Cadeia produtiva do carvão vegetal: Mercado, competitividade e sustentabilidade

A cadeia produtiva do carvão vegetal é uma cadeia muito interessante que se integra em outras cadeias

Abaixo colocamos um roteiro do que você irá aprender neste artigo épico sobre cadeia produtiva do carvão vegetal


Este artigo épico tem o objetivo de apresentar um panorama completo de como funciona a cadeia produtiva do carvão vegetal se comporta frente aos diferentes agentes da cadeia produtiva no qual está inserida

E havendo o reconhecimento dos agentes de mercado você pode se antecipar a tendências de preço e especificar nichos específicos para que você alcance o almejado sucesso em produção de carvão vegetal.

Os projetos florestais possuem algumas características específicas como o longo prazo e a elevada complexidade.

Existe ainda um fator denominado risco nos projetos florestais que tem uma relação direta com topografia local .

Nas regiões íngremes (montanhosas) se requer esforço muito intenso de trabalho (e dinheiro), ao contrário do que ocorre nas regiões planas com tecnologia mais intensiva no emprego de máquinas, o que facilita o cumprimento de um projeto de cunho florestal.

O risco de um empreendimento florestal aumenta de forma considerável neste tipos de áreas declivosas.

A produção de carvão vegetal apesar de tradicionalmente ser um sistema produtivo rústico e complexo ele também é afetado por estas características.

Entender os principais agentes da cadeia produtiva é essencial para obter o sucesso em empreendimentos agrários.

A produção, comercialização e industrialização do carvão vegetal estão inseridos em uma cadeia, a cadeia produtiva do carvão vegetal.

O desenho da cadeia produtiva consiste na delimitação da cadeia, identificando os segmentos que a compõem, bem como o fluxo físico dos materiais desde a origem (segmento insumos) até o consumidor final.

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Cadeia produtiva da madeira

cadeia produtiva da madeira

A cadeia produtiva da madeira constitui uma atividade econômica complexa e diversificada de produtos e aplicações energéticas e industriais.

É uma macro-cadeia que está inserida a cadeia produtiva do carvão vegetal

A cadeia produtiva da madeira é caracterizada pelo conjunto de atividades que asseguram a produção, a colheita e a transformação da madeira até o estágio em que ela, por associação de seus derivados a outras matérias, perde a característica de constituinte essencial do produto.

A cadeia da madeira pode ser definida ainda como o conjunto de atividades econômicas que gravitam em torno de:

  • Gestão do projeto
  • Da exploração da floresta,
  • Da comercialização e
  • Da transformação da madeira.

Transversalidade da cadeia produtiva da madeira

Do ponto de vista transversal, distinguem-se os processos sucessivos de transformação que a madeira.

Saindo de um estado bruto (floresta) a um estado considerado como final (madeira transformada).

Geralmente na sucessão da cadeia compreende-se:

  • A silvicultura (plantio e manutenção das florestas),
  • A colheita (extração da madeira),
  • A primeira transformação (produto primário)
  • A segunda transformação (produto secundário).

A cadeia produtiva do carvão vegetal fica inserido dentro da cadeia produtiva da madeira.

Verticalidade da cadeia produtiva da madeira

Sobre o plano longitudinal, podem-se distinguir três grandes subcadeias em função das distinções de madeira bruta:

  • Madeira para energia (lenha e carvão vegetal),
  • Madeira para processamento mecânico (lenha e cavaco)
  • Madeira industrial (celulose, madeira serrada, outros).

Cada uma dessas grandes categorias de madeira bruta se encontra de fato na origem dos fluxos importantes, bem diferenciados, mas que podem se interpenetrar.

Estas cadeias em função do mercado vão influenciar de forma significativa nos preços da madeira.

Estas categorias permitem aos donos de madeira, principalmente pequenos, optarem por mercados mais atrativos e um destes mercados é o da cadeia produtiva do carvão vegetal.

A cadeia produtiva do carvão vegetal

cadeia produtiva do carvão vegetal

O carvão vegetal é uma matéria prima renovável, pouco poluente quando comparado a combustíveis fosseis e é usado como agente redutor na fabricação de ferro-gusa, produção de ligas metálicas e como fonte de energia geralmente térmica.

O carvão vegetal é utilizado como fonte de energia térmica e redutora para produzir ferro metálico a partir do minério de ferro desde o início da indústria do aço.

Como não há enxofre em sua composição, o carvão vegetal melhora a qualidade do ferro-gusa e do aço produzido, aumentando, consequentemente, o preço final do produto.

Na cadeia produtiva do carvão vegetal temos o mercado doméstico que direciona o produto  na forma de “carvão para churrasco”, aos supermercados, às churrascarias, aos restaurantes e outros que compõem importante mercado para a indústria de carbonização.

O principal mercado para o carvão são as siderúrgicas, que o utilizam como termo redutor do minério de ferro transformando em ferro gusa.

Fluxos e sistemas produtivos da cadeia produtiva do carvão vegetal

Além do fluxo do produto, existe o fluxo financeiro e o fluxo da informação na cadeia produtiva do carvão vegetal que integra os seguintes sistemas

  • Sistema financeiro (bancos e entidades financeiras)
  • Sistema de P&D (universidades e entidades de pesuisa)
  • Sistema de Ensino (universidade e faculdades e escolas)
  • Sistema político (políticas públicas nacionais e regionais)
  • Sistema de Logística (agentes proprietários de veículos específicos)
  • Sistema de estocagem (armazenagem
  • Sistema de extensão (agentes multiplicadores de conhecimento)
  • Sistema de preços (como o mercado reage aos elos)
  • Sistemas sociais (ongs e entidades de classe)
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Estrutura da cadeia produtiva do carvão vegetal

estrutura da cadeia produtiva do carvão vegetal

Quanto à estrutura, o setor de produção de carvão vegetal caracteriza-se por uma estrutura heterogênea, na qual convivem empresas de diferentes tamanhos, com distintas características técnicas e organizacionais.

De um lado, encontram-se as médias e grandes empresas, que atendem, em grande escala, ao mercado siderúrgico.

Estas empresas são em pequeno número, com significativa concentração da produção e com maior organização do seu negócio e relativa autonomia de mercado.

De um outro lado temos as pequenas empresas ou produtores autônomos, que atendem ao mercado aberto e, eventualmente, às siderúrgicas.

