Gaseificação Hidrólise Briquetes - Prof TATIANA PAULA MARQUES DE ARRUDA - UNEMAT

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8. Gaseificação da madeira 
 
A gaseificação de biomassa é um processo de transformação da matéria vegetal (lenha ou 
carvão vegetal, por exemplo), em gás combustível, contendo CO e H2 como produtos mais 
importantes. Este processo de obtenção de gás combustível foi muito utilizado até a Segunda 
Guerra Mundial, sendo posteriormente abandonado em razão dos preços extremamente reduzidos 
dos derivados de petróleo. 
Nos processos de gaseificação a matéria orgânica é total ou parcialmente transformada em 
gases cujos principais componentes são: monóxidos de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio e 
dependendo das condições metano, hidrocarbonetos leves, nitrogênio e vapor de água em diferentes 
proporções. 
Tipicamente, o gás de madeira é constituído de monóxido de carbono (CO – 15-5%), 
dióxido de carbono (CO2 – 9-11%), hidrogênio (H2 – 13-10%), nitrogênio (N2 – 42-45%, metano 
(CH4 – 1-4%) e água (H2O – 11-22%), e dependendo do equipamento até 5% de alcatrão. 
Os processos de gaseificação da biomassa são originados em decorrência das 
transformações de suas propriedades químicas e físicas a que é submetida. As reações químicas que 
ocorrem durante a gaseificação são reações de oxidação envolvendo fases sólidas, líquidas e 
gasosas. As reações físicas estão relacionadas aos processos de transferência de calor e de massa. 
A biomassa pode ser convertida em reações termoquímicas (combustão direta, gaseificação, 
pirólise e liquefação) ou em reações bioquímicas (fermentação, digestão anaeróbica). 
As conversões termoquímicas são aquelas em que a biomassa sofre alterações em sua 
estrutura química, causada pela elevação acentuada de sua temperatura. Essas conversões térmicas 
são realizadas com a finalidade de transformar a biomassa em um combustível adequado ao 
consumo nos equipamentos existentes ou facilitar o manuseio, transporte e armazenamento. 
O gás produzido em sistemas de gaseificação é utilizado como combustível diretamente, ou 
como matéria-prima para síntese de produtos químicos (por exemplo, metanol ou amônia). 
Em principio, pode-se gaseificar a lenha diretamente, ou transformá-la inicialmente em 
carvão vegetal e posteriormente gaseificar este carvão. As duas alternativas são viáveis, 
apresentando cada uma, vantagens e desvantagens, que devem ser pesadas para cada projeto 
individualmente. 
Ao produzir o carvão vegetal de forma convencional, grande parte dos voláteis se desprende 
e se queima, ou é simplesmente arrastado para a atmosfera, como ocorre nas caieiras ou medas que 
operam em larga escala no Brasil. Assim, ao se gaseificar o carvão o gás produzido contém teores 
muito baixos de voláteis da madeira, sendo, portanto adequado, inclusive, ao processo de síntese. 
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Como se sabe, a madeira ao gaseificar-se passa no interior do gaseificador por três fases 
distintas: 
-Secagem 
-Carbonização (pirólise) 
-Gaseificação 
Assim como a secagem, a carbonização e a gaseificação se fazem em único vaso 
(processo); a eficiência global do processo se torna maior e os custos totais de construção mais 
reduzidos. Daí a grande pesquisa em torno de gaseificadores de madeira em detrimento do uso de 
carvão vegetal. O carvão pode ser utilizado, porém, na maioria dos casos, a utilização direta da 
madeira parece ser mais conveniente. 
 
8.1–Sistema de gaseificadores 
 
Gaseificadores são equipamentos utilizados para transformar a energia química presente na 
biomassa em energia aproveitável. As fontes de combustíveis sólidos mais usados nos 
gaseificadores são: a lenha, a casca de coco, o carvão vegetal, os resíduos ou restos culturais 
agrícolas. Em caso de utilização de madeira (lenha) na gaseificação, deve-se dar preferência a 
espécies com densidade elevada, o que permite a obtenção de maior quantidade de energia para o 
mesmo volume de madeira utilizado. 
Os gaseificadores que utilizam o ar como agente de gaseificação são muito comuns e, 
atualmente, grande número de empresas produz esses equipamentos, com destaque para os 
gasogênios, pelo fato de se tratarem de equipamentos mais simples e de pequeno porte, 
especialmente adequados para fornecimento de calor em pequenas agroindústrias, para acionamento 
de grupos geradores e motobombas, no meio rural. Embora por este processo o gás produzido seja 
de baixo poder calorífico, devido à grande porcentagem de nirogênio e vapor d’água presente no ar 
atmosférico, entre outros inertes, o gaseificador é extremamente viável. 
São quatro as etapas básicas do processo de gaseificação da biomassa: secagem, pirólise ou 
destilação; redução e oxidação ou combustão da biomassa. Cada uma dessas etapas ocorre em zonas 
relativamente separadas dentro do gaseificador, e em seqüência determinada pelas características de 
projeto. 
A zona de oxidação é determinada pela entrada do comburente, cujo oxigênio é o 
responsável pela queima de parte da matéria-prima, liberando energia térmica. 
 
