Na década de 1970, durante a crise do petróleo, o governo brasileiro implementou um programa chamado Proálcool com o objetivo de produzir um combustível alternativo, renovável, e não poluente: o etanol, fermentado da cana-de- açúcar. Esse programa culminou com uma grande produção de veículos movidos a álcool a partir da década de 80, e com um grande incremento da cultura da cana-de- açúcar. Em 1996, somente cinco estados da federação não produziam cana-de- açúcar (Acre, Amapá, Pará, Roraima e Rondônia), sendo São Paulo o maior produtor, com aproximadamente 65% do total da produção nacional (ARBEX et al., 2004; CETESB, 2017).
Com a crescente utilização do álcool como combustível em veículos automotores, houve uma melhora na qualidade do ar nos grandes centros urbanos. Existe, porém, um contraponto: a cana-de-açúcar é uma cultura agrícola singular, uma vez que, por razões de produtividade e de segurança, sua colheita é realizada após a queima dos canaviais, o que gera uma grande quantidade de elemento particulado negro denominado fuligem da cana (ZHANG et al., 2017). Esse material particulado modifica as características do ambiente nas regiões onde a cana-de- açúcar é cultivada, colhida e industrializada. Essas regiões são laboratórios naturais onde a população fica exposta, por aproximadamente seis meses ao ano, aos poluentes provenientes da queima de biomassa (CETESB, 2017).
O Laboratório de Poluição Atmosférica Experimental (LPAE) do Departamento de Patologia da FMUSP (Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo) foi pioneiro no Brasil na avaliação dos efeitos tóxicos dos poluentes emitidos pela queima de combustíveis fósseis nos grandes centros urbanos e seus efeitos sobre os seres humanos. Foi também o pioneiro na avaliação dos efeitos tóxicos da combustão do álcool, da mistura álcool/gasolina e na sua posterior comparação com os efeitos tóxicos da combustão da gasolina e da mistura chumbo/ gasolina (ARBEX et al., 2004; CETESB, 2017).
A potencial gravidade da situação foi eloquente o suficiente para que o LPAE enveredasse por um novo caminho de pesquisa: estimar os efeitos da poluição do ar causada pela queima de biomassa. Foram definidas duas regiões do Estado de São Paulo para sediar estes estudos: Araraquara e Piracicaba, que estão entre os
maiores produtores de cana-de-açúcar do planeta. Relatórios da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB), emitidos em 1986 e em 1999, sobre a qualidade do ar em Araraquara, mostravam um importante aumento da poeira total em suspensão e do PM10 no período da safra da cana-de-açúcar, em
comparação com o período de não safra (ARBEX et al., 2004). Esse aumento considerável da poeira total ainda é perceptível até recente pesquisa realizada no período da safra 2016 / 2017 (CETESB, 2017).
Os principais poluentes lançados à atmosfera devido à queima do bagaço de cana-de-açúcar são os materiais particulados e os óxidos de nitrogênio: óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2). Os danos à saúde humana devido à exposição a
este último poluente podem ser irritação nos olhos, no nariz, na garganta e nos pulmões, podendo gerar graves problemas respiratórios. Os óxidos de nitrogênio também contribuem para a deposição ácida, que danifica a vegetação e os ecossistemas aquáticos. (PRIMO et al., 2005).
O bagaço de cana-de-açúcar e a fibra do coco, quando queimados em caldeiras ou fornalhas, apresentam como poluentes as cinzas voláteis (ZHANG et al., 2017), partículas da biomassa que sofreram combustão incompleta (WIELGOSINSKI et al., 2017), aldeídos, ácidos inorgânicos, hidrocarbonetos e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (ARBEX et al., 2004 e CETESB, 2017).
Embora apresentem vantagens ambientais, alguns aspectos preocupantes com relação à liberação de contaminantes durante a queima de biomassa devem ser considerados, pois são formadas quantidades de SOx e de NOx, emissões que
dependem da composição da biomassa crua (LÓPEZ-GONZÁLEZ et al., 2015). Como há menor concentração de enxofre nas biomassas (0,05% a 0,10%) em comparação aos combustíveis fósseis (1 a 5%), haverá menor produção de seus óxidos, e as temperaturas dentro das fornalhas com a queima de biomassa (700 °C a 1000 °C), se comparadas com aquelas que queimam óleo combustível e carvão mineral (até 1600 °C), são relativamente baixas (CORTEZ et al., 2008).
