, mas que permite a participação de países em desenvolvimento).

O Mecanismo de Implementação Conjunta, conforme depreende-se de Washington Novaes,

citado em WEBER (2000), poderia reduzir os financiamentos de projetos em países em

desenvolvimento.

Através do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (CDM) um país com meta de redução de

emissões prevista pela Convenção, poderia celebrar contratos de investimentos num país em

desenvolvimento (no qual o custo marginal de redução de emissões seja menor).

157


O CDM (ou MDL) permitiria que os países industrializados, maiores emissores de CO , ²�comprassem� carbono fixado nas florestas do terceiro mundo (tais florestas não poderiam ser

desmatadas para fins de retenção do carbono em folhas, tronco e raízes).

Assim, um país desenvolvido que não reduzisse sua emissão de gases poderia comprar

certificados (CDM) em quantidade suficiente para atingir a sua meta (evitando a redução do nível de

sua atividade econômica), conforme depreende-se de autores tais como Novaes (2000).

De qualquer forma, segundo Costa (2000), relativamente ao contexto florestal ainda

permanecem algumas dúvidas:

(i) se as florestas naturais e demais que poderiam vir a ser contabilizadas para fins de sequestro

de carbono em suas fases de crescimento;

(ii) se poderia haver compensação financeira para quem conserve suas florestas naturais, as

chamadas �florestas em pé� (alguns imaginam que isto poderia anular o próprio protocolo de Kyoto); e

(iii) se as áreas desflorestadas até 1990 (ou mesmo posteriores a esta data), ao se submeterem

ao reflorestamento, poderiam se beneficiar dos mecanismos financeiros para fins de sequestro do

carbono (inclusive no que concerne aos países industrializados).

Ao conceito de �florestas em pé�, dentro deste contexto, veio se somar, conforme adiante se

verificará, o conceito de REDD (Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation /

Redução das Emissões por Desmatamento e Degradação Florestal), dentro do escopo da redução

das emissões de GEE, bem como de evitar prejuízos à floresta e aos seus respectivos serviços

ambientais. O REDD representa uma evolução do conceito de "Redução Compensada de Emissões"

(RCE), surgido na COP-9, em Milão/Itália, em 2003. Isto porque, em termos das RCE´s, �países em

desenvolvimento detentores de florestas tropicais que conseguissem promover reduções das suas

emissões nacionais oriundas de desmatamento receberiam compensação financeira internacional

correspondente às emissões evitadas� .

O conceito REDD evoluiu, durante a COP-13, em Bali/Indonésia, em 2007, para REDD+, pois,

passou-se a considerar não somente o desmatamento evitado, como também, as ações visando a

conservação florestal, o manejo florestal sustentável e o aumento dos estoques de carbono em áreas

de floresta. Durante a COP-15, em Copenhague/Dinamarca, em 2009, o termo REDD+ foi reforçado e

associado à mobilização de recursos financeiros por parte dos países desenvolvidos, por intermédio

de iniciativas tais como o programa das Nações Unidas (UM-REDD), o programa Parceria de

Carbono Florestal (FCPF), do Banco Mundial, bem como projetos próprios tanto de governos

nacionais quanto do setor privado.

Desta feita, um projeto florestal REDD+ deve prever incentivos positivos de maneira com que

os países em desenvolvimento possam implementar iniciativas visando a mitigação das mudanças

climáticas por meio das seguintes estratégias: Redução das emissões derivadas de desmatamento e

degradação das florestas; Aumento das reservas florestais de carbono; Gestão sustentável das

florestas, e; Conservação florestal.


A QUESTÃO DOS TOCOS E RAÍZES PARA FINS ENERGÉTICOS DENTRO DO CONTEXTO DO ACORDO DE PARIS: USO SUSTENTÁVEL

Uma discussão sobre o uso energético dos tocos e raízes de eucalipto sob o prisma da

sustentabilidade poderia contar com várias abordagens e englobar as mais diversas facetas sociais,

econômicas, ambientais e, por que não, culturais, políticas e legais. Todavia optou-se, aqui, por

discutir o uso dos tocos e raízes de eucalipto para produção de bioenergia sob o enfoque de dois

temas contundentes e contemporâneos, quais sejam, os biocombustíveis florestais e o Acordo de

Paris.

No entanto, a devida atenção deve ser dada, por razões mais do que óbvias, em tempos de

mudanças climáticas, em termos da vinculação direta, explícita, lógica e, imaginamos nós, 1inquestionável, entre tocos, energia, biocombustíveis florestais e Acordo de Paris .

Tal documento estabelece um conjunto de decisões para dar efeito ao acordo e que

contemplam ações ambientais em termos de mitigação, adaptação, perdas e danos, finanças,

transferência e desenvolvimento de tecnologia, desenvolvimento de capacidades, transparência de

ação e apoio, balanço global e facilitação da implementação e cumprimento².

Primeiramente, conforme se é possível conceitualmente se depreender, por exemplo, do

disposto no PL 1.291 de 2015, que dispõe sobre a Política Nacional de Biocombustíveis Florestais e

dá outras providências, os tocos e raízes são considerados fontes alternativas para produção de

�biocombustíveis florestais�, quais sejam, lenha, carvão vegetal, briquetes, licor negro, etanol

celulósico, entre outros, considerados fontes estratégicas e renováveis de bioenergia.

