07 – CLASSIFICAÇÃO DAS CINZAS DERIVADAS DAS BIOMASSAS DE ABACAXI E CACAU – GRANDE OFERTA NO ESTADO DO PARÁ – POTENCIAL USO COMO FERTILIZANTE ALTERNATIVO

Ano 10 (2023) – Número 1 - Agrominerais Artigos

 10.31419/ISSN.2594-942X.v102023i1agromineraisa7RCS

 

 

CLASSIFICATION OF ASH DERIVED FROM PINEAPPLE AND COCOA BIOMASSES – LARGE SUPPLY IN THE STATE OF PARÁ – POTENTIAL USE AS ALTERNATIVE FERTILIZER

 

Raiane C. Sá^*1

Lesley G. S. Santos²

Rômulo S. Angélica²

Simone P. A. Paz^1,2,3

 

¹Faculdade de Engenharia Química, Instituto de Tecnologia (ITEC), Universidade Federal do Pará (UFPA), Belém, Pará, Brasil, raianecsa59@gmail.com^*1

²Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (PRODERNA), ITEC-UFPA, Belém, Pará, Brasil.

³Laboratório de Caracterização Mineral (LCM), Instituto de Geociências, UFPA, Belém, Pará, Brasil.

*Autor correspondente

 

ABSTRACT

The main objective of this work was to evaluate the fertilizing potential of ash derived from pineapple crown (Ananas Comosus) and cocoa pericarp (Theobroma cacao) biomasses, abundant in the state of Pará, through a classification based on chemical composition and acidity type, complemented with a mineralogical characterization and chemical details using XRD, XRF, FTIR, and immediate chemical analysis (moisture, fixed carbon, and ash content). The results revealed that the pineapple crown ash and cocoa pericarp ash have average yields of 6.2 and 8.8 %, respectively, and present favourable chemical composition and acidity for use in soil improvement regarding contribution of nutrients and acidity correction. Both classified as K-type with low acidity. K₂O content ~ 51 and 68 %, respectively. In general, there are considerable amounts of: P, Ca, Mg, and S. Finally, according to a current vision of green logistics, the use of ash in local agricultural production points to a good circular economy option in the Amazon, adding value to a second generation residue and still bringing economic and environmental gains.

Keywords: Biomass ash; ash characterization; alternative fertilizer.

 

1. INTRODUÇÃO

A elevada dependência do Brasil por matérias-primas para fertilizantes, representa uma grande vulnerabilidade para o agronegócio brasileiro. A produção de commodities agrícolas tem se firmado ao longo dos anos como um dos grandes motores da economia brasileira, representando 21% do PIB nacional, além de geração de divisas no comércio exterior. Incrivelmente, as importações de fertilizantes somam cerca de 9 bilhões de dólares por ano, com importação de 80% dos nitrogenados, 55% dos fosfatados e 96-97% dos potássicos (BRASIL MINERAL, 2021).

Segundo BRASIL MINERAL (2022), o Brasil é o 4º maior consumidor mundial de fertilizantes, atrás apenas de China, Índia e Estados Unidos, sendo o nutriente de maior carência nos solos brasileiros o potássio; seu consumo chega a 38%, seguido por fósforo, com 33%, e o nitrogênio, com 29%. Diante disso, a alta dependência de fertilizantes importados (85%), pode ser vista como uma ameaça a competitividade do agronegócio brasileiro e sua posição de liderança no cenário mundial.

Os principais países exportadores de nutrientes para o Brasil são: Rússia, China, Canadá, Marrocos e Belarus. A Rússia responde por 23% do total importado anualmente pelo país, porém, há riscos no comércio em função do conflito entre Rússia e Ucrânia (Alves et al., 2022; Nicas e Spigariol, 2022).

Como uma estratégia do país, o governo federal lançou, em março de 2022, o Plano Nacional de Fertilizantes (PNF), que tem como objetivo principal reduzir a dependência das importações dos insumos que são essenciais para o desenvolvimento da agricultura brasileira até 2050 (Alves et al., 2022). Dessa maneira, tem-se dado um incentivo grande a procura por novas fontes de nutrientes.

Nesse sentido, encontramos estudos indicando o potencial de cinzas de biomassa como fonte de nutrientes para fertilizantes, e algumas delas têm demonstrado quantidade significativa de potássio, fósforo, cálcio e magnésio, além do caráter alcalino essencial para corrigir o pH de solos ácidos (Arruda et al., 2016; Cacuro e Waldman, 2015; Obernberger e Supancic, 2009; Vassilev et al., 2010).

A biomassa é considerada qualquer tipo de material orgânico originado de um processo biológico, sendo classificada como animal ou vegetal (Pereira e Seye, 2017). Para o tipo vegetal de interesse no presente trabalho, a composição da biomassa varia em função de fatores como localização geográfica, clima, tipo de solo e parte da planta (Macedo, 2012).

