COMBUSTÃO DE RESÍDUOS MADEIREIROS E A EMISSÃO DE MATERIAL PARTICULADO FINO
S. S. AMARAL, J. A. CARVALHO JR., M. A. M. COSTA, J. E. FERNANDES, T. M. VIEIRA, C. PINHEIRO
Av. Ariberto Pereira da Cunha, 333, Pedregulho, 12.516-410-Guaratinguetá/ SP e-mail: simonesimoessi@gmail.com
Universidade Estadual Paulista, Departamento de Energia
RESUMO
A combustão de materiais lignocelulósicos é uma das soluções alternativas para reduzir o consumo de combustíveis fósseis. Resíduos do processamento industrial da madeira têm sido amplamente utilizados como matéria-prima energética. No entanto, são poucos os estudos que quantificam as emissões da queima destes biocombustíveis. Além da emissão de compostos gasosos, o carbono é emitido como material particulado fino, afetando negativamente a qualidade do ar e a saúde. Objetivou-se neste trabalho quantificar o material particulado com diâmetro inferior a 2,5 µm (PM2,5), emitido durante a queima de resíduos madeireiros de pinus e
eucalipto. Aproximadamente 4 kg de cada material lignocelulósico foram queimados. O equipamento utilizado para amostragem foi um DataRam4. Para garantir amostragem isocinética foram seguidas normas específicas. O fator de emissão de material particulado foi mais elevado na queima do pinus (12,39 g/kg), se comparado a do eucalipto (9,62 g/kg).
Palavras-chave: Energia, PM2,5, poluição.
INTRODUÇÃO
O processamento de espécies florestais, em indústrias madeireiras, gera uma variedade de resíduos. Tais resíduos são frequentemente utilizados no próprio processo produtivo, como fonte de energia. Segundo Ghafghazi et al. (2011)(1), o uso de biomassa de madeira, para gerar calor e energia, tem aumentado consideravelmente.
A combustão de resíduos madeireiros pode ser de forma direta (casca, galhos, serragem, maravalha, cavaco, etc) ou utilizando resíduos previamente densificados (briquetes e pellets).
Resíduos madeireiros são considerados combustíveis renováveis, além de serem tratados como uma das soluções alternativas para reduzir a emissão de
função pulmonar e elevação mais acentuada do estresse oxidativo.
Considerando a utilização de resíduos madeireiros como fonte de energia, e os efeitos prejudiciais à saúde causados pela emissão de material particulado fino,
objetivou-se com este trabalho a quantificação de PM2,5, proveniente da combustão
do cavaco de pinus e briquete de eucalipto.
MATERIAIS E MÉTODOS
Aproximadamente 4 quilos de cavaco de pinus e briquete de eucalipto, com teor de umidade de 10 %, foram submetidos à queima em um combustor modelo MDL 70 MRD. Ao longo da queima foram obtidos valores de concentração e diâmetro de PM2,5.
Amostragem de PM2,5
A amostragem de PM2,5 foi realizada continuamente, utilizando um DataRam4,
Modelo DR 4000. O DataRam4 é composto por acessórios como sonda de amostragem isocinética e aquecedor de fluxo, conforme a Fig. 1.
Para amostragem de PM2,5, a sonda do DR4 foi posicionada em um ponto, na
chaminé, definido conforme as especificações da norma CETESB, L9. 221 (1990)(5).
Antes do início da amostragem, foi determinada a quantidade de pontos que deveriam ser medidos, para garantir amostragem significativa. Uma vez determinado a quantidade de pontos a serem medidos, ao longo da seção transversal da chaminé, calculou-se a posição destes (Tab. 1). A amostragem de material particulado foi conforme a norma britânica BS 3405 (1983)(6), que estabelece os procedimentos para amostragem isocinética.
Figura 1- DataRam4 e acessórios: (a) sonda isocinética, (b) diluidor de
partículas, (c) seletor de partículas, (d) aquecedor de fluxo e (e) amostrador omnidirecional.
Tabela 1- Pontos de amostragem de PM2,5 de acordo com a norma.