 
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8.1.1–Tipos de Gaseificadores 
 
A eficiência energética global do processo de conversão de biomassa em gás depende 
essencialmente do desempenho do gaseificador, constituindo-se no equipamento chave de todo o 
sistema. É muito difícil estabelecer uma classificação padrão que englobe todos os equipamentos 
utilizados na gaseificação, pois existem nuanças a serem consideradas quando se pretende 
estabelecer uma rotulagem adequada a todos os setores envolvidos no assunto. De maneira geral, 
sugere-se a seguinte classificação: 
a) Quanto à fonte de energia: 
 - alotérmico: a energia para manutenção do processo provém de outra fonte que não 
o próprio combustível; 
 - autotérmico: a energia provém da combustão parcial do próprio combustível. 
b) Quanto ao tipo de leito: 
 - leito fixo ou móvel: na verdade, todos os gaseificadores possuem leito móvel, 
porém alguns autores fazem discriminação da zona de reação como sendo leito fixo; 
 - em suspensão: as reações de oxidação são realizadas em leito fluidizado ou de 
corrente fluida. 
c) Quanto à pressão de operação: 
 - baixa pressão: os gaseificadores funcionam com pressões próximas à atmosférica, 
podendo operar com pressão positiva ou negativa, esta última utilizada para operar motores; 
 - alta pressão: os gaseificadores funcionam com pressões acima da atmosférica (10 
a 100 atm) produzindo gás, que pode ser transportado por tubulações par ser utilizado em turbinas 
ou como matéria prima para síntese química. 
d) Quanto ao movimento do combustível: 
 - gaseificador contracorrente; 
 - gaseificador concorrente; 
 - gaseificador transversal; 
 - gaseificador de leito fluidizado. 
Internamente, os gaseificadores poder ser divididos em duas regiões: a região de reação que 
compreende as zonas de redução e de oxidação; e a região de destilação compreendendo as zonas de 
pirólise e de secagem. 
Gaseificador contracorrente: é caracterizado pelo fluxo contracorrente entre a biomassa e 
o gás produzido no interior do reator, isto é, a biomassa flui no sentido descendente e o gás no 
sentido ascendente. O gaseificador contracorrente apresenta como desvantagem a passagem do gás 
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pela zona de destilação, arrastando consigo os alcatrões e outros condensáveis formados no 
processo e, assim, impossibilitando o uso direto desses gases em motores de combustão interna. Em 
contrapartida, apresenta menor consumo de oxigênio nas reações de gaseificação, podendo utilizar 
combustíveis com maior teor de umidade devido a sua secagem na zona superior e, 
consequentemente, produzir um gás mais frio em virtude da troca de calor nas zonas de pirólise e de 
secagem. 
O gás produzido sai pela frente superior do gaseificador após atravessar a carga de 
biomassa, que desce por força da gravidade para a zona de reação. Com a passagem desse gás 
quente, a biomassa (madeira) é submetida às fases de secagem e pirólise, com desprendimentode 
alcatrões e outros condensáveis. Posteriormente, a biomassa já transformada em carvão vegetal 
entra na zona de redução, onde é gaseificada utilizando a energia gerada na zona de oxidação, 
localizada imediatamente abaixo. 
 
 
Figura 09 – Esquema do gaseificador 
contracorrente. 
 
Gaseificador concorrente: é caracterizado pelo fluxo concorrente entre a biomassa e o gás, 
ou seja, ambos fluem no mesmo sentido dentro do reator. Nos gaseificadores concorrentes os 
condensáveis e alcatrões formados na zona de destilação são forçados a passar pela zona de 
oxidação, onde, em altas temperaturas, são destruídos termicamente dentro do reator, produzindo 
um gás limpo. A energia necessária para a gaseificação é fornecida pelas reações que ocorrem na 
zona de oxidação. 
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Figura 10 – Esquema do gaseificador 
concorrente. 
 
 
Gaseificador transversal: o ar e o material a ser gaseificado escoam perpendicularmente, 
sendo alimentados exclusivamente por carvão vegetal e fornecendo um gás limp, isento de alcatrões 
e condensáveis. São fabricados no Brasil apenas para fins automotivos, não estando disponíveis em 
escala industrial. 
 
 
 
Figura 11 – Esquema do 
gaseificador transversal. 
 
 
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Gaseificadores de leito fluidizado: caracterizado pela formação de um leito de biomassa em 
suspensão, por efeito de um fluxo de ar vertical ascendente na direção da biomassa. Nestas 
condições, não se distinguem no gaseificador as zonas de destilação, redução e oxidação. Há 
distribuição praticamente uniforme de temperatura ao longo do reator, que opera a uma temperatura 
de aproximadamente 900°C, devido ao contato íntimo entre a biomassa e o ar. Devido a suas 
características, os gaseificadores fuidizados fornecem um gás limpo, sendo indicado principalmente 
para processar resíduos agrícolas. 
 
 
Figura 12 – Gaseificador de leito fluidizado 
 
9. Hidrólise da madeira 
 
A madeira é material orgânico, e os seus constituintes químicos estão diretamente 
relacionados com as suas propriedades. A madeira, segundo LEPAGE (1986), é um biopolímero 
tridimensional, composto, principalmente de celulose, hemicelulose e lignina, responsáveis pela 
formação da parede celular e pela maioria de suas propriedades. Os extrativos, também de 
reconhecida importância em várias situações, atuam como componentes complementares e 
apresentam grande variabilidade em sua quantidade e constituição. O conhecimento da natureza 
química da madeira possibilita o entendimento de seu comportamento como matéria-prima para 
diversos usos. 
 