Estes resíduos de primeira geração, além de possuírem capacidade energética, possuem em seus resíduos de segunda geração, as cinzas, uma quantidade em potencial de minerais contendo nutrientes como potássio, cálcio, fósforo, magnésio, entre outros nutrientes importantes para a agricultura (Gomes, 2019).

As cinzas vegetais são os resíduos inorgânicos que resultam da combustão da biomassa e são compostas pelas fases inorgânicas originais e recém-formadas, geradas a partir dos componentes inorgânicos, orgânicos e fluidos da biomassa (Vassilev et al., 2010). Dentre as principais vantagens da utilização das cinzas no solo, estão: mudança na textura, ajuste do pH e o aumento da capacidade de retenção de água (Cacuro e Waldman, 2015). Dessa maneira, por meio de algumas tecnologias e métodos, as cinzas de biomassa passam a ser um recurso útil (Tan e Lagerkvist, 2011).

Nesse cenário, temos a região amazônica que apresenta uma grande diversidade de fontes renováveis naturais, principalmente resíduos de biomassas vegetais oriundos do beneficiamento de agroindústrias, como, coroa de abacaxi e pericarpo de cacau (Nascimento, 2012).

A produção de abacaxi tem sua origem na bacia amazônica, sendo o Brasil o local onde a fruta foi domesticada pela primeira vez. O estado do Pará destaca-se como o maior produtor nacional, sendo os principais munícipios produtores: Floresta do Araguaia e Conceição do Araguaia, no sudeste paraense; e Salvaterra, na ilha do Marajó. O Pará tem sido responsável pela colheita de 68,20 % da produção regional e com o aumento da área de plantio em 77%, teve um crescimento produtivo significativo entre 2012 a 2018, que foi de 35% (CONAB, 2020; Hossain, 2016; Prado, 2020; Silva, 2020).

A produção de cacau tem origem em regiões de florestas pluviais tropicais, sendo típica da região amazônica. Além disso, a produção brasileira é a sétima maior do mundo e segundo o Levantamento Sistemático de Produção Agrícola (LSPA) de 2022, o estado do Pará detém a maior produção de cacau do país, com 50,68%, e destaque para os municípios de Medicilândia, Uruará, Anapu, Brasil Novo, Placas, Altamira e Vitória do Xingu. A colheita de 2022 rendeu cerca de 233 mil toneladas de amêndoas secas (CONAB, 2019; Pinho, 2022).

Nesse contexto, o presente trabalho objetivou classificar as cinzas derivadas das biomassas de coroa de abacaxi (Ananas Comosus) e do pericarpo de cacau (Theobroma cacao), visando aproveitá-las como fonte alternativa de fertilizante e uma proposta de zero resíduos para a agroindústria amazônica, ou seja, a co-produção de energia (usando resíduo de primeira geração: biomassa) e a co-produção de fertilizante (usando resíduo de segunda geração: cinza).

 

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. MATERIAIS

Os resíduos de biomassa utilizados neste trabalho foram: coroa de abacaxi e pericarpo de cacau. As nomenclaturas adotadas nesse trabalho, assim como, as espécies e as procedências estão apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1 – Identificação, espécie e procedência das biomassas.

Biomassa	Sigla	Espécie	Procedência
Coroa de Abacaxi	CDA	Ananas Comosus	Salvaterra – PA
Pericarpo de Cacau	PDC	Theobroma cacao	Bujaru – PA

 

2.2. MÉTODOS

2.2.1. Preparação das amostras

As biomassas foram inicialmente cortadas (manualmente) e depois passaram por dois estágios de secagem: (1º) foi à temperatura ambiente por 48 horas e (2º) foi em estufa a 60 ºC por 48 horas. Após trituração, em triturador elétrico de 550 W, foram homogeneizadas e divididas em partes iguais pelo método da pilha alongada com retomada das pontas. As alíquotas destinadas à análise química imediata (AQI) foram maceradas e classificadas por peneiramento para obtenção do material com tamanho de partículas na faixa de 0,500-0,250 mm. As alíquotas destinadas a análise mineralógica (DRX), química elementar (FRX) e infravermelho (FTIR) foram submetidas à pulverização em um moinho planetário Pulverisette 7 Fritsh, sob rotação de 500 rpm com o tempo de 10 minutos e 1 repetição. Finalmente, foram separadas alíquotas desse material para a produção de carvão (carbonização parcial em forno metálico semi-aberto por um período de 4 horas) e para a produção de cinzas (carbonização total em forno mufla a 800°C por 1 hora) (Fig. 1).

 

A Tabela 2 resume as análises realizadas nos materiais: CDA-B e PDC-B (biomassas), CDA-C e PDC-C (carvões), CDA-Cz e PDC-Cz (cinzas).

Tabela 2 – Técnicas de caracterização dos materiais.

Material	Biomassa	Carvão	Cinza
Análises	AQI, DRX, FTIR	DRX, FTIR	DRX, FRX, FTIR

 

2.2.2. Análises

Análise química imediata (AQI)

As medidas foram realizadas em triplicata nas amostras CDA-B e PDC-B, obtendo-se o teor de umidade, materiais voláteis, cinzas e carbono fixo, de acordo com a norma ASTM D1762-84 (ASTM, 2021).

