Os países com maiores plantações florestais são a China e Índia, de acordo com estudo realizado pela FAO (2007). O Brasil encontra-se na 7ª posição, com 5,24 milhões de hectares plantados, correspondente a 0,6% da área territorial do país. No estudo realizado pela SBS (2007), este percentual corresponde a 0,7% do território nacional, compreendendo 5,74 milhões de hectares plantados, com cerca de 61% de eucaliptos e 31% de pinus. A distribuição das florestas plantadas no Brasil é mostrada na figura 3.2.
Figura 3-2: Distribuição de áreas de reflorestamento (Fonte: SBS, 2007)
Muitas empresas da região sudeste estão substituindo a utilização de madeira proveniente de florestas nativas por aquelas de florestas plantadas, que vêm assumindo crescente importância no conjunto do agronegócio do país. Novos investimentos estão sendo realizados em outras regiões como, por exemplo, no Norte e Nordeste (CENBIO, 2007).
Essa mudança decorre de questões como maiores custos para obtenção de madeira de locais distantes, ganhos operacionais obtidos pela utilização de matéria-prima uniforme, além da pressão social contra o corte de florestas nativas. Considerando a média nacional de uso de madeira, se toda a produção de ferro-gusa do país fosse dependente do carvão vegetal, seria necessário derrubar anualmente uma área de aproximadamente 7.463,73 mil hectares, equivalente a 1,7 vezes o estado do Rio de Janeiro (MILANEZ e PORTO, 2008).
Com o intuito de reduzir o uso de florestas na produção do carvão vegetal, o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) realizou pesquisas para viabilizar a utilização de coco de babaçu. De acordo com a pesquisa, na produção do carvão vegetal, os maiores custos estão associados à coleta, preparo e transporte da matéria-prima. Como o coco de babaçu é disperso e os produtores
buscam biomassa de menor custo, desprezando repercussões sociais e ambientais, este acaba não se tornando competitivo (CENBIO, 2007).
A possibilidade de obtenção de créditos de carbono por meio do reflorestamento de áreas degradadas tornou-se um incentivo às siderurgias no país e no mundo. A Tabela 3.8 mostra as metodologias de aflorestamento e reflorestamento já aprovadas pelo IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).
Tabela 3-8: Metodologias de Aflorestamento e Reflorestamento aprovadas pelo IPCC(2008)
Metodologia Título Aprovação País
AR – AM0001 Reflorestamento de Terra Degradada 2006 China AR – AM0002 Restauração de Terras Degradadas por meio de A/R 2006 Moldova AR – AM0003 A/R de Terras Degradadas por meio de Plantio de
Árvores, Regeneração Natural Assistida e Controle de Animais
2006 Albânia
AR – AM0004 A/R de Terras sob Uso Agrícola 2006 Honduras AR – AM0005 A/R Implementado para Usos Comercial e Industrial 2006 Brasil AR – AM0006 A/R com Árvores e Arbustos em Terras Degradadas 2007 China AR – AM0007 A/R de Terra sob Uso Agrícola ou Pastoril 2007 Equador
O Brasil é o maior produtor mundial de carvão vegetal. Os principais consumidores são os setores de ferrogusa, aço e ferroliga e, em menor escala, o comércio e o consumidor residencial. O carvão vegetal apresenta inúmeras vantagens em relação ao carvão mineral. É renovável, menos poluente (tem baixo teor de cinzas), praticamente isento de enxofre/fósforo e a tecnologia para sua fabricação já está amplamente consolidada no Brasil.
Para a economia florestal, a gama de empresas mais relevante no quesito consumo de carvão vegetal faz referência aos produtores independentes de ferrogusa, os quais são fornecedores de matéria prima para a indústria do aço. Em 2010, foram produzidos 11,6 milhões de m³ de carvão vegetal a partir de florestas plantadas, dos quais 66,2% foram consumidos pelos “guseiros” independentes (ABRAF, 2011).
