Comportamento térmico, químico e físico da madeira e do carvão de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis em diferentes idades

Abstract

Foram estudadas madeiras de híbridos de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, em três idades diferentes, com objetivo de avaliar o comportamento da madeira e do carvão vegetal produzido frente ao aumento controlado de temperatura, bem como verificar a influência das características da madeira sobre o carvão vegetal. Foram realizadas análises químicas (extrativos, lignina, holocelulose, celulose, cinzas, análise elementar) e térmicas (análise termogravimétrica - TG, análise térmica diferencial - DTA e calorimetria exploratória diferencial - DSC) na madeira. A densidade básica e o poder calorífico superior (PCS) também foram determinados. O carvão vegetal foi produzido em forno tipo mufla, com taxa de aquecimento 1,67 oC min-1 e temperatura final 450 oC. No carvão vegetal produzido foi realizada análise imediata, elementar e térmica. Foi observado um aumento nos valores de densidade básica teor de extrativos, teor de carbono e relação carbono- hidrogênio (C/H) da madeira com a maturidade da árvore. Outras características, como teor de cinzas, relação siringil-guaiacil (S/G), teor de nitrogênio e enxofre, tiveram seus valores diminuídos com a idade da árvore. Maior rendimento gravimétrico em carvão vegetal e em gases não-condensáveis foi encontrado no material mais maduro. A densidade básica da madeira correlacionou-se positivamente com a relação C/H e negativamente com os teores de cinzas, nitrogênio, oxigênio, enxofre e relação S/G. Os teores de cinzas, nitrogênio, enxofre e S/G da madeira correlacionaram-se positivamente entre si e negativamente com a variável C/H da madeira. O teor de carbono fixo (TCF), o poder calorífico do carvão vegetal, o teor de carbono elementar e a relação C/H correlacionaram-se positivamente entre si e negativamente com o teor de materiais voláteis (TMV). O teor de lignina correlacionou-se positivamente com o rendimento gravimétrico em carvão (RGC) e negativamente com o TCF. A curva termogravimétrica da madeira em atmosfera inerte apontou duas etapas de degradação, enquanto para atmosfera oxidante podem-se distinguir três etapas. A degradação térmica do carvão vegetal ocorre em uma etapa, observando-se a ausência da fase correspondente à degradação das hemiceluloses. O início da perda de massa do carvão vegetal ocorre em temperatura próxima ao início da segunda fase da degradação da madeira. A madeira apresentou estimativa de energia de ativação entre 155,23 e 199,74 kJ mol-1, enquanto para o carvão vegetal foram encontrados valores entre 80,52 e 147,15 kJ mol-1.

Three different ages of Eucalyptus grandis x Eucalyptos urophylla wood hybrids were studied, with purpose of evaluating wood and charcoal behavior by temperature rising, and investigating the influence of wood characteristics on charcoal. Wood was analyzed chemically (extractives, lignin, holocellulose, cellulose, ash content and elementary composition) and thermally (thermogravimetry – TG, Differential Thermal Analysis – DTA and Differential Scanning Calorimetry – DSC). Also, wood density and calorific values were evaluated. Charcoal was produced in muffle furnace with constant heating rate of 1,67oC min-1 up to 450oC. Charcoal gravimetric yield, chemical and elementary compositions were determinated. It has been observed that some characteristics of wood increases with ages, like density, extractives, content carbon content and carbon-hydrogen ratio (C/H). Other characteristics tend to decrease with tree's age like ash content, syringyl-guaiacyl ratio (S/G), sulfur and nitrogen content. A higher gravimetric yield and non-condensable gases was found in older material. The density of wood had positive correlation with C/H relation, and negative correlation with ash, nitrogen, oxygen, sulfur contents and S/G relation. The wood contents of ash, nitrogen, sulfur and S/G relation had positive correlation each other, and negative correlation with C/H relation. In charcoal, the fixed carbon content, calorific value, carbon content and C/H relation have positive correlation each other, and negative correlation with volatiles content. The lignin had positive and negative correlation with gravimetric yield and fixed carbon, respectively. Two degradation stages can be observed with TG curve for wood in nitrogen atmosphere, while in air atmosphere the curve shows three stages. The thermal degradation of charcoal occurs just in one stage, with absence of hemicelluloses degradation stage. The charcoal mass loss begins in temperature near the wood degradation second stage. The wood had activate energy among 155,23 and 199,74 kJ mol-1, while the charcoal had values among 80,52 and 147,15 kJ mol-1.