Primeiramente, os cadinhos de porcelana foram calcinados a 750 ºC por 10 minutos em forno mufla. Para determinar o teor de umidade, utilizou-se 1 g de amostra previamente secas a 105 °C em estufa por 2 horas. Para o teor de materiais voláteis, estas amostras foram submetidas a 950 ºC em diferentes posições e tempos no forno mufla, a saber: com mufla aberta por 2 minutos, na borda por 3 minutos e no interior por 6 minutos. Todo o procedimento foi realizado em cadinho de porcelana fechado. Já para determinação do teor de cinzas, as amostras da etapa descrita anteriormente, foram submetidas a 750 °C em forno mufla por 6 horas, porém com cadinho aberto. Entre cada procedimento houve o resfriamento por 1 h e foram tomadas as massas das amostras e o teor de cada componente, incluindo o teor de carbono fixo que foi calculado, considerando o todo e subtraindo da soma dos teores materiais voláteis e cinzas, de acordo com as seguintes Equações (1-4):

Teor de umidade (T_U):

%T_U=[(A-B)/A]x100% (1)

Teor de materiais voláteis (T_MV):

%T_MV=[B-C/B]x100% (2)

Teor de cinzas (T_CZ):

%T_CZ=(D/B)x100% (3)

Teor de carbono fixo (T_CF):

%T_CF=100%-(T_CF% + T_CZ%) (4)

 

Onde,

A: é a massa da amostra seca ao ar;

B: é a massa da amostra seca a 105 ºC;

C: é massa da amostra livre de umidade aquecida a 950 °C;

D: é o resíduo da amostra após 750 ºC.

 

Difratometria de raios X (DRX)

A caracterização mineralógica foi realizada para as amostras nas três formas, tais como:

CDA-B, PDC-B, CDA-C, PDC-C, CDA-Cz e PDC-Cz. As análises foram realizadas pelo método do pó por Difratometria de Raios-X (DRX), utilizando-se um difratômetro de raios X modelo Empyrean da Malvern PANalytical com tubos de raios-X cerâmico e ânodo de Co (Kα1= 1,789010 Å) e filtro Kβ de Fe. As condições instrumentais utilizadas foram: voltagem de 40 kV, corrente de 35mA, varredura de 3,0063° a 100,0000° em 2θ, tamanho do passo 0,0065652° em 2θ, tempo/passo de 20,400 s, fenda divergente 1/4 °rad e anti-espalhamento 1/2 °rad, máscara 15 mm. As amostras foram montadas com o suporte do tipo backloading. A aquisição de dados foi feita com o software X’Pert Data Collector e o tratamento dos dados com o software X´Pert HighScore, ambos da PANalytical.

 

Espectrometria de fluorescência de raios X (FRX)

A determinação da composição química das amostras CDA-Cz e PDC-Cz foram realizadas por Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (FRX), utilizando espectrômetro WDS sequencial, modelo Axios Minerals da marca PANalytical com tubo de raios-X cerâmico, anodo de ródio (Rh) e máximo nível de potência 2,4 KW. As aquisições e tratamento dos dados foram realizados através do software SuperQ Manager da PANalytical.

As amostras foram preparadas em forma de disco fundido em cadinho de platina com a mistura de 1 g de amostra + 6 g de tetraborato de lítio (Li₂B₄O₇) em máquina de fusão Claisse, modelo Le NeoFluxer, a 1065ºC por 23 minutos. A análise foi realizada por meio do software SuperQ Manager da PANalytical, aplicação quantitativa Standardless-Omnian. A medida de perda ao fogo (P.F.) foi realizada por queima a 1000 °C por 1 h, em forno mufla.

 

Espectrometria de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)

Os espectros de absorção de infravermelho foram realizados nas amostras CDA-B, PDC-B, CDA-C, PDC-C, CDA-Cz e PDC-Cz, utilizando-se um espectrômetro da marca Thermo, modelo Nicolet iS50FT-IR pela análise de transmissão, na região espectral Middle-IR (4000-400 cm^-1), a 100 scans e resolução de 8 cm^-1. A aquisição dos dados foi realizada com o auxílio do software OMNIC. As amostras foram secas a 105 °C em estufa por 24 horas como pré-tratamento. Para obtenção das medidas foram preparadas pastilhas prensadas a partir da mistura de 1 mg de amostra para 150 mg de brometo de potássio (KBr).

 

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Caracterização das biomassas

Na Tabela 3 são apresentados os resultados da análise química imediata (valor médio e desvio padrão). Para os teores de umidade, CDA-B e PDC-B apresentaram valores semelhantes (~11%) e próximos a níveis desejáveis, já que, valores de umidade ≤ 10% são considerados ideais para utilização em caldeiras, pois altos níveis implicam em menor valor de aquecimento (Garcia et al., 2012). Para que o teor de umidade esteja dentro do limite estabelecido por Garcia et al. (2012), sugere-se um estudo de pré-secagem, o qual adequaria as biomassas quanto ao teor de umidade máximo requerido (10 %).