O uso da madeira para a geração de energia apresenta algumas vantagens e desvantagens, quando relacionadas a combustíveis à base de petróleo. Entre as vantagens, salientam-se o baixo custo de aquisição, a não emissão de dióxido de enxofre, menor agressividade das cinzas ao meio ambiente comparadas às provenientes de combustíveis fósseis, a menor corrosão de equipamentos (caldeiras e fornos), o menor risco ambiental por se tratar de recurso renovável, as emissões não contribuem para o efeito estufa e a possibilidade de aproveitamento dos resíduos do processo de fabricação (serragem, cavacos e pedaços de madeira). Como desvantagens podem ser citados: o menor poder calorífico, maior possibilidade de geração de material particulado para a atmosfera e as dificuldades no estoque e armazenamento (GRAUER E KAWANO, 2001).
Silva (1984), comparando a biomassa de diferentes espécies para a produção de energia,encontraram, para o Eucalyptus viminalis com teor de umidade de 12% e peso específico de 0,57 g/cm3 , um poder calorífico de 4.691 kcal/kg para a madeira e 3.495 kcal/kg para casca. Vale et al. (2000) encontraram para a Acacia mangium, um poder calorífico superior médio de 4.619 kcal/kg e para o Eucalyptus grandis 4.641 kcal/kg, não apresentando diferença significativa entre as espécies. No entanto, Maraboto et al. (1989), trabalhando com madeiras de dez espécies nativas da Amazônia, encontraram um poder calorífico superior médio de 4.697 Kcal/kg. Atualmente, aproximadamente 55,0% da produção brasileira de carvão vegetal ainda é proveniente de florestas nativas. A tendência é que a cada ano o consumo de madeira nativa diminua, sendo substituída por madeira de florestas plantadas, em função do maior controle exercido pelos órgãos fiscalizadores e também pelo aumento das pressões sociais na preservação dos recursos naturais (ABRAF, 2011).
A importância da madeira como fonte de energia fica evidente quando se tomam os valores citados por Floresta Colonial (2000): um estéreo de madeira seca, aproximadamente 450 kg, é equivalente a 210 litros de óleo combustível que, por sua vez, equivalem a 282 kg de carvão mineral quanto ao poder calorífico produzido. Esses valores não são fixos, pois a quantidade de energia liberada pela queima da madeira bem como o comportamento da combustão dependem de uma série de
fatores, como a composição química, a granulometria, a massa específica básica e o teor de umidade da madeira, além das características das instalações para queimar. Os resíduos originados do processamento da madeira em indústrias madeireiras ou moveleiras, paletes em desuso, móveis velhos, galhos de árvores podadas, resíduos de culturas agrícolas, como casca de arroz, bagaço de cana-de-açúcar, artigos de madeira em geral, etc., são resíduos ligno-celulósicos. Os resíduos ligno-celulósicos geralmente apresentam formas e granulometria bastante diferenciada.
No Brasil, a década de 70 foi marcada por grande substituição da lenha por derivados de petróleo. No início da década de 80 o processo de substituição na indústria é atenuado, com a elevação dos preços internos do óleo combustível e do gás natural, favorecendo um maior uso da lenha e do carvão vegetal.
No que diz respeito à biomassa, o setor industrial com cerca de 67% do consumo, inclui o uso de bagaço na produção de álcool, e o residencial com cerca de 16%, são os principais consumidores. Em seguida vem o setor de transporte com 12%, em razão da utilização do álcool carburante. O alto incremento do uso industrial de biomassa, na primeira metade da década de 80, se deve ao carvão vegetal, em substituição ao óleo combustível; ao bagaço de cana utilizado na produção de álcool e à expansão da siderurgia a carvão vegetal. O consumo de biomassa nos setores residencial e agropecuário cai em razão da menor utilização da lenha.
