O uso da biomassa tem se tornado uma tendência mundial em virtude da necessidade de se reduzir o consumo de combustíveis fósseis, motivada pela sua crescente escassez e pelo anseio de se tornar independente dos países exportadores. Somado a isso, insere-se a necessidade do uso de insumos energéticos, que proporcionem menores emissões de gases de efeito estufa na atmosfera, a fim de se contribuir com a mitigação do aquecimento global.
Outros aspectos que também colaboram para a utilização da biomassa como insumo energético refere-se à possibilidade de fixação do homem no campo e aumento da rentabilidade de empresas, que poderiam vir a gerar energia por meio do uso de seus próprios resíduos. A disposição final desses resíduos costuma ser fonte de problemas ambientais para grande parte das indústrias.
A geração de resíduos sólidos, como os lignocelulósicos, é consequência de diversas atividades humanas, dentre as quais se destacam as atividades industrial, agrícola e florestal devido à quantidade e característica dos resíduos produzidos. Uma alternativa de uso para esses resíduos lignocelulósicos seria o aproveitamento energético por meio da briquetagem.
O processo de briquetagem consiste na densificação de resíduos e são aplicáveis aos resíduos de origem vegetal, desde que os mesmos apresentem granulometria e teor de umidade adequado. Algumas vantagens do uso de resíduos densificados, como os briquetes, são a diminuição da velocidade de liberação da energia, que chega a ser comparável à do carvão, evitando perdas por não aproveitamento do calor quando comparado com a liberação rápida de energia dos materiais não compactados; ocorrência de combustão uniforme; menor teor de umidade; maior do poder calorífico por unidade de volume; redução da emissão de material particulado; e transporte, armazenamento e alimentação de fornos mais eficiente.
Neste contexto, a utilização de resíduos provenientes da extração de óleo para produção de biodiesel para a briquetagem torna uma opção de co-produto na cadeia de produção do biodiesel, contribuindo para a viabilidade de novas espécies oleaginosas como a Macaúba e o Pinhão Manso, e com isso se firmar no cenário brasileiro como matérias-primas na produção de biocombustíveis.
Através de um trabalho específico avaliou-se os briquetes produzidos a partir do processo de briquetagem de resíduos gerados na cadeia produtiva do biodiesel feito de Pinhão Manso (Jatropha curcas L.) e Macaúba (Acrocomia aculeata ) visando sua viabilidade técnica.
Para a produção dos briquetes foram utilizadas torta de Pinhão Manso (Jatropha curcas L., endocarpo e epicarpo de Macaúba (Acrocomia aculeata ) e partículas de madeira (Eucalyptus sp.).
Na caracterização dos materiais foi determinado o teor de lipídios dos resíduos oleaginosos Os resíduos de macaúba depois de fragmentados tiveram determinada sua densidade básica. Para a determinação da densidade básica da torta de Pinhão Manso foi feita o uso de metodologia da proveta adotada no LAPEM. Determinou-se a umidade, base seca, dos diferentes resíduos pelo método da estufa à ± 100ºC.
O Poder calorífico dos materiais utilizados foi determinado conforme a metodologia descrita pela norma da ABNT NBR 8633
Produção dos Briquetes
Os resíduos de macaúba e madeira de eucalipto foram transformados em partículas e depois de homogeneizado, triturados em um moinho de facas, para reduzir o tamanho das partículas. Após, passaram por uma sequência de peneiras, a fim de conseguir a homogeneização do material e granulometria desejada, entre 1,0 e 4,0 mm. A torta de pinhão apresentava granulometria inferior a 1,0 mm sendo desnecessária sua fragmentação.
As proporções foram referentes à massa de 20 gramas para cada briquete.
Após a produção, os briquetes foram condicionados em câmara climática até atingir a umidade de equilíbrio, nas condições de 65 ± 3 % de umidade e temperatura de 20 ± 3 ºC.
