De antemão, o tecido lenhoso das árvores é constituído por diferentes tipos de células. As plantas folhosas (espécies comuns em países tropicais como o Brasil) possuem uma estrutura mais complexa do que as coníferas, (espécies de árvores mais comuns em países não tropicais), com maior número de tipos de células. O fenômeno da carbonização pode ser explicado e entendido a partir das transformações sofridas pelos principais componentes químicos da madeira, a celulose, as hemiceluloses e a lignina.

Nesse sentido, se você quiser saber quais as dimensões ideais da madeira, para se produzir carvão vegetal, recomendamos a leitura do artigo Tamanho das Peças – Diâmetro e Comprimento da Madeira e sua Influência na Produção de Carvão; além do artigo Teoria da Carbonização de Madeira, onde você aprenderá mais sobre o processo em questão.

Enfim, recomendamos também o artigo Teoria da Carbonização – Termogravimetria e Termodiferenciação.

Composição elementar da madeira para produção de carvão

A madeira se compõe basicamente de oxigênio, hidrogênio e carbono. Todavia, o carbono pode representar até 50% da composição da madeira, o oxigênio 44%, e o hidrogênio 6%. Levando-se em conta o percentual que esses três elementos representam, torna-se fácil entender porque a carbonização pode ser compreendida conhecendo-se o comportamento da lignina, das hemiceluloses e da celulose, já que esses componentes são basicamente formados de carbono, oxigênio e hidrogênio.

De acordo com LEWIN e GOLDSTEIN (1991) e TSOUMIS (1991), em termos médios, as madeiras são constituídas por:

• Celulose: 40-45%;
• Hemiceluloses: 20-30%;
• Lignina: 18 – 25% (Folhosas) e 25 – 35% (Coníferas);
• Extrativos: 3-8%;
• Cinzas: 0,4%.

A influência da celulose da madeira em como fazer carvão

Desde já, a celulose, principal componente da parede celular, é um polissacarídeo linear constituído de unidades anidro pirano glicose com ligações glicosídicas do tipo Beta 1-4 com alto grau de polimerização, possuindo uma estrutura cristalina e não ramificada. O seu grau de polimerização está compreendido entre 9000 e 10000, podendo chegar a até 15000 unidades de glicose.

É o composto mais comum na natureza, sendo insolúvel em solventes orgânicos, em água, em ácidos e em álcalis diluídos, todas à temperatura ambiente.

As hemiceluloses da madeira  em como fazer carvão

Primeiramente, as hemiceluloses também são polissacarídeos e diferem da celulose por serem polímeros ramificados e de cadeia mais curta.  As hemicelulose possuem em sua estrutura outras unidades de açúcar diterentes da glicose como por exemplo, hexoses e pentoses como a manose, a galactose, a xilose, a arabinose, o ácido 4-o-metilglucurônico.

Geralmente possuem um peso moléculas menor que o da celulose, o seu grau de polimerização varia de 100 a 200 unidades de açúcares. Todavia, são os compostos da madeira responsáveis pela formação da maior parcela de ácido acético, durante a decomposição térmica.

Então, a 400°C, a celulose e as hemiceluloses resultam num rendimento em carvão de aproximadamente 10 a 13% respectivamente. Celulose e hemicelose são itens poucos importantes em como fazer carvão vegetal

A lignina em como fazer carvão

A lignina é um dos três polímeros básicos que constituem a madeira. É um composto amorfo, tridimensional, de composição química bastante complexa, que se constitui de unidades de fenil propano, tendo uma cadeia altamente ramificada.

A lignina é o componente mais hidrofóbico da madeira; tem uma função adesiva entre as fibras e confere dureza e rigidez à parede celular. As unidades de fenil propano são mantidas juntas, tanto por ligações éter (C-O-C) como por carbono-carbono (C-C). A ligação éter é predominante, aproximadamente 2/3 ou mais das ligações da lignina são desse tipo e o restante é do tipo carbono-carbono (SJÖSTRÖN, 1993).

A lignina é um dos componentes da madeira de fundamental importância na produção do de carvão vegetal, uma vez que é o composto que mais contribui para a formação do resíduo carbonífero, bem como pela formação do alcatrão insolúvel. Quando a 400°C, proporciona rendimentos de aproximadamente 55% de resíduo carbonífero (OLIVEIRA et al., 1982a).

Os extrativos da madeira na produção de carvão

Os extrativos são componentes que não fazem parte da constituição química da parede celular e incluem elevado número de compostos, incluem resinas, açúcares, taninos, ácidos graxos, dentre outros compostos, os quais influem nas propriedades da madeira. Assim, a cor, o odor, as resistências ao apodrecimento e ao ataque de insetos, a permeabilidade, a densidade e a dureza são afetados pela sua presença (PETTERSEN, 1984).

O conteúdo de cinzas é usualmente pequeno, podendo incluir cálcio, potássio, magnésio e traços de outros. Então, quanto maior a proporção de matérias minerais na madeira, maior será a percentagem de cinzas no carvão, fato este pouco desejável, principalmente quando alguns dos componentes são prejudiciais para fins siderúrgicos. O teor, bem como a composição química das cinzas pode ser afetada pela disponibilidade de minerais no solo.

Melhores propriedades químicas do carvão, maiores teores de carbono fixo, e menores teores em substâncias voláteis e cinzas estão associados à madeira com altos teores de lignina, para determinadas condições de carbonização. Em suma, madeiras com altos teores de extrativos e lignina produzem maior quantidade de carvão, com maior densidade e mais resistente, em termos de propriedades físicas e mecânicas.

Portanto, se você se interessa por este tema, lhe convido a ler outros artigos da série abaixo citados :

• Tamanho das Peças – Diâmetro e Comprimento da Madeira e sua Influência na Produção de Carvão;
• Teoria da Carbonização de Madeira;
• Teoria da Carbonização – Termogravimetria e Termodiferenciação.