Em segundo lugar, os tocos e raízes, enquanto fonte alternativa para produção de biocombustíveis

florestais podem, do ponto de vista de uma abordagem sustentável, ser interpretado à luz dos

principais aspectos contemplados nos compromissos assumidos pelos países Partes (países

desenvolvidos Partes, países em desenvolvimento Partes, países subdesenvolvidos Partes e países

insulares em desenvolvimento Partes) no acordo de Paris e, consequentemente, pelo Brasil, visto ser

um dos países Partes do referido acordo³ .

A vertente da sustentabilidade dos tocos e raízes de eucalipto para fins energéticos, dada sua

interface com a questão dos biocombustíveis florestais, é possível ser desenvolvida com base, portanto,

em diversos pressupostos dos documentos �Adoção do Acordo de Paris� e �Acordo de Paris�.

O documento �Adoção do Acordo de Paris�, em específico, referindo-se inclusive ao

documento �Transformando Nosso Mundo: a Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável�,

reconhece que �as mudanças climáticas representam uma ameaça urgente e potencialmente

irreversível para as sociedades humanas e para o planeta e, portanto, requer a mais ampla

cooperação possível de todos os países e sua participação numa resposta internacional eficaz e

apropriada, com vistas a acelerar a redução das emissões globais de gases de efeito estufa�.

Destaca, adicionalmente, que �serão necessárias reduções profundas nas emissões globais, a

fim de alcançar o objetivo final da Convenção� (com respeito ao que entende-se que os tocos e

raízes, em sendo fonte alternativa para a produção de biocombustíveis florestais, poderiam

perfeitamente contribuir e, com isto, endossar seu caráter de sustentabilidade) e, ainda, por cima,

perfeitamente compatível com a questão de urgência (temporal) no combate às mudanças

climáticas.

1 Ou, mais precisamente, Acordo de Paris sob a Convenção Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças do Clima.

² Quase todo o rol de ações ambientais dizem respeito à contribuição, em termos sustentáveis, do uso energético dos tocos ao efetivo, satisfatório e adequado cumprimento do Acordo de Paris.

³ Não se poderia olvidar, em termos dos compromissos ambientais (sustentáveis) do acordo de Paris, dos �parceiros não Partes�, incluindo-se os da sociedade civil, do setor privado, das instituições financeiras, das cidades e de outras autoridades subnacionais, além de voluntários, iniciativas e coalizões, aos quais o acordo de Paris se reporta.

159


Mas não é só. O uso energético, especialmente em se considerando as vantagens relativas e

comparativas, no Brasil, das florestas plantadas, e de seus subprodutos (em especial os tocos e

raízes), contribui para o atendimento de outros relevantes pressupostos dos documentos �Adoção

do Acordo de Paris� e �Acordo de Paris�, quais sejam:

i) o �acesso universal à energia sustentável em países em desenvolvimento por meio da

implantação reforçada das energias renováveis�;

ii) contribuição significativa para a redução no custo dos futuros esforços de mitigação e

adaptação;

iii) �resposta eficaz e progressiva à ameaça urgente da mudança climática com base nos

melhores conhecimentos científicos disponíveis�;

iv) �necessidades específicas e circunstâncias especiais dos países em desenvolvimento

Partes�;

v) �aumentar a capacidade de adaptar-se aos impactos adversos das mudanças climáticas e

fomentar a resiliência ao clima e o desenvolvimento de baixas emissões de gases de efeito estufa, de

uma forma que não ameace a produção de alimentos�;

vi) busca por medidas domésticas de mitigação, visando alcançar os objetivos de tais

contribuições;

vi) �acelerar, encorajar e possibilitar a inovação é fundamental para uma resposta eficaz, global

e de longo prazo às mudanças climáticas e para promover o crescimento econômico e o

desenvolvimento sustentável�.

Vale ressaltar, que o desenvolvimento de mercados de bioenergia pode trazer benefícios

econômicos como, por exemplo, a criação de mercados de biomassa residual, pode promover a

melhoria da viabilidade econômica de processos do manejo como o desbaste e a colheita, incentivar

a implantação silvicultural em áreas degradadas ou inutilizadas, a geração de emprego na produção

de biomassa, colheita, transporte e conversão em bioenergia, e, em última instância, fornecer

energia mais limpa com preço acessível (RÖSER et al., 2010).

Em paralelo, acredita-se que o uso energético dos tocos e raízes, principalmente se estiver

inserido num necessário, adequado, consistente e integrado corpo normativo⁴, contribui

incisivamente para a consecução do artigo 4, do Acordo de Paris: �atingir um pico global das

emissões de gases de efeito estufa o mais rápido possível, reconhecendo que o pico levará mais

tempo para países em desenvolvimento Partes, e para realizar reduções rápidas, posteriormente, de

acordo com o melhor conhecimento científico disponível, de modo a alcançar um equilíbrio entre as

emissões antrópicas por fontes e remoções por sumidouros de gases de efeito estufa na segunda

metade deste século, com base na igualdade e no contexto do desenvolvimento sustentável e os

esforços para erradicar a pobreza�.

