ÁREA
Iniciação Científica
Autores
Lopes, R.B.N. (IFRN) ; Bertini, L.M. (IFRN) ; Rios, M.A.S. (UFC) ; Nascimento, T.L. (IFRN)
RESUMO
Diversas investigações têm sido conduzidas com o objetivo de promover o emprego de fontes de energia renováveis, bem como o uso de biocombustíveis. A partir desse fato, foi avaliado um briquete produzido do resíduo da manga. O endocarpo da manga foi submetido às etapas de secagem, remoção da amêndoa, trituração e compactação. Os parâmetros selecionados para avaliar e caracterizar a matéria-prima foram umidade (U), matéria volátil (MV), carbono fixo (CF), cinzas (C) e poder calorífico superior (PCS). Foram encontrados valores significativos no que diz respeito à biomassa estudada. Assim, as médias obtidas para os parâmetros selecionados foram as seguintes: 10,83% para U; 87,3% para MV; 1,78% para C; 12,57% para CF e 4078,39 kcal/kg para PCS.
Palavras Chaves
BRIQUETES; MANGA; BIOCOMBUSTÍVEL
Introdução
A composição da matriz energética de um país desempenha um papel crucial no seu crescimento econômico, o que faz com que o setor de combustíveis cause transformações importantes em toda a sociedade. Sob essa perspectiva, tem havido um crescente interesse em utilizar as fontes e recursos renováveis fornecidos pela natureza como uma maneira de encontrar uma solução sustentável para mitigar os impactos ambientais. Isso se materializa quando há uma transição, ainda que parcial, do consumo de combustíveis fósseis para biocombustíveis (FARIA et al., 2016). Segundo Silva, Carneiro e Lopes (2017), a utilização de resíduos de biomassa tem se destacado como uma alternativa viável para a produção de energia renovável, seja por meio da queima direta ou da fabricação de bioprodutos. Assim, os briquetes surgem como uma alternativa viável. Eles são considerados biocombustíveis sólidos, produzidos por meio da compactação de resíduos lignocelulósicos, e são amplamente utilizados para geração de energia na forma de calor ou eletricidade. Os briquetes são diretamente substitutos da lenha em diversas aplicações, abrangendo o uso residencial, bem como em indústrias e estabelecimentos comerciais, como cerâmicas, olarias, padarias, pizzarias, bem como em fábricas de alimentos, indústrias químicas, têxteis, cimenteiras, entre outros (PETRICOSKI, 2017). O briquete, também conhecido como "carvão ecológico", é amplamente considerado um substituto para a lenha. Ele é produzido através do processo de secagem e prensagem de resíduos de madeira, resultando em um produto com alto poder calorífico, capaz de gerar calor ou vapor. Essa característica torna o briquete um combustível ideal para diversas aplicações em vários locais (SEBRAE, 2019). Conforme mencionado por Oshiro (2016), os briquetes têm uma variedade de usos em setores que requerem um combustível de alto teor de calor para a produção. Além disso, os briquetes também podem ser transformados em carvão. A produção de briquetes compostos proporciona uma maneira de evitar a dependência exclusiva de um único tipo de resíduo. Em períodos de escassez dos resíduos com maior poder calorífico, existe a possibilidade de substituí-los por outros resíduos disponíveis em maior quantidade, mantendo assim a eficiência energética dos briquetes (DANTAS, SANTOS E SOUZA, 2012). Diversos tipos de biomassa podem ser utilizados para a fabricação dos briquetes. Desse modo, existem as biomassas provenientes de florestas como, por exemplo: os fragmentos de madeira e os restos gerados pela indústria madeireira. Também é possível produzir briquetes a partir de resíduos agrícolas, tais como a palha e a fibra residual da cana-de-açúcar. Outra possibilidade se dá através de resíduos urbanos - como as folhas e troncos resultantes de podas de árvores. Além disso, existem os briquetes provenientes de resíduos agroindustriais - como os subprodutos do processamento de alimentos, fibras e cascas de frutas (DIAS et al., 2012). Isso posto a manga, ou melhor, os seus resíduos, se apresentam como uma possibilidade para a produção de briquetes. De acordo com Florêncio et al. (2012), a manga é amplamente consumida na indústria alimentícia e na culinária brasileira. No entanto, os autores destacam que o fruto não é totalmente aproveitado nessas áreas, uma vez que a casca e o caroço, que são partes