A amostra CDA-B, apresentou maior teor de material volátil com valor médio de 71,9 %, por consequência, haverá o aumento da facilidade de ignição da biomassa, o que requer atenção e cuidado no seu armazenamento (Correa et al., 2016). Com relação ao teor de carbono fixo, a amostra de PDC-B apresentou maior valor (25,7%), indicando maior elevação do poder calorífico neste material (Correa et al., 2016). Além disso, maiores teores de lignina, componente químico estrutural mais estável do resíduo, apresentam maiores teores de carbono fixo e menores teores de materiais voláteis (Protásio et al., 2019). A amostra PDC-B também apresentou maior teor de cinzas, com valor médio de 8,8%.

Tabela 3 – Composição química imediata das biomassas (% massa).

Biomassas	Amostras	Umidade	Material Volátil	Carbono Fixo	Cinzas
CDA-B	I II III Média e SD	11,3 11,1 11,0 11,1±0,1	71,3 71,9 72,8 71,9±0,7	22,2 22,1 21,0 22,1±0,7	6,5 6,0 6,2 6,2±0,2
PDC-B	I II III Média e SD	10,8 10,9 11,0 10,9±0,1	66,9 63,8 65,4 65,4±1,5	25,7 25,3 25,8 25,7±0,2	7,4 10,8 8,8 8,8±1,7

Nota: (SD) desvio padrão.

 

Baseado em Vassilev et al. (2010) e Gomes (2019), tem-se na Fig. 2, o diagrama triangular da composição média para classificação dos tipos de biomassas. Para CDA-B e PDC-B, constatou-se uma grande quantidade de material volátil entre 70 a 80 %, de carbono fixo entre 5 a 30 % e baixa quantidade de cinzas variando entre 1 e 9 % em sua composição.

 

Na Fig. 3, tem-se os dois padrões difratométricos de raios X típicos de biomassas vegetais, protuberância e picos alargados, características de materiais lignocelulósicos, que são semicristalinos. As duas biomassas exibiram os picos esperados para a fase celulose: pico acentuado a 2θ = 25,4° (KαCo), atribuído ao plano (200) da chamada celulose cristalina e, em 2θ = 16,3° e 2θ = 17,2° (KαCo), atribuídos aos planos (1-10) e (110), respectivamente, referentes a chamada celulose amorfa (Cao e Tan, 2004; Klemm et al., 2005; Besbes et al., 2011). A fase lignina não apresenta picos pelo fato de ser amorfa (Poletto et al., 2012).

 

Os espectros FTIR das biomassas na (Fig. 4) mostram sinais da presença dos grupos químicos presentes nas amostras CDA-B e PDC-B. Os espectros do infravermelho apresentam regiões ricas em informações que variam entre 3600 a 2800 cm^-1 e 1800 a 500 cm^-1 nas duas amostras. As bandas das biomassas compreendidas entre 3600 e 3000 cm^-1 são atribuídas ao estiramento do grupo hidroxila (OH) típico da molécula de celulose. Observa-se ainda, uma banda larga em 3406 cm^-1, que representa vibrações de estiramento O-H e dobramento dos grupos OH de celulose, sendo estes os principais grupos ativos da biomassa. Nas regiões 2936 e 2854 cm^-1 é possível verificar a presença de duas bandas pouco intensas e estreitas relacionadas ao estiramento assimétrico e simétrico do metil (C-O) e metileno, esse estiramento está presente principalmente na lignina (Wang e Hu, 2016; Xu et al., 2013).

Em 1740 cm-¹ é atribuída ao grupo carbonila não conjugado das hemiceluloses. Em 1626 cm^-1 é possível observar o estiramento C=O de carbonila presente em grupos cetona, aldeído e éster proveniente de traços de hemicelulose. A celulose pode ser identificada pelo estiramento assimétrico C-O e/ou C-O-C na banda de 1387 cm^-1. Na banda em 1255 cm^-1 é associada a vibração da ligação C-O em anéis aromáticos. A banda em 1167 cm^-1 é relacionada ao estiramento assimétrico de ligações C-O na celulose e hemicelulose. Na banda em 1114 cm^-1 é associada ao grupo hidroxila, sendo relacionada ao componente C-OH na lignina. A banda observada em 1061 cm^-1 é relacionada ao estiramento e deformação da ligação C-O de grupos álcoois, que apresenta maior intensidade na celulose e hemicelulose (Xu et al., 2013; Yang et al., 2007). Finalmente na região de 675 cm^-1 para as duas amostras, é evidenciada a vibração de torção de =CH (Vasquez, 2017).