Estas pequenas empresas são pulverizadas e não concentradas geograficamente, na qual prevalecem pequenos empreendimentos familiares.

Este empreendimentos familiares são caracterizados pelo uso de tecnologias de baixo nível, em sua maioria com condições de trabalho insatisfatórias e baixo rendimento produtivo.

O transporte do carvão vegetal siderúrgico é feito pelo produtor rural, pelas indústrias siderúrgicas e pelos intermediários.

Para ser transportado, o carvão vegetal necessita estar acompanhado da nota fiscal e Documento de Origem Florestal – DOF emitida pelo Ibama, válida em todo o território nacional ou outro documento específico do estado.

Diferentes perfis de produtores de carvão vegetal

perfil do produtor de carvão vegetal

O produtor profissional

Indivíduo que tradicionalmente fabrica e vende carvão vegetal, adquirindo florestas de fazendeiros e reflorestadores, pagando pela madeira retirada.

Este produtor é constante, muda de local, mas sempre produz. Sofre com as variações de preços, mas ganha na alta. Mantém o mercado ativo em qualquer época. –

O fazendeiro: nem sempre terceiriza o serviço e faz o carvão para pagar o custo do desmate e destoca na área para pasto e plantio.

Este fornecedor aparece quando tem área a explorar na cadeia produtiva do carvão.

O intermediário ou atravessador

Indivíduo que compra o carvão e revende ao consumidor.

Geralmente possui caminhões, compra de produtores pequenos que têm dificuldades de regularizar a produção.

Nas épocas de oferta de carvão, ele compra carvão a preços mais baixos, tendo uma margem de lucro compensadora.

Mas logo que o preço começa a cair, ele também desaparece, voltando depois no novo ciclo.

As reflorestadoras

Quando na fase de preparação do terreno, geralmente terceirizam a fabricação de carvão com o produtor profissional, mas, ao fazer carvão da floresta homogênea, montam sua própria estrutura.

Administram todo processo de forma vertical seja “primarizando” ou “terceririzando” as atividades por contratos.

O produtor eventual ou de ocasião

Indivíduo que abandona outras atividades menos rentáveis, nos períodos em que o preço do carvão está em alta, tendo boa margem de lucro.

Este produtor é causador de oferta acima do consumo normal, o que provoca baixa dos preços e desestímulo ao produtor profissional.

Logo que a margem de lucro fica pequena, ele sai do mercado e da cadeia produtiva do carvão.

Produtores independentes

O grupo de produtores independentes é formado por produtores de florestas plantadas e exploradores de matas nativas.

Os produtores de florestas plantadas são responsáveis por uma parcela ainda pequena no fornecimento de carvão vegetal.

São agricultores grandes, médios e pequenos, que cultivaram o eucalipto com o intuito de obter madeira para o próprio consumo e comercializar o excedente, sem estar diretamente integrados às indústrias consumidoras de carvão vegetal.

Estes produtores tem crescido na cadeia produtiva do carvão vegetal.

Produtores fomentados

Nos últimos anos, as empresas consumidoras de carvão vegetal estão utilizando como estratégia para o incremento de novos plantios florestais a modalidade de integração ou fomento florestal.

O fomento florestal passou a ser o mecanismo preferencial para ampliação da base florestal necessária ao abastecimento de matéria-prima em empreendimentos dos segmentos madeireiro, de papel, celulose e energético.

Os produtores fomentados estão amplamente presentes hoje na cadeia produtiva do carvão vegetal.

TIMOs – Timberland Investiments Management Organizations

São formadas por empresas de grupos de investidores que investem na atividade florestal.

Estas organizações funcionam como elos entre os investidores e os investimentos florestais, levantando fundos, analisando o mercado florestal, adquirindo propriedades, efetuando e gerenciando plantações florestais.

Os fundos de investimentos em ativos florestais, quase sempre vinculados a fundos de pensão ou outros constituídos para esse fim.

Os recursos podem ser provenientes de capital nacional ou estrangeiro e não estão, necessariamente, vinculados a projetos industriais.

A cadeia produtiva do carvão vegetal integrou de forma intensa este novo perfil de produtor.

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A cadeia produtiva do carvão vegetal para uso siderúrgico – História

história da siderurgia no Brasil

Damos um foco especial ao consumo de carvão vegetal pela siderurgia pois é o grande consumidor de carvão brasileiro.

O uso siderúrgico consome mais de 80% de todo o carvão vegetal produzido. Então a siderurgia é um regulador de peso no preço do carvão vegetal

Se formos analisar em nível mundial os altos fornos a carvão vegetal representam apenas 1% da produção de ferro gusa no mundo e 1/3 da produção brasileira

O carvão vegetal chega a atingir 70% do custo de produção do ferro gusa em alguns casos.

As siderúrgicas que consomem carvão vegetal no lugar do carvão mineral  apresentam maior vantagem comparativa em termos ambientais e sociais.

Atualmente, o maior consumo de carvão vegetal está concentrado em polos siderúrgicos. Esses polos estão localizados em:

  • Minas Gerais (maior consumidor de carvão vegetal),
  • Polo siderúrgico de Carajás, localizado nos Estados do Maranhão e Pará, onde predomina o consumo de carvão obtido de matas nativas.
  • Polo do Espírito Santo e
  • Polo do Mato Grosso do Sul (Corumbá, Aquidauana, Ribas e Rio Pardo), mais novo polo guseiro do país.

Estes 04 polos absorvem a maior parte do carvão vegetal da cadeia produtiva do carvão vegetal.

Breve Histórico da cadeia siderúrgica o grande consumidor de carvão

O carvão vegetal foi o grande responsável pelo surgimento da indústria siderúrgica no Brasil.

A falta de reservas de carvão mineral, disponibilidade de florestas e vegetação nativa propiciaram as condições para a utilização do carvão vegetal como termo redutor na produção siderúrgica.

O carvão surgiu em escala comercial no estado de Minas Gerais, responsável na década de 1950 e 1960 por 90% da produção de ferro-gusa do país.

Na década de 1970 o Brasil tornou-se o maior produtor polo siderúrgico a carvão vegetal do mundo

De 1979 a 1988 a taxa de consumo de carvão vegetal oriundo de mata nativa evidenciou um crescimento de 189%.

Neste mesmo período a taxa de consumo de carvão proveniente de florestas plantadas cresceu 369%.