Além do que, todo o rol de conhecimento gerado a partir do uso energético dos tocos e raízes

pode encontrar respaldo no disposto no parágrafo 2º, do artigo 6, do Acordo de Paris: �as Partes

devem, ao se engajar voluntariamente em abordagens cooperativas que envolvem a utilização dos

resultados de mitigação transferidos internacionalmente visando as contribuições nacionalmente

determinadas, promover o desenvolvimento sustentável e assegurar a integridade ambiental e a

transparência, incluindo em termos de governança�. Ainda que, de acordo com o parágrafo 3º, do

⁴Até porque, conforme dispõe o parágrafo 2º, do artigo 5, do Acordo de Paris, �as Partes são encorajadas a tomar medidas para implementar e apoiar, incluindo por meio de pagamentos baseados em resultados, o quadro existente tal como estabelecido na orientação relacionada e nas decisões já acordadas no âmbito da Convenção para: abordagens políticas e incentivos positivos para as atividades relacionadas à redução das emissões a partir do desmatamento e da degradação florestal, e o papel da conservação, do manejo sustentável de florestas e do reforço dos estoques de carbono das florestas nos países em desenvolvimento; e abordagens políticas alternativas, como abordagens conjuntas de mitigação e adaptação para a gestão integral e sustentável das florestas, reafirmando a importância de incentivar, conforme apropriado, os benefícios não vinculados ao carbono associados com tais abordagens�.


mesmo artigo, �a utilização dos resultados de mitigação transferidos internacionalmente para

alcançar contribuições nacionalmente determinadas no âmbito deste Acordo deve ser voluntária e

autorizada pelas Partes participantes�.

Em outro sentido, o know-how desenvolvido pela exploração florestal dos tocos e raízes para

fins energéticos, se coaduna não somente com a inovação, como também, o apoio financeiro a ser

fornecido aos países em desenvolvimento para efeitos do �fortalecimento da ação cooperativa sobre

o desenvolvimento e a transferência de tecnologias em diferentes estágios do ciclo de tecnologia,

com vista a alcançar um equilíbrio entre o apoio para a mitigação e para a adaptação�⁵. Tal

pressuposto, para fins da abordagem da sustentabilidade do uso energético dos tocos e raízes,

também se vincula ao desenvolvimento de capacidades, no âmbito ainda do Acordo de Paris. Assim,

é possível de se arquitetar uma estratégia visando �ampliar a capacidade e habilidade dos países em

desenvolvimento Partes, em particular os países com menor capacidade, tal como os países menos

desenvolvidos, e aqueles que são particularmente vulneráveis aos efeitos adversos das mudanças

climáticas, como pequenos Estados insulares em desenvolvimento, a tomar medidas efetivas sobre

as mudanças climáticas�. E, por conta disto, �facilitar o desenvolvimento, disseminação e

implantação de tecnologias, o acesso ao financiamento climático, aspectos relevantes de educação,

formação e sensibilização do público, e a comunicação transparente, em tempo hábil e exata de

informação�⁶.

ADOÇÃO DO ACORDO DE PARIS

A fim de alcançar o objetivo de longo prazo de temperatura definido no Artigo 2, as Partes têm

como objetivo atingir um pico global das emissões de gases de efeito estufa o mais rápido possível,

reconhecendo que o pico levará mais tempo para países em desenvolvimento Partes, e para realizar

reduções rápidas, posteriormente, de acordo com o melhor conhecimento científico disponível, de

modo a alcançar um equilíbrio entre as emissões antrópicas por fontes e remoções por sumidouros

de gases de efeito estufa na segunda metade deste século, com base na igualdade e no contexto do

desenvolvimento sustentável e os esforços para erradicar a pobreza.

O uso energético dos tocos e raízes também contribui para o atendimento do pressuposto

expresso neste documento, no sentido de �melhorar a provisão apoio financeiro, tecnológico e de

desenvolvimento de capacidades pelos países desenvolvidos Partes�.

A abordagem da sustentabilidade do uso para fins energéticos dos tocos e raízes, em

substituição parcial do uso de combustíveis fósseis, permite que o Brasil seja um agente ativo em

termos de seus compromissos ambientais internacionais relacionados às �Pretendidas

Contribuições Nacionalmente Determinadas�, para efeitos dos esforços brasileiros de redução da

emissão de gases do efeito estufa para 2030, às quais os documentos �Adoção do Acordo de Paris� e

�Acordo de Paris�, se refere de uma maneira, inclusive, crucial.

Em adição, o uso energético dos tocos, dadas as condições de especificidade da sua origem

no país (considerando que o Brasil é um país em desenvolvimento Parte e, portanto, não um país

desenvolvido Parte, por exemplo), se coaduna com o princípio da igualdade e das responsabilidades

comuns, porém diferenciadas, sendo dotado de sua respectiva e particular capacidade, à luz das

diferentes circunstâncias nacionais⁷.

⁵Parágrafo 6, do artigo 10, do Acordo de Paris.⁶Parágrafo 1, do artigo 11, do Acordo de Paris.⁷Conforme o estrito sentido contido no documento Acordo de Paris.

161


A recepção do uso energético de tocos e raízes, tanto na questão dos biocombustíveis

florestais como da bioenergia, junto ao Acordo de Paris tem uma leitura de sustentabilidade

econômica bastante interessante. Isto porque, por exemplo, recorrendo-se ao disposto nos

parágrafos 1 e 2, do artigo 9, do Acordo de Paris, os �Países desenvolvidos Partes devem fornecer

recursos financeiros para auxiliar os países em desenvolvimento Partes no que diz respeito tanto à

mitigação quanto à adaptação na continuação das suas obrigações no âmbito da Convenção� e

�outras Partes são encorajadas a fornecer ou continuar fornecendo tal apoio voluntariamente�.

