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Energia de Biomassa

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA

Capacidade de Geração de Calor

Diogo Henrique Ribeiro Silva

Denis Willians Vargas Emerson

Emir Jolly

Jeferson Luis Becker

Verci André Marin

Prof° Dr. Dimas Agostinho da Silva

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA

Capacidade de Geração de Calor

Diogo Henrique Ribeiro Silva

Denis Willians Vargas Emerson

Emir Jolly

Jeferson Luis Becker

Verci André Marin

Prof° Dr. Dimas Agostinho da Silva

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INTRODUÇÃO

A madeira é o único material natural que pode se regenerar indefinidamente e ter uma variabilidade de utilização;

Da floresta à produção de energia, a madeira apresenta solução para cada um dos setores de atividade que é empregada;

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OBJETIVOS

Descrever a composição química da madeira;

Determinar as características de geração de calor;

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA ELEMENTAR

Elementos: Porcentagem

Carbono (C) 49 – 50%

Hidrogênio (H) 6%

Oxigênio (O) 44 – 45%

Nitrogênio (N) 0,1 – 1%

Análise da composição química elementar da madeira de diversas espécies, coníferas e folhosas.

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA ELEMENTAR

Material Inorgânico (ppm) Pinus Carvalho

Cálcio (Ca) 1141 1976

Potássio (K) 116 1128

Magnésio (Mg) 326 294

Sódio (Na) 230 216

Fósforo (P) 40 75

Manganes (Mn) 121 59

Ferro (Fe) 72 70

Alumínio (Al) __ 32

Cobre (Cu) __ 2

Zinco (Zn) __ 62

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA

Substâncias Macromoleculares:

Do ponto de vista da análise dos componentes da madeira,

uma distinção precisa ser feita entre os principais componentes da parede celular:

Celulose Polioses Lignina

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA

Composição Média de Madeiras de Coníferas e Folhosas:

CONSTINTUINTES CONÍFERAS FOLHOSAS

Celulose 42 ± 2 % 45 ± 2 %

Polioses 27 ± 3 % 30 ± 2 %

Lignina 28 ± 2 % 20 ± 4 %

Extrativos 5 ± 3 % 3 ± 2 %

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA CELULOSE

Componente majoritário, perfazendo aproximadamente a metade das madeiras tanto de coníferas, como de folhosas;

Pode ser brevemente caracterizada como um polímero linearde alto peso molecular, constituído exclusivamente de β-D-glucose.

Devido a suas propriedades químicas e físicas, bem como àsua estrutura supra molecular, preenche sua função como oprincipal componente da parede celular dos vegetais.

O

O

O

O

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

OO

O OO

OH

OH

OH

OHOH

OH

OH

OH

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POLIOSES

Cinco açucares neutros, as hexoses : glucoses, manose e

galactose; e as pentoses : xilose e arabinose, são os principais

constituintes das polioses. Algumas polioses contém

adicionalmente ácidos urônicos.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

•Cadeias moleculares curtas;

•Ramificações emalguns casos;•As folhosas

contém maior teorde polioses

que as coníferas e a composição

é diferenciada.

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COMPOSIÇÃO QUÍMICALignina As moléculas de lignina são formadas completamente diferente dos

polissacarídeos, pois são constituídas por um sistema aromático composto de unidades de fenil-propano apresentando estrutura amorfa.

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COMPOSIÇÃO QUÍMICALignina – Conteúdo em diferentes vegetais

(%)Coníferas 24-34Samambaias 15-30Folhosas de zona Temperada

16-24Folhosas de zona Tropical 20-26Gramíneas 17-23

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COMPOSIÇÃO ELEMENTAR DA LIGNINA

Espécie de

madeira

Carbono (C)(%)

Hidrogênio (H)(%)

Oxigênio (O)(%)

Coníferas

63-67 5-6 27-32

Folhosas 59-60 6-8 33-34

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COMPOSIÇÃO QUÍMICAMateriais Acidentais

Estes materiais são responsáveis muitas vezes por certaspropriedades da madeira como: cheiro, gosto, cor e durabilidadenatural.

Embora estes componentes contribuem somente com umapequena porcentagem da massa da madeira (3 a 10%), podemapresentar uma grande influência no poder caloríficoespecialmente quando a madeira possui elevados teores deresina.

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MADEIRA – FONTE DE ENERGIA A madeira como combustível possui a vantagem de serrenovável, ter baixo teor de cinzas, e praticamente sem enxofre.

COMBUSTÍVEL PC (kcal/kg)

CARVÃO VEGETAL 7100

LIGNITO 4000

MADEIRA 3500

MADEIRA SECA 4700

ÓLEO COMBUSTÍVEL 9800

PARAFINA 10400

Fonte DEMEC, 2007 Fonte DEMEC, 2007

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Processos Combustíveis Eficiência

Secundários Térmica(%)

Combustão __ 60-75

Gaseificação Gás Quente 80 (20%T.U)

Carvoejamento Carvão Vegetal 62 (35% T.U)

Síntese de Metanol Metanol 35

Hidrólise Ácida Etanol 21 (1ton – 196L)

MADEIRA – FONTE DE ENERGIA

Fonte (Silva, 2001)

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Segundo a FAO 2007, os combustíveis da Madeira consistem de quarto principais commodities:

Lenha, Carvão, Resíduos industriais, Licor negro e outros.