O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado sendo montado um experimento no esquema fatorial 5x2x2, referentes a cinco misturas de materiais 0, 25, 50, 75 e 100% do resíduo das espécies oleaginosas (Pinhão Manso ou Macaúba) com 100, 75, 50, 25 e 0% das partículas de eucalipto, respectivamente. Foram testados dois tempos de prensagem, 5 e 10 minutos e dois tempos de resfriamento, 6 e 9 minutos.
Neste trabalho foram montados três experimentos distintos, um para cada resíduo, sendo os dados dos briquetes produzidos com 100% das partículas de eucalipto utilizados para os três experimentos. Assim, totalizou-se 52 tratamentos e 4 repetições para cada tratamento.
Para determinação da densidade básica dos briquetes utilizou-se o método do mercúrio.
Na determinação da variação volumétrica os briquetes foram medidos, com auxílio de um paquímetro, em duas posições, uma no sentido longitudinal para determinação do comprimento do briquete e outra no sentido transversal para medição do diâmetro do briquete. As medidas foram tomadas logo após a produção dos briquetes e após a estabilização em câmara climática até atingir a umidade de equilíbrio, nas condições de 65 ± 3 % de umidade e temperatura de 20 ± 3 ºC. O valor da variação volumétrica foi obtido pela diferença entre o volume após estabilização em câmara climática e o obtido após a prensagem.
A faixa de umidade citada para produção de briquetes deve compreender entre 8 e 12%, assim, foram observados que os materiais utilizados para a produção dos briquetes estavam dentro da faixa ideal, não observado influência da umidade no processo de produção, bem como nas propriedades dos briquetes. A determinação da umidade dos briquetes é importante, pois umidades baixas podem dificultar os mecanismos de ligação entre as partículas enquanto que altas umidades podem levar à formação de vapor d’água e consequentemente a liberação abrupta desse vapor.
O poder calorífico, na base seca, do bagaço de cana-de-açúcar é 18,1 MJ.Kg-1, correspondendo a 4.323,11 Kcal.Kg-1. Se obteve um poder calórico de 16.056 J.g-1, equivalente a 3834,91 Kcal.Kg-1, em resíduos de mamona (Ricinus communis). Estes valores mostram que os resíduos utilizados neste estudo são fontes de geração de energia potencialmente utilizáveis na produção de briquetes comparados com outros resíduos da indústria de biocombustíveis brasileira.
A densidade inicial dos materiais antes da briquetagem pode influenciar na adesão das partículas durante a densificação dos briquetes sendo que matérias-primas mais densas podem conferir maior resistência durante a compactação e prejudicar as ligações químicas das partículas pela menor área de contato disponível em consequência da não fragmentação da mesma durante a prensagem.
No geral, os resíduos de endocarpo de Macaúba mais densos produziram briquetes menos densos tanto isoladamente quanto nas misturas com eucalipto. Enquanto que a torta de Pinhão Manso menos denso resultou em briquetes mais densos tanto isoladamente quanto nas misturas com eucalipto. Este fato se deve a resistência de compactação exercida pelos resíduos, visto sua densidade inicial.
Briquetes de eucalipto
Pela análise de variância do experimento de produção de briquetes com resíduos de Macaúba com partículas de eucalipto, observa-se que a densidade dos briquetes sofreu influência dos três fatores (tempo de prensagem, tempo de resfrimento e pressão), contudo nenhuma interação entre eles foi significativa. A variação volumétrica não sofreu mudança de nenhum dos fatores avaliados e a resistência à compressão plana sofreu influência de todos os fatores, sendo que a interação entre a porcentagem de mistura e o tempo de prensagem foi significativa
As densidades básicas médias dos briquetes, em função do tempo de prensagem, foram de 1,1558 ± 0,0336 e 1,1973 ± 0,3440 g.cm-3, para 5 e 10 minutos de prensagem, respectivamente. Isto mostra que quanto maior o tempo em que o material é submetido à pressão, maior é a densidade dos briquetes. Este fato pode ser explicado pelo maior tempo em que as partículas ficam expostas à temperatura de transição vítria e em contato entre si, possibilitando a transferência de calor da superfície para o interior do briquete e plasticisação da lignina, consequentemente, maior densidade.