Ainda dentro desta leitura, naturalmente que sopesadas as condições sociais, econômicas e

ambientais específicas do Brasil, enquanto país Parte em desenvolvimento, de acordo com o

parágrafo 4, deste mesmo artigo, �o fornecimento de recursos financeiros ampliados deve ter como

objetivo alcançar um equilíbrio entre adaptação e mitigação, levando em conta estratégias lideradas

nacionalmente, e as prioridades e necessidades dos países em desenvolvimento Partes,

especialmente aqueles que são particularmente vulneráveis aos efeitos adversos das mudanças

climáticas e possuem restrições significativas de capacidade, tal como os países menos

desenvolvidos e os pequenos Estados insulares em desenvolvimento, considerando a necessidade

de recursos públicos e recursos subsidiados para a adaptação�.

De outro lado, o documento �Adoção do Acordo de Paris�, aborda um pouco mais

especificamente a sustentabilidade econômica do uso energético dos tocos e raízes. Neste sentido,

estabelece-se que �recursos financeiros⁸ previstos para os países em desenvolvimento deverão

reforçar a implementação das suas políticas, estratégias, regulamentos e planos de ação e suas

ações sobre a mudança do clima no que diz respeito tanto à mitigação quanto à adaptação para

contribuir para a realização do propósito do Acordo�.

Ainda no âmbito do documento �Adoção do Acordo de Paris�, para efeitos da viabilidade

econômica do uso de tocos para fins energéticos em especial, se reconhecem as alternativas

financeiras associadas às fontes públicas e privadas, bilaterais e multilaterais, tais como o Fundo

Verde para o Clima e o Fundo Global para o Meio Ambiente, as entidades encarregadas da operação

do Mecanismo Financeiro da Convenção, bem como o Fundo dos Países Menos Desenvolvidos e o

Fundo Especial para as Mudanças Climáticas, administrado pelo Fundo Global para o Meio

Ambiente, além de fontes alternativas, em conformidade com as decisões pertinentes da

Conferência das Partes⁹.

Uma maneira de descarbonizar a economia global é acelerar o desenvolvimento da

bioeconomia.

A biomassa continuará a contribuir para o setor de energia renovável, com ênfase crescente em

como o mundo em desenvolvimento utilizaria as opções avançadas de bioenergia/biocombustíveis

para fazer a transição de usos mais tradicionais da biomassa. Embora a eletricidade "verde" ajude a

descarbonizar o transporte em ambientes urbanos, os biocombustíveis são a opção mais provável

para descarbonizar o transporte em longa distância (ex., aviação, transporte marítimo, ferroviário,

caminhões de longa distância).

A sessão avaliará o potencial futuro de uma bioeconomia baseada na floresta, avaliando como

a cadeia de suprimentos tradicional que é primariamente focada nos produtos florestais tradicionais

(ex., celulose, papel, madeira serrada) no mundo desenvolvido e energia de baixa qualidade no

mundo em desenvolvimento, pode ser expandida para ajudar a descarbonizar os setores globais de

energia e transporte.

⁸Ainda que, apesar da �meta quantificada coletiva� alcançar (piso) a cifra de US$ 100 bilhões/ano, condicionados às necessidades e prioridades dos países em desenvolvimento, à configuração da importância dos recursos financeiros adequados e previsíveis e ao pagamento baseado em resultados, conforme dispõe o documento �Adoção do Acordo de Paris�.

⁹O documento �Adoção do Acordo de Paris� estabelece que o Fundo de Adaptação também pode servir ao cumprimento do Acordo.


O USO DOS TOCOS E RAÍZES PARA FINS DE ENERGIA SEGUNDO A POLÍTICA NACIONAL DE MUDANÇA DO CLIMA

Uma abordagem das questões da utilização dos tocos de árvores para fins de uso na energia e

as cinzas produzidas após este aproveitamento energético é algo amplo e, de certa forma, complexo.

Amplo e complexo em face da profusão de normas e regulamentos ambientais existentes, mas ao

mesmo tempo, e paradoxalmente, em razão da inexistência, ao que tudo indica, de um aparato legal

próprio e específico a este respeito.

De toda sorte, buscando uma objetividade, alguns elementos normativos devem ser

imperiosamente abordados dentro da pretensão de abordar os tocos para energia e as cinzas dentro

do seu eventual enquadramento no seguinte escopo legal: i) a Política Nacional sobre Mudança do

Clima e ii) a Política Nacional de Resíduos Sólidos.

E esta abordagem deve ser feita sob a ótica da legislação federal (tendo em vista que o tema é

de amplitude nacional), mas também, inclusive para efeitos comparativos e referenciais.

O tema da utilização dos tocos e raízes para fins energéticos, bem como das cinzas

decorrentes desta finalidade deve ser enfrentado, num primeiro momento, a partir do disposto na Lei

n. 12.187, de 29 de dezembro de 2009, que institui a Política Nacional sobre Mudança do Clima �

PNMC e dá outras providências.

Em face disso, o uso de tocos e raízes para fins energéticos, conforme preconizado na referida

lei federal, pode ser considerado, tendo em vista os seus inegáveis efeitos em termos de substituição

energética do uso de combustíveis fósseis, e mesmo hidrelétricos uma �iniciativa para reduzir a

vulnerabilidade dos sistemas naturais e humanos frente aos efeitos atuais e esperados da mudança

do clima�. Trata-se, portanto, de uma medida de �mitigação�.

