A pupunheira (Bactris gasipaes Kunth) foi motivo de uma pesquisa integrada, envolvendo diferentes coordenações de pesquisas do INPA (Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia), visando conhecer os seus aspectos agronômicos, as características físicas, químicas, organolépticas e nutricionais do seu palmito e fruto, bem como, a caracterização do seu fuste via ensaios físico–mecânicos, para avaliá-lo como material de construção de utensílios sólidos e também por meio da conversão química (pirólise) para conhecer o rendimento dos produtos destilados e a qualidade do resíduo sólido (carvão).
Coube ao Laboratório de Celulose e Carvão Vegetal/CPPF/INPA realizar o estudo da pirólise do fuste desta palmeira, assim como avaliar a qualidade do seu carvão.
Esta espécie foi selecionada pela grande ocorrência na Amazônia, pelo seu oferecimento de múltiplos usos, e, a maioria, baseada em conhecimento empírico. A pupunheira é uma planta alta com o tronco armado de espinhos, frutos amarelos ovais ou arredondados com o mesocarpo carnoso ou amiláceo, comestíveis depois de cozido, de gosto agradável e nutritivo. A madeira é aproveitada para a confecção de bengala e os indígenas a usam na preparação de arcos e ponta de flexa. Um óleo comestível é fornecido pelas amêndoas. Esta espécie vem sendo implantada com boa adaptação nas mais diversas condições climáticas.
O material foi constituído do fuste de pupunheiras, recolhido na área de plantios experimentais do INPA.
A pirólise processou-se em uma retorta composta de um forno constituído em tijolo refratário aquecido eletricamente; um cadinho de ferro com capacidade de 47 litros que é introduzido no corpo do forno; um condensador de aço inoxidável, em forma de cilindro, ligado a um forno, contendo no seu interior serpentina de refrigeração a água; tubo para fluxo e queima de gases; e balão de vidro para o recolhimento de produtos condensáveis. Toretes de fuste da pupunheira de aproximadamente 55cm x 17cm foram introduzidos no cadinho e em seguida carregado na retorta para a extração da pirólise. De cada torete, antes do carregamento, foram retiradas as amostras para a determinação da umidade.
As pirólises foram programadas para serem concluídas a uma temperatura de 5000C, quando o forno foi desligado e com um tempo máximo de duração de 75 minutos. Foram realizadas 10 repetições.
Finalizado a pirólise, resfriado o cadinho e o balão de vidro contendo o destilado, recolheu-se o resíduo sólido (carvão) e o destilado (água, ácido pirolenhoso e alcatrão). O alcatrão foi separado do ácido pirolenhoso por decantação. O carvão, alcatrão e ácido pirolenhoso foram pesados e calculou-se o seu rendimento em percentagem tendo como forma de cálculo a base seca. O rendimento em água foi calculado em função do teor de umidade do torete da pupunheira pirolisada. O rendimento em gás foi calculado por diferença.
As análises químicas do fuste da pupunheira foram realizadas para compará-las com as das madeiras utilizadas na avaliação da qualidade de material lenhoso, exigido pela indústria de celulose. Obedeceram às normas da ABTCP e TAPPI, na seguinte forma: Solubilidade da madeira em água; Solubilidade da madeira em hidróxido de sódio a 1%; Solubilidade da madeira em álcool benzeno, M6/68; Determinação da celulose na madeira (método Kurschner e Hoffer); Lignina na madeira, M 14/70; Pentosanas na madeira e polpa, T 223/Om-84; Cinzas na madeira, polpa, papel e papelão a 5250C-T-211/Om-93.
A metodologia utilizada para se obter a qualidade dos carvões, refere-se também aos segmentos e aplicação das Normas da ABNT: Amostragem e preparação de amostras; Determinação da densidade relativa aparente, relativa verdadeira e porosidade; Análise imediata; Tamboramento.
O poder calorífico superior foi calculado pelo método do Goutal a partir dos resultados da análise imediata.
Análises químicas do fuste da pupunheira
FUSTE %
Solubilidade em água quente 7,13
Solubilidade em álcool+benzeno 4,34
Solubilidade em NaOH-1% 22,38
Celulose bruta 45,33
Celulose corrigida 39,37
Cinzas 0,70
Pentosanas 18,00
Lignina 22,18
Rendimento médio da pirólise do fuste da pupunheira
FUSTE %
Água 29,28
Alcatrão 6,41
Ácido pirolenhoso 28,22
Carvão 23,74
Gás 12,35
TOTAL 100
Resultados das análises físicas e químicas dos carvões do fuste da pupunheira.
