Combustível de madeira

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Combustível de madeira (ou lenha ) é um combustível, como lenha , carvão , batatas fritas , folhas, pellets e serragem . A forma particular usada depende de fatores como fonte, quantidade, qualidade e aplicação. Em muitas áreas, a madeira é a forma mais facilmente disponível de combustível, não exigindo ferramentas no caso de pegar madeira morta ou poucas ferramentas, embora como em qualquer indústria, ferramentas especializadas, como skidders e divisores hidráulicos de madeira, tenham sido desenvolvidas para mecanizar a produção. Serraria resíduos e indústria da construção subprodutostambém incluem várias formas de rejeitos de madeira. A descoberta de como fazer fogo com a finalidade de queimar madeira é considerada um dos avanços mais importantes da humanidade. O uso da madeira como fonte de combustível para o aquecimento é muito mais antigo que a civilização e é assumido como tendo sido usado pelos neandertais . Hoje, a queima de madeira é o maior uso de energia derivada de uma biomassa de combustível sólido . O combustível de madeira pode ser usado para cozinhar e aquecer e , ocasionalmente, para abastecer motores a vapor e turbinas a vapor que geram eletricidade . A madeira pode ser usada dentro de casa em um forno,fogão , ou lareira , ou ao ar livre no forno, fogueira ou fogueira .

Em estruturas permanentes e em cavernas, lareiras foram construídos ou estabelecidas-superfícies de pedra ou outro material incombustível em que um incêndio pode ser construído. Fumaça escapou por um buraco de fumaça no telhado.

Em contraste com civilizações em regiões relativamente áridas (como a Mesopotâmia e o Egito), os gregos, romanos, celtas, bretões e gauleses tinham acesso a florestas adequadas para uso como combustível. Ao longo dos séculos, houve um desmatamento parcial das florestas do clímax e a evolução do restante para lidar com a floresta de padrões como a principal fonte de combustível de madeira. Essas florestas envolviam um ciclo contínuo de novas hastes colhidas de tocos velhos, em rotações entre sete e trinta anos. Um dos primeiros livros impressos sobre manejo florestal, em inglês, foi John Evelyn"Sylva, ou um discurso sobre as árvores da floresta" (1664), aconselhando os proprietários de terras sobre o manejo adequado das propriedades florestais. HL Edlin, em "Woodland Crafts in Britain", 1949, descreve as técnicas extraordinárias empregadas e a gama de produtos de madeira que foram produzidos a partir dessas florestas manejadas desde a época pré-romana. E durante todo esse tempo, a forma preferida de combustível de madeira eram os galhos de caules cortados em troncos agrupados em feixes . Caules maiores, curvados ou deformados, que não tinham outro uso para os artesãos da floresta, foram convertidos ao final da Segunda Guerra Mundial. Desde então, muitas dessas florestas foram convertidas em agricultura de larga escala. A demanda total por combustível aumentou consideravelmente com a revolução industrial, mas a maior parte desse aumento foi atendida pela nova fonte de combustívelcarvão , que era mais compacto e mais adequado à escala maior das novas indústrias.

Durante o período Edo do Japão, a madeira foi usada para muitos propósitos, e o consumo de madeira levou o Japão a desenvolver uma política de manejo florestal durante aquela época. A demanda por recursos madeireiros estava em ascensão não apenas para combustível, mas também para a construção de navios e edifícios, e consequentemente o desmatamento era generalizado. Como resultado, ocorreram incêndios florestais, juntamente com enchentes e erosão do solo. Por volta de 1666, o shōgun estabeleceu uma política para reduzir a extração de madeira e aumentar o plantio de árvores. Esta política decretou que apenas o shōgun, ou um daimyō , poderia autorizar o uso da madeira. No século XVIII, o Japão desenvolveu um conhecimento científico detalhado sobre silvicultura e plantação florestal.

Lareiras e fogões 

O desenvolvimento da chaminé e da lareira permitiu uma exaustão mais eficaz da fumaça. Aquecedores ou fogões de alvenaria deram um passo adiante, capturando grande parte do calor do fogo e do escapamento em uma grande massa térmica, tornando-se muito mais eficientes do que uma lareira sozinha.

O fogão de metal era um desenvolvimento tecnológico concomitante à revolução industrial . Os fogões eram fabricados ou construídos equipamentos que continham o fogo em todos os lados e forneciam um meio de controlar a corrente de ar - a quantidade de ar permitida para chegar ao fogo. Fogões foram feitos de uma variedade de materiais. O ferro fundido está entre os mais comuns. Soapstone ( talco ), telha e aço foram todos utilizados. Os fogões de metal são frequentemente revestidos com materiais refratários, como tijolos refratários , uma vez que a parte mais quente de um fogão a lenha queimará o aço ao longo de vários anos de uso.