O uso energético dos tocos e raízes como medida mitigadora dos efeitos adversos da emissão

dos gases de efeito estufa fica mais claro quando se observa, objetivamente, o próprio conceito de

mitigação tal qual disposto na referida lei: �mudanças e substituições tecnológicas que reduzam o

uso de recursos e as emissões por unidade de produção, bem como a implementação de medidas

que reduzam as emissões de gases de efeito estufa e aumentem os sumidouros�.

Ademais, o uso energético dos tocos e raízes deve ser encarado dentro do imperativo legal da

�tomada de medidas para minimizar as causas identificadas da mudança climática com origem

antrópica no território nacional, uma vez considerado que haja consenso por parte dos meios

científicos e técnicos preocupados no estudo dos fenômenos envolvidos� , inclusive dentro do

escopo do �estímulo ao desenvolvimento do Mercado Brasileiro de Redução de Emissões � MBRE�.

É de um entendimento particular que o uso de tocos e raízes para fins energéticos,

considerando o atual estágio que esse processo se encontra, contempla uma das principais diretrizes

da PNMC, qual seja, �a promoção e o desenvolvimento de pesquisas científico-tecnológicas e a

difusão de tecnologias, processos e práticas orientados a mitigar a mudança do clima por meio da

redução de emissões antrópicas por fontes�.

A PNMC preconiza, para fins do desenvolvimento do uso dos tocos e raízes para fins

energéticos, a viabilização de medidas fiscais e tributárias, alíquotas diferenciadas, isenções,

compensações, incentivos, linhas de crédito e financiamento, dentre outros instrumentos

econômicos e financeiros tais quais previstos nos incisos VI a XI, do artigo 6º, da referida lei.

163


AS CINZAS DECORRENTES DO PROCESSO DE USO DOS TOCOS E RAÍZES PARA FINS ENERGÉTICOS SEGUNDO A POLÍTICA NACIONAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS

As cinzas que se apresentam ao final do processo de queima dos tocos e raízes para uso em

energia podem ser, por seu turno, interpretadas dentro do contexto da Lei n. 12.305, de 2 de agosto

de 2010, que institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS).

Para tanto, seria pertinente, inicialmente, conceituar-se o termo �resíduos sólidos�, no

contexto do presente capítulo, como �material, substância, objeto ou bem descartado resultante de

atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se

está obrigado a proceder, nos estados sólido ou semissólido, bem como gases contidos em

recipientes e líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de

esgotos ou em corpos d'água, ou exijam para isso soluções técnica ou economicamente inviáveis

em face da melhor tecnologia disponível�.

A biomassa florestal de tocos e raízes deve ser considerada como �resíduos

agrossilvopastoris�, ou seja, aqueles gerados nas atividades agropecuárias e silviculturais, incluídos

os relacionados a insumos utilizados nessas atividades.

Além disso, as cinzas dos tocos podem ser consideradas como resíduos não perigosos, ou

seja, aqueles não enquadrados numa condição com características de inflamabilidade,

corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, carcinogenicidade, teratogenicidade e

mutagenicidade, não apresentando, portanto, significativo risco à saúde pública ou à qualidade

ambiental, de acordo com lei, regulamento ou norma técnica.

Isto posto, considera-se que as cinzas decorrentes do processo de queima dos tocos e raízes

para fins energéticos, em termos de sua disposição final, não podem vir a configurar uma área

contaminada, ou seja, um �local onde há contaminação causada pela disposição, regular ou

irregular, de quaisquer substâncias ou resíduos�.

Muito pelo contrário, com respeito às cinzas dos tocos deverá haver, imperiosamente, a sua

disposição final ambientalmente adequada ou, em outras palavras, �a destinação de resíduos que

inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a recuperação e o aproveitamento energético ou

outras destinações admitidas pelos órgãos competentes do Sisnama, do SNVS e do Suasa, entre

elas a disposição final, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou

riscos à saúde pública, à segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos�.

A disposição final ambientalmente adequada das cinzas dos tocos e raízes de uso energético

deve estar atrelada a um gestão integrada de resíduos sólidos, num sentido da conformação não

somente de um gerenciamento de resíduos sólidos (conjunto de ações exercidas, direta ou

indiretamente, nas etapas de coleta, transporte, transbordo, tratamento e destinação final

ambientalmente adequada dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada dos

rejeitos, de acordo com plano municipal de gestão integrada de resíduos sólidos ou com plano de

gerenciamento de resíduos sólidos), como também, e principalmente, de uma gestão integrada de

resíduos sólidos (�conjunto de ações voltadas para a busca de soluções para os resíduos sólidos, de

forma a considerar as dimensões política, econômica, ambiental, cultural e social, com controle

social e sob a premissa do desenvolvimento sustentável�).

Entende-se, dentro do contexto desta gestão integrada de resíduos sólidos, que as cinzas

dos tocos devem ser adequadamente tratadas segundo as distintas modalidades de resíduos

sólidos preconizados na PNRS, quais sejam: reciclagem; rejeitos, e; reutilização.