 

3.2. Caracterização dos carvões

Os difratogramas de raio X dos carvões na (Fig. 5) mostram padrões para as amostras CDA-C e PDC-C. Observa-se a conversão parcial do material lignocelulósico em uma estrutura chamada turbostrática, a qual indica um estado intermediário entre o amorfo e cristalino, decorrente da transformação por pirólise. Os difratogramas são semelhantes entre si e apresentam um pico largo e assimétrico em torno de 25,5° em 2θ KαCo, referente à estrutura de carbono turbostrático, ou seja, microcristalitos tipo grafite, representados por picos bem alargados correspondendo a reflexões tridimensionais (00l) com l par e bidimensionais (hk) (Li, et al., 2007; Schettino et al., 2007). Além disso, a amostra CDA-C apresentou a fase silvita (KCl). Devido a oferta de K e a elevada solubilidade, do ponto de vista agronômico, a silvita é considerada um fertlizante potássico e por isso é classificada no grupo dos agrominerais (Polito, 2006).

 

 

Os espectros FTIR dos carvões na (Fig. 6) apresentaram informações entre a região 1600-1000 cm^-1 para as amostras CDA-C e PDC-C. Com o processo de carbonização, ocorreu a formação de ligações de carbono, principalmente do grupo C=C do composto aromático na banda de 1616 cm^-1 e na barda 1116 cm^-1 são carbonos do anel de piranose na celulose (Ascough et al., 2011).

 

 

3.3. Caracterização das cinzas

As amostras CDA-Cz e PDC-Cz, conhecidas como cinzas, são formadas por componentes inorgânicos, mineralizados e amorfos, considerando que a combustão foi completa. A Fig. 7, apresenta os difratogramas das amostras com os respectivos minerais (análogos sintéticos) identificados e considerados fornecedores de nutrientes para as plantas, tais como: silvita (KCl), arcanita (K₂SO₄), cloroapatita [Ca₅Cl(PO₄)₃], langbeinita [K₂Mg₂(SO₄)₃], larnita [Ca₂(SiO₄)] e zeólita (K₂Al₂Si₃O₁₀.KCl).  Somado a isso, as cinzas também apresentaram um alto teor alcalino, devido a presença dos minerais (análogos sintéticos): periclásio (MgO) e calcita (CaCO3), esse utilizado como corretor de acidez nos solos (Darolt; Osaki, 1991; Vassilev et al., 2010). Novamente o destaque agronômico se volta para o macronutriente K presente nos minerais arcanita e langbeinita por serem considerados fertilizantes potássicos altamente solúveis, e, por se encontrarem em baixas concentrações em solos tropicais, passam a potencializar as cinzas como um fertilizante alternativo (Santos et al., 2016).

Segundo Vassilev et al. (2013a), os silicatos e óxidos correspondem, possivelmente, a componentes de solo que podem ser incorporados à biomassa durante processo de manuseio e estocagem, enquanto cloretos, carbonatos e sulfatos constituem fases autigênicas formadas durante o processo termoquímico da biomassa, pois eles são instáveis sob condições intempéricas e, assim, pouco comuns em solos.

 

A análise química (Tabela 4) das cinzas monstrou a predominância do potássio (K), um macronutriente essencial para plantas em muitos processos fisiológicos, metabólicos e na manutenção do balanço hídrico (Amtmann e Rubio, 2012; Reetz, 2017). O fósforo (P), com 5,8% (P₂O₅) na amostra CDA-Cz, é um macronutriente crucial no metabolismo das plantas, desempenhando papel importante na transferência de energia da célula, na respiração e na fotossíntese (Grant et al, 2001).

Em seguida, o cálcio (Ca), com 15,1% (CaO) na amostra PDC-Cz, desempenha um papel fundamental na estrutura da parede celular e na integridade da membrana, participa de processos enzimáticos e hormonais e atua nos processos de absorção de outros nutrientes nas plantas (IPNI, 2016).

O magnésio (Mg), com 5,7% (MgO) na amostra CDA-Cz, é essencial para o desenvolvimento das plantas, desempenhando importantes funções no metabolismo vegetal, como a atividade fotossintética e mecanismos de defesa em condições de estresse abiótico (Castro et al., 2020).

Segundo Quirantes et al. (2016), a alta alcalinidade das cinzas de biomassa e sua capacidade de neutralizar a acidez do solo se deve principalmente à presença desses metais alcalinos (K) e elementos alcalino-terrosos (Ca e Mg) na forma de óxidos, hidróxidos e carbonatos altamente solúveis.

O cloro (Cl) apareceu em maior concentração na amostra CDA-Cz (8,2%), sendo considerado um micronutriente essencial devido possui grande solubilidade na planta, atua na regulação osmótica, na transpiração e no movimento de nutrientes com cargas positivas (cátions) dentro e fora das células das plantas (Mendes et al., 2021).

O silício (Si), com 8,1% (SiO₂) na amostra CDA-Cz, é um elemento benéfico e útil, sendo eficiente tanto na melhoria de aspectos relacionados à morfologia e estruturação, quanto ao longo do ciclo de desenvolvimento das plantas (Menegale, et al., 2015). Ademais, o enxofre (S) tem papel fundamental em processos metabólicos e na produção de proteínas (Sfredo e Lantmann, 2007).

