Potencialenergeticomadeira-Silva-2022

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POTENCIAL ENERGÉTICO DA MADEIRA DE CLONES DE
EUCALYPTUS IMPLANTADOS EM REGIÃO
NEOTROPICAL DO BRASIL E SEU DESEMPENHO COMO
BIOCOMBUSTÍVEL
MARIA KELY ALVES GOMES DA SILVA
Macaíba/RN
Junho de 2022
MARIA KELY ALVES GOMES DA SILVA
POTENCIAL ENERGÉTICO DA MADEIRA DE CLONES DE EUCALYPTUS
IMPLANTADOS EM REGIÃO NEOTROPICAL DO BRASIL E SEU DESEMPENHO
COMO BIOCOMBUSTÍVEL
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ciências Florestais da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, como parte das exigências
para obtenção do título de Mestre em Ciências Florestais
(Área de Concentração em Ciências Florestais - Linha de
Pesquisa: Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais).
Orientadora:
Profª. Drª. Rosimeire Cavalcante dos Santos
Coorientador:
Prof. Dr. Renato Vinícius Castro
Macaíba/RN
Junho de 2022
2
Silva, Maria Kely Alves Gomes da.
 Potencial energético da madeira de clones de Eucalyptus
implantados em região neotropical do Brasil e seu desempenho
como biocombustível / Maria Kely Alves Gomes da Silva. - 2022.
 78f.: il.
 Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande
do Norte, Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias,
Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais. Macaíba, RN,
2022.
 Orientador: Profa. Dra. Rosimeire Cavalcante dos Santos.
 Coorientador: Prof. Dr. Renato Vinícius Castro.
 1. Biomassa florestal - Dissertação. 2. Consumo de madeira -
Dissertação. 3. Floresta energética - Dissertação. 4. Densidade
energética - Dissertação. 5. Lenha - Dissertação. I. Santos,
Rosimeire Cavalcante dos. II. Castro, Renato Vinícius. III.
Título.
RN/UF/BSPRH CDU 620.91
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Rodolfo Helinski - Escola Agrícola de Jundiaí -
EAJ - Macaiba
Elaborado por Elaine Paiva de Assunção - CRB-15/492
POTENCIAL ENERGÉTICO DA MADEIRA DE CLONES DE EUCALYPTUS
IMPLANTADOS EM REGIÃO NEOTROPICAL DO BRASIL E SEU DESEMPENHO COMO
BIOCOMBUSTÍVEL
Maria Kely Alves Gomes da Silva
Dissertação julgada para obtenção do título de Mestre em Ciências Florestais (Área
de Concentração em Ciências Florestais - Linha de Pesquisa: Tecnologia e Utilização de
Produtos Florestais) e aprovada pela banca examinadora em 01 de junho de 2022.
Banca Examinadora
Presidente
Examinador externo à instituição
Examinador externo ao programa
Macaíba/RN
Junho de 2022
3
.
À todos a quem essa pesquisa possa colaborar.
DEDICO
4
AGRADECIMENTOS
__________________________________________________________________________
Inicialmente, gostaria de agradecer ao meu tio Sérgio Gomes pela receptividade em
sua casa e, sobretudo, pelo carinho. Nesses anos de convivência o senhor me ensinou, pelo
exemplo, o significado de acolhimento e esse ato que já existia em mim, se intensificou e
levo para todo ambiente que me insiro. Sou imensamente grata.
Aos meus pais pelo apoio e amor nesses anos. Espero ser merecedora de tamanho
orgulho.
Agradeço à minha intensa orientadora Rosimeire Cavalcante pelo crescimento
profissional, pessoal e espiritual. A senhora se autodeclara “flor-de-cacto” e gostaria de ser
mais específica: Selenicereus wittii. O desabrochar de sua flor ocorre à noite por poucas
horas, um espetáculo aguardado e valioso para quem consegue vislumbrar.
Agradeço ao professor Gualter Guenther pelo convívio que a execução do projeto de
mestrado proporcionou. O conhecia unicamente como professor de Solos na graduação e
sou feliz por ter conhecido a faceta mentora, o senhor é sensacional e não há como negar
que a relação GEEB-GESOLO culminou em cafés e pãezinhos em campo. Nisso, em nome
do meu grupo, digo: disponha.
Preciso reforçar minha gratidão à professora Edna Moura, pela acessibilidade,
compreensão e calmaria; professor Ananias Jr. pela disponibilidade e conhecimento;
professora Ermelinda Mota pela simpatia e acolhimento; professor Sérgio Jr. pela
disponibilidade, solicitude e prontidão, me inspiro como profissional no senhor; professor
Renato Castro pelas aulas e seu concorrido tempo e; pesquisador João Gabriel pelas
sugestões.
Aqui está inserido em quinto parágrafo mas leia como texto corrido sem contagem de
linhas já que, infelizmente, a lauda segue proporções definidas: agradeço a todos os alunos
que fizeram esse projeto possível. Às primeiras equipes dos campos que fizeram meus dias
felizes mesmo em um trabalho intenso: Rafael, Job, Gustavo, Gevison, Isaias, Leonardo,
Adeildo, Jucier e Rodrigo. À equipe sazonal de Patos - PB: Sávio, Adriano e Natielly. Às
equipes que a segunda fase do projeto proporcionou que eu conhecesse calouros e
enxergasse o amor florestal além do meu peito: Isis, Jorge e Maria Eduarda. Sou grata por
nossos caminhos terem se cruzado e estou às ordens.
5
Meu obrigada à família GEEB que tive o privilégio de fazer parte e acredito que
levarei para a vida. Satisfação imensa poder estar inserida em um grupo genuinamente
unido que reconhece a necessidade do outro e está de prontidão para sempre estender a
mão. Ao Francisco (apenas formalidade, compreenda), sou feliz pela proximidade; Thatiane
você é sensacional; Larissa seria difícil nossa convivência se eu usasse chapéu porque
necessitaria sempre está retirando ele pra você; Jéssica, sua generosidade e calmaria me
ensinou muito; Ana Júlia gostei de você de cara e a qualidade de seu trabalho é
proporcionalmente equivalente a sua sinceridade: alta. Ed, modo semelhante, o que tem de
ranzinza tem de competência e sou feliz por você ter integrado o nosso grupo; Willy é
satisfatório te ter em equipe e poder ter te conhecido; presidente Fernanda, mil e uma
atribuições, o mundo vai ser pequeno para ti. Amo vocês e contem comigo.
Às amizades proporcionadas por esses dois anos e aos que tive o prazer da
presença física. Adriana e Stheffany, muito obrigada pelos conselhos, sou imensamente
grata pelo nosso vínculo; João, as aulas on-line tiveram seus benefícios; Bruno e Jéssica
Ovídio, amo a índole de vocês que me traz paz; Edite você é repleta de amor e acolhimento
que amansa qualquer tornado; Cheila sou muito orgulhosa da pessoa que você é, do que irá
se tornar e quero assistir esse espetáculo de camarote, um brinde ao que o futuro nos
reserva. Amo vocês. Genuinamente.
Aos meus amigos de longa data: Luana, Rosa e Ana Luiza, começamos em 2015 e
espero que continuemos sem pontuações finais. Iago, obrigada pelo amor e afago; Adauto,
sou grata pela nossa proximidade, você tornou minha jornada mais fácil. Os guardo em meu
coração.
Agradeço ao Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC)
e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo apoio
prestado ao desenvolvimento desta pesquisa por meio da concessão de bolsas de mestrado
e iniciação científica.
Agradeço por fim, a todos que fizeram parte dessa trajetória, mesmo que de forma
indireta.