 
 
 
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9.1- Processos de hidrólise 
 Os processos de hidrólise mais pesquisados e que podem ser utilizados industrialmente são: 
 
 9.1.1-Hidrólise do Estado Crítico 
 O processo de Hidrólise utilizando fluído no estado crítico, em geral água, está em fase de 
pesquisas de laboratório, sendo que o tempo para passarmos para a fase de desenvolvimento piloto 
ou semi-industrial, deverá levar no mínimo 2 a 3 anos. 
 Este processo irá requerer uma otimização energética, assim como soluções complexas de 
engenharia. Como resultado final, este tipo de hidrólise deverá apresentar altos valores de 
conversão, baixa quantidade de subprodutos e tempo de reação insignificante, se comparado com os 
demais processos. 
9.1.2-Hidrólise Enzimática 
 O processo de Hidrólise Enzimática procura utilizar a mesma via dos processos naturais de 
hidrólise, e apresenta uma alta taxa de conversão, sendo esperados valores acima de 90% de 
conversão. Este processo está recebendo altos volumes de recursos na área de pesquisas de 
laboratório e já existem unidades operando em fase piloto. Apesar dos grandes avanços obtidos nos 
últimos anos, os processos de hidrólise enzimática ainda estão limitados por fatores ligados ao custo 
das enzimas, alto tempo requerido para ocorrer à conversão e provável alto custo energético devido 
aos grandes volumes que terão de ser mantidos aquecidos e agitados por longo tempo. Outra 
questão fundamental para a hidrólise ácida, no estado atual da arte, é o tipo de pré-tratamento que 
será necessário efetuar para adequar a matéria prima, como disponível, aos requisitos da enzima. 
 
9.1.3-Hidrólise Ácida Concentrada 
 O processo de hidrólise com ácido concentrado é um processo químico, que realiza a 
conversão em curto tempo, em geral da ordem de 60 a 240 minutos, possibilitando o emprego de 
reatores contínuos que poderiam operar com alto rendimento, em um ou dois estágios. A limitação 
deste processo está essencialmente ligada ao custo de recuperação e reciclagem do ácido, ou de sua 
aquisição e neutralização. Plantas utilizando este processo foram construídas durante a segunda 
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guerra mundial, sendo que atualmente, existem plantas operando em escala piloto ou semi-
industrial, mas a tecnologia não atingiu o estágio comercial efetivo. 
 
9.1.4-Hidrólise Ácida Diluída. 
 O processo de hidrólise com ácido diluído é um processo químico que requer a utilização 
de condições severas de reação, porém exigem tempos reduzidos de reação, em geral, inferiores há 
45 minutos, possibilitando o emprego de reatores contínuos que podem operar em um ou dois 
estágios. As dificuldades deste processo estão relacionadas com a otimização do processo e a sua 
integração com as soluções de engenharia que irão resultar em taxas de conversão economicamente 
viáveis. Várias plantas utilizando reatores em batelada operaram e foram desativadas devido ao seu 
alto custo operacional. 
 
9.2- Etanol da madeira 
 O processo tecnológico de produção de etanol a partir de matéria celulósica pode ser 
esquematicamente dividido em três fases: Extração de açúcares a partir da matéria prima; 
fermentação alcoólica dos açúcares; destilação e retificação do álcool contido na cerveja resultante 
da fermentação. 
 A matéria prima utilizada pela COALBRA é a madeira (inicialmente eucalipto), cuja 
estrutura molecular complexa requer a transformação de seus polissacarídeos (celulose e 
hemicelulose) em açúcares mais simples que são fermentados posteriormente pelas leveduras. O 
processo adotado para a obtenção de açúcares a partir da madeira é a hidrólise ácida que consiste na 
aplicação de solução de ácido sulfúrico ao cavaco de madeira sob condições de alta pressão e 
temperatura. 
Em função da presença de produtos tóxicos a levedura, o hidrolisado é submetido a uma 
seqüência de tratamentos que o transforma em um padrão adequado para a atividade de levedura de 
fermentação alcoólica. 
 Em resumo, pode-se dividir em quatro fases a etapa de transformação do hidrolisado em 
mosto para a fermentação: 
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Vaporização: em que ocorre o desprendimento da fração rica em furfural e um resfriamento inicial 
do hidrolisado. 
Neutralização: em que o pH do hidrolisado que é da ordem de 1,5, é levado a níveis mais 
adequados a atividade da levedura, mediante a adição de leite e cal. 
Filtração: em que o sulfato de cálcio que se formou na fase anterior e a matéria orgânica em 
suspensão é removida para evitar incrustações em fases posteriores do processo. 
Resfriamento: Em que o hidrolisado filtrado a cerca de 95°C é resfriado até 30 a 32°C, que é a 
temperatura adequada à fermentação alcoólica. 
 A fabricação do etanol com base nessas fontes é possível, mas exigirá o domínio de 
processos e tecnologias ainda não completamente dominados e desenvolvidos no mundo, no nível 
comercial. A conversão da celulose e da hemicelulose em etanol é possível, mas os processos são 
caros e complexos. Essas (tecnologias correspondem aos processos de hidrólise ácida (processo 
químico) ou enzimática (processo biotecnológico), para chegar aos açúcares e, depois, por 
fermentação, produzir o etanol propriamente dito (Figura 13). 
 
 Figura 13 – Esquema de extração deetanol na madeira. 
 