frequentemente negligenciadas, representam grande parte disso. Como sugere Florêncio et al. (2012), a manga (Mangifera indica L.) faz parte da família Anacardiaceae e é uma das frutas tropicais mais populares no Brasil. Ela possui uma polpa abundante, de tamanhos e formatos diversos, além de um aroma e cor agradáveis, sendo considerada uma fruta de grande importância econômica no grupo das frutas tropicais. A fruta é categorizada como uma drupa, sendo carnosa e indeiscente, o que significa que não se abre naturalmente. Em sua região central, há um caroço duro, que envolve a semente. O fruto é composto por duas partes principais: o pericarpo e a semente. O pericarpo é formado por três camadas: o epicarpo (a camada mais externa), o mesocarpo (a camada intermediária comestível) e o endocarpo (a camada que envolve a semente). Já a semente, constitui-se pelo tegumento (uma cobertura rígida) e pelas amêndoas, que são compostas pelo embrião e pelo endosperma. Segundo Coelho, Viana e Azevêdo (2014), ao processar a manga, ocorre a eliminação do caroço e das cascas, resultando em um resíduo que representa aproximadamente 28% a 43% do peso total da fruta. Esse resíduo é composto por cerca de 12% a 15% de cascas e 15% a 20% de sementes. Nessa perspectiva, o presente estudo buscou utilizar a manga, em especial, o seu endocarpo na construção de briquetes, visto que tal iniciativa contribui para a redução de perdas do bagaço do caroço e aproveitamento da fruta em sua totalidade, além de ampliar os recursos naturais na matriz energética brasileira.
Material e métodos
As sementes de manga foram adquiridas na cidade de Campo Grande-RN. O processo de desidratação dos caroços seguiu a técnica de Oshiro (2016), onde a matéria- prima foi exposta ao ambiente em torno de 35°C por duas semanas em um local bem arejado, logo após desidratada e extraída a amêndoa. As sementes foram destinadas a plantio, restando apenas o resíduo a ser processado, o endocarpo. A trituração foi feita em máquina forrageira do modelo Trapp, com uma potência de 1,5 CV. CARACTERIZAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA Teor de umidade (U) As amostras foram colocadas em um recipiente para medir suas massas, aproximadamente 5 g, e depois foram levadas a uma estufa com temperatura de 125 °C. As amostras eram retiradas a cada intervalo de 30 minutos e deixadas em um dessecador por cerca de 15 minutos, para serem posteriormente pesadas. O teste foi feito em triplicata. Teor de materiais voláteis (MV) Para determinar o teor de MV da biomassa, foi utilizado o método de Silva et al. (2015). Inicialmente, a amostra foi pesada em um recipiente e, em seguida, queimada em uma câmara de combustão a uma temperatura aproximada de 850 °C por cerca de 7 minutos. Após a queima, a amostra foi transferida para um dessecador e deixada lá por 30 minutos. A diferença de peso foi calculada para obter o valor da taxa de voláteis da biomassa. Teor de cinzas (C) Para determinar o teor de C, utilizou-se uma mufla com uma temperatura de 900 °C por 3 horas. Inicialmente, uma massa de 5 g foi pesada em um cadinho de porcelana e colocada na mufla. Após a remoção, a amostra foi colocada em um dessecador e posteriormente pesada. O valor de C foi calculado pela diferença de peso. Teor de carbono fixo (CF) A equação 1 foi utilizada para calcular os valores do CF e levou em consideração o C e MV da biomassa. Vieira (2012) fez uso da mesma equação. Tcf= 100 − (Tc+Tv) ( Equação 1) cf= teor de carbono fixo (%); Tc= teor de cinzas (%); Tv= teor de voláteis Potencial energético O PCS foi quantificado através da norma ASTM E711-87, e os ensaios foram feitos no calorímetro digital IKA C200. PRODUÇÃO DOS BRIQUETES A produção dos briquetes seguiu a metodologia de Ponte (2017). Utilizou- se uma prensa hidráulica Marcon MPH-15, aplicando uma força aproximada de 7,5 toneladas, com repouso de 5 minutos, resultando em uma pressão em torno de 37,5 MPa. O molde cilíndrico utilizado tinha um diâmetro interno médio de 5 cm e era feito de aço inoxidável. A quantidade de matéria-prima utilizada foi de cerca de 33 g, sem aglutinantes. Poder calorífico superior dos briquetes (PCS) Para determinar o PCS dos briquetes, logo após a sua produção, empregou- se o mesmo método utilizado para o PCS da matéria-prima.
