03 – FERTILIZANTE ALTERNATIVO A PARTIR DE CINZAS DE BIOMASSAS: UMA BREVE ANÁLISE BIBLIOMÉTRICA VIA SCOPUS

Ano 10 (2023) – Número 1 - Agrominerais Artigos

 10.31419/ISSN.2594-942X.v102023i1agromineraisa3ARLA

 

 

ALTERNATIVE FERTILIZER FROM BIOMASS ASH: A BRIEF BIBLIOMETRIC ANALYSIS VIA SCOPUS

 

Alan R. L. Albuquerque ¹

¹Laboratório de Caracterização Mineral-LCM, Instituto de Geociências (IG), Universidade Federal do Pará (UFPA), Belém, Pará, Brasil; alanleal@ufpa.br

 

ABSTRACT

The present work aimed to identify and analyze the international scientific research regarding the application of biomass ash in agriculture. To this end, the Elsevier Scopus database and its tools were used as a bibliometric resource, where articles and reviews containing in their title, abstract, or keywords the terms ash, biomass, fertilizer, amendment, and soil, published between 1985 and 2021, were selected. A total of 108 articles were identified, of which 29 were published between 1985 and 2014 and 79 between 2015 and 2021. The increase in the number of publications on this subject in the last seven years is possibly related to the goals set by the Paris Agreement in 2015, which aims to reduce greenhouse gas emissions by replacing fossil fuels with renewable energy sources. Among them, biomass stands out, which has directly contributed to the increasing production of ash and, consequently, has stimulated scientific research on ways to reuse this residue and its effects. Besides agronomic efficiency, the bibliometric analysis revealed that scientific research has focused on the evaluation of environmental impacts caused by the ash application and the search for technological routes for the optimization of its use. The United States, India, and Spain have the largest number of publications on the subject; however, the University of Copenhagen, Denmark, the University of Aveiro, Portugal, and the University of Life Sciences in Poznań, Poland, are the institutions with the largest number of published articles on the subject. Regarding the journals with the largest number of scientific publications, the Science of the Total Environment, Environmental Science and Pollution Research, and Journal of Elementology stand out, which reflects the relations of the subject studied with the areas of environmental, agricultural, and biological science.

Keywords: Mineral residue; recycling; agriculture; scientific research.

 

1. INTRODUÇÃO

As cinzas de biomassas correspondem aos coprodutos da combustão total ou parcial de matérias-primas vegetais ou animais. Apresentam caráter comumente alcalino e são constituídas, em maior concentração, por resíduos minerais e, de maneira subordinada, por materiais orgânicos, ambos com estruturas cristalinas a semicristalinas e, por vezes, amorfas (Vassilev et al., 2013). Estes resíduos minerais estão presentes, em ordem decrescente de abundância, em biomassas animais, aquáticas, agrícolas e florestais. O rendimento e composição química e mineralógica das cinzas estão diretamente relacionados à natureza da biomassa e suas condições de manejo e produção, processo de conversão energética e condições de transporte e estocagem (Vassilev et al., 2010; James et al., 2012).

Dependendo dos fatores supracitados, as cinzas podem ser compostas por diferentes concentrações de SiO₂, CaO, MgO, K₂O, Al₂O₃, P₂O₅ e Fe₂O₃, que estão presentes na forma de silicatos, óxidos-hidróxidos, carbonatos, sulfatos, fosfatos, cloretos e, principalmente, fases amorfas (Vassilev & Vassileva, 2007; Albuquerque et al., 2021). Segundo Vassilev et al., (2013) e Albuquerque et al., (2022), a presença de macro e micronutrientes (P, K, Ca, Mg, S, Zn, Mn etc.) sob a forma amorfa ou em fases cristalinas, como silvita (KCl), calcita (CaCO3), cal (CaO), portlandita [Ca(OH)₂],  leucita (KAlSi₂O₆), anidrita (CaSO₄), arcanita (K₂SO₄), periclásio (MgO) de moderada a elevada solubilidade, confere às cinzas de biomassas grande capacidade de neutralização e fertilização de solos ácidos e distróficos. Consequentemente, estes resíduos minerais têm sido aproveitados como fertilizantes ou condicionadores de solos alternativos na produção agrícola e florestal.

A eficiência agronômica de cinzas de biomassas na produção de alimentos é conhecida, ainda que de forma empírica, desde a primeira revolução agrícola durante o período neolítico (9500-8500 a.C.). Esse material também foi explorado por populações pré-colombianas na Amazônia para a produção de Terra Preta de Índio (Silva et al., 2021) e, não por acaso, até o século XIX a lixiviação de cinzas foi uma das principais rotas para a obtenção de compostos potássicos, chamados, comumente, potash (do inglês pot + ash) (Ciceri et al., 2015; Olufemi et al., 2017).