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O processo de hidrólise destina-se a quebrar as (macro) moléculas de celulose ou 
hemicelulose, por meio da adição de ácido sulfúrico aos resíduos, no caso da hidrólise ácida, ou 
pela ação de enzimas (catalisadores orgânicos), no caso da hidrólise enzimática. 
 Essa última reproduz o processo existente na natureza, em que a quebra das longas cadeias 
das moléculas de celulose em açúcares é feita por enzimas (chamadas celulases, secretadas por 
fungos ou bactérias, microrganismos que se alimentam de matéria orgânica, alterando-a e formando 
substâncias químicas) e a fermentação, por leveduras, dos açúcares em etanol. 
 O processo de hidrólise enzimática requer o desenvolvimento de microrganismos capazes 
de quebrar a celulose, fermentar o açúcar, tolerar altas concentrações de etanol e produzir 
exclusivamente o etanol (sem subprodutos indesejáveis). Os esforços de criação de tal 
microrganismo concentram-se em modificar geneticamente um determinado microrganismo 
existente, com a remoção de características genéticas indesejadas e o acréscimo de genes (de outro 
microrganismo), incorporando características que permitam redução do número de etapas do 
processo de conversão, redução de custos e aumento da competitividade do produto. Existem 
esforços também no sentido de desenvolver um microrganismo sintético pela construção quase 
integral de um genoma [INOVAÇÃO UNICAMP (2006c), TECHNOLOGY REVIEW (2006)]. 
Diversos resultados já foram alcançados por grupos de pesquisas no exterior, que esbarram 
ainda no obstáculo do custo ainda elevado de enzimas. 
 Segundo especialistas, há vantagens e desvantagens em cada uma das duas rotas 
tecnológicas de hidrólise. O processo químico, de hidrólise ácida, tem a vantagem de envolver uma 
tecnologia mais conhecida, mas apresenta a desvantagem de (por usar um ácido como “catalisador”) 
ser muito rápida e envolver dificuldades de controle de modo a evitar reações paralelas 
indesejáveis. Na hidrólise enzimática, um processo que contempla subsídios da biotecnologia 
moderna, a quebra da molécula de celulose/hemicelulose é feita por enzimas; ou seja, por uma 
molécula biológica, que promove reações “em meio específico, com a máxima eficiência, mas de 
forma mais lenta e mais propensa a bloqueios e inibições”. INOVAÇÃO UNICAMP (2006), citado 
por GALLO et al. 2007. Essa última envolve maior complexidade por requerer conhecimentos de 
áreas pertinentes à biotecnologia moderna, engenharia genética e pesquisa biológica fundamental, 
construídas sobre os avanços da chamada revolução da biologia molecular, para o desenvolvimento 
da enzima. Mas essas novas técnicas abrem perspectivas e potencialidades para a química do etanol, 
da mesma forma como vêm revolucionando indústrias como a farmacêutica. 
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Embora nenhuma iniciativa tenha ainda alcançado estágio de viabilidade comercial as 
barreiras são os elevados custos do complexo enzimático, a baixa taxa de conversão da celulose em 
açúcares, a necessidade de pré-tratamento para conseguir conversões eficientes, a tecnologia de 
hidrólise enzimática apresenta grande potencial em virtude de características como a especificidade 
da reação, ausência de reações secundárias (que levariam à perda de rendimento), ausência da 
formação de produtos secundários (inibidores da fermentação alcoólica) e reação em condições 
suaves que não requerem altas pressões e temperaturas ou ambientes corrosivos para os 
equipamentos [CGEE (2005)]. 
 PEREIRA JR. (2006), citado por GALLO et al. 2007, observa que a decisão de usar um ou 
outro processo de hidrólise depende também do tipo de material lignocelulósico empregado. Na 
hidrólise da hemicelulose (que ocorre em condições mais brandas do que no caso da celulose), a 
estratégia tem sido a utilização de ácido sulfúrico diluído. No caso da celulose, como a hidrólise 
química requer condições de alta severidade (elevadas temperaturas, grandes tempos de exposição e 
altas concentrações de ácido), pela maior resistência ao ataque hidrolítico, o uso da hidrólise 
enzimática seria mais indicado (pela ausência de condições severas). Segundo o autor, tal estratégia 
tecnológica difere da concepção de processos antigos em que se buscava a hidrólise química 
conjunta da celulose e da hemicelulose, pois são polissacarídeos com diferentes suscetibilidades ao 
ataque hidrolítico. 
 
9.3- Extrativos na madeira 
Os extrativos, que incluem uma grande gama de compostos orgânicos, sendo os principais: 
o terpeno, os ácidos graxos, os compostos aromáticos e os óleos vegetais; os extrativos geralmente, 
têm maior ocorrência na casca e menor no cerne, sendo desprezível no alburno. Apesar do baixo 
teor de extrativos em relação aos demais componentes, sua presença pode influir na escolha da 
madeira para determinados fins, como os extrativos de cor ou voláteis que dão valor estético ou os 
compostos aromáticos que impedem o ataque da madeira por fungos e insetos, ou os taninos e 
resinas que interferem negativamente no processo de hidrólise da madeira ou de produção de poupa. 
O isolamento dos extrativos é realizado por extração com solventes neutros e/ou misturas destes, 
em sucessão. 
 De acordo com as diferentes solubilidades dos extrativos, muitos esquemas e seqüências 
podem ser realizadas. 
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 Frações voláteis contendo, por exemplo, terpenos, como no caso de coníferas, são isolados 
principalmente por destilação a vapor. As extrações com solventes podem ser realizadas com 
diferentes solventes tais como: éter, acetona, benzeno, etanol, diclorometano, ou misturas destes. 
Ácidos graxos, ácidos resinosos, ceras, taninos e pigmentos coloridos, são as substâncias mais 
importantes extraíveis por solventes. 
 Os principais componentes da fração solúvel em água consistem em carboidratos, proteínas 
e sais inorgânicos. A distinção entre os componentes extraíveis, derivados de etapas individuais de 
extração não é precisa em nenhum caso. Por exemplo, os taninos são principalmente solúveis em 
água quente, mas também são encontrados em extratos alcoólicos, conforme apresenta o Quadro 10. 
Quadro 10 – Solubilidade dos extrativos 
EXTRAÇÃO GRUPOS 
PRINCIPAIS 
SUBGRUPOS SUBSTÂNCIAS 
INDIVIDUAIS 
Destilação a 
Vácuo 
Terpenos 
- fenóis 
 -hidrocarbonos 
 -ligninas 
Monoterpenos 
- sesquiterpenos 
-di, tri, tetraterpenos 
- politerpenos 
Conifeno 
Careno 
Limoneno 
Pineno 
Borneol 
Éter 
 
