Como Fazer Carvão Vegetal: As 15 Chaves sobre carbonização (Parte 1)

“Definição: O carvão vegetal é um produto da carbonização da madeira.” Você aprenderá aqui como fazer carvão vegetal.

Como Fazer Carvão Vegetal – Princípios essenciais para entender sobre carbonização

Escrito por: Daniel Camara Barcellos contato: mailto:daniel.barcellos@live.com

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Neste artigo épico sobre carvão vegetal você vai aprender

  1. O que é carvão vegetal e carbonização
  2. A madeira para produzir carvão – fatores de influência
  3. A densidade básica da madeira para produzir carvão
  4. Umidade da madeira – Fundamentos que influenciam a produção de carvão vegetal
  5. Tamanho das peças – diâmetro e comprimento da madeira e sua influencia na produção de carvão
  6. Componentes químicos principais da madeira (celulose, hemiceluloses e lignina)

Introdução – Definição de carvão vegetal

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O carvão é um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar grandes quantidades de calor.

Pode ser produzido por processo artificial, pela queima de madeira, como o carvão vegetal, ou…carvão mineral e carvão vegetal

Originar-se de um longo processo natural, denominado encarbonização.

A encarbonização é o processo  pelo quais substâncias orgânicas, principalmente vegetais, são submetidas à ação da temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em carvão mineral.

Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural.

Definindo carbonização

A carbonização é um processo conhecido há pelo menos 10.000 anos, porém este processo evoluiu muito pouco.

A carbonização pode ser definida como o processo cujo objetivo é aumentar o teor de carbono fixo na madeira por meio de tratamento térmico.

Para que isso aconteça, é necessária a ocorrência de vários processos, tanto físicos como químicos para ter sucesso em como fazer carvão vegetal

O processo de carbonização pode ser entendido ao se estudar o comportamento dos três principais componentes da madeira:

  • A celulose,
  • As hemiceluloses e
  • A lignina.

Compreendendo o comportamento desses componentes, é possível compreender como se realiza a carbonização.

O que é obtido na carbonização da madeira

Durante o processo de carbonização da madeira, o carvão é apenas uma fração dos produtos que podem ser obtidos.

Caso sejam utilizados sistemas apropriados para a coleta, também podem ser aproveitados:

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Parâmetros da Matéria-Prima para Produção de Carvão

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O que é carvão vegetal e carbonização A madeira para produzir carvão - fatores de influência A densidade básica da madeira para produzir carvão Umidade da madeira – Fundamentos que influenciam a produção de carvão vegetal Tamanho das peças – diâmetro e comprimento da madeira e sua influencia na produção de carvão Componentes químicos principais da madeira (celulose, hemiceluloses e lignina)

Sendo a madeira a matéria-prima para a produção de carvão, precisamos conhecê-la em mais detalhes, para entendermos mais claramente o processo de produção de carvão.

A qualidade do produto madeira varia naturalmente entre:

  1. Entre espécies
  2. Entre árvores de uma mesma espécie
  3. Dentro de uma mesma árvore
  4. Idade da árvore

Logo o produto carvão gerado sofrerá variação conforme a sua matéria prima.

Atrativos da madeira para a produção de carvão

A utilização da madeira oferece certos atrativos tecnológicos.

  1. São isentos de S (enxofre) e isso é vantajoso na metalurgia e ecologia.
  2. O carbono produzido em florestas não interfere no equilíbrio da Terra.
    • As florestas consomem CO2, mas também o desprendem ao queimar-se ou degradar-se.
    • Além do mais as florestas desprendem O2.
  3. O carbono produzido nas florestas é perpetuamente renovável, enquanto exista vida no planeta terra.
  4. As florestas geram carbono e o armazenam ao mesmo tempo.
    • De modo que não é necessário dispor de depósitos adicionais para o produto como acontece na maior parte dos processos de fabricação de outros combustíveis.
  5. Como desvantagens das florestas como fonte de energia pode-se citar:
    • a necessidade de grandes quantidades de terra e água que…
    • vencer grandes obstáculos não técnicos (políticos, administrativos, etc.)

O Brasil é um país privilegiado neste contexto, pois possui grande extensão territorial e intensa insolação.