Analisando-se os dados referentes a matriz energética nacional fica evidente a dependência do país aos recursos naturais renováveis dando ênfase à lenha e ao carvão vegetal. O consumo de lenha no Brasil em 2004 atingiu 90.896 milhões de toneladas. Considerando-se que de todas as tipologias florestais de onde provém esta lenha ocorra um rendimento médio de 200 estéreos por hectare, e que cada estéreo tenha 300kg, o consumo de lenha corresponderia a uma área de aproximadamente 1.515 milhões de hectares de florestas. Desse modo torna-se necessário à reutilização dos resíduos gerados pelas indústrias de base florestal para a produção de alternativas energéticas, sendo uma delas a confecção de briquetes como substituto da lenha reduzindo a pressão nas florestas nativas.
As cinzas provenientes da queima de combustíveis de origem vegetal em caldeiras é um problema recorrente nas plantas de beneficiamento de grãos do sul do Brasil, em especial o da soja. Devido ao custo e a disponibilidade, a madeira ainda é muito usada. A quantidade de resíduo gerado deste processo tornou-se um problema, pois é um Material Particulado Fino (MPF), que espalhar-se por quilômetros. O mesmo possui reatividade com o solo, sendo usadas como corretivo, mesmo que de forma empírica. Por essas características este resíduo tornou-se um problema ambiental de solução complexa (JÚLIO et al, 2011).
Nas tabelas 3.9, 3.10 e 3.11 encontra-se um estudo comparativo entre os diversos tipos de cavaco utilizados para queima em caldeiras e o bagaço de cana. Foram realizadas análises dos seguintes parâmetros: Poder Calorífico, Teor de Umidade, Teor de Cinzas, Densidade e Granulometria. Este estudo comparativo foi gentilmente cedido pela empresa Minas Agromercantil e realizado pelo Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura Luís Queirós (ESALQ-USP) sob a supervisão do Prof. José Otávio Brito em Novembro de 2006.
Tabela 3-9: Relação de amostras
Amostra Descrição do produto
1 Cavaco de resíduo de serraria Pinus sem casca – Capri 2 Casca de Pinus
3 Cavaco de resíduo de serraria Pinus – Itapinus
4 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Montana Serraria 1 5 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Montana Serraria 2 6 Cavaco de resíduo de serraria Pinus – Betel
7 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Zanoni - Água Clara 8 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Zanoni/JJR
9 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Zanoni - Ribas do Rio Prado 10 Cavaco de lenha de pinus – Madrid
11 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Floranorte – Camanducaia 12 Cavaco de Paletes – Cezan
13 Cavaco de resíduo de serraria - Eucalipto – Ibaté 14 Cavaco de lenha de Pinus - Chapadão do Bugre 15 Cavaco de lenha de Eucalipto - Chapadão do Bugre 16 Cavaco de resíduo de serraria Pinus – Brancalhão
17 Cavaco de resíduo de serraria Pinus - Floranorte – Itapeva 18 Cavaco de lenha de Pinus - Floranorte – Itapeva
19 Bagaço de cana
Analisando o teor percentual de cinza obtido na tabela 3.9 entre as amostras de Cavaco de lenha de Eucalipto (0,31%) e de bagaço de cana-de-açúcar (0,67%), nota-se que o bagaço de cana gera mais que o dobro de cinzas e particulados em relação ao cavaco de lenha de Eucalipto.
Assim espera-se que as cinzas geradas pela lenha de cavaco de Eucalipto apresentem características físicos químicas semelhantes às aos demais resíduos citados nesta revisão bibliográfica, justificando a sua incorporação em compósitos cimentícios.