Ácidos graxos 
 -óleos, gorduras 
 -ceras, resinas 
 -ácido resinoso 
 -esteróis. 
Ácidos graxos não 
saturados, Ácidos 
graxos saturados. 
Ácido oleico 
Ácido linoleico 
Extração 
Alcoólica 
Pigmentos coloridos 
 -flobafenos 
 -taninos 
 -estilbenos 
Flavonóides 
Antociaminas. 
Taxifolin 
Quercetin 
 
Extração com 
H2O 
Carbohidratos 
- proteínas 
- alcalóides 
 Matéria inorgânica 
Monossacarídeos 
- Amidos 
-material péctico. 
Cátions e ânions. 
Arabinose 
Galactose 
Rafinose 
Ca, K, Mg, Na, Fe. 
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 10.BRIQUETES 
 
10. 1. Introdução 
 
Quando pequenas partículas de material sólido são prensados para formar blocos de 
forma definidos e tamanhos maior, o processo é chamado de briquetagem. Através deste 
processo, os finos de materiais diversos, subprodutos do beneficiamento industrial, são 
convertidos em produtos de maior valor comercial. 
Nos países em desenvolvimento os resíduos agrícolas e florestais têm um grande 
potencial de ser utilizado para a geração de energia, devido principalmente aos grandes 
volumes disponíveis. Estes produtos não são utilizados para este fim devido principalmente 
é que na sua forma natural apresentam muitas características que fazem deles produtos não 
desejáveis. Apresentam um alto teor de umidade, além de um baixoconteúdo calorífico. 
Assim, a briquetagem de biomassa é uma tecnologia para superar estes problemas. 
A tecnologia de briquetagem não é recente, há muito tempo vem sendo utilizada, a 
primeira patente para uma máquina de briquetagem foi feita nos Estados Unidos no ano de 
1880. No princípio a tecnologia foi desenvolvida para produção de alimento de animais. Na 
Europa existem instalações completamente automatizadas para a produção de briquetes de 
resíduos de madeira. 
Este processo permite aumentar o teor energético dos resíduos, de forma que os 
briquetes possam ter uma densidade calorífica por unidade de volume até quatro vezes 
superior à do material do qual foi feito e ser de 20-30% mais densos que a madeira em 
estado natural. Além disso, os briquetes queimam por mais tempo e mantêm uma 
temperatura mais constante. 
Ao estudar o processo de briquetagem, este apresenta as seguintes vantagens e 
desvantagens: 
 
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Vantagens: 
-Aumento do conteúdo calorífico dos materiais por unidade de volume; 
-O combustível produzido é uniforme; 
-O processo ajuda com o manejo dos resíduos sólidos; 
Desvantagens: 
-O processo requer um alto investimento de energia e recursos; 
-O combustível apresenta algumas características indesejáveis, como pobre ignição, 
produz muita fumaça, entre outras; 
-O briquete não é muito resistente às condições de intempéries. 
10. 2. Materiais usados para briquetagem 
Os resíduos agro-florestais são subprodutos de processos agro-industriais, 
exploração de florestas, processamento de madeira e resíduos de culturas agrícolas. 
 
10. 2.1- Resíduos de madeira 
Estes podem ser classificados em dois tipos: 
• Folha, galho, ponteiros e cascas, que geralmente são deixados após o 
corte de árvores. 
• Resíduos do processamento da madeira, serragem e pedaços de 
madeira de pequenas dimensões, que resultam do processamento industrial. A 
compactação de resíduos de madeira produz combustíveis sólidos de excelente 
qualidade. Em muitos casos apresentam poder calorífico e resistência mecânica 
superior à lenha, além de possuírem baixa umidade. 
 
 
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10. 2.2-Carvão vegetal 
O Brasil é o maior produtor e consumidor mundial de carvão vegetal. O carvão 
vegetal gera nas fases de produção, transporte, manuseio e peneiramento uma grande 
quantidade de finos, a produção de finos pode chegar até 25% do total de carvão vegetal 
produzido o que representa cerda de 2,0 milhões de toneladas/ano. 
 
10.3. Preparação do material para briquetagem 
A principal preparação que se deve fazer com o material a ser briquetado é a 
secagem e o cortado. Este deve ser feito principalmente porque os equipamentos para a 
briquetagem só trabalham com certas características do material. Normalmente a umidade e 
o tamanho natural do material é muito alto para a briquetagem. É por isso que é muito 
importante a redução do tamanho da partícula e a secagem. A secagem térmica é viável se a 
matéria-prima tiver menos de 55% de umidade. Matéria-prima com um maior teor de 
umidade deve ser submetida à pré-secagem. A temperatura de secagem é geralmente acima 
de 260ºC, e o tempo de secagem é muito curto, e não deve ser mais que alguns segundos. 
 
10. 4. Mecanismos da briquetagem 
Apesar da briquetagem ser uma tecnologia bem conhecida,os processos pelos quais 
ocorre não são muito conhecidos. Durante a produção de briquetes deve ser destruída a 
consistência da madeira, seja por alta pressão, por tratamento térmico ou por uma 
combinação de ambas. 
A lignina plastifica-se em temperaturas entre 130-190 ºC. Segundo Köser, 
Schmalstieg e Siemers com a presença de água, a 100ºC a lignina se plastifica, podendo 
atuar como uma cola durante o processo de briquetagem. 
O processo de briquetagem pode ser dividido em duas fases, a fase de inércia e a 
fase de elasticidade. As duas fases demarcam a chamada “Densidade crítica”. A 
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compressão do material desde o início até o ponto da densidade crítica envolve a expulsão 
dos gases voláteis presentes. Esta formação se da pela resistência elástica do material. 
 