Considerando a necessidade de ampliar o número de poluentes atmosféricos passíveis de monitoramento e controle no País e o estabelecimento de novos padrões de qualidade do ar quando houvesse informação científica a respeito, o órgão Brasileiro que dita os padrões de qualidade do ar no que diz respeito a poluentes, como o dióxido de nitrogênio e de enxofre, entre outros gases, e material
particulado, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 1990), o fez por meio das Resoluções 003/1990 e 008/1990.
O CONAMA, no artigo 1°, descreve que, se os padrões de qualidade do ar não forem cumpridos, poderão afetar a saúde, a segurança e o bem-estar da população, bem como ocasionar danos à flora e à fauna, aos materiais e ao meio ambiente em geral.
De acordo com o CONAMA, o ar poluído pode ser classificado como: I - Impróprio, Nocivo ou ofensivo à saúde;
II - Inconveniente ao bem-estar público; III - Danoso à fauna e flora;
IV - Prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.
Ainda em parágrafo único: Um poluente atmosférico é qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos.
No artigo 2°, o CONAMA estabelece alguns conceitos com relação aos padrões de qualidade do ar, descrevendo suas concentrações:
I - Padrões Primários de Qualidade do Ar: são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população.
II - Padrões Secundários de Qualidade do Ar: são as concentrações de poluentes abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem-estar da população, assim como o mínimo dano à fauna, à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral.
Ainda em parágrafo único: Os padrões de qualidade do ar serão o objetivo a ser atingido mediante a estratégia de controle fixada pelos padrões de emissão e deverão orientar a elaboração de Planos Regionais de Controle de Poluição do Ar.
O artigo 3° do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 1990) é apresentado em forma de quadro e descreve os Padrões Primários e Secundários de Qualidade do Ar para cada poluente: partículas totais em suspensão, fumaça, partículas inaláveis; dióxido de enxofre, monóxido de carbono, ozônio e dióxido de nitrogênio (Quadro 8).
Quadro 8: Padrões Primário e Secundário de Qualidade do Ar (adaptado de CONAMA, 1990).
ARTIGO 3° - CONAMA – PADRÕES DE QUALIDADE DO AR
P a rt íc u la s t o ta is e m s u s p e n s ã o Padrão Primário
1 - concentração média geométrica anual de 80 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 24 horas de 240 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
Padrão Secundário
1 - concentração média geométrica anual de 60 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 24 horas, de 150 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
F u m a ç a Padrão Primário
1 - concentração média aritmética anual de 60 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 24 horas, de 150 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
Padrão Secundário
1 - concentração média aritmética anual de 40 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 24 horas, de 100 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida uma de urna vez por ano.
P a rt íc u la s in a lá v e is Padrão Primário e Secundário
1 - concentração média aritmética anual de 50 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 24 horas de 150 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
Dió x id o d e E n x o fr e Padrão Primário
1- concentração média aritmética anual de 80 microgramas por metro cúbico de ar.
2- concentração média de 24 horas, de 365 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
Padrão Secundário
1 - concentração média aritmética anual de 40 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 24 horas, de 100 microgramas por metro cúbico de ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
M o n ó x id o d e Car b o n o Padrão Primário e Secundário
1- concentração média de 8 horas, de 10.000 microgramas por metro cúbico de ar (9 ppm), que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
2 - concentração média de 1 hora, de 40.000 microgramas por metro cúbico de ar (35 ppm), que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
Ozô
n
io Padrão
Primário e Secundário
1 - concentração média de 1 hora, de 160 microgramas por metro cúbico do ar, que não deve ser excedida mais de uma vez por ano.
Dió x id o d e Nit ro g ê n io Padrão Primário
1 - concentração média aritmética anual de 100 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 1 hora de 320 microgramas por metro cúbico de ar
Padrão Secundário
1- concentração média aritmética anual de 100 microgramas por metro cúbico de ar.
2 - concentração média de 1 hora de 190 microgramas por metro cúbico de ar.
