Produção de Carvão Vegetal Por Micro-ondas

1.1. Madeira

A madeira, material compósito natural, utilizado em grande escala pelo homem em diversas aplicações, pode ser definida como um material heterogêneo, que apresenta grande variabilidade estrutural e química, refletidas em diversas propriedades físicas, tais como: densidade, permeabilidade, comportamento quanto à capilaridade, condutividade térmica, difusão da água de impregnação, entre outras[3].

A madeira para uso energético no Brasil, ao longo dos anos, está intimamente associada à produção de carvão vegetal, ao consumo residencial, industrial e agropecuário[4].

Pode-se destacar que a produção de carvão vegetal, para atender às demandas do setor siderúrgico, é a principal finalidade energética da madeira. O Brasil é o maior produtor mundial de aço através de rotas que fazem uso de carvão vegetal, para fins de redução de minério de ferro e energético[4].

O uso de carvão vegetal proveniente de florestas plantadas objetivando a produção do mesmo vem crescendo, o que mostra evolução quanto ao atendimento da demanda e valorização da sustentabilidade[4].

1. Composição química da madeira

A composição química da madeira não pode ser estabelecida somente para determinado gênero de madeira ou até mesmo para algum tipo específico de madeira, pois a composição química de tal material é variável, sendo dependente de muitos fatores, tais como: sua procedência (localização geográfica), clima, tipo de solo, entre outros[5].

Os principais constituintes da madeira são: a celulose, a hemicelulose e a lignina. Esses três componentes são responsáveis, durante o processo de pirólise, pela produção de carvão vegetal, gases não condensáveis, alcatrão insolúvel e vapores aquosos[6].

A porcentagem dos três constituintes de maior importância na madeira (lignina, hemicelulose e celulose) é apresentada na Tabela III.1.

Tabela III.1: Comparação entre os constituintes da madeira[7].

	Contribuição	Constituição	Função no compósito da madeira
Celulose	45%	Marcomolécula longa e linear feita de unidade de celobiose.	Formação da parede celular. Dá estabilidade estrutural à madeira.
Hemicelulose	35% em madeira dura; 25% em madeira mole.	Macromoléculas de cadeia curta, muitas ramificações, feitas de pentosas.	Formação da parede celular. Dá estabilidade estrutural à madeira.
Lignina	21% em madeira dura; 25% em madeira mole	Macromolécula com ramificações tridimensionais, feita de unidades de metoxifenilpropano.	Material de rejunto na célula da madeira, responsável pelo endurecimento da madeira.

Os componentes da madeira são classificados como polímeros complexos e em termos elementar são distribuídos da seguinte maneira:

• 50% carbono;

• 44% oxigênio;

• 6,0% hidrogênio;

• traços de muitos íons metálicos[5].

1. Ligninas

As ligninas são definidas como constituinte da parede celular, de natureza polimérica e tridimensional, extremamente complexas, formadas pela polimerização desidrogenativa, catalisada por enzimas, via radical livre, dos precursores do ácido cinamílico. São constituídas de unidades de fenil-propano unidas por ligações C-O-C e C-C e com diferentes teores de grupos alcoólicos e metoxílicos dependendo da madeira[3].

A Figura 3.1 ilustra a estrutura da Lignina.

[pic 1]

Figura 3.1: Estrutura da Lignina[7].

No que se refere às propriedades físicas da lignina os aspectos mais importantes são a rigidez e a dureza que ela atribui às paredes celulares onde ela está presente, ou seja, é a lignina que confere rigidez e dureza ao aglomerado de cadeias da celulose, dessa forma proporcionando resistência mecânica à madeira. Diversas propriedades físicas e mecânicas da madeira estão relacionadas à presença de lignina[5].

A lignina é o componente de maior relevância na produção de carvão vegetal, pois ela tem grande influência no rendimento gravimétrico e no teor de carbono fixo. O percentual de lignina influencia de maneira positiva o rendimento gravimétrico em carvão e o teor de carbono fixo do carvão produzido[8].

A maior resistência à decomposição térmica da lignina, quando comparada à celulose e a hemicelulose, se deve à sua estrutura complexa. De maneira semelhante, os maiores teores de carbono fixo em carvão produzido através de madeiras com maior teor de lignina se devem à maior porcentagem de carbono elementar na composição da mesma[8].

A existência de fenóis e diversos outros compostos aromáticos na constituição do bio-óleo se deve à lignina, sendo que ela se destaca na formação do carvão vegetal e outros produtos, por exemplo, metanol e parte do ácido acético[9].