Em 1988 a madeira de reflorestamento forneceu o  equivalente a 16 milhões de metros cúbicos de madeira para a produção do carvão vegetal.

Na década de 60 surgiram os plantios florestais fortemente influenciados pelas políticas de incentivos fiscais do Governo Federal.

Entre 1966 e 1988, houve elevado aumento na produção de carvão vegetal.

Diante da crise do petróleo (décadas de 70 e 80), surgiram várias indicações para o uso de opções energéticas novas e renováveis, e então a biomassa foi caracterizada como um grande potencial energético, incluindo o carvão vegetal.

Outros fatos históricos da cadeia siderúrgica

O consumo de carvão vegetal de matas nativas foi precursor de desmatamentos e consequentemente perturbação do meio ambiente.

Com exaustão das matas nativas passaram a substituir esse consumo por carvão de florestas plantadas.

O consumo de carvão vegetal no País no ano de 2009 foi de 22 milhões de metro de carvão (mdc), o carvão de matas nativas foi responsável por aproximadamente 45% do consumo, justificado pela insuficiência de florestas plantadas para esse fim.

O eucalipto é a principal espécie utilizada em plantios florestais para fins industriais no Brasil incluindo o carvão vegetal.

A produtividade brasileira em florestas é considerada a maior do mundo e a sua área plantada ocupa a 6º posição  segundo a FAO.

O Brasil aumentou sua área de plantios florestais na última década. Esse fato aconteceu em função de políticas incentivadoras, como programas de fomentos, linhas de financiamento e crédito.

Segundo ABRAF (Associação Brasileira de Florestas Plantadas) o aumento da área plantada com eucalipto no Brasil é resultado de vários fatores, entre eles:

  • a crescente demanda de madeira, o rápido crescimento em ciclo de curta rotação,
  • a alta produtividade florestal e
  • investimentos em tecnologias que visam aprimorar as propriedades da madeira para atender diferentes mercados.

A siderurgia a carvão vegetal corresponde a 18,4 % da distribuição de áreas com plantios florestais com eucalipto

O que corresponde a aproximadamente a quase um milhão de hectares de florestas plantadas com finalidade de produção de carvão vegetal.

Dentre os segmentos industriais consumidores de madeira de eucalipto o setor de papel e celulose apresenta 71,2% da distribuição da área plantada e geralmente pressiona na forma de consumo em áreas destinadas a produção de carvão vegetal.

Polos produtores de carvão vegetal

polos consumidores de carvão vegetal

Os principais polos produtores de carvão no país estão localizados no estado de Minas Gerais, Pará e Maranhão, Mato Grosso do Sul e Espírito Santo.

O Polo de Minas Gerais

A região do Cerrado concentra grande parte da produção de carvão vegetal, o que pode ser explicado pela concentração de reservas de minérios no estado de Minas Gerais.

Em Minas Gerais está situado o quadrilátero ferrífero região fundamental para o desempenho da balança comercial brasileira.

O quadrilatério ferríferro compreende os município de Belo Horizonte, Ouro Preto, Santa Bárbara, Itabira e Mariana, e é responsável por cerca de 60% da extração de minério de ferro.

Outro produto de destaque em MG é a produção de aço, esse item tem como principal finalidade a exportação e o abastecimento da indústria automotiva, principalmente no setor de autopeças.

Outros setores também tem participação na compra de ferro-gusa e aço, tais como o ferroviário, infraestrutura e o de bens de capital.

O estado de Minas Gerais apresenta como principais agentes reflorestadores em ordem de importância as indústrias:

  • Siderúrgicas independentes (guseiras),
  • Siderúrgicas integradas
  • Produtoras de celulose (inclusive aquelas com unidades industriais localizadas em outros estados como SP, BA e ES);
  • Produtoras de ferroliga;
  • Produtores independentes.

O aumento na produção se faz necessária para atender a nova legislação ambiental que impulsiona a redução de carvão vegetal oriundo de florestas nativas e atenda a crescente demanda de florestas plantadas.

O Polo de Carajás

A Região Amazônica também apresenta outro grande polo produtor e consumidor de carvão vegetal situado na região dos Carajás, no estado do Pará.

Na região de Carajás encontra-se o segundo polo guseiro do Brasil na fabricação de ferro – gusa.

O processo de ocupação foi semelhante ao que ocorreu no estado de Minas Gerais:

  • Madeira “gratuita.
  • Reservas de minério de ferro.

O deslocamento nas últimas décadas de siderúrgicas para a Amazônia Oriental brasileira ocorreu principalmente nos anos 80, por meio de políticas de incentivo fiscal e creditício pelo Estado, vinculados ao Programa Grande Carajás – PGC, atualmente extinto.

Os planos estatais daquela época tinham como objetivo a criação de um complexo industrial no corredor da Estrada de Ferro Carajás a partir das atividades siderúrgicas.

Porém o que se assistiu não foi o surgimento de um complexo industrial e sim a ampliação da produção de ferro-gusa no Corredor da Estrada de Ferro Carajás, consumindo grandes quantidades de carvão vegetal como insumo em seu processo produtivo.

No ano de 2009, 40% da produção de ferro-gusa à base de carvão vegetal foi concentrada na região dos Carajás e somente 10% da demanda de madeira era atendida por florestas plantadas.

O restante era suprido por resíduos de serraria, o que evidentemente é oriundo de matas nativas. As unidades de produção desse polo são voltadas para o mercado de exportação pelo Porto de Itaqui.

Polo do Mato Grosso do Sul e Espírito Santo

O polo guseiro mais recente no Brasil é o do Mato Grosso do Sul. A primeira empresa instalada na região iniciou a operação em 1995. E

Esse polo também utiliza carvão de resíduos naturais e deve continuar o consumo nos próximos anos. Há um déficit total de 64.000 hectares de floresta de eucalipto para suprir as empresas consumidoras de carvão.

O outro polo guseiro esta localizado no Espírito Santo, apresenta quatro usinas em funcionamento e uma demanda de colheita anual de 12.000 hectares de eucalipto segundo dados da A.M.S. (2009).

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Mercado de carvão vegetal

mercado de carvão vegetal

O Carvão vegetal é umas das fontes de energia utilizadas no Brasil.