10. 5. Fatores que afetam a briquetagem 
Existem muitos fatores que afetam o processo de briquetagem, afetando também a 
qualidade e propriedades do produto final. Estes fatores podem se dever às características 
próprias do material a ser briquetado, como o tamanho da partícula, teor de umidade e 
densidade do material. O outro grupo inclui as variáveis do processo de briquetagem, como 
sendo pressão, temperatura, aglutinante e tempo do processo. 
 
10.5.1. Efeito da Temperatura 
Este é um dos mais importantes fatores no processo de briquetagem. Durante o 
aquecimento do material, principalmente do material lignocelulósico ocorrem complexos 
fenômenos físico-químicos. Ocorre a plastificação da lignina e ainda, hidrólise e produção 
de açucares anidros. A termoplasticidade pode ser atribuída a mudanças físicas, coloidal e 
principalmente químicas dos componentes da parede celular. 
Um estudo sobre briquetagem de serragem foi determinado que a temperatura dos 
materiais de serragem fica entre 100-225ºC. Determinando-se também que, com uma 
temperatura maior aos 250ºC ocorre uma pirólise extensiva, que faz com que as 
características do briquete não sejam boas. A temperatura no qual se dá o processo de 
briquetagem tem uma grande influência sobre a densidade final do briquete de modo que se 
aumentando a temperatura se consegue aumentar a densidade dos briquetes. 
 
10.5.2. Efeito da Pressão 
A briquetagem da biomassa é feita basicamente pela aplicação de pressão no 
material. A densidade do produto final depende da pressão aplicada durante o processo de 
elaboração. A pressão aplicada no processo de briquetagem esta muito relacionada com o 
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tempo utilizado para fazer os briquetes. Determinou-se que depois de 2-3 horas os 
parâmetros ficam fixo. Isto implica que com uma pressão e temperatura depois de um certo 
tempo não se tem uma utilização ótima da porosidade para a união do material. 
 
10.5.3. Efeito do teor de umidade 
O teor de umidade no material a ser densificado é um fator importante. Existe muita 
polêmica sobre; qual é o efeito da umidade. Alguns autores acreditam que a água ajuda na 
transferência de calor, na formação estrutural, ajudando na união das partículas, a água é 
importante para a plastificação da lignina. Porém, outros autores determinam ao contrário, 
mostraram que a briquetagem decresce exponencialmente com o incremento do teor de 
umidade, encontrando maior durabilidade do briquete à umidade de 13-17%. Segundo 
LEQUEUX () a máxima umidade permitida depende do processo, podendo variar numa 
faixa de 10-20%. BHATTACHARYA et al.(1989) acreditam que a faixa de umidade para o 
processo de briquetagem deve estar entre 8-12%. 
 
10.5.4. Efeito do tamanho da partícula 
O tamanho de partícula afeta numa forma inversa a briquetagem. Ao diminuir o 
tamanho de partícula está-se favorece a briquetagem. A redução no tamanho da partícula 
aumenta a área de contato entre as partículas, portanto aumenta a união entre as partículas; 
ao diminuir o tamanho da partícula também se aumenta a densidade do produto final. 
 
10.6. Classificação dos processos de briquetagem 
A briquetagem pode ser classificada em duas categorias, segundo as condições de 
operação: Tipo A, os que utilizam alta temperatura e alta pressão, Tipo B: os que utilizam 
baixa temperatura e baixa pressão. O tipo A, é o mais comum dos processos de 
briquetagem, muitas vezes quando o termo briquetagem é usado, refere-se a este tipo. No 
tipo B, a briquetagem é feita com utilização ou não de aglutinante (cola). 
93 
 
 
10.6. 1. Alta temperatura e Alta pressão 
Este tipo de briquetagem por sua vez divide-se em várias categorias, que dependemdo equipamento utilizado para realizar a briquetagem. De acordo com os equipamentos 
empregados pode se dividir em: prensa de pistão, prensa de parafuso, prensa de rolo. 
 
10.6.1.1- Prensa de pistão 
A prensa de pistão consiste num pistão alternante que força a biomassa dentro de 
uma câmara de compactação. O material é empurrado dentro da câmara com uma pressão 
tal que faz que a temperatura aumente até 150-300 ºC. A força mecânica para movimentar o 
pistão é normalmente elétrica. Os pistões movimentados com força hidráulica são de 
recente invenção, e sua fabricação está limitada só a alguns países da Europa. 
Normalmente o equipamento vem com uma seção que permite o resfriamento do 
briquete. O resfriamento é necessário para condensar as substâncias voláteis que são 
produzidas durante a elaboração do briquete. A capacidade comercial deste equipamento 
varia de 40 para 1.00 kg/h. Os briquetes são normalmente cilíndricos, com um diâmetro na 
faixa de 50-100 mm. 
 
Figura 14 – Esquema da prensa de pistão. Fonte 
BHATTACHARYA et al. (1989). 
 