Resultados obtidos após a análise de cada amostra:
Tabela 3-10: Resultados obtidos
Amostra U PCS PCI PCU DA CZ PCUv1 PCUv2
1 48,4 4469 4145 1847 332 0,20 613415 2567 2 23,5 5168 4844 3563 257 0,22 915976 3833 3 42,5 4758 4434 2297 255 0,15 586700 2455 4 47,4 4715 4391 2028 282 0,17 571280 2390 5 48,6 4685 4361 1948 307 0,19 598143 2503 6 45,5 4964 4640 2258 267 0,16 602691 2522 7 49,9 4695 4371 1891 275 0,15 519137 2172 8 45,2 4904 4580 2238 344 0,19 768636 3216 9 47,9 5046 4722 2175 263 0,15 571850 2393 10 31,4 5149 4825 3120 227 0,24 709517 2969 11 54,5 5074 4750 1834 267 0,19 489146 2047 12 9,9 5183 4859 4317 263 0,33 1135687 4752 13 22,4 4934 4610 3445 312 0,16 1075084 4498 14 26,6 4730 4406 3076 253 0,21 777623 3254 15 20,0 4816 4492 3474 278 0,31 965499 4040 16 37,4 4599 4275 2454 255 0,22 625018 2615 17 41,6 4476 4152 2173 257 0,18 559339 2340 18 30,9 4856 4352 2947 259 0,19 764567 3199 19 48,5 4740 4416 1983 70 0,67 139383 583
Fonte: Minas Agromercantil, 2006
Observações:
U = Teor de Umidade (%) CZ = Teor de Cinzas (%)
PCS = Poder Calorífico Superior (kcal/kg) PCI = Poder Calorífico Inferior (kcal/kg) PCU = Poder Calorífico Util (kcal/kg)
DA = Densidade a Granel á Umidade Corrente (kg/m³) PCUv1 = Poder Calorífico Útil Volumétrico (kcal/m³) PCUv2 = Poder Calorífico Útil Volumétrico (MJ/m³)
Tabela 3-11: Resultado análise granulométrica
Amostra Peneira A B C D E % de material retido 1 68,5 13,2 5,9 5,7 6,6 2 83,0 5,5 7,3 3,2 1,1 3 36,0 20,8 31,8 8,9 2,6 4 41,6 35,0 16,5 4,6 1,3 5 31,9 29,7 22,6 10,7 5,0 6 25,8 33,9 32,7 5,5 2,0 7 44,5 25,5 24,6 4,3 1,2 8 44,9 29,8 14,2 6,7 4,1 9 32,1 16,8 17,0 16,7 18,4 10 30,7 38,7 22,2 7,4 1,1 11 45,8 31,1 18,5 3,4 1,3 12 57,6 19,1 17,2 5,5 0,6 13 42,9 36,2 12,3 8,5 0,1 14 43,4 26,1 20,8 7,7 2,1 15 23,8 30,0 28,5 15,1 2,7 16 43,1 27,6 23,3 4,7 1,2 17 32,2 25,6 29,8 9,7 2,7 18 18,3 36,3 35,8 8,6 1,0 19 3,3 4,3 4,6 19,6 70,7
Fonte: Minas Agromercantil, 2006
Observações: A = > 30 mm B = entre 30 e 20 mm C = entre 20 e 10 mm D = entre 10 e 5 mm E = < 5 mm
Vieira, Borlini e Monteiro (2010) avaliaram a incorporação de cinzas de lenha de eucalipto em cerâmica argilosa. Misturas de argila caulinítica do município de Campos de Goytacazes, no estado do Rio de Janeiro, Brasil, foram preparadas amostras com adições de 0, 5, 10 e 20% em peso de cinzas de lenha de eucalipto.
As amostras foram pré moldadas uniaxialmente a 20 MPa e queimadas a 900°C. Os resultados mostraram que a incorporação de 10% em peso de cinzas de lenha de eucalipto melhorou as propriedades da cerâmica argilosa uma vez que a plasticidade foi otimizado, absorção de água diminuiu, enquanto a resistência mecânica aumentou.
Dentre os resíduos da indústria do papel, destaca-se, entre outros, o uso das fibras para reforços de matrizes frágeis e o reaproveitamento da cinza da casca do eucalipto em matrizes cimentícias (NOLASCO e AGNESINI, 1993; SILVA et aI,1993).
A cinza de casca de eucalipto, resíduo do processo de fabricação de papel da empresa Aracruz, tem sido estudada por vários pesquisadores da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).