O preço do carvão vegetal é regulado por:

  • Preço do aço: quanto maior o preço do aço, maior o preço do carvão vegetal
  • Preço do carvão mineral: quanto maior o preço carvão mineral, maior o preço do carvão vegetal
  • Valor do Dólar: quanto mais valorizado do dólar, maior é o preço do carvão vegetal

Fatores como temperatura, disponibilidade de áreas agricultáveis e clima, influem na viabilidade da produção de energia por meio de recursos renováveis incluindo o da cadeia produtiva do carvão vegetal

A matriz energética e o carvão vegetal

O consumo de energia renovável no Brasil por biomassa de cana, hidráulica e eletricidade, lenha e carvão vegetal, lixívia e outras renováveis é considerado um dos mais altos do mundo, com aproximadamente 44,1% de participação na Matriz Energética Brasileira.

As contribuições para o consumo energético do país estão divididas em setores, são eles: serviços, agropecuária, setor energético, residências, transportes e indústrias. A cadeia produtiva do carvão vegetal afeta de forma considerável a indústria voltada para metais.

O setor de indústrias foi responsável por 35,9% do consumo de energia em 2011. O carvão vegetal por respondeu pela oferta de 5% do total para esse setor segundo dados da EPE em  2012.

A produção de carvão vegetal está concentrada nos seguintes estados do Brasil: Pará; Maranhão; Piauí; Bahia; Minas Gerais; Paraná, Mato Grosso do Sul; Mato Grosso e Goiás.

Os destaques de produção provenientes do extrativismo, com 90% do obtido no país, no ano de 2010, foram: Maranhão, Mato Grosso do Sul, Bahia, Goiás e Pará segundo dados IBGE.

Tentando sair da crise na cadeia produtiva do carvão

Desde então, até ano de 2016 o setor não mostrou reação significativa de crescimento.

Essa crise afetou diretamente o setor florestal, principalmente o setor de carvão vegetal, pois ele é insumo para produção de ferro-gusa e aço.

A diminuição da produção desses subprodutos foi uma das consequências desse período recessivo, pois a siderurgia no Brasil é voltada, sobretudo, para o mercado externo.

Competitividade da cadeia produtiva do carvão vegetal

competitividade do mercado de carvão vegetal

O Brasil é o maior produtor mundial desde o século XIX de carvão vegetal.

A indústria brasileira tem como base um modelo exportador, influenciado pelas commodities ou pela larga utilização de produtos provenientes de recursos naturais, abundantes no meio.

Isso gera, em determinados momentos de instabilidade, tanto na economia global quanto na economia doméstica, depreciações da taxa de câmbio, desvalorização do real e aumento de vendas desses produtos.

A cadeia produtiva do carvão vegetal está inserida na indústria de base florestal.

Sua competitividade se encontra em processo de redução no cenário internacional, em função de fatores sistêmicos. Conforme dados da ABRAF, (2012) os principais fatores são:

  • Aumento de salários, o que afeta diretamente os custos industriais.
  • Tarifa de energia elétrica que é uma das mais caras do mundo, no setor industrial, o que pode ser explicado pela sua carga tributária.
  • O elevado custo de produção, relacionado ao cumprimento de normas fiscais no país.
  • O custo de logística no Brasil é equivalente a 9,5% da receita líquida, enquanto nos EUA este item é de aproximadamente 7%.

A crise de 2008 atingiu a siderurgia, principalmente no momento em que afetou as indústrias de construção civil e automobilística.

Cerca de 30% das vendas dos produtores de aço e 60% dos produtores de ferro-gusa são dirigidos à exportação

Somada à crise mundial, há diversos fatores que contribuíram para desativação e diminuição da capacidade instalada das indústrias produtoras de ferro-gusa independente. Dentre esses fatores, tem-se destaque:

  • a elevação das taxas de juros;
  • a sobrevalorização cambial;
  • as dificuldades burocráticas na exportação;
  • a ampliação, consolidação do Market share de competidores tradicionais como a Rússia e a Ucrânia.

O Brasil necessitará de aproximadamente dois milhões de hectares de florestas plantadas para atender o mercado de gusa.

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Sustentabilidade da cadeia produtiva do carvão vegetal

sustentabilidade do carvão vegetal

No contexto de sustentabilidade, tem-se o aumento do interesse na substituição de combustíveis fósseis por fontes de energias alternativas como o carvão vegetal e de menor impacto ambiental

O  Brasil assumiu, na COP-15, um compromisso com as Nações Unidas para reduzir, até 2020, de 8 a 10 milhões de toneladas de CO2 na siderurgia.

Entre uma das formas viáveis de se alcançar essa meta está o uso do carvão vegetal advindo de floresta plantada para a produção do ferro-gusa.

Essa pressão de mercado crescente leva à procura pelo carvão vegetal, como fonte de energia renovável.

Rotas de produção na siderurgia

Na siderurgia existe a opção de duas rotas de produção:

  • a primeira, ao utilizar o carvão mineral como insumo na produção do ferro gusa;
  • A segunda, ao inserir o carvão vegetal. A etapa extrativista mineral é mais onerosa e requer desmatamentos de grandes áreas.

Comparando esses dois tipos de produção, as indústrias que utilizam o carvão vegetal, sem a opção de desmatamentos de florestas nativas, seriam mais ecológicas.

Entretanto, as siderúrgicas mais eficientes são preparadas para operar apenas com o carvão mineral

A partir dessa questão, a madeira tem se tornado uma opção para a geração de energia, principalmente a partir da criação de políticas setoriais, para o incentivo ao desenvolvimento de tecnologias mais eficientes na conversão da biomassa em energia.

A economia do carbono e do enxofre na siderurgia a carvão vegetal

Empresas siderúrgicas integradas que utilizam carvão vegetal proporcionam uma redução de carbono lançados na atmosfera, ou seja, são mais sustentáveis, somente quando consomem carvão vegetal oriundo de floresta plantada.

Acontece uma redução de quase 18 t de CO2 e 7 kg de SO2 para produção de uma tonelada de aço.

Essas usinas por meio da comercialização em larga escala de aço proveniente de uma indústria com baixas emissões de CO2 apresentam a possibilidade de influenciar a competitividade brasileira no mercado mundial.

Carvão mineral vs carvão vegetal

Ao comparar o processo de produção do ferro gusa utilizando os insumos, carvão vegetal e carvão mineral, pode se inferir que a utilização do carvão vegetal é mais sustentável.