Os parâmetros mais importantes da madeira para produção de carvão são:

  • a densidade,
  • a umidade,
  • o tamanho das peças, e
  • a composição química.
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 A densidade básica da madeira influenciando a produção de carvão vegetal

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Podemos conceituar a densidade como quantidade de massa, expressa em peso, contida na unidade de volume.

Em se tratando de madeira, a densidade pode ser:

  • absoluta, expressa em g/cm3 ou Kg/m3,
  • ou relativa, quando comparada com a densidade absoluta da água destilada, insenta de ar, à temperatura de 3,98oC, com densidade de 1,0 g/cm3.

QUADRO 1- Classificação da densidade da madeira de acordo com o FOREST PRODUCTS LABORATORY (1974).

Intervalos de densidade (g/cm3) Tipo de madeira
– a 0,20 extremamente leve
0,20 a 0,25 excessivamente leve
0,25 a 0,30 muito leve
0,30 a 0,36 leve
0,36 a 0,42 moderadamente leve
0,42 a 0,50 moderadamente pesada
0,50 a 0,60 pesada
0,60 a 0,72 muito pesada
0,72 a 0,86 excessivamente pesada
0,86 em diante extremamente pesada

A madeira é um material poroso e o valor numérico da densidade depende da inclusão ou não do volume de poros.

Se a determinação do volume incluir o volume dos poros, obter-se-à, a densidade aparente;

Se a determinação do volume não incluir o volume dos poros, obtêm-se a densidade real ou verdadeira, o que corresponde à densidade da parede celular, cujo valor é igual a 1,53 g/cm3, independente da espécie.

A densidade da madeira e o carvão vegetal

A densidade da madeira é um dos índices mais importantes a ser considerado dentre as diversas propriedades físicas da madeira, pois além de afetar as demais propriedades interfere de forma significativa na qualidade de seus derivados, principalmente o carvão vegetal.

A densidade da madeira, bem como as demais propriedades, varia de uma espécie para outra, dentro da mesma espécie e na direção radial e axial de uma mesma árvore.

As variações da densidade são resultantes das diferentes espessuras da parede celular, das dimensões das células, das inter-relações entre esses dois fatores e da quantidade de componentes extratáveis presentes por unidade de volume.

Conhecer a densidade é importante em como fazer carvão vegetal

Outros fatores além da densidade que devem ser considerados para produzir carvão vegetal

A densidade, porém não deve ser considerada como um índice isolado de qualidade da madeira.

A composição química e as características anatômicas são fatores que devem ser também considerados

Na produção de carvão vegetal, a densidade deve ser encarada sob vários aspectos, sendo que várias considerações podem ser feitas em torno dela.

A densidade da madeira afeta a capacidade de produção de carvoaria, porque para um determinado volume de forno a utilização de madeira mais densa resulta em maior produção em peso.

Além disso, madeira mais densa produz carvão com densidade mais elevada, com vantagens para alguns de seus usos.

Algumas correlações entre a densidade de madeira e outros parâmetros anatômicos e químicos para produção de carvão, são importantes e destacamos o seguintes:

  • À medida que se aumentam os teores de lignina e de extrativos aumenta-se proporcionalmente a densidade.
  • Madeiras mais porosas produzem carvão de maior porosidade e madeiras mais densas produzem carvão mais denso.

Estas correlações são importantes, pois ajudam a selecionar a madeira e tomar os devidos cuidados no manejo da madeira a ser utilizada para produzir carvão e como fazer carvão vegetal.

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Teor de umidade da madeira na produção de carvão vegetal

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pilha de madeira e carvão vegetal

Qualquer material lenhoso recém-abatido apresenta uma quantidade considerável de água, a qual, para a maioria dos casos de utilização, deve ser em parte removida.

A umidade existente na madeira de uma árvore recém-abatida atinge valores bastante elevados quando se analisa a massa.

O peso de água pode variar de 50% do peso totalmente seco até 300% do peso seco.

Isto é incrível pois muitas das vezes a árvore ao ser abatida ela vai ter mais água do que madeira seca propriamente.