6
RESUMO GERAL
__________________________________________________________________________
POTENCIAL ENERGÉTICO DA MADEIRA DE CLONES DE EUCALYPTUS
IMPLANTADOS EM REGIÃO NEOTROPICAL DO BRASIL E SEU DESEMPENHO
COMO BIOCOMBUSTÍVEL
O objetivo deste trabalho foi investigar o potencial bioenergético da madeira de Eucalyptus
sob diferentes condições de adensamento e seu o desempenho técnico enquanto
combustível no processo de queima de produtos de cerâmica vermelha. Inicialmente, foram
selecionados cinco clones de eucalipto (A1, C3, E5, G7 e R9) em seis diferentes
espaçamentos (3 X 0,25; 3 X 1; 3 X 2; 3 X 3; 3 X 5 E 3 X 7), totalizando 30 variáveis
respostas. Foi realizado o levantamento da mortalidade de indivíduos com base no banco de
dados registrados nos inventários que ocorreram a cada seis meses (2013 - 2019) para
estimativa do índice de sobrevivência e produção volumétrica. Para cada tratamento foram
colhidas três árvores e amostradas para determinação da densidadebásica, poder calorífico
superior, teor de cinzas, materiais voláteis e carbono fixo e com base nos dados obtidos, foi
estimada a energia estocada por metro cúbico (m3) e hectare (ha). Foi selecionado o
material A1 para o processo de queima em uma indústria de cerâmica vermelha,
utilizando-se a espécie Prosopis juliflora como fator comparativo. Dito isso, para a avaliação
técnica na queima, adotou-se três tratamentos, com quatro repetições: T1 - 100%
Eucalyptus sp., T2 - 100% P. juliflora e T3 - 50% de P. juliflora e Eucalyptus sp. O lenho
utilizado foi organizado previamente no pátio em pilhas e suas dimensões mensuradas para
obtenção de seu volume em estéreo (st) e determinado seu volume sólido a partir do fator
de empilhamento promovido por um gabarito (1m2) ao centro de cada pilha. Para cada
repetição foi registrado o número de vezes que o forno foi abastecido com lenha, o intervalo
entre os abastecimentos e, finalizada a queima, a porcentagem de peças de primeira
qualidade, cruas e quebradas. Considerando-se o uso final da madeira como fonte de
energia, o material genético C3 no espaçamento 3 X 1 m, resultou no maior potencial
bioenergético (4.085 MJ ha-1) devido ao alto índice de sobrevivência em um espaçamento
reduzido. Para o processo de queima, não houve diferenças significativas na qualidade das
peças, entretanto observa-se uma redução no consumo de madeira de 10,82% no
tratamento T3 e de 44,93% no tratamento T2 em relação ao T1.
Palavras-chave: lenha, consumo de madeira, floresta energética, densidade energética,
biomassa florestal.
7
GENERAL ABSTRACT
__________________________________________________________________________
ENERGY POTENTIAL OF THE WOOD OF EUCALYPTUS CLONES IMPLANTED IN THE
NEOTROPICAL REGION OF BRAZIL AND ITS PERFORMANCE AS A BIOFUEL
The objective of this work was to investigate the bioenergetic potential of Eucalyptus wood
under different density conditions and its technical performance as a fuel in the burning
process of red ceramic products. Initially, five eucalyptus clones (A1, C3, E5, G7 and R9)
were selected in six different spacings (3 X 0.25; 3 X 1; 3 X 2; 3 X 3; 3 X 5 and 3 X 7) ,
totaling 30 response variables. A survey of the mortality of individuals was carried out based
on the database recorded in the inventories that took place every six months (2013 - 2019) to
estimate the survival rate and volumetric production. For each treatment, three trees were
harvested and sampled to determine the basic density, higher calorific value, ash content,
volatile materials and fixed carbon and based on the data obtained, the stored energy per
cubic meter (m3) and hectare (ha). Material A1 was selected for the firing process in a red
ceramic industry, using the species Prosopis juliflora as a comparative factor. That said, for
the technical evaluation in the burning, three treatments were adopted, with four replications:
T1 - 100% Eucalyptus sp., T2 - 100% P. juliflora and T3 - 50% P. juliflora and Eucalyptus sp.
The wood used was previously organized in piles in the yard and its dimensions measured to
obtain its volume in stereo (st) and its solid volume determined from the stacking factor
promoted by a template (1m2) at the center of each pile. For each repetition, the number of
times the oven was filled with firewood, the interval between supplies and, after the firing, the
percentage of first quality pieces, raw and broken, were recorded. Considering the final use
of wood as an energy source, the C3 genetic material in the 3 X 1 m spacing resulted in the
highest bioenergetic potential (4,085 MJ ha-1) due to the high survival rate in a reduced
spacing. For the firing process, there were no significant differences in the quality of the
pieces, however there was a reduction in wood consumption of 10.82% in the T3 treatment
and of 44.93% in the T2 treatment in relation to T1.
Keywords: firewood, wood consumption, energy forest, energy density, forest biomass.
8
SUMÁRIO
__________________________________________________________________________
INTRODUÇÃO GERAL 18
OBJETIVO GERAL 21
REVISÃO DE LITERATURA 22
Exploração madeireira no estado do Rio Grande do Norte e sua destinação energética 22
Bioma Caatinga 22
Prosopis juliflora 22
Biomassa lenhosa residual 23
Demanda Energética no estado do Rio Grande do Norte 24
Qualidade da madeira e seu potencial energético 25
Florestas energéticas 26
LITERATURA CITADA 28
ARTIGO 1 33
RESUMO 34
ABSTRACT 35
INTRODUÇÃO 36
MATERIAL E MÉTODOS 38
Área de estudo e caracterização meteorológica do experimento 38
Determinação da produção volumétrica em madeira 41
Caracterização de parâmetros qualitativos da madeira 41
Energia da madeira estocada por área da plantação 43
Análise dos dados 43
RESULTADOS E DISCUSSÃO 43
Produção volumétrica total de madeira por hectare 43
Parâmetros da madeira para geração de energia 48
Energia da madeira estocada por hectare 51
CONCLUSÕES 53
AGRADECIMENTOS 53
REFERÊNCIAS 54
9
ARTIGO 2 60
RESUMO 61
ABSTRACT 62
INTRODUÇÃO 63
MATERIAL E MÉTODOS 64
Área de estudo e caracterização meteorológica do experimento 64
Teor de Umidade da madeira 65
RESULTADOS E DISCUSSÃO 69
CONCLUSÕES 75
AGRADECIMENTOS 76
LITERATURA CITADA 76
10
LISTA DE FIGURAS
__________________________________________________________________________
Figura 1: Principais fontes de biomassa em 2018 para o setor ceramista no Rio Grande do
Norte. 25
Figura 2: Consumo médio total de madeira em m3 durante a produção de tijolos. JP =
Jurema-preta (Mimosa tenuiflora). 26
Figura 3: Áreas de árvores plantadas no Brasil por estado e por gênero, 2018 26
ARTIGO 1 33
Figura 1. Classificação climática e precipitação média anual do município de Macaíba, RN.
a) Classificação climática de Köppen do Brasil; b) Classificação climática de Köppen do
estado do Rio Grande do Norte com destaque para o município de Macaíba; c) Média de
precipitação, em mm, para o município de Macaíba (Empresa de Pesquisa Agropecuária do
Rio Grande do Norte - EMPARN) 38
Figura 2. Delineamento experimental “sistemático com fator quantitativo contínuo”
pertencente ao programa Tolerance of Eucalyptus Clones to Hydric and Thermal Stresses
(TECHS/IPEF), localizado no estado do Rio Grande do Norte 39
Figura 3. a) Esquema metodológico estabelecido para a amostragem da madeira das
árvores selecionadas por material genético; b) Divisão de discos em cunhas para
determinação do poder calorífico superior e teores de cinza, materiais voláteis e carbono fixo
(1 e 2) e densidade básica da madeira (3 e 4) 42
Figura 4. Produção volumétrica (m3 ha-1) de madeira de materiais genéticos (A1, C3, E5, G7
e R9) de eucalipto cultivados sob diferentes espaçamentos de plantio aos seis anos de
idade em Macaíba, RN 44
Figura 5. Índice de sobrevivência (%) de materiais genéticos de eucalipto cultivados sob
diferentes espaçamentos de plantio aos seis anos de idade em Macaíba, RN 45
Figura 6. Produção volumétrica (m3 ha-1) e Incremento Médio Anual (IMA) de madeira de
cinco genótipos de Eucalyptus cultivados sob diferentes espaçamentos de plantio aos seis
anos de idade em Macaíba, RN 47
Figura 7. Poder Calorífico Superior (A) e Análise Química Imediata da madeira (B) de
materiais genéticos de eucalipto aos seis anos de idade cultivados em Macaíba, RN 49
Figura 8. Energia da madeira (MJ) estocada por hectare de materiais genéticos de eucalipto
aos seis anos de idade cultivados em Macaíba, RN 52
ARTIGO 2 60
Figura 1. Classificação climática de Köppen do estado do Rio Grande do Norte 65
Figura 2. A) Esquema metodológico estabelecido para a amostragem da madeira nas pilhas
de lenha, com o uso de gabarito (1m2) para determinação do volume sólido; B) Pilha de
Eucalyptus urophylla demarcada; C) Pilha de Prosopis juliflora demarcada 68
11
Figura 3. A) Consumo médio total de madeira em estéreo (st) e metros cúbicos (m3) durante
a queima de cerâmica vermelha (tijolos tipo 19) para os tratamentos: T1 - 100% Eucalyptus
urophylla; T2 - 100% Prosopis juliflora;e T3 - 50% de E. urophylla e 50% de P. juliflora; B)
Fator de empilhamento (Fe) médio dos tratamentos 69
Figura 4. A) Intervalo de abastecimento e B) Frequência média de abastecimentos dos
fornos durante a queima da cerâmica vermelha (tijolos tipo 19) para os tratamentos: T1 -
100% Eucalyptus urophylla; T2 - 100% Prosopis juliflora; e T3 - 50% de E. urophylla e 50%
de P. juliflora 71
Figura 5. Índices de qualidade da cerâmica vermelha (tijolos tipo 19) após a queima para os
tratamentos: T1 - 100% Eucalyptus urophylla; T2 - 100% Prosopis juliflora; e T3 - 50% de E.