Os briquetes que tiveram resfriamento de 6 minutos apresentaram densidades, em média de 1,1710 ± 0,040 g.cm-3, enquanto que com 9 minutos de resfriamento as densidades obtidas foram 1,182 ± 0,039 g.cm-3. Ressalta-se que com o maior tempo de resfriamento, o briquete tende a não rachar e, por esse motivo, não aumenta o seu volume o que acarretaria redução da densidade.
Com relação à porcentagem em que o resíduo de epicarpo foi misturado às partículas de eucalipto, verifica-se um aumento na densidade dos briquetes. Já a variação volumétrica média dos briquetes foi de 0, 9510 ± 0,4123 cm3. Neste estudo não foi observada influência das misturas de epicarpo, do tempo de prensagem e do tempo de resfriamento. A resistência à compressão plana dos briquetes foi de 81,7518 ± 21,1679 kgf.cm-2 e de 87,1579 ± 19,972 kgf.cm-2 , respectivamente, para os tempos de resfriamento de 6 e 9 minutos.
A interação entre o tempo de prensagem e as porcentagens de adição de epicarpo de macaúba às de eucalipto foram significativas
Avaliando os dois tempos de prensagem observa-se uma tendência de diminuição da resistência a compressão plana à medida que se acrescenta epicarpo às partículas de eucalipto. Provavelmente isto acontece por ação das características geométricas e químicas das partículas de epicarpo que eram de menor tamanho e espessura, planas e arredondadas, comparadas com as partículas de eucalipto de maior comprimento e espessura, plana e retangular.
Na análise de variância do experimento de produção de briquetes com resíduos de endocarpo de Macaúba com partículas de Eucalipto, a densidade dos briquetes modifica de acordo com as misturas e o tempo de prensagem, sendo a interação entre eles significativa. A variação volumétrica sofreu influência do tempo de resfriamento e das misturas, sem interação. E a resistência à compressão plana foi significativa para as misturas e tempo de prensagem, também sem interação entre os fatores
A variação volumétrica dos briquetes produzidos com endocarpo em relação ao tempo de resfriamento de 6 minutos foi em média de 0,3863 ± 0,4544 cm3, enquanto que os produzidos com 9 minutos tiveram variação volumétrica média de 0,5739 ± 0,3313 cm3.
À medida que o resíduo de endocarpo foi adicionado às partículas de eucalipto verificou-se redução da variação volumétrica até 50% de mistura. Acima desta porcentagem houve aumento da variação volumétrica, sendo explicado pela quebra e desfragmentação dos briquetes produzidos com porcentagens altas de endocarpo que por sua alta densidade inicial pode ter influenciado na menor superfície de contato das partículas e, consequentemente, menor adesão entre elas.
Os briquetes produzidos com tempo de prensagem de 5 e 10 minutos tiveram, resistência média à compressão plana de 76,6700 ± 38,2437 e 88,2079 ± 39,5009 kgf.cm-2, respectivamente. Pois quanto maior o tempo de prensagem, maior o contato entre as partículas, maior transferência de calor, maior plasticisação da lignina e, consequentemente, maior densidade que por sua vez tem uma relação direta com a resistência.
À medida que se acrescentou porcentagem de resíduo de endocarpo adicionado às partículas de eucalipto aumentou-se também a resistência à compressão plana dos briquetes até a mistura de 50%, tendo uma redução após este percentual, provavelmente pelo mesmo motivo observado para o comportamento da variação volumétrica.