Devido à escassez, altas demandas e elevados preços das matérias-primas de biomassas e, principalmente, a abertura de minas de potássio, as cinzas perderam competitividade frente ao mercado de sais de potássio de elevada solubilidade (Ciceri et al., 2015). No entanto, a reinserção de biomassas na matriz energética mundial, motivada, principalmente, pela instabilidade da oferta de combustíveis fósseis durante a crise do petróleo na década de 70, aumentou a produção desses resíduos minerais. Assim, além das pressões socioambientais, a escassez de matérias-primas fertilizantes e as crises políticas mundiais tem contribuído para a retomada do uso de cinzas de biomassas na produção agrícola, seja como condicionador de solo ou como fertilizante alternativo.

A crescente produção e a retomada do uso de cinzas também foram acompanhadas pelo aumento de estudos científicos sobre o tema e, com a evolução da tecnologia da informação e a rapidez com que se produz pesquisas acadêmicas, tornou a revisão bibliográfica tradicional não tão eficaz. Pois, a análise de uma parcela de trabalhos pode não corresponder ou abranger toda a produção científica sobre o assunto estudado. Dessa forma, a bibliometria apresenta-se como uma importante ferramenta para a análise quantitativa de produção científica, o que permite mapear e construir indicadores sobre a dinâmica e evolução do conhecimento em determinado assunto, de acordo com diferentes áreas, organizações e países.

Nesse contexto, a presente trabalho teve como objetivo identificar e analisar a produção científica internacional voltada para a aplicação de cinzas de biomassas na agricultura. Para isso foi utilizado o banco de dados da Scopus como ferramenta bibliométrica.

 

2. METODOLOGIA

Para a estudo bibliométrico sobre aplicação de cinzas de biomassas na produção agrícola e florestal foi utilizado a base de dados da Scopus, da Elsevier, e suas ferramentas de análises. Para a triagem e delimitação dos dados, foram selecionados os registros que continham em seu título, resumo ou palavra-chave, as variantes dos termos: ash (cinza), biomass (biomassa), fertilizer (fertilizante), amendment (condicionador) e soil (solo). A pesquisa foi delimitada à artigos originais e artigos de revisão (reviews) publicados entre 1985 e 2021.

 

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

De acordo com as informações obtidas na base de dados da Scopus, entre 1985 e 2021, foram publicados 108 artigos científicos sobre o uso de cinzas de biomassas na agricultura (Fig. 1a). Dentre estes trabalhos, 101 foram publicados em forma de artigo original e 7 como reviews. O número de pesquisas relacionadas ao tema apresentou elevado crescimento nos últimos anos, passando de 29 artigos publicados entre 1985 e 2014 (média de 1 artigo por ano), para 79 trabalhos publicados entre 2015 e 2021 (média anual de 13 artigos).

De acordo com a localização da instituição de cada autor, os cinco países que mais publicaram sobre o tema foram: Estados Unidos (18 artigos), Índia (15), Espanha (13), China (9) e Polônia (9) (Fig. 1b). Depois dos Estados Unidos e Canadá, os países com maior número de publicações nas Américas são Brasil e Chile, com dois artigos cada um.

Quanto a distribuição de publicações por instituição (Fig. 1c), as cinco principais universidades ou institutos com maior número de trabalhos sobre o tema foram: Universidade de Copenhague, Dinamarca (5 artigos); Universidade de Aveiro, Portugal (4); Universidade de Ciências da Vida em Poznań, Polônia (4); Universidade da Florida, EUA (3); e Universidade de Santiago de Compostela, Espanha (3).

Os autores que mais publicaram sobre o tema em questão foram: Witold Grzebiscz e Katarzyna Przygocka-Cyna da Universidade de Ciências da Vida em Poznań, Polônia (4 artigos cada); Agustín Merino da Universidade de Santiago de Compostela, Espanha (3 artigos); Regin Rønn da Universidade de Copenhague, Dinamarca (3 artigos); e Luís António Tarelho da Universidade de Aveiro, Portugal (3 artigos) (Fig. 1d).

Embora a Dinamarca, Portugal, Polônia, EUA e Espanha não possuam significativas reservas de biomassa, tampouco produzam grandes quantidades de energia a partir dessa matéria-prima, seus maiores números de artigos sobre cinzas de biomassas são decorrentes, possivelmente, das suas políticas públicas e leis ambientais mais rigorosas sobre o manejo de resíduos industriais e domésticos.