urophylla e 50% de P. juliflora 73
Figura 6. Quedas de temperatura dos fornos (<900°C) durante o processo de queima para
os tratamentos: T1 - 100% Eucalyptus urophylla; T2 - 100% Prosopis juliflora; e T3 - 50% de
E. urophylla e 50% de P. juliflora 74
12
LISTA DE TABELAS
__________________________________________________________________________
ARTIGO 1 34
Tabela 1. Características gerais dos genótipos adotados no estudo 41
Tabela 2. Características dos espaçamentos selecionados para o estudo. 41
Tabela 3. Densidade básica da madeira (kg m-3) de materiais genéticos de eucalipto
cultivados sob diferentes espaçamentos de plantio aos seis anos de idade em Macaíba, RN.
52
ARTIGO 2 61
Tabela 1. Valores médios de umidade da madeira de Eucalyptus urophylla e Prosopis
juliflora utilizadas no estudo. 67
Tabela 2. Volumetria, densidade, biomassa, poder calorífico superior (PCS) e densidade
energética da madeira de Eucalyptus urophylla e Prosopis juliflora 72
13
LISTA DE ABREVIATURAS
__________________________________________________________________________
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
APP - Área de Preservação Permanente
APNE - Associação Plantas do Nordeste
ASTM - American Society for Testing and Materials
EAJ - Escola Agrícola de Jundiaí
EMPARN - Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte
GEEB - Grupo de Estudos em Energia da Biomassa
IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
IFN - Inventário Florestal Nacional
IPEF - Instituto de Estudos e Pesquisas Florestais
INT - Instituto Nacional de Tecnologia
MFS - Manejo Florestal Sustentável
PMFS - Plano de Manejo Florestal Sustentável
TECHS - Tolerance of Eucalyptus Clones to Hydric and Thermal Stresses
tMS - Tonelada de Matéria Seca
UAECIA - Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias
UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte
14
Introdução Geral
_____________________________
15
1. INTRODUÇÃO GERAL
_________________________________________________________________________
A comercialização de produtos florestais, oriundos do bioma Caatinga, apresenta
relevância no Brasil. Na região Nordeste do país, cerca 25% do material utilizado para a
produção de energia na indústria e no comércio tem origem na biomassa florestal, tornando
a extração de lenha e produção de carvão do bioma geradores de trabalho e renda em
aproximadamente 900 mil empregos de forma direta e indireta (GARIGLIO et al, 2010).
A demanda por biomassa energética pode ser dividida em três setores: domiciliar,
constituído pelo consumo de moradores para cocção de alimentos; comercial, utilizado para
produção de alimentos destinada à venda; e o industrial, constituído por empreendimentos
que visam a transformação de matéria-prima e/ou produtos semielaborados em bens de
consumo (MMA, 2018). Este último setor, no ano de 2015, apresentou concentração
superior a 80% em sete ramos: cerâmica vermelha, siderurgia, celulose e papel, padaria,
beneficiamento de mandioca, óleos vegetais e gesso (MMA, 2018).
No Rio Grande do Norte, a indústria de cerâmica vermelha demanda a maior
biomassa dentre os demais setores (SANTOS, 2019). De acordo com dados
disponibilizados pelo Instituto Nacional de Tecnologia (INT) e Associação Plantas do
Nordeste (APNE), estima-se 265 estabelecimentos com consumo médio anual de 474.262
tMS ano-1, totalizando 19% em relação aos demais estados em consumo no mesmo
seguimento (MMA, 2018).
Com o intuito de suprir a demanda requisitada, o Manejo Florestal Sustentável
(MFS), instituído pela Lei Federal nº 11.284/2006, apresenta rotação mínima de 15 anos e
visa a produção e manutenção de recursos naturais com base no estoque de
volume.Segundo Pareyn (2015), no ano de 2012, a extração de madeira dos 468 Planos de
Manejo Florestais Sustentáveis (PMFS’s) ativos no Nordeste tiveram como produtos a
lenha, o carvão, a estaca e a madeira para construção civil. Entretanto, a oferta atual de
biomassa deste segmento no Rio Grande do Norte assegura apenas 5,8% da demanda do
setor cerâmico (LOPES-NUNES et al, 2022).
Somado a isso, o período de rotação sofre influência edafoclimática e a destinação
da vegetação arbórea em área sob manejo restrita à produção de energia, como ocorre
comumente, pode acarretar prejuízos aos consumidores, pois há espécies nativas que
apresentam baixas densidades energéticas, de modo que aumenta o consumo de insumos
durante a queima e, consequentemente, eleva o custo de aquisição dos produtos primários
(SANTOS, 2019). No entanto, sabe-se que, além de lenha proveniente de PMFS, há o uso
16
de outras fontes populares para queima, como podas de cajueiro (Anacardium occidentale
L.) e algaroba (Prosopis juliflora Griseb.) obtidas fora de Área de Preservação Permanente
(APP).
O uso da madeira como fonte energética requer uma caracterização de suas
propriedades físico-químicas indicadoras de qualidade. Para produção de bioenergia, pode
basear-se em densidade energética, parâmetro resultante da interação entre o poder
calorífico e densidade aparente (PROTÁSIO et al, 2011), produção volumétrica (GOMES et
al, 2021) e teor de umidade da madeira (PINCELLI e QUEIROZ, 2021). Santos (2019), em
seu estudo sobre estoque energético e viabilidade técnica de espécies na queima,
constatou que A. occidentale, apesar de possuir baixo valor aquisitivo, apresentou baixos
valores energéticos, de modo que aumentava o consumo desse material, elevando o preço
final.
A implantação de florestas energéticas de Eucalyptus spp. de curta rotação,
visando a obtenção de lenha, enquadra-se como alternativa para o suprimento atual. Em
2014, as plantações florestais com esse gênero no Nordeste apresentaram predominância
na Bahia (93%) e tiveram como destinação seu uso em serrarias, polpa e papel e energia
(MMA, 2018). Além de favorecer a diminuição da pressão sobre florestas nativas, a
utilização de eucalipto como lenha pode-se empregar um espaçamento reduzido entre
plantas para obtenção de maior densidade populacional com alta produtividade a depender
do material genético empregado
Seja pelas condições edafoclimáticas e/ou distanciamento de indústrias do setor de
polpa e papel e serraria, não há grandes avanços na implantação de florestas em outros
estados do Nordeste, embora seja de conhecimento que espécies desse gênero
apresentam qualidade físico-química satisfatória para o uso energético. Desse modo, o
quadro atual do mercado energético no Rio Grande do Norte apresenta alta demanda
energética, oferta de biomassa legal insuficiente e subutilização de espécies inadequadas
para a queima. Assim, é fundamental pesquisas com o propósito de apresentar fontes
alternativas viáveis à lenha de floresta nativa na produção de energia.
.
17
Objetivo Geral
____________________________
18
2. OBJETIVO GERAL
_________________________________________________________________________
Investigar a interação entre a qualidade da madeira oriunda de floresta plantada de
Eucalyptus sob diferentes condições de adensamento e o desempenho técnico enquanto
combustível no processo de queima de produtos de cerâmica vermelha.