Yevich e Logan (2003) estimaram que 2,06.1012 kg de combustível de
biomassa foram queimados em 1985: 66% na Ásia, 21% na África e 13% na América Latina. Além disso, constataram que 4.1011 kg de resíduos agrícolas eram
queimados no campo e que o Brasil era o principal gerador de resíduos agrícolas na América Latina, sobretudo de palha de cana-de-açúcar e resíduos de florestas (madeira usada nas carvoarias e indústrias de papel). Segundo os autores, a queima dessa biomassa (biocombustíveis e resíduos de campo juntos) tem certo impacto na química da atmosfera global, pois produz dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, metano, hidrocarbonetos e cinzas, principalmente nos trópicos.
O levantamento de informações e dados para esta pesquisa teve como base principal o Programa de Desenvolvimento das Nações Unidas e o Banco Mundial, com dados obtidos por meio de fontes governamentais federais, e embora estes valores sejam de quase 35 anos atrás, os índices de queima de biomassa no mundo variaram com um crescimento médio anual de apenas 0,57% (CORTEZ et al., 2008). As emissões de monóxido de Carbono, CO, de uso de biocombustíveis no mundo em desenvolvimento, 1,56. 1011 kg, são cerca de 50% das emissões globais
estimadas de CO do uso de combustíveis fósseis e da indústria. A emissão de 9.1011
kg de C (na forma de CO2) da queima de biocombustíveis e resíduos de campo
juntos é pequeno, mas não negligenciável quando comparado com as emissões de CO2 do uso de combustível fóssil e indústria, 5,3.1012 kg. A fonte de queima de
biomassa de 1.1010 kg por ano para CH
4 e 2,2.109 kg por ano de NOx são
relativamente pequenos quando comparados com o total de CH4 e fontes de NOx
produzidos mundialmente (YEVICH e LOGAN, 2003).
Foi estimado que em torno de 40% dos resíduos agrícolas produzidos anualmente, nos países em desenvolvimento, cerca de 4,25.1011 kg de biomassa
seca, foram queimados no campo (JALLOW, 1995). Em 2008, acreditava-se em um valor aproximado mundial de 4,56.1011 Kg de biomassa seca queimada nos campos
(CORTEZ et al., 2008).
Segundo o IPCC de 1996, os resíduos de cana-de-açúcar representam 11% da produção mundial de resíduos agrícolas. Apesar de a queima de resíduos liberar uma grande quantidade de CO2, esta não é considerada como uma emissão líquida,
pois através da fotossíntese, a mesma quantidade de CO2 é absorvida no ciclo
seguinte da cultura (LIMA et al., 2006).
O CO2 não apresenta limites estabelecidos de emissão em resoluções.
Porém, durante o processo de combustão, outros gases, além do CO2, são
produzidos. As taxas de emissão desses gases dependem do tipo de biomassa e das condições da queima. Na fase de combustão com chama, são gerados os gases N2O e NOx, sendo que os gases CO e CH4 são formados com predomínio de
fumaça (LIMA et al., 2006).
Cieslinski (2014), ao estudar o comportamento de combustão do bagaço de cana-de-açúcar com 10,5% de umidade, constatou a liberação de CO, CO2 e NOx,
sendo estes os principais gases emitidos na queima deste material. Por meio do equipamento UniGas 3000+, foram observadas as maiores concentrações de CO
nas fases de chama e de incandescência, com valores de 271 ppm e 291 ppm, respectivamente. As concentrações de CO2 atingiram valores máximos nas fases de
chama e incandescência de 1,2% e 1,3%, respectivamente. As concentrações de NOx geraram uma curva muito similar à de CO2.
Na queima experimental do bagaço de cana-de-açúcar com teor de umidade de 21%, Amaral et al. (2013) observaram os gases poluentes gerados utilizando o equipamento UniGas 3000+ MKIII. As concentrações máximas encontradas para CO2, CO, NOx foram de 2,34%, 1.356 ppm e 17 ppm, respectivamente.
