Caracterização de biomassas florestais

Os principais componentes químicos da biomassa florestal são a celulose, hemicelulose, lignina, além de cinzas e extrativos. Os procedimentos para caracterização desse tipo de biomassa mais utilizados mundialmente são TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry) e NREL (National Renewable Energy Laboratory).

O fluxograma abaixo ilustra as etapas para quantificação dos principais componentes químicos da biomassa florestal seguindo os métodos de referência reconhecidos internacionalmente.

Inicialmente é necessário realizar o preparo da biomassa recebida para as análises de caracterização da sua composição química1. A biomassa deve passar pelas etapas de secagem, moagem e peneiramento conforme ilustrado no fluxograma acima.

A secagem pode ser feita tanto ao ar livre quanto em estufas de convecção. Esta etapa é necessária a fim de reduzir a umidade da biomassa e, dessa forma, diminuir a chance da proliferação de microrganismos.

A moagem é importante para diminuir o tamanho das partículas da biomassa florestal, que normalmente é obtida na forma de cavacos, chips ou resíduos florestais. Essa etapa de moagem normalmente é realizada em um moinho de facas.

O peneiramento da biomassa para separação granulométrica é importante para padronização do tamanho das partículas utilizado em cada etapa da caracterização. Peneiras de 20 e 80 mesh são utilizadas para separar a biomassa em três frações. A primeira delas, a fração que ficou retida na peneira de 20 mesh, ou seja, com maior tamanho de partícula deve ser moída novamente para ser utilizada. A segunda, a fração que passou pela peneira de 20 mesh e ficou retida na peneira de 80 mesh, é utilizada para remoção e quantificação de extrativos, assim como a determinação de lignina e carboidratos estruturais. A terceira fração, a mais fina dentre elas, é aquela que tem as partículas que passaram pela peneira de 80 mesh. Nesta fração é realizada a determinação de cinzas2.

Nas frações utilizadas para caracterização da composição química deve ser realizado também a determinação de sólidos totais ou umidade3, uma vez que todas as análises devem levar em conta a base de massa seca da amostra.

A remoção e quantificação de extrativos na biomassa devem ser realizadas na segunda fração, ou seja, aquela que passou pela peneira de 20 mesh e ficou retida na de 80 mesh. A determinação de extrativos em biomassa proveniente de madeira ou resíduos florestais pode ser realizada de inúmeras formas utilizando diferentes solventes4.

A partir da biomassa livre de extrativos é realizada uma hidrólise ácida para quebrar a estrutura lignocelulósica e assim é possível quantificar os carboidratos estruturais e a lignina solúvel no hidrolisado. A lignina insolúvel é determinada na fração de resíduo sólido obtida após a hidrólise ácida5.

A Tabela 1 apresenta os resultados da caracterização das biomassas florestais utilizadas nesse projeto, o eucalipto e os resíduos de pinus, realizada na Universidade Federal de Viçosa (UFV).

Tabela 1: Composição química das amostras de biomassas florestais.

Resíduos de Pinus

Eucalipto

Média (%) DP (%) Média (%) DP (%)
Cinzas Totais (%) 0.3323 0.0319 0.3298 0.0378
Extrativos (%) 1.6970 0.1202 2.5042 0.0960
Lignina Insolúvel (%) 27.7582 0.4885 27.0245 0.9233
Lignina Solúvel (%) 1.4656 0.0332 1.3390 0.0436
Celulose (%) 36.9217 1.5471 47.0142 1.4455
Hemicelulose (%) 11.7222 0.1821 14.1192 0.3789

DP: desvio padrão.

Referências

  1. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, A. Sluiter, J. Sluiter, D. Templeton. Preparation of Samples for Compositional Analysis. Technical Report. NREL/TP-510-42620, 2008.
  2. Sluiter, B. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton. Determination of Ash in Biomass. Technical Report. NREL/TP-510-42622, 2008.
  3. Sluiter, B. Hames, D. Hyman, C. Payne, R. Ruiz, C. Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton, J. Wolfe. Determination of Total Solids in Biomass and Total Dissolved Solids in Liquid Process Samples. Technical Report. NREL/TP-510-42621, 2008.
  4. Buchanan. Solvent extractives of wood and pulp. TAPPI – T 204 cm-97, 2007.
  5. Sluiter, B. Hames, R. Ruiz, C. Scarlata, J. Sluiter, D. Templeton, D. Crocker. Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass. Technical Report. NREL/TP-510-42618, 2012.