O custo de implantação de uma siderúrgica à carvão vegetal é mais oneroso, devido ao investimento nas florestas.

O carvão mineral e o vegetal possuem funções semelhantes na siderurgia. O coque  de carvão mineral possui propriedades físicas, químicas e geométricas diferentes das do carvão vegetal.

Quanto custa carvão vegetal e mineral

Em 2011 foi realizado um estudo comparando o preço dos redutores, carvão vegetal e coque, para a produção do ferro-gusa, tendo como base altos-fornos com capacidade produtiva de 300 mil toneladas por ano. Como resultado, ao se utilizar o carvão vegetal, a média encontrada para os custos esteve entre 45% e 49%. Nos altos fornos a coque de carvão mineral, o resultado esteve entre 49% a 54 % dos custos

Cabe ressaltar que o Brasil não apresenta reservas minerais suficientes, e a produção do ferro-gusa a carvão vegetal, quando de florestas plantadas é mais sustentável, pois retém mais CO2 e libera mais O2.

Como exemplo, pode-se citar um projeto executado para produção de dois altos fornos na Siderúrgica Ferro Carajás S.A.: de um total de US$ 116,5 milhões de investimento, 58,51% dos gastos foram destinados à silvicultura e à montagem das estruturas direcionadas ao carvoejamento; o restante, em torno de 41,49 %, foi investido no projeto de dois fornos segundo MONTEIRO no ano 2006.

Fatores limitantes da cadeia produtiva do carvão vegetal

fatores limitantes da cadeia produtiva do carvão vegetal

Existem 03 categorias de fatores limitantes da cadeia produtiva do carvão vegetal

  • Os fatores limitantes tecnológicos
  • Os fatores limitantes  não tecnológicos
  • Os fatores limitantes de mercado

Fatores limitantes tecnológicos

Os fatores limitantes da cadeia produtiva do carvão vegetal a nivel tecnológico podem ser assim enumerados:

  • Falta de material genético adequado para produção de carvão vegetal;
  • Alto custo de fertilizantes;
  • Alto custo de máquinas e equipamentos na colheita florestal;
  • Deficiência no manejo florestal;
  • Carreadores nas fazendas de produção de eucalipto + estradas
  • Falta de reaproveitamento de gases dos fornos de produção;
  • Baixa qualidade da madeira;
  • Pouco desenvolvimento e incorporação de novas tecnologias;
  • Baixo rendimento dos fornos utilizados para produção de carvão vegetal;
  • Alto custo na aquisição de maquinário utilizado no processo de produção de carvão vegetal;

Fatores limitantes não tecnológicos

Os fatores limitantes da cadeia produtiva do carvão vegetal a nível não tecnológico podem ser assim enumerados:

  • Alto custo da Terra;
  • Falta de mão de obra qualificada;
  • Legislação Ambiental;
  • Baixa qualidade ou disponibilidade de rodovias;
  • Distância das unidades produtivas de madeira e carvão vegetal dos polos consumidores
  • Baixa produção de carvão vegetal oriundo de floresta plantada;
  • Falta de incentivo ao fomento florestal;

Fatores limitantes do mercado de carvão vegetal no Brasil

Os fatores limitantes da cadeia produtiva do carvão vegetal a nível não tecnológico podem ser assim enumerados:

  • Planejamento de suprimento do carvão vegetal pelas Siderúrgicas;
  • Competição com o carvão mineral para produção de ferro;
  • Aquisição e uso de carvão vegetal oriundo de mata nativa;
  • Qualidade do carvão vegetal (teor de finos
  • Aumento da produção de ferro provocado por preços favoráveis no mercado internacional.

Conclusões

A cadeia produtiva do carvão vegetal é uma cadeia bastante complexa e com muitas particularidades.

Existem poucos estudos sobre o e as interações acontecem de forma orgânica e geralmente regionalizada.

No entanto destacamos que a influencia acontece globalmente por preço de commodities específicas como:

  • Preço de ligas metálicos como silício
  • Preço do ferro-gusa e aço
  • Preço do carvão mineral
  • Preço do dólar

No entanto os custos de produção são regionalizados influenciados por custos como mão de obra, taxa de juros no país, preço de combustíveis e logística de transporte de matéria-prima e produto.

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Bibliografia recomendada

Recomenda-se alguns trabalhos de cadeia produtiva a saber (clique nos links para acessar o trabalho)

Informações

Sobre o Autor

daniel barcellos

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

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

NOS ÚLTIMOS 20 ANOS já ajudou inúmeras empresas e pessoas a desenvolverem e instalarem unidades ecológicas de carvão vegetal

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Neste artigo épico você irá aprender como fazer carvão vegetal e irá se aprofundar na teoria da carbonização da madeira. Clique aqui para acessar o conteúdo épico anterior que dá início a esta série incrível.

Você irá aprender aqui hoje neste artigo sobre

  1. Teoria da carbonização de madeira
  2. Teoria da carbonização – termogravimetria e termodiferenciação
  3. Carbonização da celulose da madeira
  4. Carbonização da hemicelulose da madeira
  5. Carbonização da celulose da madeira
  6. Físico química da carbonização.

Teoria da Carbonização

Este artigo tem o objetivo de apresentar aspectos técnicos práticos de produção de carvão vegetal, mais especificamente na fase de carbonização da madeira, explicando fundamento técnicos importantes. Clique aqui se deseja acessar o curso completo no Meu Negócio Florestal.

Iremos ter um enfoque na carbonização madeira, mas todos os conceitos aqui discutidos são aplicados a outros compostos orgânicos de constituição química similar a madeira.

A carbonização por definição  é um processo químico de combustão incompleta de determinados sólidos quando submetidos ao calor elevado.

Carvão é um subproduto da carbonização

O subproduto desta reação química é chamado de carvão. Chamamos de subproduto pois o principal produto são os gases de carbonização numa relação de 10 kg de “fumaça” para cada kilo de carvão produzido.

Com a ação do calor, a carbonização remove hidrogênio e oxigênio do sólido, de modo que a matéria restante é um composto enriquecido com carbono.

Compostos orgânicos como madeira ou tecido biológico, são exemplos de materiais que podem ser carbonizados.

Carbonização é o resultado de um processo natural que faz o uso do fogo (ou calor) mas de forma controlada com o ar.