Pontos de amostragem BS 3405 (1983)(6) Distância da parede da chaminé Distância da parede (D=17,54 cm) A 0.065 D 1.14 B 0.250 D 4.39 C 0.750 D 13.16 D 0.935 D 16.40
Para garantir amostragem isocinética, definiram-se algumas variáveis como: tipo da boquilha de amostragem e velocidade do fluxo de coleta no DataRam4. Neste trabalho, as velocidades do fluxo foram de 14,27 m/s e 15,49 m/s e as boquilhas de 3 K e 4 K, respectivamente para a biomassa de pinus e eucalipto.
Definidos as variáveis de coleta isocinética, iniciaram-se os experimentos de queima e a amostragem de material particulado. Durante os experimentos foram coletadas amostras por um período de 46 minutos, para o cavaco de pinus, e 34 minutos, para o briquete de eucalipto. Cada ponto foi amostrado por cerca de 3 minutos.
Fator de emissão PM2,5
Para a determinação do fator de emissão médio de material particulado, subtraíram-se os “backgrounds” antes da queima, bem como o valor da umidade contida no ar.
consumido (kg).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A apresentação dos resultados, a cerca da concentração e diâmetro de PM2,5,
baseou-se nos valores mínimos, médios e máximos. Além de discussões sobre as concentrações e diâmetros das partículas, estas foram descritas em relação ao fator de emissão (FE).
As concentrações máximas de PM2,5, para o cavaco de pinus e briquete de
eucalipto (Fig. 2), foram de 492.743 e 230.128 µg/m3, respectivamente. Apesar de
apresentarem pico de concentração as emissões de PM2,5 mantiveram-se em torno
de um valor médio de 62.913 e 43.321 µg/m3, respectivamente para o cavaco de pinus e briquete de eucalipto. A queima do cavaco de pinus emitiu partículas em maior concentração, se comparado ao briquete de eucalipto.
Percebe-se, pela Fig.2, que no final da queima ocorreu uma redução na concentração da partícula, isto para queima de ambos os materiais. Foi observada uma elevada variação na concentração de material particulado de 31 a 492.743
µg/m3, para o cavaco de pinus. Para o briquete de eucalipto a variação foi de 25 a
230.128 µg/m3.
Os fatores de emissão de PM2,5, resultante da queima do cavaco de pinus e
briquete de eucalipto, foram respectivamente de 12,39 g/kg e 9,62 g/kg. Pode-se observar que a queima do briquete de eucalipto foi a que resultou na menor emissão de PM2,5. Nos experimentos de Alves et al. (2011)(8), o fator de emissão de PM2,5
durante a queima da biomassa de eucalipto também foi inferior ao do pinus, cujos valores foram respectivamente de 6,7 e 16,3 g/kg.
Figura 2- Concentração de PM2,5 (µg/m3) versus tempo (s) para o cavaco de pinus e briquete de eucalipto.
Na Fig. 3, pode-se visualizar a variação do diâmetro das partículas em função do tempo de queima, para o cavaco de pinus e briquete de eucalipto.
Durante a queima do briquete de eucalipto, percebeu-se uma tendência na emissão de partículas de menor diâmetro nos primeiros instantes de queima, e um aumento ao longo do processo de combustão. O mesmo não foi observado nos experimentos de queima do cavaco de pinus, uma vez que em torno de 900 s o diâmetro da partícula foi máximo (0,97 µm).
No final da queima, após 2.400 s, há uma tendência de aumento no diâmetro de material particulado. Possivelmente, a condensação de espécies voláteis sobre o núcleo de carbono, devido à redução da temperatura, tenha ocasionado o aumento da partícula em diâmetro.
Elevada variação diametral foi percebida, tanto no experimento de queima do
cavaco de pinus (0,08 a 0,97 μm), quanto no experimento referente ao briquete de
eucalipto (0,03 a 0,96 μm). Apesar da elevada variação diametral, o diâmetro médio obtido para a queima do cavaco de pinus foi de 0,23 μm e para o briquete de eucalipto foi de 0,21 μm, ou seja, predominou a emissão de partículas finas na queima de ambas as biomassas.