Nesse sentido caberia mencionar, inclusive, que a reciclagem das cinzas da madeira é


realizada em países europeus, e é normalmente citada como uma medida para manter a fertilidade do

solo após a retirada de nutrientes, como também para agir como agente desacidificante do solo onde

há poluição atmosférica. Países como a Suécia e a Lituânia possuem recomendações detalhadas

acerca da reciclagem das cinzas de madeira (NATIONAL BOARD OF FORESTRY, 2002; OZOLINCIUS

et al., 2005 apud RÖSER et al., 2010).

No caso da reciclagem das cinzas para utilização como fertilizante, algumas características

devem ser consideradas, tais como: a necessidade quanto à fertilização; a metodologia para

padronização da qualidade da cinza da madeira (amostragem e análise química); a dosagem e taxa de

aplicação; a necessidade de compensação adicional com nitrogênio; os requisitos para a qualidade

da cinza da madeira, e; o endurecimento e seus métodos (RÖSER et al., 2010).

De toda sorte, para efeitos da gestão integrada das cinzas dos tocos e raízes no caso do Brasil,

deverá ser contemplado um dos principais objetivos da Política Nacional de Resíduos Sólidos, qual

seja, contemplar-se, por ordem de prioridade decrescente, a sequência da �não geração, redução,

reutilização, reciclagem e tratamento dos resíduos sólidos, bem como disposição final

ambientalmente adequada dos rejeitos�.

Este sequenciamento deve se orientar, preponderantemente, por uma consecução do

princípio da ecoeficiência, por intermédio da compatibilização entre o fornecimento, a preços

competitivos, de bens e serviços qualificados que satisfaçam as necessidades humanas, tragam

qualidade de vida e a redução do impacto ambiental, e do consumo de recursos naturais a um nível,

no mínimo, equivalente à capacidade de sustentação estimada do planeta�.

Acredita-se, imaginando que o processo vinculado à destinação final ambientalmente

adequada das cinzas dos tocos e raízes tal qual até aqui desenvolvida, principalmente naquilo que diz

respeito a sua não geração, redução, reutilização e, eventualmente, reciclagem, pode dispor-se, em

termos de uma gestão ambiental satisfatória conforme àquilo que a PNRS preconiza em termos de

Planos de Resíduos Sólidos, em especial, o Plano Nacional e os Planos Estaduais de Resíduos

Sólidos, bem como os Planos Municipais de Gestão Integrada de Resíduos Sólidos.

É possível vislumbrar-se, enfim, vários cenários e potencialidades na questão da utilização das

cinzas de madeira, sendo imprescindível então, que haja o fomento de novas pesquisas para que

essa atividade se estruture de maneira sustentável no Brasil.

165


REFERÊNCIAS


BRASIL. Lei nº 9478, de 06 de agosto de 1997. Dos Princípios e Objetivos da Política Energética Nacional. Disponível em: http://www.mme.gov.br/documents/10584/1139101/1_-_art._1x_Lei_9478.pdf/206de1b2-a92d-470d-bba8-2dd529eff98c. Acesso em: 09 jan. 2019.

CONTRATOS de sequestro de carbono. Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada / Universidade de São Paulo e Bolsa de Mercadorias e Futuros. In: XXXVIII Congresso Brasileiro de Economia e Sociologia Rural. Mesa Redonda. Rio de Janeiro. 02.08.2000.

COSTA, P. M. Breve história da evolução dos mercados de carbono. Revista Silvicultura. Sociedade Brasileira de Silvicultura. São Paulo. N. 76. Set./Dez. 1998. 24-33.19

MANFRINATO, W. Mudanças climáticas - ações e perspectivas para o novo milênio. Revista World Watch (www.worldwatch.org.br). Julho/Agosto de 2000.

NOVAES, W. O clima no reino da contradição. O Estado de São Paulo. 07.07.2000. A-2.

NATIONAL BOARD OF FORESTRY. Recommendations for the extraction of forest fuel and compensation fertilising. 300. ed. Jönköping: Publishing Company. p. 29, 2002.

NOVAES, W. O clima no reino da contradição. O Estado de São Paulo. 07.07.2000. A-2.

ONUBR. Adoção do Acordo de Paris. Conferência das Partes. Vigésima primeira sessão. Paris, 30 de novembro a 11 de dezembro de 2015. Disponível em:https://nacoesunidas.org/acordodeparis/. Acesso: 20 dez. 2018.

ONUBR. Acordo de Paris. Conferência das Partes. Vigésima primeira sessão. Paris, 30 de novembro a 11 de dezembro de 2015. Disponível em:<https://nacoesunidas.org/acordodeparis/>. Acesso: 20 dez. 2018.

ORTIZ, C. A. et al. Time-dependent global warming impact of tree stump bioenergy in Sweden. Forest Ecology And Management, [s.l.], v. 371, p. 5-14, jul. 2016.

RÖSER, D. et al (Ed.). Sustainable Use of Forest Biomass for Energy: A Synthesis with Focus on the Baltic and Nordic Region. Dordrecht: Springer, Managing Forest Ecosystems, v. 12. p. 255, 2010.

TERMOS, DEFINIÇÕES, ESPECIFICAÇÕES E UNIDADES

Esse glossário tem por objetivo definir alguns termos e conceitos que foram

abordados no livro.

AGROENERGIA

Energia produzida por culturas agronômicas,

florestais ou pecuária, bem como dos restos

culturais ou rejeitos de processos biológicos,

químico, físicos e industriais.

ALTURA COMERCIAL

Altura do fuste que ocorre o diâmetro mínimo

comercial.