Resultado e discussão
O processo de secagem teve como objetivo remover a maior quantidade de
umidade dos resíduos presentes na biomassa, uma vez que essa redução é
fundamental para a produção dos briquetes. Uma elevada concentração de água na
biomassa pode afetar negativamente a qualidade do produto final, ou seja, os
briquetes.
A retirada da amêndoa buscou estabelecer mudas para o Campus, e a amêndoa foi
preparada para o plantio. Entretanto, durante esse processo, são gerados
resíduos que são descartados. No entanto, a partir do trabalho mencionado, esses
resíduos começaram a ser aproveitados como matéria-prima para a produção de
briquetes, após passarem por uma caracterização adequada.
Na etapa de trituração do endocarpo da manga, a matéria-prima foi subdividida
em partículas menores com o objetivo de facilitar a compactação subsequente de
maneira eficiente.
Com o objetivo de obter informações sobre as características energéticas das
amostras, foi realizada uma análise imediata da biomassa. Segundo Protásio
(2014), conhecer a composição química imediata é de extrema importância para ter
uma noção de como será a combustão da biomassa, especialmente quando o
combustível é utilizado para geração de calor, vapor ou eletricidade, além do
cozimento de alimentos. Foram avaliados os teores de umidade (U), material
volátil (MV), cinzas (C) e carbono fixo (CF).
Foi conduzido o teste de umidade na matéria-prima em seu estado natural, a
fim de determinar a quantidade de água presente na biomassa e corrigi-la para
atingir a faixa ideal. Um alto teor de umidade pode afetar negativamente o
processo de combustão, resultando em uma queima menos eficiente.
O valor de umidade encontrado na matéria-prima in natura foi de 27,84%, o que
é consideravelmente elevado em comparação com os valores da literatura, que
devem estar entre 5% e 10%, conforme mencionado por Dias et al. (2012).
Portanto, foi realizado o processo de secagem da amostra para remover o excesso
de água e adequar a biomassa à faixa desejada. O teor de umidade após a secagem
ficou em torno de 10,00%.
No caso do endocarpo triturado, foi observado um valor de umidade (U) de
10,83%. Segundo Padilla et al. (2016), as biomassas preferidas para briquetagem
geralmente possuem um teor de umidade entre 10% e 15%. Nesse sentido, os valores
obtidos nas amostras mostraram-se adequados a essa faixa desejada. Conforme
destacado por Ponte (2017), a umidade é uma propriedade que varia de acordo com
o tipo de material e depende das condições atmosféricas locais, como a umidade
do ar e a pressão. Ela pode ser controlada por meio de secadores, que são
frequentemente utilizados em usinas de briquetagem.
O valor de MV para nossa biomassa foi de 87,30%. É importante ressaltar que
quanto maior o MV, maior é o potencial de produção de energia, como descrito por
Hansted et al. (2016). De acordo com Nakashima et al. (2014), o MV é geralmente
alto em combustíveis de biomassa, variando entre 76% e 86%. Essa faixa é
semelhante àquela defendida por Chaves et al. (2013), que é de 75% a 85%. No
entanto, isso pode resultar em uma maior emissão de gases durante a combustão,
levando a uma queima mais acelerada.
Oshiro (2016) encontrou valores médios de MV de 89,86% ao estudar a biomassa
de maravalha, enquanto Souza et al. (2012) mostraram valores médios de 86,24%
para serragem de madeira. Esses valores mencionados possuem semelhança com os
encontrados no presente estudo, indicando que, em relação à propriedade de MV, a
casca do caroço da manga, maravalha e serragem de madeira têm algumas
características em comum.
