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Carvão Ativado de Bambu: o que você sabe sobre ele? Entrevistamos doutores no assunto. Leia!

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Carvão Ativado de Bambu: o que você sabe sobre ele? Entrevistamos doutores no assunto. Leia!

“Considerando os crescentes racionamentos de água que muitos países enfrentam, inclusive o nosso, a necessidade do reuso das águas, pode fazer do Carvão Ativado um artigo imprescindível à sociedade moderna”.

01/06/2016 – O Carvão ativado está em alta no mundo. Você pode não ter ouvido falar ainda – ou ao contrário, pode saber muito bem o que ele é. Em ambas as ocasiões, convidamos você a ler essa entrevista muito bem detalhada pelo Doutorando em Ciências Ambientais e Florestais, Gregório Mateus Santana¹ e pelo Pós-Doutor e professor, Emerson Freitas Jaguaribe².

CeluloseOnline – Gregório, gostaria que fizesse uma pequena apresentação sobre sua tese e seus estudos na área de carvão ativado.

Nossos estudos visam desenvolver vários tipos de carvões ativados a partir de bambu (Bambusa vulgaris Schard.), utilizando-se, para isso, de diferentes processos de ativação física, química, química e física, e modificações químicas; em seguida, caracterizar os carvões ativados obtidos; e por fim aplicá-los na remoção de diferentes tipos de contaminantes presentes em corpos d’água e também viabilizar seu uso no armazenamento de gás. Os estudos são realizados, em parceria, sob a orientação de pesquisadores vinculados a Universidade Federal da Gregório Mateus SantanaParaíba (UFPB/PB – Prof. Dr. Emerson F. Jaguaribe), Universidade Federal de Campina Grande (UFCG/PB – Prof. Dr. Carlos R. de Lima), Universidade Federal de Lavras (UFLA/MG – Prof. Dr. Paulo F. Trugilho e Profa. Dra. Maria L. Bianchi), Universidade Federal do Espirito Santo (UFES/ES – Prof. Dr. Juarez B. Paes) e Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ/RJ – Prof. Dr. Roberto C.C. Lelis).

Já foram desenvolvidos (produzidos, caracterizados e aplicados) quinze tipos de carvões ativados a partir de bambu (Bambusa vulgaris Schard.). Estudos para aplicações desses materiais foram realizados, com êxito, na remoção de sete tipos de contaminantes (um metal pesado com efeito bioacumulante; um resíduo da indústria siderúrgica, petroquímica e de papel e celulose; dois corantes da indústria têxtil; dois herbicidas; e um inseticida/nematicida). Como etapa posterior, visamos aplicar os materiais ativados na remoção de contaminantes presentes em amostras de água da Baía da Guanabara (RJ/Brasil), Baía de Chesapeake (Maryland/Estados Unidos) e Rio Doce (MG/Brasil). Serão pesquisados também o processo de eletroadsorção de metais e regeneração de carvões ativados utilizando o princípio eletroquímico.

CeluloseOnline – Onde se pretende chegar com sua pesquisa? Qual a espécie de bambu é utilizada?

O objetivo é que seja feito um estudo completo sobre o desenvolvimento de carvões ativados a partir de bambu, espécie Bambusa vulgaris Schard., e que este estudo esteja à disposição de empresas do setor e grupos de pesquisas que estejam dispostos a investir e avançar em termos tecnológicos com o carvão ativado. É almejada a produção de artigos com co-autoria entre os grupos de pesquisa envolvidos em revistas científicas indexadas e também a realização de palestras para divulgar os resultados da pesquisa e a tecnologia de modo geral, tanto para o público acadêmico como para a sociedade.

A espécie estudada é proveniente de plantios, com dois anos, da empresa CEPASA – Celulose e Papel de Pernambuco, única empresa de beneficiamento e produção de papel de bambu da América Latina e que possui a maior plantação comercial de bambu das Américas. A escolha da espécie deve-se ao fato da mesma apresentar propriedades aptas à produção de carvões ativados e a empresa já possuir um banco de dados estruturado sobre a espécie (plantio e tratos culturais, manejo do bambuzal, propagação, colheita, entre outros).