ALTURA TOTAL

É a distância entre a base da árvore e o seu topo.

ANEEL

Agência Nacional de Energia Elétrica.

ÁREA FLORESTAL

Parcela de área utilizada para plantio florestal ou

ocupada por floresta.

ARRANQUIO

Ato ou efeito de retirar completamente uma planta do

solo.

ATIVIDADE POZOLÂNICA

(1): propriedade de substâncias constituídas de sílica

e alumina que, em presença de água, combinam-se

com o hidróxido de cálcio e com diferentes

componentes do cimento formando compostos

estáveis à água e com propriedades aglomerantes.

(2): usual na construção civil.

BIOCOMBUSTÍVEL

Combustível sólido, líquido ou gasoso derivado da

biomassa.

BIOMASSA

Material de origem orgânica, animal ou vegetal, da

parte aérea ou abaixo do solo, que pode estar viva ou

morta.

BIOMASSA FLORESTAL

Material vegetal orgânico, oriundo de florestas

nativas ou plantadas, constituída por madeira e

resíduos florestais, da parte aérea ou abaixo do solo.

BIORREFINARIA

Refinarias modernas que podem produzir vapor,

energia e novos bioprodutos.

GLOSSÁRIO

167

CEPA

Parte do fuste remanescente após o corte de uma

árvore, de onde se originam brotações que formam

novos fustes em uma nova rotação de cultivo.

CELULOSE

45 a 50 % da composição da madeira.

Principal componente orgânico das plantas,

sempre presente nas árvores, tocos e raízes. É

composta de apenas uma unidade monomérica

glucosídica - glucose e, é insolúvel em água.

CINZAS

Massa do resíduo obtido após incineração,

determinada de acordo com método normalizado.

Expressa o teor de inorgânicos na amostra.

COLHEITA

(1): atividade agrícola de apanha de produtos e que

finaliza o ciclo de operações de campo em um

sistema de produção. (2): conjunto dos produtos

agrícolas de determinado período também

denominado safra.

COMBUSTÃO

Processo de conversão térmica, queima direta da

biomassa para geração de calor.

COMBUSTÍVEL FÓSSIL

Fonte de energia não renovável, portanto, finita,

originada da ação do tempo sobre restos orgânicos,

tais como, petróleo, carvão mineral e gás natural.

Alto potencial de gerar danos ambientais

COMPARTIMENTOS DE BIOMASSA

São as diferentes partes da árvore que acumulam

biomassa. Têm-se os compartimentos aéreos,

como fuste, galhos, folhas e casca, e os

compartimentos subterrâneos, como raízes

grossas e raízes finas.

DAP

Diâmetro à altura do peito. Convencionalmente, nos

levantamentos florestais o diâmetro do fuste é

medido na altura de 1,3 m do nível do solo.

DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

Satisfazer as necessidades do presente, sem

comprometer a capacidade das gerações futuras de

satisfazerem suas próprias necessidades.

DIÂMETRO MÍNIMO COMERCIAL

É o diâmetro mínimo do fuste utilizável para uma

determinada finalidade.

ENERGIA

Propriedade de um sistema que lhe dá capacidade

de realizar trabalho. Capacidade de um sistema para

causar um efeito externo.

ENERGIA RENOVÁVEL

Energia oriunda de fontes que podem ser renovadas

indefinidamente e de forma sustentável. Exemplo:

biomassa florestal, energia solar ou eólica e hídrica.

EXTRAÇÃO

(1): operação da exploração florestal muito

diversificada, tanto nos meios como nas técnicas

utilizadas. Consiste na transferência do material

lenhoso do local de abate até ao carregadouro. (2):

retirada e/ ou coleta de qualquer material, orgânico

ou inorgânico, de um ecossistema.

EXTRATIVOS OU SUBSTÂNCIAS VOLÁTEIS

0 a 10 % da composição da madeira.

São substâncias que não fazem parte da

constituição celular da madeira, definem cor, cheiro,

resistência da madeira aos insetos, etc... São

solúveis em água ou solventes orgânicos.

FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA

São aquelas cuja reposição pela natureza é bem

mais rápida que sua utilização energética.


FUSTE

Parte do caule lenhoso de árvores que fica acima do

solo e se estende até o início da ramificação dos

galhos. Em plantios comerciais normalmente

compreende a porção que vai a entre o toco da altura

de corte (toco) até a altura que ocorre o diâmetro

mínimo comercial (altura comercial).

HEMICELULOSE OU POLIOSES

20 % a 35 % da composição da madeira.

São polissacarídeos presentes na madeira, onde se

encontram pelo menos dois tipos de açúcares

diferentes da glucose e, são solúveis em alcalis.

INCREMENTO MÉDIO ANUAL (IMA)

Produção de uma variável de interesse (volume,

biomassa, etc) até uma idade particular dividida por

essa idade, ou seja, é a taxa média do aumento da

produção desde a implantação até uma idade

particular.

LICOR NEGRO

Resíduo líquido da polpação de celulose.

LIGNINA

20 a 30% da composição da madeira.

A lignina é uma macromolécula tridimensional

amorfa encontrada nas plantas terrestres, associada

à celulose na parede celular cuja função é de conferir

rigidez, impermeabilidade e resistência a ataques

microbiológicos e mecânicos aos tecidos vegetais.