Revisão de Literatura
19
3. REVISÃO DE LITERATURA
_________________________________________________________________________
3.1. Exploração madeireira no estado do Rio Grande do Norte e sua destinação
energética
3.1.1. Bioma Caatinga
O corte da vegetação nativa tem porobjetivo, frequentemente, a extração de lenha
para geração de energia, acarretando o aumento na pressão sobre recursos naturais,
sobretudo em localidades que apresentam maiores demandas energéticas (SAMPAIO,
2010). Nessa perspectiva, o uso de biomassa florestal consciente se sustenta, dentre outras
alternativas, no Manejo Florestal Sustentável (MFS) que visa assegurar a preservação da
biota e reduzir o uso indiscriminado dos recursos naturais, proporcionando o gerenciamento
dos produtos florestais junto ao retorno financeiro (SILVA, 1996).
O manejo florestal na região Nordeste iniciou-se no estado do Rio Grande do Norte
em 1982 com a implementação de dois planos de manejo, sem idade mínima de ciclo de
corte definida, no município de Mossoró para produção de carvão vegetal (RIEGELHAUPT
et al, 2010). Na década de 1990, as capacitações e atividades de extensão, via projetos
elaborados pelo Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
(IBAMA) e colaboradores, promoviam a extração de lenha através do manejo sustentável a
fim de atender a demanda de bioenergia (RIEGELHAUPT et al, 2010).
Hoje, a gestão para o MFS é realizada conforme as diretrizes definidas no Plano de
Manejo Florestal Sustentável (PMFS) elaborado para cada sítio de exploração. E, conforme
os PMFS’s ativos no Nordeste, no ano de 2012, tiveram como finalidade a obtenção de
lenha, carvão, estaca e madeira de construção civil (PAREYN, 2015).
No Rio Grande do Norte há aproximadamente 2 milhões de hectares de área de
caatinga natural (SFB, 2018). De acordo com os Planos Operacionais Anuais (POA’s)
autorizados para o ano de 2019, existem 22 PMFS aptos à exploração, totalizando
40.045,10 m3/ano (LOPES-NUNES et al, 2022), o que representa menos de 1% do estoque
estadual.
Dados obtidos do Inventário Florestal Nacional (IFN) para o estado, constatou-se
que 67% dos entrevistados no meio rural durante o projeto (243 indivíduos) fazem uso dos
produtos advindos da floresta nativa, destes 100% utilizam em suas residências e 17% no
setor comercial. Por meio desse levantamento, os materiais que apresentaram maiores
graus de importância foram mourão, estaca e lenha (SFB, 2018).
3.1.2. Prosopis juliflora
20
Prosopis juliflora, comumente conhecida como algaroba, é uma árvore originária do
Peru, introduzida no Brasil como alternativa econômica no estado de Pernambuco em 1942
(RIBASKI et al, 2009). A similaridade entre os climas da região nativa e introduzida facilitou
sua adaptação nas regiões áridas e semiáridas, por onde se disseminou por todo Nordeste
brasileiro. A espécie ocupa grandes áreas em toda a região com estimativas acima de 500
mil hectares no semiárido (LIMA, 2005).
Apesar dos benefícios advindos de sua introdução, a ampla disseminação resultou
na competição e consequentemente diminuição de diversas espécies nativas,
principalmente em matas ciliares (ANDRADE; FABRICANTE; OLIVEIRA, 2009). Além de
dificultar o estabelecimento de outras espécies, promovendo sua alta densidade
populacional, conhecidas como “algarobais espontâneos”, afetando a diversidade florística
local (PEGADO et al., 2006) podendo ser associado a um efeito alelopático (KELWYA;
ABDELFATTAH, 2014). Feitosa (2010), analisando a alelopatia sobre espécies nativas da
Caatinga, constatou a redução da velocidade de emergência de sementes de Mimosa
tenuiflora (jurema-preta) quando submetidas aos tratamentos com folhas de P. juliflora.
A espécie apresenta múltiplo uso, com destaque na utilização de sua madeira para
forragem e como combustível. Diante disso, se caracteriza como alternativa para a
mitigação da exploração da Caatinga na produção energética, sendo amplamente utilizada
no setor industrial do estado do Rio Grande do Norte devido a sua ampla distribuição local e
rápido crescimento (CIRILO, 2020). Segundo Bezerra (2017), produtores de cerâmica, que
utilizam lenha como fonte de combustível no estado, afirmaram que o suprimento de sua
demanda era proveniente de vegetação nativa e principalmente de P. juliflora e por poda do
Anacardium occidentale (cajueiro).
Nessa perspectiva, se por um lado há uma espécie invasora em ampla distribuição
que apresenta efeitos alelopáticos, em outro gera retorno econômico, produção de forragem
e redução da exploração ilegal da biomassa nativa.
3.1.3. Biomassa lenhosa residual
Conforme o Comitê Executivo de Fruticultura do Rio Grande do Norte (COEX) o
estado do Rio Grande do Norte é o segundo maior produtor de frutas do país (COEX, 2018).
Nesse contexto, dentre as práticas de manejo que favorecem a produtividade em frutíferas,
destacam-se as podas como trato cultural. Por meio desta, resulta-se na manutenção de
porte, remoção dos ramos doentes e estímulo de material produtivo (ALMEIDA, 2012).
Desse modo, espera-se do Rio Grande do Norte, como grande produtor nacional, alta
produção de biomassa lenhosa residual.
A biomassa residual advindas de podas de frutíferas são comumente utilizadas nas
unidades consumidoras de lenha do estado. A espécie A. occidentale, por possuir preço de
21
aquisição acessível em relação à lenha nativa e sua venda sem restrição legal, é
amplamente utilizada no setor ceramista. No entanto, a disponibilidade de podas de cajueiro
apresenta limitações. Como o produto principal extraído desta espécie é seu pseudofruto, a
poda realizada tem como finalidade promover a frutificação em indivíduos velhos e, após
seu corte raso, sua substituição ocorre majoritariamente por cajueiro-anão. Assim, a oferta
de biomassa tende a se tornar irrelevante para suprir parte do mercado (MMA, 2018).
3.2. Demanda Energética no estado do Rio Grande do Norte
As demandas energéticas são registradas pelos setores: domiciliar, constituído
pelo consumo para cocção de alimentos; comercial, para produção de alimentos destinados
à venda e industrial, constituído por empreendimentos que visam à transformação da
matéria-prima e/ou produtos semi elaborados em bens de consumo (MMA, 2018). Dentre
eles, o setor industrial se caracteriza como o maior consumidor.
No Nordeste, para os estados de Pernambuco, Paraíba, Ceará, Rio Grande do Norte
e Sergipe, foram identificados 26 ramos e sub-ramos pertencentes ao setor industrial que
utilizam biomassa para produção de energia, dos quais apenas oito correspondiam a 80%
da demanda. Para o estado do Rio Grande do Norte, destacam-se: as fábricas de cerâmica
vermelha ou estrutural, fábricas de gesso, olarias, siderúrgicas, casas de farinha, padaria e
pequenas indústrias rurais (APNE, 2013).
O setor de cerâmica estrutural viabiliza materiais fundamentais na construção civil
como tijolos, telhas, lajotas e blocos; e, por isso, tem seu crescimento relacionado à
expansão do mercado imobiliário e obras de infraestrutura no país. Com ampla distribuição
no Brasil ele é formado, em maioria, por pequenas empresas familiares (BUSTAMANTE e
BRESSIANI, 2000).
Para a fabricação de cerâmicas, o Rio Grande do Norte utiliza-se da biomassa
vegetal como principal fonte de calor, tornando o setor como o de maior demanda de
bioenergia dentre os demais no estado (SANTOS, 2019). Segundo o Ministério do Meio
Ambiente (2018) estima-se um consumo médio de lenha de 474.262 tMS ano-1.
Dentre as fontes de obtenção de biomassa para este segmento, destacam-se podas
de A. occidentale, do qual apresenta oferta potencial para a energia de 2,0 x 106 tMS ano-1;
P. juliflora, retirados de algarobais espontâneos com exceção em Áreas de Preservação
Permanentes (APP), com oferta potencial para a energia de 4,3 x 104 tMS ano-1 e espécies
advindas de PMFS (MMA, 2018).