O bambu pertence à família Poaceae e trata-se de uma espécie de porte arbóreo, que apresenta rápido crescimento, elevada produtividade (quantidade de matéria seca por hectare/ano) e pequenos ciclos de produção. A cultura do bambu é viável por ser uma cultura permanente e produzir colmos assexuadamente, ano a ano. Espécies de pequeno porte podem atingir sua altura máxima em 30 dias e espécies gigantes em até 180 dias; podendo algumas espécies crescer a uma taxa de 40 cm ao dia. O bambu possui elevado teor de carbono e presença de feixes fibrovasculares, que formam uma estrutura carbonácea porosa que favorecem a produção de carvão ativado, além de outras características inerentes à espécie utilizada.

CeluloseOnline – Pouco tem se falado do Carvão Ativado. Explique, por gentileza, sobre esse carvão, como é obtido e quais as diferenças de um carvão vegetal comumente conhecido.

O carvão ativado é um material carbonáceo abundantemente poroso, com área superficial elevada e grupos funcionais em sua superfície com afinidade para vários contaminantes. O CA pode ser obtido através de tratamento ou ativação do material precursor (no caso o bambu) por meio de calor. Este processo consiste na queima do material precursor, em atmosfera isenta ou controlada de oxigênio livre, a uma temperatura entre 400°C a 1000°C.

O que diferencia o carvão vegetal do carvão ativado, além do processo de produção, é basicamente quanto sua utilização. O carvão vegetal é utilizado para fins energéticos e o carvão ativado, se convenientemente produzido, é utilizado amplamente como material adsorvente.

O elevado teor de carbono, a organização e grandes quantidades de poros, e consequentemente a elevada área superficial interna (em torno de 500-1200 m²/g), torna o carvão ativado um excelente adsorvente. O carvão ativado é eficiente na maioria dos processos de remediação ambiental (tratamento de efluentes, remoção de compostos orgânicos e metais pesados, na recuperação de produtos químicos, processos de purificação). Nenhum outro material apresenta propriedades adsorventes melhores do que o carvão ativado, quando se leva em conta a sua eficiência na adsorção, economia e capacidade para ser regenerado. A Figura 1, apresenta a morfologia superficial do carvão ativado caracterizado por análise de MEV.

Fig 1 - Micrografia do carvão de bambusa vulgaris Schard

Figura 1. Micrografia do carvão de Bambusa vulgaris Schard., ativado quimicamente, obtida por análise de MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura, mostrando a intensa superfície porosa do carvão ativado obtido.

CeluloseOnline – Professor Emerson, onde o Carvão Ativado é usado?

O Carvão Ativado é empregado em diversas áreas da atividade humana, que fazem parte de nosso dia a dia, englobando, seja o cenário doméstico, o industrial, o farmacêutico, o químico, o agrícola, o meio ambiente, o medicinal, etc. Usualmente utilizado como elemento de filtragem, considerando o seu extraordinário poder adsortivo, pode ser encontrado como removedor de odores (na geladeira), ou de Emerson Freitas Jaguaribepigmentos de cores em efluentes de fábricas tintureiras; ou servindo à purificação de água (aquários, piscinas, sistemas de águas municipais, reciclagem de águas em estações espaciais), reuso de águas; em minas de ouro, na purificação e no armazenamento de gases (nitrogênio e hidrogênio), na purificação de alimentos; catálise química; enriquecimento de solos; redução do gás estufa; captura de micro-ondas, ondas sonoras e ondas de rádio; na medicina (em máquinas de diálise, de fígado e de rins, e cirurgias de câncer, na descontaminação estomacal produzida por comida, ou por drogas, como a cocaína, limpeza de ferimentos, etc.); acabamento e polimento de metais: reciclagem de solventes; captura de componentes voláteis, etc.