Marcondes (2015) realizou a queima de bagaço de cana-de-açúcar com diferentes teores de umidade e observou a liberação de CO, CO2 e NOx. As
emissões de CO foram analisadas com o amostrador Eurotron, para os teores de umidade de 8,5%, 15,09% e 37,26%, e os valores obtidos foram respectivamente de 228,78 ppm, 298,96 ppm e 974,3 ppm. Observa-se que quanto maior o teor de umidade na fibra, maior concentração de monóxido de carbono. As emissões de CO2 e NOx são maiores com o teor de umidade de 8,5%. Para o CO2, os valores
obtidos foram 0,93%, 0,7% e 0,61% respectivamente e para o NOx, as emissões
apresentam concentrações de 19,2 ppm, 18,8 ppm e 15,2 ppm.
Dióxido de Carbono é a espécie dominante emitida pela queima de biomassa, porém não é a única. É necessário considerar que a combustão completa dificilmente ocorre na natureza, por isso, na combustão incompleta, outros gases e aerossóis são emitidos, tais como vapor de água, monóxido de carbono, óxido nitroso, material particulado fino (PM2,5μm) e material particulado grosso (PM10μm) (ARBEX et al., 2004).
Sob a denominação geral de Material Particulado se encontra um conjunto de poluentes constituídos de inaláveis, poeiras, fumaças e todo tipo de material sólido e líquido que se mantém suspenso na atmosfera por causa de seu pequeno tamanho (CETESB, 2017).
As principais fontes de emissão de particulado para a atmosfera são: veículos automotores, processos industriais, queima de biomassa, ressuspensão de poeira do solo, entre outros. O material particulado pode também se formar na atmosfera a partir de gases como dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio
(NOx) e compostos orgânicos voláteis (COVs), que são emitidos principalmente em
atividades de combustão, transformando-se em partículas como resultado de reações químicas no ar (CETESB, 2017).
O tamanho das partículas está diretamente associado ao seu potencial para causar problemas à saúde, sendo que quanto menores as partículas, maiores os efeitos provocados. O material particulado pode também reduzir a visibilidade na atmosfera (CETESB, 2017).
O quadro 9 apresenta os principais poluentes e seus efeitos da poluição do ar causada pela queima de biomassa.
Quadro 9: Principais poluentes provenientes da queima de biomassa (adaptado de ARBEX et al., 2004 e CETESB, 2017).
PRINCIPAIS EMISSÕES PROVENIENTES DA QUEIMA DE BIOMASSA
Compostos Exemplos Fonte Notas
P a rt íc u la s Partículas inaláveis (PM10) Condensação após combustão de gases; combustão incompleta de material inorgânico; fragmentos de cinzas e vegetação; poeira ressuspensa de ruas e estradas; poeiras de atividades agrícolas e de construções e aerossol secundário.
Partículas finas e grossas, sendo que estas contêm cinzas materiais de solo, e
por isso não são transportadas. Causam
danos à vegetação, contaminação do solo e da
água. Produzem irritação nas vias respiratórias.
Partículas respiráveis Condensação após combustão de gases; combustão incompleta de material orgânico e biomassa; poeira ressuspensa; processos industriais e exaustão de veículos motorizados. No caso de fumaça proveniente da queima de biomassa comporta-se como partículas finas. Partículas de material suspensas no ar, na forma
de neblina, aerossol, fumaça, fuligem, poeira. Podem causar irritação, inflamação e aumento da
Partículas inaláveis finas (PM2,5)
Queima dos gases gera condensação; combustão incompleta de material orgânico, industrial e em veículos automotores; aerossol secundário, formado na atmosfera, como nitratos
e sulfatos. Queima de combustíveis fósseis e
de biomassa, usinas termoelétricas.
Transportadas através de longas distâncias e podem
permanecer no ar. Partículas de material
sólido ou líquido suspensas no ar, na forma
de neblina, aerossol, fumaça, fuligem, poeira. Produz irritação nas vias
respiratórias. Podem penetrar no tecido pulmonar e na corrente sanguínea, causando infecções respiratórias. Ald e íd o s
Acroleína Combustão incompleta de material orgânico.
A acroleína é um composto relativamente
eletrofílico e reativo, fatores que resultam em sua elevada toxicidade. É
tóxica e irritante para a pele, os olhos e para as
vias aéreas, de sabor e odor amargo.
Formaldeído Combustão incompleta de material orgânico.