Entretanto, a oferta atual de biomassa legal tem potencial de assegurar apenas 82%
da demanda do setor ceramista, sub-ramo do setor industrial (LOPES-NUNES et al, 2022),
abrindo margem para a utilização de fontes desconhecidas neste e nos demais setores
(Figura 1).
22
Figura 1: Principais fontes de biomassa em 2018 para o setor ceramista no Rio Grande
do Norte.
Fonte:LOPES-NUNES et al, p. 291 (2022)
3.3. Qualidade da madeira e seu potencial energético
Somado à busca por produtos que apresentem melhor qualidade, o conhecimento e
padronização dos materiais utilizados no processo induzem ao acréscimo ou decréscimo de
custos. A madeira, por ser um material biológico apresenta diversidade, quanto às espécies
e heterogeneidade dentro de uma mesma população. Logo, sua caracterização
físico-química e anatômica contribui para a melhor destinação de seu uso. Em vista disso,
por meio de parâmetros de qualidade da madeira como a densidade básica e poder
calorífico, entre outros, podemos inferir sua aptidão para a produção energética
(MAGALHÃES et al, 2017).
Espécies com baixos valores energéticos apresentam baixo desempenho na
produção de energia, de modo que demandam maiores quantidades de lenha na
alimentação de fornos, implicando em maiores gastos no produto final. Santos (2019), em
seu estudo sobre estoque energético e viabilidade técnica de espécies para a queima,
constatou que A. occidentale, apesar de possuir baixo valor aquisitivo, apresentou baixos
valores energéticos quando comparada a M. tenuiflora (densidade básica: 0,43 g cm-3 e
0,78 g cm-3; poder calorífico superior: 4671 kcal kg-1 e 4842 kcal kg-1, respectivamente) de
modo que houve um aumento de seu consumo em m3 em 51% durante a queima para
obtenção de tijolos (Figura 2). Visto isso, na escolha de materiais destinados à queima, é
23
fundamental o conhecimento de suas propriedades para inferir seu potencial e se obter um
maior rendimento.
Figura 2: Consumo médio total de madeira em m3 durante a produção de tijolos. JP =
Jurema-preta (Mimosa tenuiflora).
Fonte: SANTOS, p.6 (2021)
Para a determinação da qualidade da madeira, a densidade básica é um dos
parâmetros utilizados. Ela, por afetar diversas propriedades (SANGUMBE et al, 2019),
exerce influência no potencial do material em determinados usos. As variações podem
ocorrer dentro de indivíduos de uma mesma espécie, idade de plantio (SANGUMBE et al,
2019), sítio de implantação (MANGINI et al, 2020) e tratos silviculturais (VITAL, 2006).
3.4. Florestas energéticas
Majoritariamente localizados nos Estados de Minas Gerais, São Paulo e Mato
Grosso do Sul (Figura 3), as plantações de eucalipto no ano de 2019, representaram 77%
dos 9 milhões de hectares de florestas plantadas no Brasil (IBÁ, 2020). Com produtividade
média de 35,3 m³ ha-1 ano-1, essas plantações tiveram como principais destinações a
produção de celulose e papel, comercialização da madeira em toras e siderurgia com
carvão vegetal (IBÁ, 2020).
Figura 3: Áreas de árvores plantadas no Brasil por estado e por gênero, 2018
24
Fonte: IBÁ, p. 34 (2019)
No setor bioenergético, florestas plantadas se destacam em 91% na produção de
carvão vegetal para atender uma demanda superior a 130 indústrias que o utilizam em sua
produção, tornando o Brasil principal produtor mundial (IBÁ, 2019). No mesmo segmento,
relatou-se o consumo de eucalipto como lenha industrial, no ano de 2018, em 47,1 milhões
m3 (IBÁ, 2019).
Além de favorecer a diminuição da pressão sobre florestas nativas, a utilização de
eucalipto como lenha apresenta benefícios como o rápido crescimento e homogeneidade da
plantação, com valores energéticos conhecidos. Em uma floresta de eucalipto implantada
com destinação a produção de energia, emprega-se a curta rotação com a possibilidade do
aproveitamento de troncos inteiros com cascas (GUERRA et al, 2016). Junto a isso,
técnicas de manejo para o aumento da produção por área, utiliza-se de um espaçamento
reduzido entre plantas. Desse modo, há uma taxa de crescimento superior nos primeiros
anos devido à competição por água, luz e nutrientes por indivíduos (PAULESKI, 2010).
O desempenho de uma plantação varia de acordo com o material genético
empregado, clima e condições do sítio favoráveis (BARIDÓN et al, 2001; BINKLEY, 2017;
NEIVA, 2018; PISSININ e SCHNEIDER, 2017; RESQUIN et al, 2019; SOUZA et al, 2017).
Dito isso, com o avanço do melhoramento genético, o gênero Eucalyptus destaca-se com
resultados satisfatórios em seu desenvolvimento em ambientes distintos para diferentes
finalidades (DHAKAD et al, 2018; NOGUEIRA et al, 2018; ROSSI et al, 2017; VERMA et al,
2016). Com ampla distribuição no Sul, Sudeste e parte da Bahia, até o presente não há
avanços dessa cultura em outros Estados no Nordeste no Brasil, apresentando como matriz
energética predominante a lenha obtida de florestas nativas.
25
4. LITERATURA CITADA
_________________________________________________________________________
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Capítulo 1
____________________________
30
ARTIGO 1
_________________________________________________________________________
Efeitos do adensamento de plantio na produtividade e potencial energético da
madeira de genótipos de Eucalyptus cultivados no Nordeste Brasileiro
31
Efeitos do adensamento de plantio na produtividade e potencial energético da
madeira de genótipos de Eucalyptus cultivados no Nordeste Brasileiro
Effects of planting density on productivity and energy potential of wood from
Eucalyptus genotypes cultivated in Northeast Brazil
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi investigar o potencial bioenergético da madeira de
diferentes materiais genéticos de eucalipto, aos seis anos de idade implantados sob
diferentes condições de adensamento, utilizando-se das análises da interação entre
produçãovolumétrica e propriedades da madeira. Do total foram selecionados cinco
clones em seis diferentes espaçamentos de plantio (3 x 0,25; 3 x 1; 3 x 2; 3 x 3; 3 x
5 e 3 x 7), totalizando 30 variáveis respostas. Inicialmente, foi realizado o
levantamento da mortalidade de indivíduos com base no banco de dados
registrados nos inventários que ocorreram a cada seis meses, entre os anos de
2013 a 2019 e posteriormente, extrapolada pela densidade de plantio (ind ha-1) para
estimativa do índice de sobrevivência e produção volumétrica. De cada tratamento
foram colhidas três árvores-amostra e dessas foram retirados discos, nas posições
de 0% (base), 1,30m, 25%, 50%, 75% e 100% (topo) da altura comercial, para
determinação da densidade básica, poder calorífico superior, teor de cinzas,
materiais voláteis e carbono fixo. Com base nos dados obtidos, foi estimada a
energia estocada por metro cúbico (m3) e hectare (ha). Nas situações em que a
plantação foi mais adensada houve maiores percentuais de mortalidade. A
densidade da madeira foi superior para o clone R9 (E. urophylla) no espaçamento 3
x 7 m e, de modo geral, houve correlação positiva do aumento da densidade básica
da madeira em espaçamentos amplos. Considerando-se o uso da madeira como
32
fonte de energia, o material genético C3 (E. grandis X E. camaldulensis) no
espaçamento 3 x 1 m, resultou no maior potencial bioenergético (4.085 MJ ha-1)
devido ao alto índice de sobrevivência em um espaçamento reduzido. Desse modo,
para a seleção de materiais para fins energéticos na região nordeste, sugere-se o
uso de clones adaptados às condições locais a fim de reduzir a taxa de mortalidade
e sua implantação em um perfil adensado para maior ganho volumétrico por
hectare.
Palavras-chave: demanda energética, floresta seca neotropical, bioenergia,
biomassa.