De fato, as aplicações podem ser classificadas em duas categorias e relacionadas às fases gasosa e líquida. No caso da fase gasosa é empregado para a recuperação de gases (como de vapores de gasolina), ou na de solventes como foi supramencionado; ou como removedor de odores (em ambientes domésticos, em refrigeradores, em automóveis, em hospitais); ou de gases tóxicos em ambientes fechados a exemplo do CO2 em subsolos; servindo, ainda, a separação de gases, como ocorre nas máquinas PSA, de “produção” de nitrogênio líquido.

No caso da fase líquida, destacam-se o tratamento de água, já citado acima; na remoção do cloro residual em fábricas de refrigerantes, durante o processo de desinfeção de vasilhames, remoção de aldeídos e compostos residuais da fermentação, contribuindo, ainda, para a padronização das cores de vinhos e de outras bebidas; descoloração de produtos industriais, como na refinação do açúcar, ou na destilação do Whisky; na indústria de eletrodos, a exemplo dos capacitores de duas camadas; etc. Complementarmente, citaríamos no tratamento do ar, inclusive na supressão de partículas nucleares; purificação do biogás; uso de máscaras de gases.

CeluloseOnline – Qual sua visão sobre o atual mercado do Carvão Ativado?

O mercado do Carvão Ativado é fruto de sua extraordinária utilidade e requisitada aplicação. Assim, é possível perceber através de alguns eventos o mecanismo da dinâmica comercial que envolve esse produto:

  1. Apenas a preocupação com o controle do mercúrio no meio ambiente, o uso do carvão ativado cresceu nos Estados Unidos, entre 2007 e 2012, 101 %.
  2. O cuidado com a qualidade da água potável nos países desenvolvidos tem garantido de ano a ano uma expansão da utilização desse produto. Dessa forma, o mercado global em 2015 excedeu 3,0 bilhões de dólares americanos e se prevê maior ampliação, tendo em vista a identificação de muitas construções de estações de tratamento de água, nos Estados Unidos para os próximos seis anos. Além do mais, normas regulatórias governamentais, ou orientações advindas de organizações não governamentais, visando a remoção do mercúrio dos efluentes de indústrias é cada vez mais crescente nos países desenvolvidos. Neste sentido, recentes normas, com padrões sobre a emissão de mercúrio e ar poluído foram emitidas pela EPA (Environmental Protection Agency) americana visando a redução de emissões de indústrias de carvão mineral e de outras indústrias que liberam gases tóxicos. A expectativa é que essas regulamentações elevem em 160.000 toneladas/ano a demanda por carvão ativado, uma vez que, como já assinalado, o carvão ativado é empregado em muitas aplicações como a purificação de ar, tratamento de água e limpeza de produtos de vazamentos, líquidos e gasosos, liberados quando de falhas, ou descontroles em operações industriais, ou desastres naturais. A Figura 2, apresenta a expectativa de uso de carvão ativado nos EUA, até o ano de 2024.Figura 2 - Perspectivas de vendas de carvão ativadoFigura 2. Perspectivas de vendas de carvão ativado, por tipo de produto, nos Estados Unidos, até 2024, em milhões de dólares americanos.
  3. O crescimento industrial na China resultou em um impacto direto nas plantas de tratamento de água. A metade da população não tem acesso a água tratada. A China investiu nestes últimos anos cerca de 4,5 bilhões de dólares na melhoria daquele suprimento.
  4. A destruição da usina nuclear de Fukushima Daiichi em março de 2011 causou uma massiva contaminação radioativa de 30.000 km2 da superfície do Japão. Uma enorme quantidade de carvão ativado foi usada para reter os gases radiativos, oriundos do reator e do condensador das turbinas. Este fato produziu um imediato impacto nas reservas de carvão de coco da baía, mundiais, e uma elevação de preço.
  5. Particularmente no Brasil, percebe-se que muitos de nossos mananciais estão contaminados com florações de algas e cianobactérias que geralmente causam intoxicação ocasionada por hepatotoxinas, das quais se destacam as m

CeluloseOnline – Quais os principais entraves desse setor?