Água Livre da Madeira

Quando a madeira de uma árvore recém-abatida é exposta ao meio ambiente, inicialmente evapora-se a água localizada nos vasos, nos canais e no lúmem das células, que é denominada água de capilaridade ou água livre.

Água de Adesão da Madeira

Permanece na madeira toda água localizada no interior das paredes celulares que é chamada água de adesão, e a umidade correspondente a este estado é denominada umidade de saturação das fibras.

Quando este tipo de umidade é removida a madeira sofre alterações em suas propriedades.

Por outro lado, quando a madeira, previamente seca a 0% de umidade, é exposta ao meio ambiente, ela absorve a água que está dispersa no ar em forma de vapor.

A água adsorvida corresponde à água de adesão e o teor de umidade final alcançado pela madeira, que depende das condições do meio a da espécie vegetal considerada, é denominado umidade de equilíbrio com o ambiente.

Água de Constituição da Madeira

Existe ainda um outro tipo de água na madeira é a chamada água de constituição, ela se encontra quimicamente combinada com as substâncias da parede celular, ou seja, é a água que faz parte da “substancia química da madeira”.

A água de constituição não é realmente água até que o material celulósico seja aquecido em condições drásticas, onde degradações térmicas ocorram, resultando na quebra de grupos hidroxílicos para formar água.

A água de constituição participa da natureza orgânica da parede celular e não é removida durante a secagem, porque faz parte da madeira.

Para retirá-la é necessário quebrar a estrutura da madeira ou carbonizá-la.

A água de constituição não desempenha papel importante na inter-relação entre a substância madeira e a água de sorção, não influenciando nas propriedades físicas e mecânicas da madeira.

Conhecer os tipos de água é dos fatores chaves em conhecer em como fazer carvão vegetal

A umidade da madeira e o processo de carbonização

A umidade da madeira é um fator importante e deve ser muito bem observado no processo de carbonização da madeira.

A madeira antes de ser carbonizada precisa sofrer secagem. O processo de secagem consome muita energia, que é fornecida por parte da queima da lenha dentro do forno, ou da câmara de combustão externa, a depender do modelo do forno.

Quanto mais úmida a madeira maior será a energia necessária para secá-la.

A presença de água na madeira representa redução do poder calorífico, em razão da energia necessária para evaporá-la.

O  teor de umidade sendo muito variável, pode tornar difícil o controle do processo de combustão, havendo necessidade de constantes reajustes no sistema.

A  fabricação de carvão com madeira úmida, origina um carvão friável e quebradiço, provocando a elevação do teor de fino durante o manuseio e transporte e aconselha carbonizar a madeira com umidade, base seca, abaixo de 28%.

Teores de umidade elevados, principalmente na região central da madeira, cerne, inevitavelmente provocará fendilhamento no carvão vegetal, predispondo a maior geração de finos, fato ocasionado pelo aumento da pressão de vapor por ocasião da transformação da madeira em carvão vegetal.

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Influencia do tamanho das peças na produção de carvão vegetal

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tora de madeira úmida e carvão vegetal

Quando falamos de tamanho das peças estamos nos referindo ao diâmetro e comprimento da madeira ou outro tipo de biomassa a ser carbonizada.

Diâmetro da madeira e a influencia no carvão

Em termos de diâmetro, qualquer peça de lenha pode ser carbonizada.

Por razões de qualidade do carvão produzido, o diâmetro ideal para carbonização está entre 10 e 20 cm.

Diâmetros maiores do que 20 cm podem tornar o carvão muito quebradiço, além de dificultar o manuseio da peça.

Diâmetros menores do que 10 cm:

  • Dificultam o arranjo das peças dentro do forno;
  • Aumentam o tempo de enchimento com:
    • consequência do aumento do custo da mão-de-obra ou
    • consequência do aumento da mecanização do processo de produção de carvão vegetal.

O comprimento da madeira e a influencia no carvão

Geralmente quanto ao comprimento da peça, ela deve estar de acordo com o tamanho do forno ou das recomendações da tecnologia empregada.

Em termos de comprimento, geralmente existe mostraram uma correlação positiva entre comprimento das peças e geração de finos.

Ou seja quanto mais comprida a peça de madeira mais finos é produzido no processo de pordução de carvão vegeta.