Tabela 4 – Composição química das cinzas.

Amostras	constituintes (%)
	K2O	P2O5	CaO	MgO	SiO2	Fe2O3	Na2O	Al2O3	SO3	MnO	ZrO2	Cl
CDA-Cz	51,0	7,1	10,3	7,0	9,9	0,3	1,0	0,4	2,7	0,2	–	10,1
PDC-Cz	67,7	6,6	10,1	8,3	2,3	–	0,3	1,0	3,3	–	0,1	0,3

Nota: – abaixo do limite de detecção.

 

Baseado em Vassilev et al. (2010) e Gomes (2019), utilizou-se o diagrama triangular para a classificação das cinzas. A grande quantidade de potássio nas amostras de CDA-Cz e PDC-Cz resultou na classificação destas como cinzas tipo K de baixa acidez (Fig. 8).

 

Os espectros FTIR das cinzas na (Fig. 9) apresentaram informações que se concentram entre 1700 e 500 cm^-1 para as amostras CDA-Cz e PDC-Cz. Com o processo de combustão do carvão, houve a destruição das ligações simples e duplas de carbono fixo, restando somente às ligações pertencentes aos componentes inorgânicos dos resíduos de segunda geração.  As bandas nas posições de 1458 cm^-1 e 867 cm^-1 são referentes a estiramento anti-assimétrico e deformação angular fora do plano, respectivamente, de polimorfos de cálcio (Bessler e Rodrigues, 2008; Cerqueira e Texeira, 2009). A banda representada pela absorção localizada em 1055 cm^-1, refere-se ao estiramento da ligação SiO₂. A banda de absorção localizada em 545 cm^-1, possivelmente pertencente a ligações de cálcio (Souto, 2009).

 

CONCLUSÃO

A presente pesquisa evidenciou que a geração de cinzas derivadas de biomassas de coroa de abacaxi e pericarpo de cacau, apresentam rendimento médio de 6,2 e 8,8 (% massa), respectivamente; e apresentam composição química e acidez favoráveis para uso no melhoramento de solos quanto ao aporte de nutrientes e correção da acidez. Ambas foram classificadas como do tipo K com baixa acidez, e composição com teores de K₂O de 51,0 e 67,7, respectivamente. De forma geral, tem-se consideráveis quantidades também de P, Ca, Mg, e S.

Por fim, segundo uma visão atual de logística verde, a utilização de cinzas na produção agrícola local aponta uma boa opção de economia circular na Amazônia, agregando valor a um resíduo de segunda geração e ainda trazendo ganhos econômicos e ambientais.

 

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq pelo auxílio financeiro por meio das bolsas de: Iniciação Cientifica (1º autor), Doutorado (2º autor) e Produtividade (3º autor); e por meio do Projeto Universal Nº 18/2021 (Processo: 407067/2021-3). Agradecemos ainda, a amiga Joana Gabriela Baena Pereira pelo fornecimento das biomassas.

 

REFERÊNCIAS

Amtmann, A.; Rubio, F. Potassium in plants. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0023737.

Arruda, J. A. et al. 2016. Uso da cinza de biomassa na agricultura: efeitos sobre atributos do solo e resposta das culturas. Revista Principia – Divulgação Científica e Tecnológica do IFPB, v. 1, n. 30, p. 18. DOI: https://doi.org/10.18265/1517-03062015v1n30p18-30.

Ascough, P.L., et al. 2011. Variability in oxidative degradation of charcoal: Influence of production conditions and environmental exposure. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 75, p. 2361-2378. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.02.002.

ASTM D1762. 2021. Standard Test Method for Chemical Analysis of Wood Charcoal, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2021.

Besbes I. et al. 2011. Nanofibrillated cellulose from TEMPO oxidized eucalyptus fibres: Effect of the carboxyl content. Carbohydrate Polymers, v. 84, n. 3, p. 975-983. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.12.052.

Bessler, K. E.; Rodrigues, L. C. 2008. Os polimorfos de carbonato de cálcio: uma
síntese fácil de aragonita. Química Nova, [s.l.], v. 31, n. 1, p. 178-180. DOI: https://doi.org/10.1590/S0100-40422008000100032.

BRASIL MINERAL. 2021. Chegou a vez dos fertilizantes? Revista Brasil Mineral. São Paulo, ano 37, n. 414, p. 1-70. Disponível em: https://www.brasilmineral.com.br/revista/414/. Acesso em: 22 jul. 2022.

BRASIL MINERAL. 2022. Fertilizantes uma dependência que incomoda. Revista Brasil Mineral. São Paulo, SP, ano 39, n. 419, p. 1-57. Disponível em: https://www.brasilmineral.com.br/revista/419/. Acesso em: 22 jul. 2022.