Não considero que existam entraves neste setor. Vejo, todavia, que há um limitado conhecimento da sociedade, como um todo, sobre as virtudes do Carvão Ativado. Em consequência, particularmente, no Brasil não há investimentos mais expressivos, de parte do setor privado e muito menos do Governo. Em razão deste descrédito as fábricas de carvão, sobretudo, as nacionais, apresentam baixo controle de qualidade. Por esse motivo, muitos setores que precisam de um Carvão Ativado de maior qualidade, como ocorre com o de produtos farmacêuticos, importam esse produto do exterior, sobretudo, aquele especial, denominado de peneira molecular. E os números dessa importação brasileira são bem significativos.

CeluloseOnline – Gregório, qual sua visão sobre o assunto?

A escassez de matéria prima para a produção de carvão ativado é tida como um dos principais entraves para o setor a nível global. O que também não considero que possa ser entendido como um “entrave” no país, haja visto sua imensa área territorial, quase toda localizada em regiões tropicais, com intensa radiação solar e muitas chuvas, requisitos tais que coloca o Brasil em uma posição privilegiada para o desenvolvimento de qualquer cultura.

Há uma forte tendência de expansão do mercado de carvão ativado nos próximos anos e como o professor colocou, é fruto de sua versatilidade de usos e requisitada aplicação. O mercado de carvão ativado no mundo foi avaliado, em 2012, com cifras de 1,913 bilhões de dólares, segundo a Transparency Market Research (TMR), e tem previsão de chegar a 4,180 bilhões de dólares até o final de 2019, crescendo a uma taxa composta anual (CAGR, do inglês Compound Anual Growth Rate) de 11,9% entre 2013 e 2019. A aplicação em fase líquida domina o consumo de carvão ativado, que representa uma quota de mais de 58% do mercado de carvão ativado mundial.

Entretanto, pesquisas apontam que é previsto que a aplicação em fase gasosa seja o mercado com mais rápido crescimento, crescendo a uma taxa média anual de mais de 13% de 2013 a 2019 (em termos de receita). Em 2012, 42,14% do volume de mercado global de CA foi utilizado para o tratamento de água e 35,21% para a purificação de ar, mais também, cresce o mercado de CA na indústria de alimentos (5,67%), farmácia e medicinal (5,61%).

A Figura 3, apresenta uma aplicação do carvão ativado fisicamente produzido a partir de bambu na remoção do corante azul de metileno.

Fig 3 - carvão ativado fisicamente

Figura 3. Aplicação do carvão de Bambusa vulgaris Schard. ativado fisicamente na remoção do corante catiônico azul de metileno antes e após o processo de adsorção. Observa-se que o CA adsorveu tudo e em uma concentração do corante 100 vezes maior do que a permitida pela legislação brasileira para esse corante em corpos d’água.

Os Estados Unidos e Ásia-Pacífico dominam o mercado de carvão ativado no mundo. Na América Latina, o Brasil é considerado um mercado emergente na produção de carvão ativado, entretanto, ainda apresenta uma produção pequena e limitada, e na maioria das vezes com baixa qualidade, quando se leva em conta sua necessidade, o que é percebido pelo expressivo aumento do número de importações do produto no país, devido sua demanda ser excessivamente maior que sua oferta.

CeluloseOnline – Professor Emerson, quais as perspectivas para o carvão ativado, ainda se tratando de crise econômica e política?

Considerando o exposto, creio que já se pode ter uma dimensão das perspectivas para o carvão ativado, em um futuro próximo, independentemente das crises que se enfrenta, ou venham a se instalar. E considerando os crescentes racionamentos de água que muitos países enfrentam, inclusive o nosso, a necessidade do reuso das águas, pode fazer do Carvão Ativado um artigo imprescindível à sociedade moderna.

CeluloseOnline – Gregório, na sua opinião, porque existe pouca divulgação dessa matéria?

O tema é recente e com poucas pesquisas na área florestal. Porém, as características e aplicações do carvão ativado são totalmente dependentes do tipo e qualidade do material precursor utilizado na sua produção, o que é um tema pertinente a área florestal.

CeluloseOnline – Quanto ao bambu, como está o mercado dele? Qual a sua visão sobre o assunto? A produção de bambu e de carvão ativado de bambu no Brasil, é promissora?