ABSTRACT
The objective of this work was to investigate the bioenergetic potential of wood from
different genetic materials of Eucalyptus, at six years of age, implanted under
different density conditions, using the analysis of the interaction between volumetric
production and wood properties. From the total, five clones were selected in six
different planting spacings (3 x 0.25; 3 x 1; 3 x 2; 3 x 3; 3 x 5 and 3 x 7), totaling 30
response variables. Initially, a survey of the mortality of individuals was carried out
based on the database recorded in the inventories that took place every six months,
between the years 2013 to 2019 and later, extrapolated by the planting density (tree
ha-1) to estimate the survival rate and volumetric production. Three sample trees
were harvested from each treatment and discs were removed from these at positions
of 0% (base), 1.30m, 25%, 50%, 75% and 100% (top) of the commercial height, to
determine the density. base, higher calorific value, ash content, volatile materials and
fixed carbon. Based on the data obtained, the stored energy per cubic meter (m3)
33
and hectare (ha) was estimated. In situations where the plantation was denser, there
were higher percentages of mortality. Wood density was higher for clone R9 (E.
urophylla) in 3 x 7 spacing and, in general, there was a positive correlation of the
increase in wood basic density in wide spacings. Considering the use of wood as an
energy source, the C3 (E. grandis X E. camaldulensis) genetic material in the 3 x 1
m spacing resulted in the highest bioenergetic potential (4,085 MJ ha-1) due to the
high survival rate in a reduced spacing. Thus, the selection of material for energy
purposes, the use of clones adapted to local conditions is suggested in order to
reduce the mortality rate and its implantation in a densified profile for greater
volumetric gain per hectare.
Keywords: energy forest, energy density, forest biomass, bioenergy.
INTRODUÇÃO
No estado do Rio Grande do Norte, a procura por madeira para uso como
combustível é superior à oferta, se considerarmos a extração vinda de fonte
sustentável (Lopes-Nunes et al., 2022). Dentre as cadeias produtivas de maior
consumo, o ramo de cerâmica vermelha apresenta destaque (Santos, 2019), visto
que o Instituto Nacional de Tecnologia (INT) e a Associação Plantas do Nordeste
(APNE) estimam cerca de 265 estabelecimentos no estado, com consumo médio
anual de 474.262 toneladas de matéria seca (tMS) de biomassa para produção
energética (MMA, 2018). Em contraponto, a oferta potencial de madeira legal
proveniente de fontes distintas como podas de frutíferas, algaroba (Prosopis
juliflora) e espécies nativas alcança apenas 82% desse segmento (Lopes-Nunes et
al., 2022), abrindo margem para a utilização de fontes desconhecidas neste e nos
demais setores.
34
Nessa perspectiva, tem-se a necessidade de pesquisas e estudos que
respondam sobre formas alternativas de produção e exploração da madeira, em
plantações de ciclo curto e com alta produtividade e adaptabilidade às condições de
diferentes sítios. Essa tem sido a realidade em várias regiões do Brasil e do mundo
quando se refere à madeira de eucalipto para suprir demandas por bioenergia como
combustível pelo setor industrial. Algumas vantagens podem ser observadas ao se
adotar essa prática, por exemplo, a diminuição da pressão sobre as florestas
nativas, o aumento na produtividade, a maior capacidade de rebrota, a
adaptabilidade a diferentes condições de sítios e a homogeneidade da plantação
(Dhakad et al., 2018; Nogueira et al., 2018; Rossi et al., 2017; Verma et al., 2016).
Em florestas cultivadas para a geração de energia, como as de eucalipto,
comumente ocorre o aumento da densidade populacional por meio da redução dos
espaçamentos de plantio com o propósito de elevar a produtividade em quantidade
de massa em um menor tempo (Magalhães et al., 2017). Contudo, o desempenho
de uma plantação varia, também, de acordo com o material genético empregado, o
clima e as condições do sítio (Baridón et al., 2001; Binkley et al., 2017; Neiva et al.,
2018; Pissinin & Schneider, 2017; Resquin et al., 2019; Souza et al., 2017).
Nesse contexto, identificar uma fonte alternativa que possa tornar-se opção
para somar ao uso sustentável da madeira proveniente do nordeste brasileiro e que
apresente características como ciclo curto de rotação e qualidade energética irá
colaborar com aspectos ambientais, sociais e econômicos da região. Assim, o
objetivo foi investigar o potencial bioenergético de genótipos de Eucalyptus aos seis
anos de idade cultivados sob diferentes condições de adensamento, mediante a
interação entre produção volumétrica e qualidade da madeira.
35
MATERIAL E MÉTODOS
Área de estudo e caracterização meteorológica do experimento
Este estudo, realizado entre 2012 e 2019, foi conduzido em uma área
florestal experimental (sítio 35), componente do Programa Cooperativo “Tolerance of
Eucalyptus Clones to Hydric and Thermal Stresses” (TECHS) e coordenado pelo
Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais (IPEF), no município de Macaíba, Rio
Grande do Norte.
A área apresenta solo Latossolo Amarelo com textura arenosa (Beltrão et al., 1975)
e, conforme Álvares et al. (2013), o município está inserido dentro do clima As
(Figura 1).
Figura 1. Classificação climática e precipitação média anual do município de
Macaíba, RN. a) Classificação climática de Köppen do Brasil; b) Classificação
climática de Köppen do estado do Rio Grande do Norte com destaque para o
município de Macaíba; c) Média de precipitação, em mm, para o município de
Macaíba (Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte - EMPARN)
36
Figure 1. Climatic classification and average annual precipitation in the municipality
of Macaíba, RN. a) Brazilian Köppen climate classification; b) Köppen climate
classification of the state of Rio Grande do Norte, with emphasis on the municipality
of Macaíba; c) Average rainfall, in mm, for the municipality of Macaíba (Empresa de
Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte - EMPARN)
Durante a implantação do experimento, foi adotada a padronizaçãoda
demanda nutricional seguindo o protocolo dos demais sítios experimentais para o
preparo e adubação do solo e teve delineamento denominado “sistemático com fator
quantitativo contínuo”, como adaptação do delineamento tipo leque proposto por
Nelder (1962). Dessa forma, sua distribuição atribuiu-se um valor constante entre
linhas de 3 m e aumento gradual de 0,30 m entre plantas dispostas em 27 linhas,
totalizando 189 indivíduos. Na delimitação da área útil do experimento,
considerou-se bordaduras as duas linhas iniciais mais adensadas e uma linha nas
demais extremidades, totalizando 120 indivíduos em 24 linhas de plantio (Figura 2).
Figura 2. Delineamento experimental “sistemático com fator quantitativo contínuo”
pertencente ao programa Tolerance of Eucalyptus Clones to Hydric and Thermal
Stresses (TECHS/IPEF), localizado no estado do Rio Grande do Norte
37
Figure 2. Experimental design “systematic with continuous quantitative factor”
belonging to the program Tolerance of Eucalyptus Clones to Hydric and Thermal
Stresses (TECHS/IPEF), located in the state of Rio Grande do Norte
Foram selecionados cinco materiais genéticos (A1, C3, E5, G7 e R9) sob
diferentes condições de adensamento (0,75 m2, 2,1 m2, 4,8 m2, 9,3 m2, 15,6 m2 e
20,1 m2) com base no banco de dados resultante de mensurações realizadas, a
cada seis meses, durante seis anos (2013 a 2019), totalizando 30 variáveis
respostas. Para a seleção, seguiu critérios como identificação de efeitos às
diferentes condições silviculturais (adensamento de plantio) e taxa de mortalidade
inferior a 30% nos três primeiros anos da plantação (Tabela 1).
Tabela 1. Características gerais dos genótipos adotados no estudo
Table 1. General characteristics of the genotypes adopted in the study
Clone Genótipoa Clima da região de origema
A1 E. urophylla Cwa
C3 E. grandis X E. camaldulensis As
E5 E. urophylla Cwa
G7 E. urophylla Cwa
R9 E. urophylla Aw
a Binkley et al (2017).
Para melhor compreensão dos dados em uma plantação de área útil variável,
adotou-se como metodologia a padronização do espaçamento por meio da média
de distanciamento entre plantas para cada linha de colheita selecionada (Tabela 2).
Tabela 2. Características dos espaçamentos selecionados para o estudo.
Table 2. Characteristics of the spacings selected for the study.