Os resultados revelaram um teor de carbono (C) de 1,78% na biomassa
analisada. Conforme mencionado por Oshiro (2016), um bom combustível sólido deve
apresentar um teor de C inferior a 3%. É importante destacar que a presença de
cinzas residuais é indesejável, portanto, quanto menor o teor de C, melhor a
qualidade do combustível.
Vieira et al. (2013) relatam que o carbono fixo (CF) está relacionado ao teor
de C e ao MV, pois representa a massa restante após a saída dos compostos
voláteis, excluindo as cinzas e a umidade. A média dos valores de carbono fixo
foi de 12,70%. O alto índice de CF é utilizado como referência, pois presume-se
que, à medida que aumenta a quantidade de carbono fixo, a liberação de compostos
voláteis nocivos é reduzida (ZERBINATTI et al., 2014).
As biomassas vegetais devem possuir características específicas que as tornam
adequadas para a geração de energia. O Poder Calorífico Superior (PCS) é um dos
parâmetros essenciais nesse contexto, pois avalia a viabilidade do uso de uma
biomassa para a geração de energia, especialmente a energia térmica (TAVARES;
SANTOS, 2013). De acordo com Fernandes et al. (2015), o poder calorífico
representa a quantidade de energia liberada quando a biomassa é totalmente
queimada e pode ser dividido em poder calorífico superior e inferior, sendo que
quanto maior o PCS, mais eficiente é o combustível. Os valores médios de PCS
para a biomassa em questão foram de aproximadamente 4078,39 kcal/kg. Estudos
conduzidos por Ponte (2017) mostram valores médios de 4063,1 kcal/kg.
Para poda de mangueira e 4087,0 kcal/kg quando se misturou cana-de-açúcar,
cajueiro e mangueira (60%, 20%, 20%). É possível observar que os valores
encontrados no presente trabalho estão dentro da faixa encontrada pelo autor
mencionado. Esse parâmetro é um dos mais importantes em qualquer processo de
utilização de energia, uma vez que é o poder calorífico que determina a
quantidade de energia liberada por qualquer matéria-prima ou fonte energética
utilizada.
Após a caracterização da biomassa, deu-se início à produção dos briquetes.
Uma representação visual dos briquetes produzidos pode ser observada na Figura
1. A lenha ecológica fabricada apresenta um diâmetro de 5 cm, altura de 1,9 cm e
peso de 32,4109 g.
Conforme destacado por Dias, Andrade e Júnior (2014), a densidade exerce uma
influência direta na eficiência dos briquetes, uma vez que reflete a quantidade
de material por unidade de volume, o que implica que quanto maior a densidade,
maior a concentração de energia. No presente estudo, a densidade média
encontrada foi de 0,87 g/cm³. Por outro lado, Ponte (2017) encontrou um valor de
0,83 g/cm³ para os briquetes produzidos a partir de 50% de poda de mangueira e
50% de bagaço de cana.
Em relação ao Poder Calorífico Superior (PCS), a média dos valores
encontrados para as amostras dos briquetes foi de 4081,28 kcal/kg. Ao comparar
esses valores com o PCS da biomassa antes da briquetagem, é possível observar um
pequeno aumento. Isso pode ser explicado pelo fato de que, durante a
compactação, o volume ocupado pela matéria-prima é reduzido, resultando em um
aumento na densidade e, consequentemente, no PCS, pois há uma maior concentração
de energia no interior dos briquetes.
Amostra do briquete produzido
Conclusões
Foi percebido que o briquete produzido a partir do endocarpo da manga possui alto potencial para o uso de biomassa energética, uma vez que o seu poder calorífico demonstra resultados satisfatórios. Adicionalmente, a produção de briquetes a partir do endocarpo da manga representa uma abordagem que auxilia na minimização de desperdício e na utilização completa da fruta, evitando perdas do bagaço do caroço. A utilização do endocarpo como matéria-prima promove a sustentabilidade dos recursos naturais ao aproveitar um subproduto da indústria da manga, gerando um combustível alternativo capaz de substituir fontes convencionais de energia. Essa prática fomenta o progresso em direção ao desenvolvimento sustentável.
Agradecimentos
IFRN – campus Apodi; Grupo de Inovações Tecnológicas e Especialidades Químicas (GRINTEQUI) da UFC; CNPQ.
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