 
 
94 
 
10.6.1.2- Prensa de parafuso 
Neste equipamento a biomassa é comprimida por um parafuso. Existem três tipos de 
equipamentos, a prensa de parafuso cônico, a prensa de parafuso com um tubo de 
compressão, e a prensa de parafusos duplos. 
• Prensa de parafuso cônico – neste equipamento a biomassa é comprimida por um 
parafuso cônico; o qual força o material a passar através de uma matriz furada. 
Nesta matriz é onde são produzidos os briquetes, com um diâmetro aproximado de 
2,5 cm. Depois uma faca corta as peças de briquetes. Também este equipamento 
pode ser utilizado para produzir briquetes com um diâmetro de 10 cm, usando uma 
matriz simples. 
 
Figura 15- Esquema da prensa de parafuso cônico. Fonte 
BHATTACHARYA et al. (1989). 
 
• Prensa de parafuso com tubo de compressão – neste equipamento o material é 
forçado por um parafuso a passar por um tubo de compressão. Esta parte do tubo de 
compressão consiste de uma redução no diâmetro do tubo. A redução no diâmetro 
comprime o material, e também aquece o mesmo. Os briquetes têm normalmente 
diâmetro aproximado de 5-10 cm. A temperatura de aquecimento da biomassa é de 
aproximadamente de 300 ºC. A maioria deste equipamento é feita pela fricção do 
material. Os briquetes normalmente são pirolizados na superfície, isto causa grande 
produção de fumaça durante o processo de briquetagem. 
• Prensa de parafuso duplo – neste equipamento a biomassa é comprimida por dois 
parafusos que giram um ao lado do outro. Devido às altas temperaturas e pressão, o 
material é aquecido até 250 ºC. As substâncias voláteis produzidas durante o 
95 
 
processo são removidas por meio de um extrator adequado. Neste processo o 
material deve ter um tamanho de partícula entre 30-80 mm. O processo permite 
briquetagem de material com umidade de até 25%, sem previa secagem. O processo 
é de recente desenvolvimento. A capacidade de trabalho varia de 2.800-3.600 kg/h 
dependendo do tipo de material utilizado. 
 
10.6.1.3- Prensa de rolo 
Na prensa de rolo o material é previamente comprimido, para logo ser compactado 
novamente entre dois rolos que giram numa direção oposta. Este processo requer partículas 
menores que os demais processos. O produto é menos durável que os obtidos nos outros, 
isto é devido a que é muito difícil alcançar as temperaturas alcançadas nos demais 
processos, isto ocorre, devido que o tempo de duração do processo é muito menor. E isto 
faz com que a lignina não seja adequadamente plastificada. 
 
 
Figura 16- Esquema de prensa de rolo. Fonte BHATTACHARYA et al. (1989). 
 
10.6.2. Baixa temperatura e baixa pressão 
Neste processo o briquete é feito com a utilização ou não de aglutinantes. 
 
10.6.2.1- Briquetagem com aglutinante 
Neste caso como não é necessário a plastificação da lignina, a pressão e a 
temperatura requerida são menores. Um aglutinante adequado deve reunir as seguintes 
características: ser barato, não higroscópico e não abrasivo, e também ter baixo teor de 
cinza, para não afetar o poder calorífico do material. 
96 
 
Os aglutinantes podem ser classificados em: 
� Orgânicos: podem ser hidrofóbicos, como o breu, betume e resinas, e hidrofílicos 
como gomas e melado; 
� Inorgânicos: insolúveis com o cimento e a argila e solúvel como o limo; 
� Combinações: ser combinações dos anteriores. 
� Aglutinante tipo matriz: neste grupo as partículas a ser aglomeradas ficam numa 
matriz mais ou menos continua de aglutinante. Ex. breu, parafina e barro. 
� Aglutinante tipo filme: estes são geralmente utilizados como soluções ou 
dispersões. A água é o solvente ou meio de dispersão. Os briquetes obtidos com este grupo 
devem ser secados após o processo. Silicato de sódio, bentonita, melado, goma e a cola. 
� Aglutinantes químicos: estes dependem de uma reação química para poder atuar. 
A combinação de Ca (OH2) com melado é um bom exemplo. 
 
10.6.2.2- Briquetagem sem aglutinantes 
Este tipo de briquetagem só é possível com biomassa fermentada ou decomposta. O 
tipo de material usado neste tipo de briquetagem deve se apresentar na forma de matéria 
com em algum estado de decomposição. A biomassa fresca deve ter um tratamento prévio 
de fermentação. A briquetagem sem aglutinantes pode se dividir em: 
Briquetagem úmida – consiste nos seguintes passos, extrusão da matéria 
parcialmente decomposta para obter briquetes suaves com alto teor de umidade; e secagem 
do briquete. Durante o processo de decomposição parcial da matéria, a composição e a 
estrutura da biomassa muda, por isso, é que precisa de pouca energia para produzir 
briquetagem destas peças. 
Briquetagem a seco – descreve um processo no qual a biomassa é fermentada, 
decantada e logo seca. 
 
 
 
 
 
 
 