O mercado de bambu mundial, liderado pela China, cujo o setor de bambu aumentou 54% desde 1970, tem experimentado um forte crescimento. O mercado global de bambu foi estimado em 34 bilhões de dólares em 2012, segundo relatório do International Network for Bamboo & Rattan (INBAR).

No mundo, existem cerca de 20 milhões de hectares plantados com bambu, sendo descritos mais de 3000 usos. No Brasil, esforços para o incentivo do bambu tem crescido e dessa maneira, tem-se buscado cada vez mais sua introdução no cenário brasileiro. Muito dos avanços ocorreu a partir da criação da Rede Brasileira do Bambu – RBB, direcionada ao estudo da arte do bambu. Entre outras conquistas da RBB destaca-se a Lei n° 12.484, de 8 de setembro de 2011, que dispõe sobre a política de incentivo ao manejo sustentado e ao cultivo do bambu – PNMCB, que apresenta como diretrizes, em seu Art. 3:

I – a valorização do bambu como produto agro-silvo cultural capaz de suprir necessidades ecológicas, econômicas, sociais e culturais;

II – o desenvolvimento tecnológico do manejo sustentado, cultivo e das aplicações do bambu;

III – o desenvolvimento de polos de manejo sustentado, cultivo e de beneficiamento de bambu, em especial nas regiões de maior ocorrência de estoques naturais do vegetal, em regiões cuja produção agrícola baseia-se em unidades familiares de produção e no entorno de centros geradores de tecnologias aplicáveis ao produto.

A viabilidade do carvão ativado a partir de bambu é fruto do passo a passo que tem sido dado no mundo e das potenciais condições que o país apresenta para o cultivo da espécie: a) nos Estados Unidos, a empresa EcoPlanet Bamboo possui plantios comerciais de bambu na Nicarágua e África do Sul para produção de carvões ativados; b) na China, o carvão ativado de bambu tem sido alvo de muitas pesquisas com desenvolvimento prático; c) no Brasil, estamos avançando em um estudo completo e inédito sobre o desenvolvimento de carvões ativados já anteriormente relatados (com cerca de trinta materiais já produzidos e caracterizados); d) possuímos a maior floresta nativa de bambu do mundo, localizada no estado do Acre; e) Possuímos o maior plantio comercial de bambu das Américas, localizado no Nordeste; e assim por diante.

Consoantes aos aspectos mencionados, analiso que o cultivo do bambu e a produção de carvão ativado de bambu no Brasil tenha um futuro promissor.

¹ Gregório Mateus Santana é Engenheiro Florestal / Mestre em Ciência e Tecnologia da Madeira / Doutorando em Ciências Ambientais e Florestais / intercambio em Ecologia e Gestão de Recursos Naturais nos EUA.

Resumo: Gregório Mateus Santana é doutorando em Ciências Ambientais e Florestais, na área de concentração de Ciência e Tecnologia de Produtos Florestais, pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro – UFRRJ. Desenvolve carvões ativados a partir de Bambusa vulgaris Shard., desde o mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira, na Universidade Federal de Lavras – UFLA. Possui intercâmbio em Ecologia e Gestão de Recursos Naturais pela Universidade de Maryland, Estados Unidos. e-mail: [email protected].

² Professor Emerson Freitas Jaguaribe é Professor Titular do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal da Paraíba / Pós-doutor pelas University of Michigan (1982), Estados Unidos, Yokohama National University (1986), Japão, e Ecole De Mines de Nancy (1991), França.

Resumo: Professor Emerson Freitas Jaguaribe é Engenheiro Mecânico pela Universidade Federal da Paraíba (1970), graduado em Licenciatura em Matemática pela Universidade Federal da Paraíba (1970), Mestre em Engenharia Mecânica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (1972), com doutorado em Doctorat Détat pela Université Aix-Marseille III (1978), pós-doutorado pela University of Michigan (1982), pós-doutorado pela Yokohama National University (1986) e pós-doutorado pela Ecole Des Mines de Nancy (1991). Atualmente é professor titular da Universidade Federal da Paraíba.