Irritante para o trato respiratório e olhos, bem
como para a pele e sistema gastrointestinal
por via direta. É um produto tóxico e provável
carcinogênico para os seres humanos. Na forma líquida, é conhecido como formol.
Óx id o s g a s o s o s Monóxido de Carbono Combustão incompleta de material orgânico e em veículos automotores. Transportado através de longas distâncias. Gás incolor, inodoro e insípido.
É muito perigoso devido à sua grande toxicidade.
Depois de inalado e difundido para os vasos sanguíneos, combina com
a hemoglobina formando carboxihemoglobina, diminuindo a quantidade de hemoglobina disponível para o transporte de oxigênio. Dióxido de nitrogênio Oxidação em altas temperaturas do nitrogênio do ar. Processos de combustão envolvendo veículos automotores, processos industriais, usinas térmicas, incinerações. Espécies reativas: a concentração diminui com
a distância do fogo. Gás marrom avermelhado, com
odor forte e irritante para os pulmões, diminui a resistência às infecções respiratórias. Pode levar à formação de ácido nítrico,
nitratos e compostos tóxicos por oxidação.
Ga s e s i n s tá v e is r e a tiv o s Ozônio Não é emitido diretamente para a atmosfera.
Produto secundário dos óxidos de nitrogênio e
hidrocarbonetos.
Presente somente adiante do fogo, transportado
através de longas distâncias. Gás incolor, inodoro nas concentrações
ambientais e o principal componente da névoa
Hid ro c a rb o n e to s
Benzeno Combustão incompleta de material orgânico.
Transporte local; também reage com outras formas de aerossol orgânico. É um composto tóxico, cujos
vapores, se inalados, causam tontura, dores de
cabeça e até mesmo inconsciência. É carcinogênico. Hid ro c a rb o n e to s a ro m á tic o s p o li c íc li c o s Benzopireno Condensação após combustão dos gases; combustão incompleta de material orgânico.
Compostos específicos que variam de acordo com
a composição da biomassa. É um potente agente cancerígeno, presente na fumaça de cigarros, liberados na queima do carvão e também na atmosfera das
grandes cidades.
É importante analisar as propriedades químicas e físicas do material particulado para diminuir sua concentração durante o processo de combustão. A maneira mais simples de controlar as emissões é usar combustível de alta qualidade com baixo teor de cinzas, baixa umidade e tamanhos constantes de partículas. Em geral, quantidades aumentadas de elementos nocivos no combustível, tais como enxofre, nitrogênio, cloro, são demonstradas pelo aumento do teor de substâncias nocivas nos gases de combustão (Villeneuve et al., 2012).
A combustão leva à poluição com material particulado (PM). Considera-se que essas emissões causam o maior dano a saúde humana. Poluentes particulados consistem das seguintes substâncias: carbono, amônio, metais, materiais orgânicos, nitratos e sulfatos. Eles podem ser divididos em partículas primárias e secundárias de acordo com sua geração. Partículas primárias são diretamente emitidas pela fonte e as partículas secundárias são geradas durante a reação química entre o
oxigênio na atmosfera, vapor de água e componentes reativos (radicais ozônio, hidroxila e nitrato, SO2, NOX) (Kantová et al., 2017).
A composição química das partículas emitidas durante a combustão doméstica está intimamente ligada às condições de combustão e, portanto, às concentrações e distribuições de tamanho. Condições insatisfatórias de combustão geram partículas principalmente de material orgânico. A baixas temperaturas, as partículas de um fogão de madeira (lenha) consistem principalmente de carbono orgânico, contudo, a elevadas temperaturas, a composição de aerossol contém menos carbono. Fornos de madeira bem projetados e operados automaticamente podem ter uma concentração de carbono abaixo de 1% a 10% de cinzas, enquanto a biomassa contém de 0,3% a 5% de cinzas e o carvão contém de 5% até 30% de cinzas. Conhecer a composição do combustível pode ajudar a reduzir as emissões, aplicando condições adequadas de controle e projeto para a combustão da biomassa (Kantová et al., 2017).
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Este trabalho é de natureza experimental, quantitativa e com análise de dados. Para que fosse possível analisar as emissões gasosas liberadas na combustão de fibras de bagaço de cana-de-açúcar e coco contaminadas com