MÉTODO GRAVIMÉTRICO

A biomassa é obtida com base nas medidas de

�massa verde� ou �massa úmida� da árvore ou de

seus componentes e do teor de umidade

determinado em amostras. A massa úmida é obtida

no campo, após o corte da árvore. O teor de umidade

é determinado em amostras, considerando sua

massa úmida nas condições de campo e sua massa

seca obtida em laboratório. Esse método é aplicável

a qualquer componente da árvore.

MÉTODO VOLUMÉTRICO

A biomassa é determinada pelo produto do volume

pela densidade básica da madeira. Esse método é

indicado apenas para o componente lenhoso das

árvores.

PIRÓLISE

Processo de decomposição termoquímica de

materiais orgânicos na ausência de oxigênio e sob

altas temperaturas (acima de 450 ºC), gerando novo

combustível líquido ou gasoso.

PONTO DE SATURAÇÃO DAS FIBRAS

Momento em que toda a água de capilaridade é

retirada da madeira, remanescendo apenas a água

de adesão.

PRIMEIRA GERAÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS

Combustível produzido a partir de culturas

agroflorestais manejadas para este fim.

PRODUÇÃO

É o acúmulo total de uma variável de interesse

(volume, biomassa, etc) até um determinado tempo.

PRODUTIVIDADE

É a produção acumulada por unidade de área em um

determinado período de tempo, ou seja, é a taxa

média do aumento da produção desde a

implantação do povoamento até uma idade

particular.

RAIZ PRINCIPAL

Conhecida como zona de ramificação, se refere a

região mais velha da raiz, e que pode ser facilmente

reconhecida pelo seu aspecto escurecido e rugoso.

Nessa região são formadas as raízes laterais.

169

GLOSSÁRIO

RAIZ SECUNDÁRIA OU LATERAL

O crescimento secundário da raiz consiste na

formação de tecidos vasculares do câmbio vascular

e da periderme, a partir do felogênio. As raízes da

maioria das monocotiledôneas, geralmente, não

apresentam crescimento secundário.

RESÍDUOS INDUSTRIAIS

Os gerados nos processos produtivos e instalações

industriais.

RESÍDUOS MADEIREIROS

Restos de colheita florestal ou do processamento

primário da madeira, tais como: pó de serra,

costaneiras, aparas, maravalha e etc.

SEGUNDA GERAÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS

Combustíveis derivados de materiais com alto teor

de celulose, resíduos de culturas agrícolas ou

florestais ou resíduos sólidos orgânicos.

SOLUBILIDADE EM HIDRÓXIDO DE SÓDIO 1 %

O resultado é expresso em porcentagem de

solubilidade em massa. A solubilidade de madeira

pode indicar o grau de decomposição causada por

fungos ou da degradação por calor, luz, oxidação,

etc...

SUSTENTABILIDADE

É a capacidade de sustentação ou conservação de

um processo ou sistema. A sustentabilidade é

baseada no tripé econômico, social e ambiental.

TOCO

Parte do fuste deixada após a exploração.

UMIDADE EM BASE SECA

A umidade em base seca é a razão entre a massa de

água e a massa seca de uma amostra.

UMIDADE EM BASE ÚMIDA

A umidade em base úmida é a razão entre a massa

de água e a massa total (água + massa seca) de uma

amostra.

UTE

Usina termelétrica.


%

ºC

cal

cm

g

-3g cm

-1g kg

ha

J

kcal

-1kcal kg

kg

-1kg h

-1 -1kg ha ano

-3kg m

kWh

kmol

M

-1m² ha

-1m³ ha

mg

-1mg kg

Mg

-1Mg ha

-1 -1Mg ha ano

MJ

UNIDADES

Porcentagem

Grau Celsius

Calorias � 1 cal = 4,184 J

Centímetro

Grama

Gramas por centímetro cúbico

Gramas por quilograma de massa seca

Hectare � 10.000 m²

Joule � 1 watt x segundo

Quilocalorias � 1.000 calorias

Quilocalorias por quilograma

Quilograma � 1.000 gramas

Quilograma por hora

Quilograma por hectare por ano

Quilogramas por metro cúbico

Quilomol

Metro - 1 m = 100 cm

Metros quadrados por hectare. Representa a área basal de plantios florestais.

Metros cúbicos por hectare. Representa o volume sólido de

madeira nos plantios florestais.

Miligrama

Miligrama por kilograma

Megagrama � 1 Mg = 1000 kg = 1 t

Megagramas por hectare. Representa a produção de biomassa por hectare.

Megagramas por hectare por ano. Representa a produtividade média de

biomassa.

Megajoule � Joules x 1.000.000

Gcal

h

Gigacaloria � 1 Gcal = 1 x 10 calorias⁹

Hora

Quilowatt-hora é a medida da energia elétrica consumida por um

aparelho. 1 Wh equivale a 3.600 joules. Outros múltiplos de Watt-hora

são: MWh equivale a 1.000.000 Wh ou 3,6×10⁹ joules.

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GLOSSÁRIO

-1MJ kg

mm

MW

T

W

Megajoule por quilograma

Milímetro

O megawatt, consiste numa unidade da grandeza física de potência.

No sistema internacional de unidades (SI), a potência vem expressa em

watts, isto é, 1 MW = W x 1.000.000.

Tonelada métrica � 1 t = 1000 kg

Watts � 1 W = 1 joule por segundo


ANOTAÇÕES

livro - fepafmba em gestão ambiental pela universidade federal de são carlos ufscar. atualmente...

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