Silva e Souza (1995) estudaram o aproveitamento do resíduo da indústria de celulose/papel e entulho de obra em componentes de construção (painéis e blocos). Os melhores resultados foram obtidos com a substituição de 30% da massa de cimento pela cinza de casca de eucalipto (resíduo da indústria de celulose papel) e pela substituição do agregado pelo resíduo de construção. Nessa época, a Aracruz Celulose, empresa fornecedora do resíduo para essa pesquisa, informou ser de US$ 500.000/ano os gastos com execução de aterros para seus resíduos.
Silva et aI. (1993) estudaram vários resíduos industriais da região da cidade de Vitória, entre eles a cinza da casca de eucalipto, para aproveitamento em componentes para construção civil. Foram realizados ensaios de resistência à compressão, ensaio de tração por compressão diametral. assim como massa específica, absorção e volume de vazios permeáveis utilizando corpos-de-prova cilíndricos (50 x l00mm). Os resultados mostraram um aumento da resistência à compressão simples dos corpos-de-prova de argamassa com adição de 5% de cinza em relação aos de referência nas primeiras idades, o que não se repetiu em idades avançadas (Tabela 3.12).
Tabela 3-12: Resistência à compressão de corpos de prova confeccionados com a cinza de casca de eucalipto
7 dias 14 dias 28 dias 63 dias 91 dias
Referência 20,7 29,4 36,3 49,5 52,7
5% de cinza 26,7 29,7 37,7 48,4 47,3
Fonte: Silva et. al., 1993
Silva e Souza (1996) analisaram em outro estudo a composição química do resíduo da produção de eucalipto, calcinado a 1000°C (Tabela 3.13).
Tabela 3-13: Análise química da cinza de casca de eucalipto calcinada a 1000ºC
Óxidos SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 SO3 Na2O K2O PF CO2
% 13,10 55,70 7,98 1,05 5,02 10,50 2,82 1,50 40,50 10,40
Fonte: Silva et. al., 1996
Após a análise química foram confeccionados corpos-de-prova de argamassa de 50xl00mm, com o objetivo de avaliar as propriedades mecânicas (resistência à compressão e à tração por compressão diametral) e físicas (massa específica, absorção e volume de vazios permeáveis até a idade de 230 dias).
Os resultados iniciais obtidos demonstraram ser possível a substituição de até 30% de cinza da casca do eucalipto, sem prejudicar a resistência à compressão. No ano de 1996, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT deu inicio a um programa de caracterização da cinza da casca do eucalipto. Não foram encontrados dados na literatura sobre a cinza da casca do eucalipto após essa data.
Tabela 3-14: Composição química da cinza de eucalipto (% em relação ao peso)
CaO MgO P2O5 K2O SiO2 SO3 Fe2O3 MnO TiO2
82,097 6,252 4,207 2,690 2,265 1,849 0,373 0,181 0,085
Fonte: Melo et. al., 2011
Melo et al. (2011) analisaram a possibilidade de uso da cinza residual de lenha proveniente da queima do eucalipto no concreto, substituindo o agregado miúdo em volume. Após seu peneiramento, a cinza teve sua composição química obtida por
fluorescência de raios-X (Tabela 3.14), realizada com o equipamento EDX 720 da marca Shimadzu.
A quantidade de cinza, em massa, foi determinada a partir de três percentuais de substituição (5%, 10% e 15%) baseados na massa do cimento. Para a análise foram moldados oito corpos-de-prova para cada percentual e traço de referência, onde seis foram submetidos a ensaio de resistência à compressão para duas idades (7 e 28 dias), e dois foram ensaiados à porosidade. Com base nos resultados obtidos, constatou-se que para todos os percentuais houve uma diminuição da resistência mecânica à compressão em relação ao material de referência, tendo sido o percentual de 5% o mais afetado (cerca de 20% de diminuição). Com relação à porosidade, os ensaios mostraram variações desprezíveis, levando à conclusão que a substituição, em volume, do agregado miúdo pela cinza residual de eucalipto é possível sem alterações na resistência para um percentual de até 15%.