Machado, G. O., et al. 183

J. Biotec. Biodivers. v. 5, N.2: pp. 182-193 May 2014

INTRODUÇÃO

Combustão é definida como uma reação química de oxidação exotérmica, que gera energia na forma de calor, ruído e luz. A reação se estabelece entre uma substância combustível (madeira ou lenha) e o oxigênio (geralmente do ar), com uma fonte inicial de calor atuante no combustível (energia de ativação do processo) e subsequente reação em cadeia, que gera energia térmica adicional, propiciando a queima contínua autossustentada. Na falta de combustível, do oxigênio ou da não ocorrência da reação em cadeia, a combustão não ocorre, ou se já existente, se anula. A combustão direta é a forma mais prática e mais fácil de utilização da madeira como energético, apresentando alta eficiência, da ordem de 90%, na conversão da energia química em energia térmica, ou seja, calor (Fengel e Wegener, 1984).

O conhecimento da composição química da madeira é fundamental para o entendimento de seu comportamento como combustível. Os elementos químicos responsáveis pela liberação de calor são carbono, hidrogênio e enxofre. A qualidade do combustível é dada pelos elementos carbono e hidrogênio. A fração incombustível, que não fornece calor durante a combustão, é devida à presença de umidade, cinzas, oxigênio e nitrogênio.

Em termos gerais, as madeiras de coníferas são mais energéticas por apresentarem maior teor de carbono (50-53%) que as folhosas (47-50%) devido ao seu maior conteúdo de lignina e extrativos. Todas as espécies contêm em torno

de 6% de hidrogênio. A porcentagem de oxigênio fica na faixa de 40 a 44%, a de enxofre menos que 0,1% e nitrogênio de 0,1 a 0,2%. As cinzas, em torno de 1%, são óxidos minerais formados durante a combustão, onde os íons inorgânicos se oxidam e volatilizam ou formam partículas minerais de vários tamanhos. A presença de grande concentração de oxigênio na madeira faz com que a sua queima requeira menos oxigênio do ar, porém diminui a quantidade de energia liberada na combustão, reduzindo seu teor energético (Ragland et al. 1991).

Quando a combustão se processa de maneira completa (estequiométrica) máxima energia térmica é gerada; o carbono é convertido em gás carbônico, o hidrogênio em água e o enxofre em dióxido de enxofre. O baixo teor de enxofre e cinzas da madeira evidencia que esta reação não gera compostos tão tóxicos aos seres humanos ou que possam impactar significativamente o meio ambiente, uma vez que o carbono consumido na queima, para gerar gás carbônico, foi inicialmente armazenado pela árvore por meio da reação de fotossíntese. Na equação1, temos um exemplo da combustão completa da madeira de eucaliptos com oxigênio do ar (O 2 + 3,76 N 2 ), com 30% de umidade (W) e composição elementar, na base úmida, de 34,30% de carbono (C), 4,11% de hidrogênio (H), 30,78% de oxigênio (O), 0,21% de nitrogênio (N), 0,007% de enxofre (S) e 0,504 % de cinzas (A);supondo que o nitrogênio é inerte no processo e gera apenas gás nitrogênio (N 2 ).

(2,86 C + 4,11 H + 1,92 O + 0,02 N + 2,19 10 S + W + A ) + 2,93 ( O 2

+ 3,76 N 2

) → 2,86 CO 2

+

2,05 H 2 O + 2,19 10 SO 2 + W + A + 11,02 N 2

(Equação 1)

A combustão da madeira ocorre com emissão de grandes quantidades de voláteis decorrente de uma etapa prévia de pirólise das macromoléculas, gerando produtos orgânicos de baixa massa molar que se misturam ao oxigênio do ar. Desta forma, a queima da madeira ocorre em etapas consecutivas e bem nítidas. Inicialmente há um pré-aquecimento que fornece a energia de ativação necessária ao processo. Em temperaturas na faixa de 150 a 350 °C ocorre uma rápida degradação térmica (pirólise) dos polissacarídeos (polioses e celulose), com grande emissão de voláteis (fumaça) e formação de

chama. Como a madeira é composta, em média, por 70% de polissacarídeos, sob a ação do calor, três quartos de seu peso é volatilizado nesta etapa da combustão. A lignina, que constitui em torno de 25% da composição da madeira, por ter uma natureza química entrecruzada, se degrada lentamente, em uma ampla faixa de temperatura (de 200 a 500 °C) e sem grandes reduções em sua massa residual, (Lora e Venturini, 2012).

Os produtos da pirólise da lignina são principalmente alcatrão e carvão vegetal. Com a extinção da chama dos voláteis, a madeira torna-