Outros aspectos importantes da carbonização da madeira

fornos de baixo custo

A carbonização da madeira pode ser também uma reação deliberada e controlada utilizada na fabricação de certos produtos, como o alcatrão e o licor pirolenhoso.

Estes produtos são obtidos a partir do resfriamento e da condensação da “fumaça” da que podem ter utilidades específicas como aromas e químicos específicos.

O mecanismo de carbonização é a fase precursora da queima normal de certos combustíveis sólidos tais como madeira.

A carbonização da madeira converte o material sólido em gás que na maioria das vezes é imediatamente “queimado” finalizando o processo com a combustão.

Durante a combustão normal, os compostos voláteis criados na fase precursora de carbonização da madeira e ou pirólise são consumidos para as chamas dentro do fogo.

Quando o material já é enriquecido com carbono o o carvão vegetal a combustão pode ser vista perla incandescência vermelha (ou brasas) que queimam sem a presença de chamas.

A carbonização da madeira é um mecanismo complexo

Todo o processo de carbonização da madeira  tem sido alvo de inúmeras pesquisas para conhecimento dos mecanismos e processos que levam à transformação da madeira em carvão.

Quando se coloca uma peça de madeira sob a ação do calor, ocorre a destruição de seus principais componentes, resultando na formação de carvão e diversos outros compostos, dos quais mais de 200 já foram identificados.

Para explicar como ocorre a formação desses componentes, e quais são os mecanismos e reações que acontecem durante a carbonização, têm-se desenvolvido vários modelos.

A carbonização da madeira é um processo que depende do tempo e da temperatura.

Assim, pode-se dizer que a formação de “tiços” durante o processo se dá provavelmente pela não exposição da peça de madeira à temperatura durante um tempo adequado, gerando, assim, zonas não pirolisadas.

O “tiço” é definido então como uma madeira semi-carbonizada.

Entendendo um pouco a madeira

A madeira é um material heterogêneo, de composição química complexa, constituído basicamente de celulose, hemicelulose e lignina.

A natureza utiliza  da celulose para construir as fibras, que constituem a matéria das plantas.

São as fibras de celulose que dão resistência a madeira.

A lignina e as hemiceluloses funcionam como o adesivo que une as fibreas de celulose.

A quantidade de cada componente da madeira varia em função da espécie e tem uma grande variação

No caso do eucalipto a quantidade aproximada de cada estrutura pode ser assim apresentadas

  • Celulose: 45%
  • Hemicelulose: 25%
  • Lignina: 25%
  • Outros: 5%

Termodiferenciação e Termogravimetria na carbonização da madeira

Termogravimetria no carvão

As análises, termogravimétrica e termodiferencial têm sido frequëntemente usadas nos estudos de decomposição térmica da madeira.

Muitos destes estudos são voltados em como fazer carvão vegetal.

Análise termográvimétrica na carbonização da madeira

A análise termogravimétrica mostra como a madeira se comporta quando aquecida.

A termogravimetria permite verificar em que temperatura é iniciada a decomposição térmica e em que faixa de temperatura a decomposição térmica é mais pronunciada.

De forma simples é como se colocássemos uma balança embaixo de um forno e fossemos pesando a madeira a medida que sua temperatura é elevada.

Quanto mais aquecemos a madeira menor será o seu peso.

A massa de madeira é diminuída pela saída de gases e vapores geradas pela elevação da temperatura, processo que acontece com a carbonização da madeira

Análise termodiferencial na carbonização da madeira

A análise termodiferencial torna possível a identificação dos picos e, ou das faixas de ocorrência das reações endotérmicas e exotérmicas do processo.

A reação endotérmica é reação de consumo de energia (calor).

A reação exotérmica é uma reação de liberação de energia (calor).

Na produção de carvão vegetal ocorre estas duas reações em momentos distintos.

As reações endotérmicas ocorrem predominantemente no começo do processo de carbonização da madeira.

As reações exotérmicas ocorrem predominantemente no final do processo de carbonização da madeira.

Esta análise é muito importante para identificar os momentos em que ocorre liberação de energia tornando o processo autossuficiente.

Carbonização da Celulose

celulose

A celulose é o principal componente da madeira e é o composto orgânico mais cimum na natureza.

A celulose (C6H10O5)n é um polímero de cadeia longa composto de um só monômero (glicose), classificado como polissacarídeo ou carboidrato. É um dos principais constituintes das paredes celulares das plantas.

Imagine a celulose como “o tijolo de um muro”, é principal estrutura do muro ou nosso caso da madeira.

A celulose apresenta a mesma estrutura em quase todos os tipos de biomassa, exceto pelo grau de polimerização.

De forma “grosseira”! o grau de polimerização é quantas moléculas de glicose se unem numa única estrutura.

São estruturas compactadas, quimicamente ligadas com forte interação dando uma certa rigidez a celulose.

Carbonizando a celulose da madeira

A celulose é o componente da madeira mais fácil de ser isolado sendo, portanto, o componente mais estudado.

A celulose produz, sob atmosfera de nitrogênio, 34,2% de carvão a 300 oC.

Este resultado, no entanto, decresce vigorosamente com o aumento da temperatura, e a 600 oC a degradação da celulose é quase completa, deixando um resíduo de carvão de somente 5%.

Como o processo de carbonização da madeira ocorre a temperaturas superiores de 300 oC, pode-se concluir que a celulose contribui pouco para a rendimento gravimétrico do carvão vegetal.

A degradação da celulose

Uma forma simples de entender a degradação da celulose é dividir em 04 estágios, onde se pretende mostrar a ocorrência dos principais eventos de maneira mais geral;

  • Primeiro estágio, em que acontece consumo de energia de ativação (até cerca de 260 gruas celsius)
  • Segundo estágio, neste período ocorre vigorosa decomposição com liberação intensa de energia (entre 260-450 graus celsius)
  • Terceiro estágio em que a decomposição continua havendo a volatilização dos produtos formados reduzindo-se a liberação de energia (entre 450-500 graus Celsius)
  • Quarto estágio, evolução dos produtos voláteis mas de forma lenta consumindo agora energia para a produção de gases voláteis. (acima de 500 graus Celsius)

Carbonização das Hemiceluloses da madeira

hemicelulose

As hemiceluloses referem-se a uma mistura de polímeros de hexoses, pentoses e ácidos urônicos, que podem ser lineares ou ramificados, são amorfo e possuem peso molecular relativamente baixo.