Cacuro, T. A.; Waldman, W. R. 2015. Cinzas da Queima de Biomassa: Aplicações e Potencialidades. Revista Virtual de Química. Sorocaba-SP, v. 7, n. 6, p. 2154-2165.

Cao Y.; Tan H. 2004. Structural characterization of cellulose with enzymatic treatment. Journal of Molecular Structure, v. 705, n. 1, p .189-193. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2004.07.010.

Castro, C. et al. 2020. Magnésio: Manejo para o equilíbrio nutricional da soja. Londrina, Embrapa Soja (ISSN 2176-2937), n. 430, 54 p.

Cerqueira, W. V.; Teixeira, A. M. R. F. 2009. Avaliação da formação de polimorfos de carbonato de cálcio por termogravimetria e por espectroscopia do Infravermelho. In: Reunião Anual Sociedade Brasileira de Química, São Paulo, 32.

CONAB. 2020. A participação do abacaxi no desenvolvimento econômico nas regiões produtoras. Disponível em: https://www.conab.gov.br/institucional/publicacoes/compendio-de-estudos-da conab/item/download/30706_fec8df8c31ba1fa1fd923e1c0b86baee#. Acesso em: 04 ago. 2021.

Correa, G. C. et al. 2016. Caracterização e combustão da casca do cacau. In: do Congresso Brasileiro de Engenharia Química. Campinas, Galoá. Disponível em: https://proceedings.science/cobeq/cobeq-2016/papers/caracterizacao-e-combustao-da-casca-do-cacau. Acesso em: 21 jul. 2022.

Darolt, M. R.; Osaki. F. 1991. Efeito da cinza de caeira de cal sobre a produção da aveia preta, no comportamento de alguns nutrientes. In: Calagem & Adubação. Campinas, SP, Instituto Brasileiro de Ensino Agrícola, 33 p.

Garcia, R. et al. 2012. Characterization of Spanish biomass wastes for energy use. Bioresource Technology. Oviedo, v. 103, n. 1, p. 249-258. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.10.004.

Gomes, H. F. P. 2019. Investigação do potencial tecnológico de cinzas de biomassas amazônicas para finalidades agronômicas. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia de Materiais), Faculdade de Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 80 p.

Grant, C. A. et al. 2001. A importância do fósforo no desenvolvimento inicial da planta. Informações agronômicas, Piracicaba, n. 95, p. 1-5.

Hossain, F. 2016. World pineapple production: an overview. African Journal of Food, Agriculture, Nutrition and Development. Bangladesh, v. 16, n. 4, p. 11443-11456. DOI: 10.18697/ajfand.76.15620.

IPNI. 2016. Cálcio. Informações agronômicas sobre nutrientes para as plantas. São Paulo, n. 5. Disponível em: https://www.npct.com.br/publication/nutrifactsbrasil.nsf/book /NUTRIFACTS-BRASIL-5/$FILE/NutriFacts-BRASIL-5.pdf. Acesso em: 27 jul. 2022.

Klemm, Dieter et al. 2005. Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material. Angewandte Chemie International Edition, v. 44, n. 22, p. 3358-3393. DOI: https://doi.org/10.1002/anie.200460587.

Li, Z. Q. et al. 2007. Padrões de difração de grafite e carbono turbostrático. Carbon 2007; 45: 1686-95. Elsevier BV. DOI: 10.1016/j.carbon.2007.03.038.

Macedo, L. A. 2012. Influência da composição da biomassa no rendimento em condensáveis do processo de torrefação. Dissertação de Mestrado em Ciências Florestais. Universidade de Brasília, Brasília, 49 p.

Mendes, A. S. S. P. et al. 2021. Cloro – qual a importância para as plantas. Revista Campo e Negócio. Disponível em: https://revistacampoenegocios.com.br/cloro-qual-a-importancia-para-asplantas/. Acesso em: 07 ago. 2021.

Menegale, M. L. C. 2015. Silício: interação com o sistema solo-planta. Journal of AgronomicSciences, Umuarama, v.4, n. especial, p.435-454.

Nascimento, V. F. 2012. Caracterização de biomassas amazônicas: ouriço de castanha-do-brasil, ouriço de sapucaia e caroço do fruto do tucumã: visando sua utilização em processos de termoconversão. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Processos), Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, SP, 128 p.

Nicas, J.; Spigariol, A. 2022. Good News for Food, Bad News for War: Brazil Buys Russian Fertilizer. The New York Times. Disponível em: https://www.nytimes.com/2022/05/08/world/ americas/brazil-russian-fertilizer-sanctions.html. Acesso em: 21 de nov.2022.

Obernberger, I.; Supancic, K. 2009. Possibilities of ash utilisation from biomass combustion plants. In: Proceedings of the European Biomass Conference & Exhibition, Hamburg, ETA- Renewable Energies (Ed.), Italy.

Pereira, T. V.; Seye, O. 2017. Caracterização física térmica de biomassa local. In: 8° ENEPEX -Encontro de ensino, pesquisa e extensão. Dourados, MS. Disponível em: http://eventos.ufgd.edu.br/enepex/anais /arquivos/393.pdf. Acesso em: 24 abr. 2021.