Na Dinamarca, além do aproveitamento de cinzas de resíduo de madeira (Bornø et al., 2020), também foi estudado a eficiência agronômica das cinzas produzidas a partir de lodo de esgoto (Raymond et al., 2019) e dejetos suínos (Christel et al., 2014), com enfoque, principalmente, na acumulação de cádmio e emissão de óxido nitroso (N₂O). Em Portugal, o maior número de trabalhos foi sobre as cinzas produzidas a partir da combustão dos resíduos das indústrias de celulose e papel (Ribeiro et al., 2017, 2018; Alvarenga et al., 2019). Na Polônia e EUA as matérias-primas das cinzas estudas foram diversificadas, desde resíduos florestais e agrícolas (Alvarez-Campos et al., 2018) até resíduos industriais da produção de celulose e papel (Ukwattage et al., 2020). Na Espanha, o maior número de trabalho foi sobre cinzas produzidas a partir da combustão de resíduos florestais, principalmente Eucalyptus globulus e Pinus pinaster (Santalla et al., 2011; Rey-Salgueiro et al., 2016).

 

 

Quanto aos periódicos com maior número de publicações científicas podemos destacar os seguintes: Science of the Total Environment (6 artigos); Environmental Science and Pollution Research (4 artigos); Journal of Elementology (4 artigos); Journal of Environmental Management (4 artigos); e Biology and Fertility of Soils (3 artigos) (Fig. 2a). De acordo com os indicadores bibliométricos e com as análises dos artigos, as pesquisas sobre cinzas estão relacionadas, majoritariamente, às áreas do conhecimento de ciência ambiental (34,4%) e ciência agrícola e biológica (26,3%) e, de maneira subordinada, à temas que envolvem energia (8,6%), química (5,9%) e engenharia química (3,8%) (Fig. 2b).

 

A análise dos artigos obtidos com o levantamento bibliométrico demonstrou que é quase unânime os benefícios proporcionados pelas cinzas de biomassas quanto utilizada como fonte de nutrientes para produção agrícola e florestal. Ainda que esse resíduo mineral possa apresentar composição altamente variável (Vassilev et al., 2013), há uma concordância quanto ao aporte de macronutrientes para solos e plantas, tais como: Ca, Mg, K e P (Albuquerque et al., 2022). O estudo revelou também que, além da análise dos efeitos agronômicos da aplicação de cinzas no solo, as pesquisas produzidas, sobretudo por países desenvolvidos, têm se direcionado para avaliação de possível toxidade por metais pesados e aumento de salinidade provocados pelo uso desse resíduo. Tal tendência é decorrente, principalmente, das legislações ambientais mais rigorosas com relação ao descarte e reutilização de resíduos industriais e domésticos. Além disso, tem-se se buscado cada vez mais otimizar o uso de cinzas no solo, com a produção, por exemplo, de pellets com aditivos orgânicos e/ou minerais e sua combinação com espécies de microrganismos. Estas tendências de pesquisas são demonstradas pela predominância e crescente número de artigos científicos na área ambiental, biológica e química nos últimos três anos.

O aumento de publicações sobre o presente tema, principalmente a partir de 2015, é decorrente, possivelmente das metas firmadas pelo Acordo de Paris durante a Conferência das Nações Unidas (COP21), que ocorreu no mesmo ano em Paris. Tais metas têm como principal objetivo a diminuição dos gases de efeito estufa a partir da substituição e redução do uso intensivo de combustíveis fósseis. Para isso, os países envolvidos no Acordo têm investido em fontes de energia renovável, tal como o uso de biomassas (Wiklund, 2017). A reinserção desse recurso natural na matriz energética mundial tem sido acompanhada pela produção crescente de cinzas, principalmente quando aproveitada por processos de combustão. Assim, como forma de reduzir esse passivo ambiental, têm-se buscado alternativas sustentáveis de reaproveitamento desse resíduo e, dentre suas principais aplicações, destaca-se o uso na agricultura.

 

4. CONCLUSÕES

A análise bibliométrica sobre a aplicação de cinzas de biomassas na agricultura, ainda que realizada de forma simples, demonstrou-se como uma importante ferramenta para a identificação das principais tendências sobre o assunto estudado. Esta análise revelou que nos últimos sete anos houve um grande aumento de investigações científicas a respeito da reutilização de cinzas de biomassas na agricultura. Estes trabalhos, além de abordar os efeitos agronômicos das cinzas, também analisaram os seus impactos ambientais e possibilidades de otimização do seu uso. Além disso, a análise bibliométrica também possibilitou identificar os países, instituições e pesquisadores que mais publicaram sobre o tema nos últimos anos, bem como os periódicos com maiores números de publicações.

Portanto, a análise bibliométrica é uma ferramenta valiosa que pode auxiliar na identificação de bons de periódicos para publicação e na busca por pesquisadores, universidades e países para estabelecer parcerias para investigações científicas e tecnológicas.

 

REFERÊNCIAS

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