97 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
ALMEIDA, M.R. 1982. Recuperação de alcatrão em fornos de alvenaria. Produção e 
utilização de carvão vegetal. Belo Horizonte, Fundação Centro Tecnológico de Minas 
Gerais-CETEC. p177-180. 
ALMEIDA, M.R.; REZENDE, M.E.A. 1982. O Processo de Carbonização Contínua da 
Madeira. Fundo Centro Tecnológico de Minas Gerais/CETEC. Compilado por Waldir 
Resende Penedo. Belo Horizonte. 
ANDRADE, A.M. 1993. Efeitos da fertilização mineral e da calagem na produção e na 
qualidade da madeira e do carvão de eucalipto. Viçosa, MG, UFV, 105p. (Tese D.S.). 
BHATTACHARYA, S. C. et al. 1989. State of the art for biomass densification. Energy 
Sources, v11, 161-182. 
BRASIL, M.A.A. & FERREIRA, M. 1971.Variação da densidade básica da madeira de 
Eucayiptus alba Reinw, E. Saligna Smith e E. Grandis, Hill ex-Maiden aos cinco anos de 
idade, função do local e do espaçamento. IPEF, (2/3): 129-149. 
BRASIL, M.A.A.;VEIGA, R.A.; FERREIRA, M. 1977. Variação da densidade básica nas 
seções transversais do caule da base do tronco para a copa de eucalipto. IPEF, (15): 73-82. 
BRITO, J.O. 1993. Reflexões sobre a qualidade do carvão vegetal para uso siderúrgico. 
IPEF, Piracicaba,.6p. (Circular técnica nº 181). 
CARMO, J.S. 1988. Propriedades Físicas e Químicas do Carvão Vegetal Destinado à 
Siderurgia e Metalurgia. Viçosa - Minas Gerais, Brasil. (Monografia) 
CARNEIRO, A.C. O. Produção de carvão vegetal: parâmetros de qualidade da madeira e 
do carvão vegetal. 79°. Semana do Fazendeiro. Viçosa. UFV. 2008. 
COTTA, A.M.G. 1996. Qualidade do Carvão Vegetal para Siderurgia. Monografia. 
Viçosa, Minas Gerais , Brasil. 
FUNDAÇÃO CENTRO TECNOLÓGICO DE MINAS GERAIS 1981a. Otimização do 
processo de carbonização da madeira e do coco babaçu em fornos de alvenaria. 1° 
relatório parcial. Belo Horizonte-MG. 
FUNDAÇÃO CENTRO TECNOLÓGICO DE MINAS GERAIS 1981b .Desenvolvimento 
de fornos de alvenaria não convencionais. 2° relatório parcial. Belo Horizonte-MG.98 
 
GALLO, C. V; CARVALHO, D. P. P; PEREIRA, K. S.; MARIOTTI, P. R. Hidrólise de 
madeira. Trabalho- disciplina Tecnologia de produtos energéticos da madeira. UNEMAT. 
Alta Floresta-MT. 2007. 22p. 
GALVÃO, A.P.M., JANKOWSKY,I.P. 1985. Secagem racional de madeira. São Paulo: 
Nobel. 112p. 
LEWIN, M. & GOLDSTEIN, I.S. 1991. Wood structure and composition. New York, 
Marcel Dekker, 488p. 
MARRI, Aluísio. OLIVEIRA, Joffre Batista de. MENDES, Marcelo Guimarães. GOMES, 
Paulo Aguinélio. 1982. Manual de Construção e Operação de Fornos de Carbonização. 
Fundo Centro Tecnológico de Minas Gerais/CETEC. Belo Horizonte, lv. (Série publicações 
técnicas, 6.) 55 p. 
MIRANDA, A. 1999. Qualidade da Madeira Para Produção de Carvão Vegetal. 
Monografia apresentada ao curso de ENF 653 – Qualidade da Madeira. Universidade 
Federal de Viçosa. Viçosa – MG. 29 p. 
OLIVEIRA, de J.B.; GOMES, P.A. ; ALMEIDA, de M.R. 1982. Estudos preliminares de 
normatização de testes de controle de qualidade do carvão vegetal. In: Penedo, W. R.. 
CARVÃO VEGETAL. Belo Horizonte, CETEC, p. 7-38. (Série de Publicações Técnica, 
006). 
OLIVEIRA, E.de. 1988. Correlação Entre Parâmetros de Qualidade da Madeira e do 
Carvão de Eucalyptus grandis (W. Hill ex-Maiden)..Viçosa Minas Gerais, UFV, 47 p. Tese 
Mestrado. 
OLIVEIRA, J.B.de.; GOMES, P.A.; ALMEIDA, M.R.de. 1982b. Propriedades do carvão 
vegetal. In: PENEDO,W.R. (ed) Carvão vegetal: destilação, carvoejamento, controle de 
qualidade. Belo Horizonte, CETEC. p.39-61. 
OLIVEIRA, J.B.de.;VIVACQUA FILHO, A.; GOMES, P.A.. 1982a. Produção de Carvão 
Vegetal - aspectos técnicos. In: PENEDO, W.R. (ed) Produção e utilização de carvão 
vegetal. Belo Horizonte, CETEC. p.60-73. 
OLIVEIRA, L. 1992. Estimativa do consumo de lenha no setor residencial do semi-árido 
paraibano. Campina Grande, UFP. 120p. (Tese de Mestrado). 
OLIVEIRA, L. 1992. Estimativa do consumo de lenha no setor residencial do semi-árido 
paraibano. Campina Grande, UFP. 120p. (Tese de Mestrado). 
PANSHIN, A.J. & De ZEEUW, C. 1980. Textbook of technology. 3. ed., New York, 
McGraw Hill. 722p. 
99 
 
PETTERSEN, R.C. 1984. The chemical composition of wood. In: ROWELL, R. (ed.) The 
chemistry of solid wood. Washington, American Chemical Society, p.54-126. 
PIMENTA, A.S. e BARCELLOS, D.C. 2000. Como produzir carvão para churrasco. 
Viçosa, CPT. 76p. 
SKAAR, C.1988. Wood-water relations. Berlin: Springer-Verlag. 283p. 
TSOUMIS, G. 1991. Science and technology of wood: atruture, propierties, utilization. 
New York, Van Nostrand Reinold, 494p. 
VALENTE, A.F. 1986.Carbonização de Madeira de Eucalipto. Informe Agropecuário 
141: 74-79. 
WENZL, H.F.J. 1970. The chemical tecnology of wood. New York, Academic