Área útil por
árvore (m2)
N° de árvores
por hectare
Distância (m) Espaçamento
padronizado
(m)aEntrelinhas Entre plantas
0,75 13.333 3 0,25; 0,25 3,0 x 0,25
2,1b 4.762 3 0,55; 0,85 3,0 x 1,0
38
4,8 2.083 3 1,45; 1,75 3,0 x 2,0
9,3 1.075 3 2,95; 3,25 3,0 x 3,0
15,6 641 3 5,05; 5,35 3,0 x 5,0
20,1 498 3 6,55; 6,85 3,0 x 7,0
a A metodologia empregada por meio da padronização dos espaçamentos não interfere na área útil e
número de indivíduos por hectare reais das variáveis respostas; b .3, 0𝑚 × 1, 0𝑚 = 3, 0 × 0,55 + 0,852
Determinação da produção volumétrica em madeira
Inicialmente, foi realizado o levantamento da mortalidade de indivíduos com
base no banco de dados registrados nos inventários que ocorreram a cada seis
meses, desde o período da implantação até a fase do abate e, posteriormente,
extrapolada pela densidade de plantio (ind ha-1) para cada tratamento.
Em 2019, realizou-se o método destrutivo da cubagem rigorosa, como
proposto no projeto do experimento, de acordo com a metodologia de Smalian
(Soares et al., 2006). Para tanto, foram mensuradas as secções ao longo do fuste a
partir da base (0,1 m do solo); 1 m; 1,3 m; 2 m; 3 m; 4 m; seguido de pontos
equidistantes de 2 m até a altura comercial (5 cm) para cada indivíduo. Com os
dados obtidos, foram calculados os volumes por secção e somados ao final para a
obtenção do volume total do indivíduo.
Para a estimativa da produção volumétrica em madeira por hectare, o volume
médio das árvores amostras foi extrapolado pela densidade de plantio (ind ha-1)
junto ao índice de mortalidade para cada tratamento. O incremento médio anual
(IMA) foi determinado a partir da produção volumétrica.
Caracterização de parâmetros qualitativos da madeira
De cada tratamento foram selecionadas e colhidas três árvores, sob boas
condições fitossanitárias e que representavam os indivíduos com diâmetro máximo,
39
mínimo e médio do povoamento. De cada árvore foram retirados discos a partir da
base (0,1 m do solo) ou 0%, DAP - diâmetro à altura do peito (1,30 m do solo), 25%,
50%, 75% e 100% da altura comercial de cada indivíduo. Cada disco foi dividido em
quatro cunhas opostas (Figura 3), sendo duas encaminhadas para trituração,
peneiramento e aclimatação para determinação do poder calorífico superior e teores
de cinza, materiais voláteis e carbono fixo conforme adaptação da norma D1762-84
(ASTM, 2019). Para determinação da densidade básica da madeira, as demais
cunhas, seguiram a NBR 11941 (ABNT, 2003).
Figura 3. a) Esquema metodológico estabelecido para a amostragem da madeira
das árvores selecionadas por material genético; b) Divisão de discos em cunhas
para determinação do poder calorífico superior e teores de cinza, materiais voláteis
e carbono fixo (1 e 2) e densidade básica da madeira (3 e 4)
Figure 3. a) Methodological scheme established for sampling the wood of trees
selected by genetic material; b) Splitting disks into wedges to determine the higher
calorific value and ash, volatile materials and fixed carbon (1 and 2) and wood basic
density (3 and 4)
40
Energia da madeira estocada por área da plantação
A determinação da energia estocada por hectare (kcal ha-1) foi realizada
utilizando-se a Equação 1.
(1)𝐸 = 𝑉×𝐷𝐵×𝑃𝐶𝑆
Em que: E = Energia (MJ ha-1); V = Volume do tratamento (m³ ha-1); DB = Densidade
básica (kg m-3); PCS = poder calorífico superior (MJ kg-1).
Análise dos dados
Os tratamentos, pautados em área útil por indivíduo (m2), foram considerados
neste estudo como dados qualitativos devido a amplitude de combinações possíveis
de arranjos de espaçamentos em relação à área útil (m2) preferida via regressão.
Desse modo, a fim de testar a normalidade dos resíduos e homogeneidade das
variâncias, os dados obtidos foram submetidos, com auxílio do software R 2.13.1.,
aos testes Shapiro-Wilk e Bartlett, respectivamente. Posteriormente, realizou-se a
análise de variância pelo teste F e suas médias comparadas pelo teste de Tukey a
95% de probabilidade.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Produção volumétrica total de madeira por hectare
Conforme a análise da produção volumétrica (Figura 4) ao longo dos anos, as
maiores produtividades ocorreram inicialmente nos espaçamentos mais adensados,
3 x 0,25, 3 x 1,0 e 3 x 2,0 m. Logo, os espaçamentos que possuíam a maior
densidade de árvores por hectare apresentaram melhor desempenho. Entretanto,
após o terceiro ano de idade acontece um decréscimo de volume nos
espaçamentos adensados para os clones A1 e E5, ambos de E. urophylla.
41
Figura 4. Produção volumétrica (m3 ha-1) de madeira de materiais genéticos (A1,
C3, E5, G7 e R9) de eucalipto cultivados sob diferentes espaçamentos de plantio
aos seis anos de idade em Macaíba, RN
Figure 4. Wood volumetric production (m3 ha-1) of eucalyptus genetic materials (A1,
C3, E5, G7 and R9) cultivated under different planting spacing at six years of age in
Macaíba, RN
O declínio populacional ao longo dos anos relaciona-se à alta densidade da
plantação, que favorece um ambiente competitivo entre indivíduos e ocasiona em
maiores percentuais de mortalidade e árvores dominadas (Pauleski, 2010). Somado
a isso, a sobrevivência é influenciada pelo material genético de origem que pode ser
adaptado às condições do sítio de implantação, favorecendo positivamente. Essa
disparidade de resultados entre tratamentos de alta densidade aos 6 anos de idade
42
é correlacionada com a taxa de mortalidade superior a 40% que ocorreu nos
tratamentos de com menor produtividade volumétrica (Figura 5).
Figura 5. Índice de sobrevivência (%) de materiais genéticos de eucalipto cultivados
sob diferentes espaçamentos de plantio aos seis anos de idadeem Macaíba, RN
Figure 5. Survival index (%) of eucalyptus genetic material cultivated under different
planting spacing at six years of age in Macaíba, RN
De modo geral, espaçamentos mais amplos resultaram em maior taxa de
sobrevivência em ambos os materiais genéticos enquanto espaçamentos mais
adensados resultaram em maior mortalidade ao longo dos anos. O clone A1,
entretanto, apresentou baixo índice de sobrevivência em comparação aos demais,
43
apresentando variação de 0% a 64,3% em seus tratamentos, com ausência de
mortalidade nos indivíduos do espaçamento 3 x 5.
Dentre os clones implantados no experimento, destaca-se o C3 com alto
índice de sobrevivência e, como consequência, uma maior taxa de produção
volumétrica. Esse resultado pode ser elucidado pelo seu clima de origem (As) ser
semelhante ao do sítio de implantação, somado a ter como finalidade a
sobrevivência à seca (Binkley et al., 2017). Segundo Reis (2014), esse genótipo
apresenta bom desenvolvimento em ambientes com déficit hídrico e uma madeira
compatível com o uso energético. Nessa conformidade, fundamenta-se que para
além do adensamento de plantio, o material genético selecionado que apresente
características aptas à sobrevivência na região pode apresentar melhores
resultados.
Aos 6 anos de idade, o espaçamento 3 x 1 dos clones E5 e C3 apresentaram
produtividade volumétrica superior aos demais, se contrapõe ao valor obtido pelo
espaçamento 3 X 0,25 do clone A1, ambos oriundos de plantações mais adensadas,
porém de materiais genéticos distintos (Figura 6). Conforme Conti Junior et al.
(2020), A1 e C3, apesar de ambos serem considerados adaptáveis a diferentes
sítios devido a sua plasticidade, o A1 é indicado para áreas úmidas enquanto o C3
para áreas secas.
44
Figura 6. Produção volumétrica (m3 ha-1) e Incremento Médio Anual (IMA) de
madeira de cinco genótipos de Eucalyptus cultivados sob diferentes espaçamentos
de plantio aos seis anos de idade em Macaíba, RN
Figure 6. Volumetric production (m3 ha-1), and Mean Annual Increment (MAI) of wood
from five Eucalyptus genotypes cultivated under different planting spacing at six
years of age in Macaíba, RN
Com base nos resultados finais do ciclo de crescimento, podemos observar
que o IMA variou de 0 a 76,86 m3 ha-1 ano-1, com A1 responsável pelo menor valor e
E5 o maior, ambos em espaçamentos adensados. A1, material genético plástico
45
amplamente utilizado em diferentes gradientes do país, mostrou-se abaixo do
esperado, ao final do ciclo em um espaçamento reduzido, uma vez que seus
espaçamentos, resultaram em um IMA de 6,49 (3 x 1 m) a 43,22 m3 ha-1 ano-1 (3 x 5
m).