Briquetes de eucalipto com Pinhão Manso
Na análise de variância do experimento de produção de briquetes com resíduos de torta de Pinhão Manso com partículas de eucalipto a densidade dos briquetes sofria modificações com as mudanças de misturas e do tempo de prensagem. A variação volumétrica não sofreu influência de nenhum dos fatores avaliados e a resistência à compressão plana foi significativa para as misturas e tempo de prensagem. Além disso, não houve interação significativa em nenhuma das interações analisadas
Os briquetes produzidos com tempo de prensagem de 5 e 10 minutos tiveram, densidades básicas de 1,2215 ± 0,0691 e 1,2500 ± 0,0635 g.cm-3, respectivamente. Estes resultados corroboram com o observado em briquetes de misturas de epicarpo com eucalipto de que o maior tempo em que o material é submetido à pressão produz briquetes mais densos
A variação volumétrica média dos briquetes foi de 0,8040 ± 0,3822 g.cm-3, não sendo observado nenhuma variação dos tratamentos sobre essa variável. Com relação à resistência Os briquetes produzidos com tempo de prensagem de 5 e 10 minutos tiveram, resistência média a compressão plana de 142,6180 ± 41,6082 e 162,6409 ± 46,6002 kgf.cm-2, para 5 e 10 minutos de prensagem, respectivamente. Estes resultados corroboram com o observado em briquetes de misturas de epicarpo com eucalipto de que o maior tempo em que o material é submetido à pressão produz briquetes mais densos.
O comportamento da curva de densidade dos briquetes em função da porcentagem de misturas observa-se que a resistência a compressão plana aumenta até 75% de mistura e depois decresce, podendo haver influência do tamanho das partículas, pois por serem muito pequenas podem requerer maiores pressões para garantir a compactação das partículas.
Os fatores avaliados na produção dos briquetes não produziram diferenças estatísticas na análise fatorial do experimento. Contudo para comparar o efeito exercido da briquetagem no poder calorífico dos materiais foi procedido um teste de médias para avaliar se havia diferença entre as partículas estudas e os briquetes produzidos apenas com o resíduo, sem misturas.
De maneira geral os briquetes produzidos com as espécies oleaginosas apresentaram poder calorífico inferior à partícula, podendo este fato ser explicado pela possível perda de óleo dos materiais durante o processo de produção dos briquetes, tanto por escorrimento de óleo quanto por evaporação de parte deste na temperatura trabalhada.
Já para o eucalipto, percebeu-se um aumento do poder calorífico dos briquetes comparados com as partículas. Neste caso, provavelmente, ocorreu à perda de umidade por evaporação e degradação de carboidratos e moléculas que possuem menores teores de carbono fixo.
Os teores de cinzas só apresentaram diferença estatística com relação à porcentagem de mistura sendo observada uma tendência de maiores teores de cinzas à medida que são adicionados os resíduos das oleaginosas às partículas de eucalipto.
Como conclusão observa-se que o tempo de prensagem dos briquetes das misturas de epicarpo e endocarpo de macaúba e torta de pinhão manso com as partículas de eucalipto aumentou a densidade básica e resistência à compressão plana dos briquetes, mostrando este serem um fator de destaque na produção de briquetes.
O tempo de resfriamento teve efeito apenas na densidade e resistência à compressão plana dos briquetes produzidos com misturas de epicarpo de macaúba e na variação volumétrica dos produzidos com misturas de endocarpo de macaúba com eucalipto, sendo esta variável diretamente proporcional aos testes descritos.
A produção de briquetes a partir dos resíduos estudados em misturas com eucalipto é tecnicamente viável e apresenta uma alternativa à geração de co-produtos na cadeia produtiva de biodiesel. Já a produção de briquetes de torta de pinhão manso e epicarpo de macaúba são viáveis sem necessidade de mistura com outro resíduo, resguardando a perda de resistência à compressão plana dos briquetes de torta de pinhão manso.
O epicarpo de macaúba, por não apresentar alternativa econômica no mercado, dentre os resíduos estudados, merece destaque na produção de briquetes, podendo este ser produzido por pequenos produtores em sistemas de associação e cooperativas.
Autores
Vanessa Cabral Costa de Barros, Estudante de Engenharia Florestal, UFV; Angelica De Cassia Oliveira Carneiro, Benedito Rocha Vital e Laercio Antonio Goncalves Jacovine, Professores do Departamento de Engenharia Florestal, UFV, e Diego De Paula Toledo, Engenheiro Florestal.