A entrevista acima é uma produção exclusiva do CeluloseOnline.

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6Comentários
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  • Carlos Roberto de Lima
    junho 1, 2016 at 11:21

    Muito prazeroso ver os resultados das pesquisas desenvolvidas pelas parcerias formalizadas ou não, após uma simples orientação de para a por onde, também com quem caminhar. Fico feliz pelos resultados, por também auxiliar na agregação de novos e significativos parceiros! Já tinha conhecimento de que dadas as possibilidades mínimas os resultados seriam maximizados pelo Gregório. Ele é com certeza uma daquelas rara “Pérolas Negras” que passam vez por outra pelo Curso de Engenharia Florestal da UFCG, em Patos – PB.

    Prof. CARLOS LIMA
    UAEF / CSTR / UFCG
    PATOS – PB

  • Francisco Eduardo de Faria
    junho 3, 2016 at 15:23

    Parabéns. Excelentes a matéria. Aponta caminhos para novas oportunidades de negócio

  • Edson Marques da Rocha
    junho 4, 2016 at 20:24

    Tenho pesquisado, der modo empírico, este esta alternativa para aproveitamento de bambu. empregando bambu bambu vulgaris. Consegui fazer carvão em forno “rabo quente” . com dimensões de 1/2 em para o tamanho padrão. A produção, em média, gira em tono de 70 sacos por fornada. A relação entre o carvão lenhoso e o de bambu é de 1/3 tanto para volume, peso, e tempo de queima. A tempera produzida pelo carvão de bambu ficou próximo a 250°C e para o lenhoso 150°C. O tempo de queira e resfriamento do forno é de três dias. A temperatura interna do forno ocorreu, num valor crescente ate 800°´, o tempo de resfriamento foi duas vezes maior que o de queima. No memento estou pesquisando o aproveitamento do color, para aquecimento de água, que será utilizada em experimento de imunização de secagem de bambu à temperatura de 120°C. Vou testar também a produzir cavão ativado. de bambu com emprego de processo empírico, “grãos milho em pipoca” empregando areia molada ( ou água gelada ) sobe brasas de bambu. Minha dúvida é sobre a diferença entre carvão ativado ou carvão comum., sem emprego de recursos laboratoriais? Parabéns pelo trabalho., esclaerceu dúvidas e confirmou algumas descobertas. Marques.

  • Edson Marques da Rocha / Sítio da Cachoeira / Posse / Petrópolis.
    junho 5, 2016 at 20:57

    Primoroso trabalho sobre o sub-produto carvão e carvão ativado tendo como matéria prima BAMBU. Estive pesquisando este assunto nos últimos dez anos. Sou empírico, como tal venho tento transformar informações teórica, de trabalhos fademos, em algo real, utilizável. Foi assim com tratamento de esgoto doméstico, por “Reator Anaerobico” com anéis e encanamento com emprego de bambu, em funcionamento há dez anos. Quanto ao carvão de bambu, consegui produzir carvão doméstico e carvão prensado temendo como matéria prima bambu. Nos próximos meses espero produzir carvão ativada de bambu por processo empírico, ou seja fazer o grão de milho virar pipoca. Outro aproveitamentos, como, aquecimento de piscina a custo zero, secagem e tratamento contra caruncho (ovos) por defumação….

  • Carlos Amorim de Almeida
    julho 7, 2016 at 20:32

    Excelente matéria. Revela o potencial de produto florestal brasileiro e sua aplicação em setores de maior relevância a cada dia. Parabéns ao editor, com o desejo de um leitor constante e interessado no progresso da indústria e da tecnologia aplicada ao que temos condições de produzir e aperfeiçoar.
    Parabéns aos doutores Gregório Mateus Santana e Emerson Freitas Jaguaribe por nos transmitir esta visão de mais um grande universo dentro de nossas fronteiras.

  • julho 13, 2016 at 10:55

    A grande repercussão desta excelente publicação mostra que a demanda dos leitores sobre temas fora de série é ainda pouco atendida. Vocês estão no caminho certo.

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