Almeida et al. (2020) apresentou uma variação de 20 a 80 m3.ha-1 ano-1 de
IMA para esse clone em um espaçamento 3 x 3 m, em diferentes regiões de
implantação, onde os sítios com valores mais baixos apresentaram menor eficiência
do uso de água e correlação negativa com a temperatura e déficit hídrico do solo.
Dentro deste cenário, os valores de IMA para o espaçamento 3 x 3 m se
assemelham ao encontrado por Câmara et al. (2020) em sítio tropical, no estado de
Minas Gerais (Belo Oriente - 43,28 m3 ha-1 ano-1).
De modo semelhante, Binkley et al. (2020), observaram uma correlação entre
temperatura, precipitação e IMA em materiais genéticos implantados no programa
TECHS. Segundo os autores, enquanto um aumento de precipitação foi associado à
maior produção de madeira, o aumento 1 °C na temperatura média anual teve como
consequência a queda de produção.
Parâmetros da madeira para geração de energia
Aos 6 anos de idade, o clone R9 apresentou o menor poder calorífico
superior (PCS), enquanto os demais clones não apresentaram valores díspares
entre si (Figura 7 A). Em contrapartida, maiores flutuações foram observadas nos
resultados da análise química imediata. As cinzas (CZ) são os resíduos inorgânicos
do combustível após o processo de queima. Para biocombustíveis, altos valores
geram maiores taxas de impurezas e perdas energéticas devido a diminuição do
poder calorífico (Borges, 2015). Neste estudo, o material E5 se sobressaiu
46
qualitativamente entre os demais, seguido do G7 e R9 (Figura 7 B). De acordo com
Brand (2013), valores de CZ abaixo de 5% sãos positivos para uso como fonte de
energia; nessa perspectiva, os materiais avaliados podem ser atribuídos para essa
finalidade.
Médias seguidas da mesma letra não diferem entre si, a 5% de significância pelo teste Tukey
Figura 7. Poder Calorífico Superior (A) e Análise Química Imediata da madeira (B)
de materiais genéticos de eucalipto aos seis anos de idade cultivados em Macaíba,
RN
Figure 7. Higher Heating Value (A) and Immediate Chemical Analysis of wood (B)
from six-year-old eucalypts genetic materials grown in Macaíba, RN
47
Variações entre os materiais foram percebidas para o carbono fixo (CF) e
materiais voláteis (MV) da madeira. O clone C3 apresentou as maiores taxas de CF
enquanto o R9, as menores (Figura 7 B). Já o inverso foi percebido para os valores
de MV, sendo o R9 o mais elevado enquanto o C3 apresentou valores inferiores aos
demais. O CF comparado ao MV apresentou alterações mais expressivas entre os
clones.
Essa proporção entre os componentes é relevante na escolha do combustível
em decorrência de sua influência na performance do material durante o processo de
queima. Madeiras com alto teor de MV, percentual do combustível que se evapora
por meio do aquecimento, queimam a uma velocidade superior às madeiras com
maior teor de CF, fração do material que permanece em estado sólido (Pereira et al.,
2000). Assim, maiores taxas de CF são preferíveis para materiais com finalidade
energética.
Para a Densidade Básica da Madeira (DBM), no que se refere aos materiais
genéticos, apesar de todos diferirem ente si, G7 e R9 obtiveram médias superiores
aos demais (Tabela 3). De modo geral, houve o aumento da DBM em espaçamentos
amplos. Esta tendência também foi encontrada por Brito et al. (2021) na avaliação
de madeira juvenil de três clones de eucalipto em diferentes espaçamentos de
plantio.
Os resultados apresentados neste estudo, entram em conformidade aos de
Santos et al. (2017), ao avaliar um híbrido de Eucalyptus grandis X Eucalyptus
urophylla aos 6 anos de idade em 16 espaçamentos de plantio distintos, do qual
obteve variação de 441,68 a 492,56 kg m-3. Os autores observaram que a DBM
ponderada teve crescimento até o tratamento com 4,95 m2 de área útil por árvore e,
a partir dessa área, a densidade se estabilizou. Foi verificado que a DBM variou
48
com a idade e com os espaçamentos, resultando em madeiras de maiores valores
nos maiores espaçamentos e maior idade.
Tabela 3. Densidade básica da madeira (kg m-3) de materiais genéticos de eucalipto
cultivados sob diferentes espaçamentos de plantio aos seis anos de idade em
Macaíba, RN.
Table 3. Basic wood density (kg m-3) of Eucalyptus genetic materials cultivated under
different planting spacing at six years of age in Macaíba, RN.
Material
genético
Espaçamentos de plantio (m) Média
(kg m-3)3 x 0,25 3 x 1 3 x 2 3 x 3 3 x 5 3 x 7
A1 394,09 394,09 435,97 407,94 443,96 443,24 419,88 D
C3 431,35 444,57 439,43 448,10 482,41 506,40 458,71 B
E5 386,70 406,95 443,94 438,57 476,81 468,09 436,84 C
G7 465,01 478,15 501,34 515,74 527,19 518,36 500,97 A
R9 449,73 461,40 491,99 484,92 536,39 543,91 494,73 A
Média
(kg m-3) 425,38 c 437,03 c 462,53 b 459,06 b 493,35 a 496,00 a -
Médias seguidas de mesmas letras maiúsculas (entre clones) e minúsculas (entre espaçamentos)
não diferem significativamente entre si pelo teste Tukey.
Energia da madeira estocada por hectare
Em relação ao potencial bioenergético dos tratamentos ao sexto ano, o
material C3 no perfil 3 x 1 m apresentou valores superiores aos demais, seguido de
queda acentuada em seu estoque energético nos demais tratamentos. Esse
resultado é associado à diminuição de seu volume por área tendo em vista que a
DBM apresentou maiores resultados em espaçamentos amplos. Destaca-seque
apesar da produtividade volumétrica do material E5 no perfil 3 X 1 m ser 4,63%
superior ao C3 no mesmo espaçamento, este apresenta valores inferiores em DBM
e PCS que ocasiona em um decréscimo de 4,46% em seu potencial energético em
relação a variável resposta destaque (Figura 8).
49
Figura 8. Energia da madeira (MJ) estocada por hectare de materiais genéticos de
eucalipto aos seis anos de idade cultivados em Macaíba, RN
Figure 8. Energy of wood (MJ) stored per hectare of genetic material from
six-year-old Eucalyptus grown in Macaíba, RN
Em estudo semelhante com o clone P7 (E. urophylla X Eucalyptus brassiana
), em Macaíba, RN, Gomes et al. (2021) constatou uma correlação entre o
50
adensamento de plantio e a DBM. Apesar de espaçamentos adensados propiciaram
maiores volumes por hectare, a taxa de mortalidade teve uma interferência superior
no cálculo final para estoque de energia que a DBM. Assim sendo, conforme
apontado em seu estudo, indicava-se o espaçamento 3 x 3 m na produção de
energia para esse material. A partir dessa análise, espaçamentos de plantio mais
adensados para materiais genéticos que apresentem menores taxas de mortalidade,
são considerados preferíveis à implantação na região do nordeste brasileiro.
CONCLUSÕES
Na seleção de material para fins energéticos, sugere-se o uso de clones
adaptados às condições locais a fim de reduzir a taxa de mortalidade e sua
implantação em espaçamento adensado para maior ganho volumétrico por hectare.
Nessa perspectiva, o material genético C3 (E. urophylla) no espaçamento 3 x 1 m
(2,1 m2), resultou no maior potencial bioenergético da madeira (4.085 MJ ha-1)
devido ao alto índice de sobrevivência em espaçamentos reduzidos.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e
Comunicações (MCTIC) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico (CNPq) pelo apoio prestado ao desenvolvimento desta pesquisa por
meio da concessão de bolsas de mestrado e iniciação científica. Ao IPEF e à
Universidade Federal do Rio Grande do Norte pelo projeto, material e manutenção
da floresta experimental.
51
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54
ANEXO
Condições para submissão - revista Scientia Forestalis
1. Serão aceitos textos apenas em formatos