Enquanto a lenha e o carvão são produtos florestais tradicionais derivados diretamente da floresta, os resíduos da industria de processamento da madeira e produtos reciclados de madeira se originam na sociedade, o licor negro é subproduto da indústria de celulose e papel.

MADEIRA – FONTE DE ENERGIA

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EQUIVALÊNCIAS ENTRE COMBUSTÍVEIS

Fonte ITEBE, 2007

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EQUIVALÊNCIAS ENTRE COMBUSTÍVEIS

Fonte ITEBE, 2007

Valores médios equivalentes para 1 metro cúbico aparente de cavacos de madeira =

• 330 kg de cavacos• 0,5 m3 de madeira• 2/3 m3 estéreos• 220 kg briquetes• 500 kg casca• 88 m3 gás natural• 78 kg propano• 100 l óleo combustível• 1000 kWh

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VALORES ENERGÉTICOS MÉDIOS

Fonte ITEBE, 2007

Briquetes de madeira

PCI : 4,4 à 4,6 kWh/kgTeor de umidade : 5 à 10 %Densidade : 700 à 750 kg/m3

Cavacos de madeira

PCI : 3,3 à 3,9 kWh/kgTeor de umidade: 20 à 30 %Densidade: 200 à 300 kg/m3

Cascas

PCI : 1,6 à 2,8 kWh/kgTeor de umidade: 40 à 60 %Densidade: 250 à 500 kg/m3

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CONCLUSÕES A grande maioria dos combustíveis, excetuando os nucleares,

depende do efeito térmico resultante da combustão do carbono e hidrogênio que eles contêm;

Embora sejam oriundos da mesma fonte orgânica, os vários combustíveis diferem em poder calorífico e em suas propriedades físicas e principalmente químicas, o que, de certa forma, dá uma flexibilidade de escolha;

A madeira é um componente essencial no atendimento da demanda energética;

A madeira apresenta vantagem por ser renovável e possuir baixo teor de material inorgânico e enxofre;

Apresenta desvantagem de possuir poder calorífico menor comparado a outros materiais energéticos, porém esta desvantagem pode ser revertida quando a madeira é convertida em uma fonte de energia secundária.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRITO, J. O. O uso energético da madeira. Estud. av. vol.21

no.59 São Paulo Jan./Apr. 2007.

DEMEC. Combustíveis Sólidos – Madeira. Departamento de Eng. Mecânica. UFMG. http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/solidos/madeira/madeira.htm. Capturado em 06 de junho de 2007.

GUARDABASSI, P. M. Sustentabilidade da Biomassa como Fonte de Energia Perspectivas para Países em Desenvolvimento. (Dissertação Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, USP) , São Paulo, 2006.

KLOCK, U. et all. Química da madeira. Munual didático, 3ª. Ed. FUPEF.Curitiba, 2005.

SILVA, D. A. Avaliação da Eficiência Energética em uma Industria de Painéis de Compensado, (Tese de Doutorado, UFPR), Curitiba, 2001.

ITEBE, http://www.bioenergieinternational.com/

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REFERÊNCIAS ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Normas Técnicas.

Rio de Janeiro, 1998. ABTCP - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA TÉCNICA DE CELULOSE E PAPEL, Pasta

Celulósica e Papel. São Paulo. 1998. ABTCP, Curso de refino da pasta celulósica. Guaíba. Associação Brasileira

Técnica de Celulose e Papel. 68p. 1999. ANDRADE, A S. Qualidade da madeira, celulose e papel em Pinus taeda L.:

influência da idade e classe de produtividade. Curitiba: 2006. 101p. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Florestal) Curso de Engenharia Florestal. Universidade Federal do Paraná.

BIERMANN, C.J., Handbook of Pulping and Papermaking. San Diego. Academic Press. ed.2, 754p. 1996.

BRACELPA, Estatísticas do Setor Disponível: http://www.bracelpa.org.br/, Capturado em 08/2006.

CASEY, J.P. Pulpa y papel, química e tecnología química. México. Editorial Limusa S.A. ed.1, v.3, 659p. 1991.

DUEÑAS, R.S. Obtención de pulpas y propiedades de las fibras para papel. Guadalajara: Universidad de Guadalajara, 1997. 293p.

KLOCK, U., ANZALDO, J.H, ANDRADE, A S. DE, MARIN, A V. POLPA E PAPEL. Manual Didático. Fupef. Curitiba. 2006.

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AGRADECIMENTOS

Alan Sulato de Andrade – Doutorando Engenharia Florestal Abel Cardoso Buarque da Costa (IC Voluntário) Thyago Augusto Scarpin (Voluntário) Christian, Patrícia, Rodrigo (calouro), Luciana. Laboratório de Polpa e Papel Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal Setor de Ciências Agrárias UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ CNPq