A hemicelulose é uma estrutura bem menor que a celulose, são também unidades de glicose ligadas, mas são ramificadas e não taõ rigidas.

Imagine as hemiceluloses como “o chapisco de um muro ou um reboco fraco”.

As hemiceluloses constituem o componente da madeira responsável pela formação da maior parcela de ácido acético.

São estrutura com menor grau de polimerização, enquanto a celulose chega a ter 10.000 unidades de glicose ligadas, a hemicelulose tem em torno de 300 unidades.

Como já mencionado, são mais de 200 compostos que saem da fumaça da carbonização da madeira e o ácido acético é um deles.

A instabilidade da hemicelulose na carbonização da madeira

É o componente da madeira menos estável, devido à sua natureza amorfa.

O fornecimento de calor ao processo produzirá uma mudança brusca no comportamento das hemiceluloses.

Pelo menos no que se refere ao rendimento em carvão, ela sofrerá grandes mudanças com a ação do calor.

Na temperatura de 500 oC o rendimento em carvão é apenas 10%.

Os produtos das hemiceluloses formados a 300 oC, quando submetidos a temperaturas mais altas, irão sofrer mudanças radicais.

Os componentes da hemicelulose se decompõem e volatilizam muito facilmente.

A maior parte dos voláteis das hemiceluloses irão se condensar, formando a maior dos líquidos condensados.

O baixo rendimento em carvão a 500 oC (10% apenas) mostra que as hemiceluloses também contribuem pouco para a formação de carvão no processo de carbonização da madeira.

Importante ressaltar que as hemiceluloses produzem a maior parte dos líquidos e vapores da carbonização da madeira.

Isso acontece porque a destruição da hemicelulose acontece em temperaturas “baixas”, gerando compostos que ao resfriarem se tornam líquidos.

Carbonização da Lignina da madeira

lignina

A lignina não é uma substância pura de composição definida. Ela é um polímero aromático, tridimensional, amorfo, heterogêneo.

Imagine a lignina como “o cimento que une os tijolos de um muro.”

Lignina é uma macromolécula tridimensional amorfa encontrada nas plantas terrestres, associada à celulose na parede celular cuja função é de conferir rigidez, impermeabilidade e resistência a ataques microbiológicos e mecânicos aos tecidos vegetais.

Por causa disso, é muito importante a lignina na carbonização da madeira e produção do carvão vegetal.

Na carbonização da madeira, devido a sua resistência, a lignina permanece no corpo vegetal submetido à temperatura elevada, sendo responsável, portanto, pela massa final do carvão.

A lignina é o componente da madeira de mais difícil isolamento, por isso os estudos relativos ao processo de decomposição são escassos.

Os mecanismos de decomposição da lignina

Os mecanismos de decomposição da lignina não estão bem definidos, devido à sua estrutura relativamente complexa.

A carbonização da lignina provoca a formação de inúmeros compostos.

O comportamento da lignina frente ao processo de carbonização da madeira é o principal responsável pela formação do carvão.

O produto mais importante da decomposição da lignina é o carvão, mostrando a relação entre lignina e rendimento em carvão.

Em temperaturas de 450 a 550 oC se obtém um rendimento em carvão de 55% Esta temperatura é compatível com a temperatura de operação dos métodos de produção de carvão vegetal.

A importância da lignina na carbonização da madeira e na consequente produção de carvão vegetal é algo que deve ser analisado e buscado.

Físico-Química da Carbonização

curva de carbonização

Como explicado anteriormente, o comportamento da madeira ao ser carbonizada pode ser explicado pelo comportamento de seus principais componentes.

Cada um deles participa de maneira diferente gerando diferentes produtos, devido à natureza de sua composição química.

A medição da perda de peso ocorrida com a carbonização da madeira e seus componentes isoladamente é uma técnica de grande importância para identificar as etapas que ocorrem durante o processo de carbonização da madeira.

Dividindo a influencia de cada estrutura

A degradação da celulose se processa rapidamente em um curto intervalo de temperatura – cerca de 50oC, quando alcança temperatura acima de 300 graus celsius

Acima de  – provocando drásticas mudanças no seu comportamento, com a perda de cerca de 77% do seu peso.

As hemiceluloses começam a perder peso em temperaturas próximas a 225oC, sendo o componente menos estável da madeira, uma vez que a sua degradação é quase completa na temperatura de 325oC, perdendo peso continuamente sob a ação do calor.

A lignina é o componente químico da madeira mais importante quando se objetiva a produção de carvão vegetal,

O rendimento gravimétrico do processo está diretamente relacionado com o conteúdo de lignina na madeira.

Esse componente começa a degradar-se em temperaturas mais baixas, a partir de 150oC, ao contrário da celulose e das hemiceluloses, cuja degradação é mais lenta.

A lignina continua perdendo peso em temperaturas superiores a 500oC, dando como resultado um resíduo carbonoso.

As Zonas de Carbonização

Os fenômenos da carbonização pode ser divididos em zonas da seguinte maneira:

  • Zona A: até 200oC, é caracterizada pela produção de gases não condensáveis, tais como vapor d’água, CO2, ácido fórmico e acético. Nesta fase temos natureza endotérmica (grande consumo de energia)
  • Zona B: Compreendida na região de temperatura entre 200 e 280o Nesta zona são produzidos os mesmos gases da Zona A. Neste caso, há diminuição substancial no vapor d’água e aparecimento de CO. As reações que acontecem nesta região são de natureza endotérmica também
  • Zona C: de 280 a 500o A carbonização ocorre por meio de reações exotérmicas. A temperatura a que as reações exotérmicas ocorrem não está bem identificada. Os produtos obtidos nesta etapa são sujeitos a reações secundárias, incluindo combustíveis e alcatrão, CO e CH4.
  • Zona D: acima de 500o Nesta região já existe o carvão. Aqui acontecem várias reações secundárias, catalisadas pelo leito de carbonização.

Uma aproximação da química da madeira

Klason e colaboradores amais de 3 décadas, fizeram a primeira tentativa de elaborar uma equação química para explicar o processo de carbonização à temperatura de 400oC. A equação é a seguinte:

2C42H66O28  ==>  3C16H10O2  + 28H2O + 5CO2 + 3 CO + C28H46O9

Essa equação genérica não contém todos os produtos obtidos na destilação da madeira e, devido ao agrupamento dos condensáveis em um só composto, não permite a identificação das quantidades de alcatrão e de ácido pirolenhoso.