Figura 3- Diâmetro de PM2,5 (µm) em função do tempo (s) para o cavaco de pinus e o briquete de eucalipto.
A combustão do briquete de eucalipto resultou na emissão de partículas ainda menores (0,03 µm), que a combustão do cavaco de pinus (0,08 µm). Assim, o uso de briquetes de eucalipto podem produzir efeitos mais prejudiciais à saúde, que o cavaco de pinus, uma vez que quanto menor o diâmetro da partícula, maior sua facilidade de atingir regiões pulmonares mais profundas. Em contrapartida, o fator de
emissão de PM2,5 foi superior na combustão de pinus, em relação à combustão do
eucalipto.
Desta forma, na combustão de biomassa madeireira, Ghafghazi et al. (2011)(1)
recomendam o uso de sistemas de limpezas de gases, como precipitadores eletrostáticos para controle da emissão de material particulado.
CONCLUSÕES
As principais conclusões para experimentos de queima do cavaco e do briquete foram:
- Durante a queima das biomassas o diâmetro das partículas apresentou elevada variação, indicando a emissão de partículas caracterizadas como "partículas finas" (PM2,5);
- O fator de emissão de PM2,5, durante a queima do cavaco de pinus, foi
- As partículas mais finas e prejudiciais à saúde foram emitidas durante a queima do briquete de eucalipto.
AGRADECIMENTOS
A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP
(projeto temático número 08/04490-4), pelo financiamento deste estudo.
REFERÊNCIAS
1. GHAFGHAZI, S.; SOWLATI, T.; SOKHANSANJ, S.; BI, X.; MELIN, S. Particulate matter emissions from combustion of wood in district heating applications.
Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 15, n. 6, p. 3019–3028, 2011.
2. KISTLER, M.; SCHMIDL, C.; PADOUVAS, E. et al. Odor, gaseous and PM10 emissions from small scale combustion of wood types indigenous to Central Europe.
Atmospheric Environment, v. 51, p. 86-93, maio 2012.
3. Videla, F. C., Barnaba, F., Angelini, F., Cremades, P., Gobbi, G.P.. The relative role of amazonian and non-amazonian fires in building up the aerosol optical depth in South America: a five year study (2005–2009). Atmospheric Research, v. 122, p. 298-309, 2013.
4. Prado, G. F., Zanetta, D.M.T., Arbex, M. A., Braga, A. L., Pereira, L. A. A., Marchi, M. R. R., Loureiro, A. P. M., Marcourakis, T., Sugauara, L. E., Gattás, G. J. F., Gonçalves, F. T., Salge, J. M., Terra Filho, M., Santos, U. P.. Burnt sugarcane harvesting: particulate matter exposure and the effects on lung function, oxidative stress, and urinary 1-hydroxypyrene. Science of the Total Environmen, v. 437, p. 200–208, 2012.
5. CETESB. L9. 221: Dutos e Chaminés de Fontes Estacionárias - Determinação dos Pontos de Amostragem, 1990.
6. BRITISH STANDARD METHOD. BS 3405: Measures of Particulate Emission Including Grit and Dust (Simplified Method), (1983).
7. FRANÇA, D. D. A.; LONGO, K. M.; NETO, T. G. S. et al. Pre-Harvest Sugarcane Burning: Determination of Emission Factors through Laboratory Measurements.
The combustion of lignocellulosic materials is one of the alternative solutions to reduce the consumption of fossil fuels. Residue from industrial processing of wood have been widely used as energy feedstock. However, there are few studies that quantify the emissions from the burning of biofuels. In addition to the emission of gaseous compounds, carbon is emitted as particulate material thin, negatively affecting air quality and health. The aim of this study was to quantify particulate matter with diameter smaller than 2.5 µm (PM2.5), emitted during the burning of
residue of pinus and eucalyptus. Approximately 4 kg each lignocellulosic material were burned. The equipment used for sampling was a DataRam4. To ensure Isokinetic sampling were followed specific standards. The particulate matter emission factor in the burning of the pinus (12.39 g/kg) was higher than eucalyptus (9.62 g/kg).
Key-words: Energy, PM2.5, pollution.