Análises química das madeiras que foram destiladas
Resultado dos rendimentos das pirólises das madeiras, conjunto de 10 repetições.
Análises físicas e químicas dos carvões da pirólise de três espécies de madeiras da Amazônia.
A composição química da matéria prima lenhosa é condicionante para o rendimento em carvão. Um material lenhoso rico em lignina e em produtos extrativos (cera, graxa e tanino) renderá mais carvão do que outro material rico em carboidratos (celulose e pentosanas). O inverso, taxas maiores de carboidratos, proporcionará, freqüentemente, um volume mais elevado de destilado. Nota-se, comparando os resultados das análises da madeira com o do fuste da pupunheira, que em termos de extrativos, isto é, as solubilidades em água quente, álcool-benzeno e soda a 1%, os resultados para o fuste da pupunheira foram substancialmente, superiores ao da madeira. Os teores em carboidratos na madeira foram superiores ao do fuste da pupunheira. Entretanto, a diferença não foi exorbitante. Em termos de quantidade de lignina, o valor da madeira foi bem superior ao do fuste da pupunheira. Em contrapartida, o teor de cinza do fuste da pupunheira foi marcadamente superior ao da madeira.
Comparando o rendimento da pirólise da madeira com a do fuste da pupunheira, notou-se um rendimento superior em carvão e gás para a pirólise da madeira. Enquanto que, a pirólise do fuste da pupunheira apresentou uma superioridade de rendimento em água, ácido pirolenhoso e alcatrão. O rendimento maior em água, na pirólise do fuste da pupunheira, foi, naturalmente, devido o tecido esponjoso, propício a retenção de umidade, e que faz parte da composição anatômica daquele material.
Segundo a FAO, a especificação para o teor de umidade de um carvão, usualmente, limita-se entre 5%-15% do peso bruto. Considera também que o teor de umidade superior a este limite é um adulterante ao carvão vegetal porque mascara o peso, fragmenta o carvão, produz finos nos fornos siderúrgicos tornando-se indesejáveis a produção de ferro-gusa. Comparando os dados dos teores de umidade do carvão da madeira com a do carvão da pupunheira, verifica-se que o teor de umidade do carvão da pupunheira foi quase o dobro, em termos médios, ao do carvão oriundo da madeira. Isto é corroborado pela porosidade do carvão da pupunheira que, também foi superior ao carvão proveniente da madeira. Sendo, portanto, observado o corolário: “Material mais poroso maior absorvedor de umidade”.
A densidade aparente no carvão vegetal é muito importante porque determina, entre outras coisas, o volume ocupado pelo redutor no aparelho de redução. A densidade aparente tem o conceito de gravidade específica, isto é, o volume dividido pelo peso. A densidade verdadeira é a medida da densidade das substâncias químicas que compõem o carvão vegetal, ou seja, a densidade aparente, descontando-se o volume da porosidade interna. Sublinha o autor que as medições de densidades são importantes, na caracterização da qualidade do carvão vegetal porque, as outras suas propriedades estariam relacionadas com elas. Aplicando-se estes conceitos aos resultados obtidos, nota-se que as densidades aparentes tanto do carvão da madeira como da pupunheira se eqüivalem. Neste particular, infere-se que eles podem ser utilizados em vasos redutores sem maiores conseqüências.
O carvão vegetal é um material friável. Com o seu manuseio gera bastante finos, que nas regiões produtoras é estimado entre 25% a 30%. Para avaliar a propensão de um carvão gerar finos, utiliza-se o teste de tamboramento, que procura inferir a resistência que o carvão tem a abrasão e a queda. Este ensaio informa o índice de friabilidade e a gerações de finos. A norma aconselha tomar como granulometria para o teste de queda e abrasão peneiras granulométricas com malhas de 12 mm. Assim, a avaliação é feita em termos percentuais de materiais que foram retidos ou que ultrapassaram a malha. Tomando em consideração estas observações, os carvões oriundos da pupunheira são mais friáveis e geram mais finos do que o carvão de madeira. Isto desqualifica, de certa forma, o carvão da pupunheira.