Outros componentes do carvão, como teor de umidade, cinzas e materiais voláteis, tampouco são abordados. O quadro 2, ilustra a evolução da carbonização em termos de produtos obtidos em temperaturas crescentes de carbonização (OLIVEIRA, 1982a).

Quadro – Evolução teórica da carbonização

Parâmetros Secagem Gases oxigenados Início da fase dos hidro-carbonetos Fase dos hidro-carbonetos Dissociação e contração Fase do H2
Temperatura (oC) 150-200 200-280 280-380 380-500 500-700 700-900
Teor de carbono fixo (% B.S.) 60 68 78 84 89 91
GNC (% B.S.)

CO2

CO

H2

Hidrocarbonetos

 

68

30

2

 

66,5

30

0,2

3,3

 

35,5

20,5

6,5

37,5

 

31,5

12,3

7,5

48,7

 

12,2

24,6

42,7

20,5

 

0,5

9,7

80,9

8,9

PCI dos GNC (kcal/m3) 1000 1210 3920 4780 3680 3160

 

Informações Finais

slide9

Sobre o Autor

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

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

NOS ÚLTIMOS 20 ANOS já ajudou inúmeras empresas e pessoas a desenvolverem e instalarem unidades ecológicas de carvão vegetal

A partir dos  RESULTADOS COMPROVADOS de unidades sustentáveis  tem como perspectiva de mudar a péssima imagem da produção de carvão vegetal e ter ajudar a alcançar as habilidades necessárias para produzir carvão ecológico

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Sobre a Fórmula da Carvoaria Perfeita

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A Fórmula da Carvoaria Perfeita é um treinamento avançado que objetiva treinar pessoas para se tornarem “Experts” em produção de carvão ecológico e se tornarem conhecedores da sabedoria da FÓRMULA DA CARVÃO.

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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

carvao-vegetal-1

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.

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Curva de Carbonização da Madeira

Como explicado anteriormente, o comportamento da madeira ao ser carbonizada pode ser explicado pelo comportamento de seus principais componentes numa curva de carbonização.

Cada um deles participa de maneira diferente gerando diferentes produtos, devido à natureza de sua composição química.

A medição da perda de peso ocorrida com a carbonização da madeira e seus componentes isoladamente é uma técnica de grande importância para identificar as etapas que ocorrem durante o processo de carbonização da madeira

Celulose e sua curva de carbonização

A degradação da celulose se processa rapidamente em um curto intervalo de temperatura – cerca de 50oC, quando alcança temperatura acima de 300 graus celsius numa curva de carbonização típíca.

Acima de  – provocando drásticas mudanças no seu comportamento, com a perda de cerca de 77% do seu peso.

Hemiceluloses e sua curva de carbonização

As hemiceluloses começam a perder peso em temperaturas próximas a 225oC, sendo o componente menos estável da madeira, uma vez que a sua degradação é quase completa na temperatura de 325oC, perdendo peso continuamente sob a ação do calor.

A lignina é o componente químico da madeira mais importante quando se objetiva a produção de carvão vegetal,

O rendimento gravimétrico do processo está diretamente relacionado com o conteúdo de lignina na madeira.

Lignina e sua curva de carbonização

Esse componente começa a degradar-se em temperaturas mais baixas, a partir de 150oC, ao contrário da celulose e das hemiceluloses, cuja degradação é mais lenta.

A lignina continua perdendo peso em temperaturas superiores a 500oC, dando como resultado um resíduo carbonoso.

Definindo zonas da curva de carbonização

Os fenômenos da carbonização pode ser divididos em zonas da seguinte maneira (curva de carbonização):

  • Zona A: até 200oC, é caracterizada pela produção de gases não condensáveis, tais como vapor d’água, CO2, ácido fórmico e acético. Nesta fase temos natureza endotérmica (grande consumo de energia)
  • Zona B: Compreendida na região de temperatura entre 200 e 280o Nesta zona são produzidos os mesmos gases da Zona A. Neste caso, há diminuição substancial no vapor d’água e aparecimento de CO. As reações que acontecem nesta região são de natureza endotérmica também
  • Zona C: de 280 a 500o A carbonização ocorre por meio de reações exotérmicas. A temperatura a que as reações exotérmicas ocorrem não está bem identificada. Os produtos obtidos nesta etapa são sujeitos a reações secundárias, incluindo combustíveis e alcatrão, CO e CH4.
  • Zona D: acima de 500o Nesta região já existe o carvão. Aqui acontecem várias reações secundárias, catalisadas pelo leito de carbonização.

Detalhando a curva de carbonização

Klason e colaboradores amais de 3 décadas, fizeram a primeira tentativa de elaborar uma equação química para explicar o processo de carbonização à temperatura de 400oC. A equação é a seguinte:

2C42H66O28  ==>  3C16H10O2  + 28H2O + 5CO2 + 3 CO + C28H46O9

Essa equação genérica não contém todos os produtos obtidos na destilação da madeira e, devido ao agrupamento dos condensáveis em um só composto, não permite a identificação das quantidades de alcatrão e de ácido pirolenhoso.

Outros componentes do carvão, como teor de umidade, cinzas e materiais voláteis, tampouco são abordados. O quadro 2, ilustra a evolução da carbonização (curva de carbonização) em termos de produtos obtidos em temperaturas crescentes de carbonização

Quadro – Evolução teórica da carbonização

Parâmetros Secagem Gases oxigenados Início da fase dos hidro-carbonetos Fase dos hidro-carbonetos Dissociação e contração Fase do H2
Temperatura (oC) 150-200 200-280 280-380 380-500 500-700 700-900
Teor de carbono fixo (% B.S.) 60 68 78 84 89 91
GNC (% B.S.)

CO2

CO

H2

Hidrocarbonetos

 

68

30

2

 

66,5

30

0,2

3,3

 

35,5

20,5

6,5

37,5

 

31,5

12,3

7,5

48,7

 

12,2

24,6

42,7

20,5

 

0,5

9,7

80,9

8,9

PCI dos GNC (kcal/m3) 1000 1210 3920 4780 3680 3160

curva de carbonização

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