É bastante comum o aparecimento de trincas na região central do carvão. Principalmente os de grande diâmetro.

As trincas e fissuras internas do carvão vegetal  são originadas de zonas de concentrações de tensão na madeira, ocasionada pela grande impermeabilidade da região central (cerne) das peças.

Essa impermeabilidade é devida geralmente ao acúmulo de resinas nas cavidades da fibra comuns do cerne da madeira.

Diâmetros e comprimentos maiores de madeira carbonizada proporcionam um carvão mais friável.

O tamanho das peças é muito importante em como fazer carvão com qualidade.

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Composição Química da Madeira e a Produção de Carvão Vegetal

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carvoaria de fornos circulares

O tecido lenhoso das árvores é constituído por diferentes tipos de células.

As plantas folhosas (espécies comuns em países tropicais como o Brasil) possuem uma estrutura mais complexa do que as coníferas, (espécies de árvores mais comuns em países não tropicais), com maior número de tipos de células.

O fenômeno da carbonização pode ser explicado e entendido a partir das transformações sofridas pelos principais componentes da madeira, a celulose, as hemiceluloses e a lignina.

Composição elementar da madeira para produção de carvão

A madeira se compõe basicamente de oxigênio, hidrogênio e carbono.

O carbono pode representar até 50% da composição da madeira, o oxigênio, 44%, e o hidrogênio, 6%.

Levando-se em conta o percentual que esses três elementos representam, torna-se fácil entender porque a carbonização pode ser compreendida conhecendo-se o comportamento da lignina, das hemiceluloses e da celulose, já que esses componentes são basicamente formados de carbono, oxigênio e hidrogênio.

De acordo com LEWIN e GOLDSTEIN (1991) e TSOUMIS (1991), em termos médios, as madeiras são constituídas por:

  • Celulose: 40-45%
  • Hemiceluloses: 20-30%
  • Lignina: 18 – 25% (Folhosas) e 25 – 35% (Coníferas)
  • Extrativos: 3-8%
  • Cinzas: 0,4%

A influencia da celulose da madeira em como fazer carvão

A celulose, principal componente da parede celular, é um polissacarídeo linear constituído de unidades anidro pirano glicose com ligações glicosídicas do tipo Beta 1-4 com alto grau de polimerização, possuindo uma estrutura cristalina e não ramificada.

O seu grau de polimerização está compreendido entre 9000 e 10000, podendo chegar a até 15000 unidades de glicose.

É o composto mais comum na natureza, sendo insolúvel em solventes orgânicos, em água, em ácidos e em álcalis diluídos, todas à temperatura ambiente.

As hemiceluloses da madeira  em como fazer carvão

As hemiceluloses também são polissacarídeos e diferem da celulose por serem polímeros ramificados e de cadeia mais curta.

As hemicelulose  possuem em sua estrutura outras unidades de açúcar diterentes da glicose como por exemplo, hexoses e pentoses como a manose, a galactose, a xilose, a arabinose, o ácido 4-o-metilglucurônico.

Geralmente possuem um peso moléculas menor que o da celulose, o seu grau de polimerização varia de 100 a 200 unidades de açúcares.

São os compostos da madeira responsáveis pela formação da maior parcela de ácido acético, durante a decomposição térmica.

A 400°C, a celulose e as hemiceluloses resultam num rendimento em carvão de aproximadamente 10 a 13% respectivamente.

Celulose e hemicelose são itens poucos importantes em como fazer carvão vegetal

A lignina em como fazer carvão

A lignina é um dos três polímeros básicos que constituem a madeira.

É um composto amorfo, tridimensional, de composição química bastante complexa, que se constitui de unidades de fenil propano, tendo uma cadeia altamente ramificada.

A lignina é o componente mais hidrofóbico da madeira.

Tem uma função adesiva entre as fibras e confere dureza e rigidez à parede celular.

As unidades de fenil propano são mantidas juntas, tanto por ligações éter (C-O-C) como por carbono-carbono (C-C).

A ligação éter é predominante, aproximadamente 2/3 ou mais das ligações da lignina são desse tipo e o restante é do tipo carbono-carbono (SJÖSTRÖN, 1993).