Pinho, F. G. 2022. Região do Pará, no coração da Amazônia, lidera produção nacional de cacau. Disponível em: https://www1.folha.uol.com.br/comida/2022/07/regiao-do-para-no-coracao-da-amazonia-lidera-producao-nacional-de-cacau.shtml. Acesso em: 22 jul. 2022.

Poletto, Matheus et al. 2012. Thermal decomposition of wood: Influence of wood components and cellulose crystallite size. Bioresource Technology, [s.l.], v. 109, p.148-153. Elsevier BV. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.11.122.

Polito, W. L. 2006.The Trofobiose Theory and organic agriculture: the active mobilization of nutrients and the use of rock powder as a tool for sustainability. Anais da Academia Brasileira de Ciências.  v. 78, p.765-779.

Prado, K. C. A. et al. 2020. Gestão e uso de cinzas vegetais provenientes da queima de bagaço de cana-de-açúcar em caldeiras. Revista Sapiência. [S. l.], v.9, n.3, p.315-328.

Protásio, T. P. et al. 2019. Assessing proximate composition, extractive concentration, and lignin quality to determine appropriate parameters for selection of superior Eucalyptus firewood. BioEnergy Research, [s. l.], v. 12, p. 626-641. DOI: https://doi.org/10.1007/s12155-019-10004-x.

Quirantes, M.; Calvo, F.; Romero, E.; Nogales, R., 2016. Soil-nutrient availability affected
by different biomass-ash applications. J. Soil Sci. Plant Nutr. 16, 159–163. DOI: https://
doi.org/10.4067/S0718-95162016005000012.

Reetz, H. F. 2017. Fertilizantes e o seu uso eficiente. São Paulo: Anda, p. 178. Disponível em: https://www.ufla.br/dcom/wp-content/uploads/2018/03/Fertilizantes-e-seu-uso-eficiente -WEB-Word-Ouubro-2017x-1.pdf. Acesso em: 22 jul. 2022.

Santos, W. O.; Mattiello, E.M.; Vergutz, L.; Costa, R.F. 2016. Production and evaluation of potassium fertilizers from silicate rock. J. Plant Nutr. Soil Sci. v. 179, p. 547–556. DOI: 10.1002/jpln.201500484.

Schettino J.; Miguel A. et al. 2007. Preparação e caracterização de carvão ativado quimicamente a partir da casca de arroz. Química Nova, [s.l.], v. 30, n. 7, p.1663-1668.

Sfredo, G. J.; Lantmann, A. F. 2007. Enxofre nutriente necessário para maiores rendimentos da soja. Circular Técnica, Londrina, n. 53.

Silva. J. U. B. 2020. Panorama agrícola do estado do Pará: Abacaxi. Disponível emhttp://www.sedap.pa.gov.br/sites/default/files/arquivos_dados_agropecuarios/PANORAMA%20AGRÍCOLA%20DO%20PARÁ%20-%20ABACAXI%20-%202020.pdf Acesso em: 23 out. 2022.

Tan, Z.; Lagerkvist, A. 2011. Phosphorusrecoveryfrom the biomass ash: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Lulea, v.15, n. 8, p. 3588-3602. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.05.016.

Vasquez, Z. S. 2017. Valorização de cascas do fruto de cacau: obtenção de hidrolisado do pré-tratamento químico e enzimático para a produção de ácido propiônico. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Bioprocessos), Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 108 p.

Vassilev, S. V.; Baxter, D.; Andersen, L.K.; Vassileva, C.G. 2010. An overview of the chemical composition of biomass. Fuel, [s.l.], v. 89, n. 5, p.913-933. Elsevier BV. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.10.022.

Vassilev, S. V.; Baxter, D.; Andersen, L.K.; Vassileva, C.G. 2013a. An overview of the composition and application of biomass ash. Part 1. Phase-mineral and chemical composition and classification. Fuel, 105, 40–76. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.09.041.

Vassilev, S. V.; Baxter, D.; V., C. G. 2014. An overview of the behaviour of biomass during combustion: Part II. Ash fusion and ash formation mechanisms of biomass types. Fuel, [s.l.], v. 117, p.152-183. Elsevier BV. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.024.

Wang, J.; Hu, Y. 2016. Novel particleboard composites made from coir fiber and waste banana stem fiber. Waste and Biomass Valorization, Inglaterra, v. 7, n. 6, p. 1–12. DOI: https://doi.org/10.1007/s12649-016-9523-3.

Xu, F. et al. 2013. Qualitative and quantitative analysis of lignocellulosic biomass using infrared techniques: A mini-review. Applied Energy, v. 104, p. 801–809. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.12.019.

Yang, H. et al. 2007. Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis. Fuel, v. 86, p. 1781–1788. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.12.013.

 

 

 10.31419/ISSN.2594-942X.v102023i1agromineraisa7RCS