O poder calorífico do carvão da madeira é superior ao carvão proveniente do fuste da pupunheira. O conteúdo em carbono fixo de um carvão é um constituinte muito importante na metalurgia, associado a outras propriedades do carvão. Contrapondo-se este conceito aos resultados dos carvões oriundos da madeira como da pupunheira, verifica-se que, neste parâmetro, o carvão da madeira é nitidamente superior ao da pupunheira.
O teor de cinza de um carvão não tem importância significativa na indústria siderúrgica. Entretanto, é um inconveniente quando este energético é utilizado em gaseificadores, caldeiras ou como combustível doméstico devido à sempre crescente taxa de sílica que se deposita nos tubos e nos receptáculos de cinzas, muitas vezes causando incrustações. O conteúdo de cinza de um carvão varia desde 0,5% a mais do que 5%, dependendo da espécie da madeira, da quantidade de casca inclusa na carbonização, da terra, areia e outros contaminantes. Com este enfoque e comparando os resultados do carvão da pupunheira com o da madeira, o carvão da pupunheira apresenta teor de cinza superior. O que é um gravame para sua utilização em gaseificadores, caldeira ou como combustível doméstico.
O teor de materiais voláteis tem dois enfoques significativos na utilização do carvão. Quando ele apresenta um teor de materiais voláteis elevado facilita a ignição e queima com bastante fumaça. Esta característica torna-se desvantajosa quando ele é utilizado como combustível doméstico em churrasco, assados, grelhados e defumados. Por outro lado, segundo o mesmo autor, o carvão com maiores teores de materiais voláteis, é menos friável do que aquele com maiores teores (menos finos durante o transporte e o manuseio).O carvão da pupunheira apresentou valor inferior ao carvão da madeira.
O desenvolvimento desta pesquisa, bem como as discussões dos resultados, permitem inferir as seguintes conclusões:
- O fuste da pupunheira apresentou substâncias solúveis em água quente, álcool-benzeno e soda a 1%, maiores do que o da madeira;
- Os teores de carboidratos da madeira, Celulose (exceto celulose bruta da jacareúba) e Pentosanas, foram superior ao do fuste da pupunheira;
- O valor percentual de lignina na madeira foi superior ao do fuste da pupunheira;
- O teor de cinza do fuste da pupunheira foi superior ao da madeira;
- O rendimento em carvão e gás da pirólise da madeira foi superior ao do fuste da pupunheira;
- O rendimento em água, ácido pirolenhoso da pirólise do fuste da pupunheira foi superior ao da pirólise da madeira;
- O teor de umidade do carvão e a porosidade do carvão do fuste da pupunheira foram superiores ao teor do da madeira;
- As densidades aparente e verdadeira dos carvões oriundos das madeiras e da pupunheira se equivaleram;
- O carvão proveniente do fuste da pupunheira foi mais friável e gerou mais fino do que o carvão da madeira;
- O poder calorífico do carvão da madeira foi superior ao do fuste da pupunheira;
- O teor de carbono fixo do carvão da madeira foi nitidamente superior ao da pupunheira;
- O carvão do fuste da pupunheira apresentou maior teor de cinzas e menor teor de materiais voláteis do que o carvão da madeira;
- O teor de materiais voláteis do carvão do fuste da pupunheira foi inferior ao da madeira;
- As análises e as conclusões referentes à qualidade dos carvões permitem afirmar que o carvão do fuste da pupunheira é inferior ao da madeira.
Antônio de Azevêdo Corrêa 1Pesquisador do Laboratório de Celulose e Carvão Vegetal, Coordenação de Pesquisas em Produtos Florestais do INPA- Manaus (Am), e-mail: aazevedo@inpa.gov.br
Paulo Roberto Guedes Moura Tecnólogo em Indústria da Madeira do Laboratório de Celulose e Carvão Vegetal, Coordenação de Pesquisas em Produtos Florestais do INPA - Manaus (Am), e-mail: pmoura@inpa.gov.br
Marcela Amazonas Cavalcanti Tecnologista Pleno do do Laboratório de Celulose e Carvão Vegetal, Coordenação de Pesquisas em Produtos Florestais do INPA - Manaus (Am), e-mail: mac@inpa.gov.br. |