A lignina é um dos componentes da madeira de madeira de fundamental importância na produção do de carvão vegetal uma vez que o composto que mais contribui para a formação do resíduo carbonífero, bem como pela formação do alcatrão insolúvel.

A lignina a 400°C, proporciona rendimentos de aproximadamente 55% de resíduo carbonífero (OLIVEIRA et al., 1982a).

Lignina é o componente mais importante no tendimento e conhecer o seu comportamento é importante em como fazer carvão.

Os extrativos da madeira na produção de carvão

Os extrativos são componentes que não fazem parte da constituição química da parede celular e incluem elevado número de compostos.

Incluem resinas, açúcares, taninos, ácidos graxos, dentre outros compostos, os quais influem nas propriedades da madeira.

Assim, a cor, o odor, as resistências ao apodrecimento e ao ataque de insetos, a permeabilidade, a densidade e a dureza são afetados pela sua presença (PETTERSEN, 1984).

O conteúdo de cinzas é usualmente pequeno, podendo incluir cálcio, potássio, magnésio e traços de outros.

Quanto maior a proporção de matérias minerais na madeira, maior será a percentagem de cinzas no carvão, fato este pouco desejável, principalmente quando alguns dos componentes são prejudiciais para fins siderúrgicos.

O teor, bem como a composição química das cinzas pode ser afetada pela disponibilidade de minerais no solo.

Melhores propriedades químicas do carvão, maiores teores de carbono fixo, e menores teores em substâncias voláteis e cinzas estão associados à madeira com altos teores de lignina, para determinadas condições de carbonização.

Madeiras com altos teores de extrativos e lignina produzem maior quantidade de carvão, com maior densidade e mais resistente em termos de propriedades físicas e mecânicas.

A quimica da madeira é muito importante em como fazer carvão de forma ecológica

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 Sobre o autor do artigo em como fazer carvão

Meu nome é Daniel Camara Barcellos, sou especialista em Energia de Biomassa e tenho estudado a melhor forma de AJUDAR PESSOAS  a projetarem e operarem unidades ecológicas de carvão vegetal.

Slide73Meu objetivo é fazer com que VOCÊ ALCANCE as habilidades necessárias para projetar, instalar e operar unidades de carvão vegetal em menos de 6 meses.

Sou Engenheiro Florestal formado na Universidade Federal de Viçosa com especialização em Fontes Alternativas de Energia e Mestrado e Doutorado em Energia de Biomassa.

Nos meus empreendimentos, NOS ÚLTIMOS 20 ANOS já ajudei inúmeras empresas e pessoas a desenvolverem e instalarem unidades ecológicas de carvão vegetal,

Iinclusive pessoas e empresas que duvidavam dos RESULTADOS COMPROVADOS de unidades sustentáveis  e que não tinham a perspectiva de mudar a péssima imagem da produção de carvão vegetal .

Quero, pessoalmente,  partir dos meus treinamentos, CAPACITAR DE FORMA EXCELENTE,  em como fazer carvão de forma ecológica a no mínimo 10.000 pessoas no país até 2020.

Se você me ajudar a cumprir a minha missão, eu lhe ajudarei a alcançar o SEU SONHO de ter o seu negócio de carvão vegetal perpetuado e de forma uma forma sustentável e economicamente viável .

E tem mais, 10% da renda angariada por este curso será usado para AJUDAR CRIANÇAS e famílias de baixa renda em áreas rurais pobres a se desenvolverem como indivíduos e assim se propiciarem a terem uma VIDA MAIS ABUNDANTE !

Sobre a Fórmula da Carvoaria Perfeita

A FÓRMULA DA CARVOARIA PERFEITA  é a metodologia definitiva de produzir carvão vegetal de forma ECOLÓGICA.

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A Fórmula da Carvoaria Perfeita é um treinamento avançado de 120 dias que objetiva treinar pessoas para se tornarem  experst em produção de carvão ecológico e se tornará conhecedor da sabedoria da FÓRMULA DA CARVÃO.

Este  treinamento avançado é único no mundo.

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A FÓRMULA DA CARVOARIA PERFEITA tem transformado vidas e negócios.

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