Caracterização de biocarvões de palha de café e casca de eucalipto produzidos a 350 e 600 °C

Abstract

Biocarvão é o produto da decomposição térmica de materiais orgânicos sob baixa concentração de oxigênio e em temperaturas controladas. Os benefícios agronômicos e ambientais do seu uso estão associados a temperatura de pirólise e a matéria prima utilizada para o seu processamento. Este estudo teve por objetivo avaliar a influência da matéria prima e da temperatura de pirólise na caracterização final do produto e nas alterações de suas características químicas e físicas. Para isso, os biocarvões foram provenientes de duas temperaturas (350 °C e 600 °C) e dois resíduos (palha de café - PC e casca de eucalipto - CE). O processo de pirólise lenta foi realizado em um reator metálico de leito fixo hermeticamente fechado, com tempo de permanência do material na temperatura final de 60 minutos. Os rendimentos em biocarvão, bio-óleo e gases foram quantificados e nos biocarvões foram determinados: os teores elementares de carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e oxigênio (O), pH, capacidade de troca catiônica (CTC), teor de cinzas (Cz) e de nutrientes (Ca, Mg, K e P). As mudanças morfológicas decorrentes do processo de pirólise foram investigadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Determinou-se a densidade aparente (Da) pelo método da proveta, e a capacidade de retenção de água dos biocarvões a (- 33kPa) em extrator de placa porosa. Os resultados experimentais mostraram que a pirólise da CE a temperatura de 350 °C proporcionou maior rendimento em biocarvão. O tipo de matéria prima não influenciou os teores de C dos biocarvões, apenas os teores de H, O e N. Biocarvões obtidos da PC apresentaram maiores teores de Mg, P e K, maior CTC e pH mais alcalino. Biocarvões de CE apresentaram maiores teores de Ca e cinzas. A pirólise a 600 °C obteve biocarvões com maior relação C/N, menores teores de H, N e O, menor CTC, maior teor de cinzas e nutrientes, pH mais alcalino e maior aromaticidade. A análise de espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) evidenciou uma diminuição de grupos funcionais e aumento de grupos aromáticos com a elevação da temperatura. As micrografias de MEV demonstraram que os biocarvões obtidos a 600 °C apresentaram poros mais desenvolvidos, com menor espessura da parede e maior desarranjo strutural. A densidade dos biocarvões variou em função da matéria prima utilizada, os biocarvões de CE apresentaram maior densidade, em relação aos de PC.

Biochar is a product of the thermal decomposition of organic materials in low oxygen concentration and controlled temperatures. The agronomic and environmental benefits of its use are associated with the pyrolysis temperature and raw material used for its processing. The objective of this study was to evaluate the influence of raw material and pyrolysis temperature on the final characterization of the product, and also the changes in its chemical and physical characteristics. Biochar were obtained from two temperatures (350 °C and 600 °C) and residues (coffee straw - CS and eucalyptus bark - EB). Slow pyrolysis process was performed in a fixed metallic pyrolysis reactor, hermetically sealed with for 60 minutes. Yields on biochar, bio-oil and gas were quantified, and in the biochar were also determined: elemental carbon (C) contents, hydrogen (H), nitrogen (N), oxygen (O), pH, cation exchange capacity (CEC), ash contents (Ac) and nutrients (Ca, Mg, K and P). Morphological changes influenced by the pyrolysis process were investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM). Bulk denstity (Bd) was determined by the graduated tube, and the water retention capacity of the biochar (-33kPa) in a pressure plate extractor. The results show that EB pyrolysis with a temperature of 350 °C provided higher yield of biochar. The raw material type did not influence the C contents in the biochar, only for H, O and N contents. Biochar obtained from the CS showed higher Mg, P and K contents, and higher values of CTC and alkaline pH. EB biochar showed higher Ca and ash contents. Pyrolysis at 600 °C resulted in higher C/N ratio, lower H, N and O content, lower CTC, higher ash and nutrient content, more alkaline pH and higher aromaticity. The Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy analysis showed a reduction of functional groups and an increase of aromatic groups with the increase of temperature. The SEM micrographs showed that the biochar obtained at 600 °C showed more pores, with less wall thickness and greater structural disarrangement. Biochar density ranged according to the raw material used, and the EB biochars presented higher density than those of CS.