O fogão Franklin foi desenvolvido nos Estados Unidos por Benjamin Franklin . Mais uma lareira fabricada do que um fogão, tinha uma frente aberta e um trocador de calor nas costas, projetado para retirar o ar do porão e aquecê-lo antes de soltá-lo pelos lados. O trocador de calor nunca foi um recurso popular e foi omitido em versões posteriores. Os chamados fogões "Franklin" hoje são feitos em uma grande variedade de estilos, embora nenhum se assemelhe ao design original.

O século XIX tornou-se o ponto alto do fogão de ferro fundido. Cada fundição local faria seu próprio projeto, e fogões foram construídos para uma miríade de propósitos - fogões de sala, fogões de caixa, fogões de acampamento, fogões de estrada de ferro, fogões portáteis, fogões de cozinha e assim por diante. Modelos elaborados de níquel e cromo levaram os projetos até a borda, com ornamentos, pés e portas moldados. Madeira ou carvão poderiam ser queimados nos fogões e, portanto, eles eram populares por mais de cem anos. A ação do fogo, combinada com a causticidade das cinzas, garantiu que o fogão acabaria se desintegrando ou rachando com o tempo. Assim, um suprimento constante de fogões era necessário. A manutenção dos fogões, a necessidade de ser escurecida, o seu fumo e a necessidade de dividir a madeira significavam que o óleo ou o calor elétrico eram a favor.

O fogão hermético , originalmente feito de aço, permitia maior controle da combustão, sendo mais bem ajustado do que outros fogões do dia. Fogões herméticos tornaram-se comuns no século XIX.

O uso do calor da madeira diminuiu em popularidade com a crescente disponibilidade de outros combustíveis menos intensivos em mão-de-obra. O calor da madeira foi gradualmente substituído pelo carvão e depois pelo óleo combustível , gás natural e aquecimento de propano, exceto em áreas rurais com florestas disponíveis.

Depois do Embargo do Petróleo de 1967 , muitas pessoas nos Estados Unidos usaram madeira como combustível pela primeira vez. A EPA forneceu informações sobre fogões limpos, que queimaram com muito mais eficiência.

Anos 70 

Um breve ressurgimento da popularidade ocorreu durante e depois da crise energética de 1973 , quando alguns acreditavam que os combustíveis fósseis se tornariam tão caros que impediam seu uso. Seguiu-se um período de inovação, com muitos pequenos fabricantes produzindo fogões baseados em designs antigos e novos. Inovações notáveis ​​da época incluem o aquecedor Ashley , um fogão controlado termostaticamente com um invólucro de aço perfurado opcional que impedia o contato acidental com superfícies quentes. A década também viu uma série de fornos de duplo combustível e caldeiras feitas, que utilizavam dutos e tubulações para fornecer calor em toda a casa ou outro prédio.

Anos 80 

O crescimento da popularidade do calor da madeira também levou ao desenvolvimento e comercialização de uma variedade maior de equipamentos para corte, separação e processamento de lenha. Separadores de toras hidráulicas de nível de consumo foram desenvolvidos para serem alimentados por eletricidade, gasolina ou PTO de tratores agrícolas. Em 1987, o Departamento de Agricultura dos EUA publicou um método para produzir lenha seca em fornos, com base no fato de que uma melhor produção de calor e maior eficiência de combustão pode ser alcançada com troncos contendo menor teor de umidade.

A revista "Wood Burning Quarterly" foi publicada por vários anos antes de mudar seu nome para "Home Energy Digest" e, posteriormente, desaparecer.

Hoje 

Um fogão a lenha é um aparelho que queima madeira comprimida ou pellets de biomassa . O calor da madeira continua a ser usado em áreas onde a lenha é abundante. Para tentativas sérias de aquecimento, ao invés de mero ambiente (lareiras abertas), fogões, inserções de lareira e fornos são mais comumente usados ​​hoje. Nas áreas florestais rurais dos EUA, as caldeiras autônomas são cada vez mais comuns. Eles são instalados ao ar livre, a alguma distância da casa, e conectados a um trocador de calorna casa usando tubulação subterrânea. A bagunça de madeira, casca, fumaça e cinzas é mantida do lado de fora e o risco de incêndio é reduzido. As caldeiras são grandes o suficiente para manter fogo durante toda a noite e podem queimar pedaços maiores de madeira, de modo que menos cortes e fendas sejam necessários. Não há necessidade de reformar a chaminé da casa. No entanto, caldeiras de madeira ao ar livre emitem mais fumaça de madeira e poluentes associados do que outros aparelhos de queima de madeira. Isso se deve ao design de características como a jaqueta cheia de água ao redor da fornalha, que age para resfriar o fogo e leva à combustão incompleta. As caldeiras de madeira para exteriores também têm tipicamente alturas de pilha curtas em comparação com outros aparelhos de combustão de lenha, contribuindo para níveis ambientais de partículas ao nível do solo. Uma alternativa que está aumentando sua popularidade são as caldeiras de gaseificação de madeira, Que queimam madeira com eficiências muito altas (85-91%) e podem ser colocadas dentro de casa ou em um anexo. Há muitas maneiras de processar combustível de madeira e as invenções de hoje estão maximizando a cada minuto.

Medição de lenha 

No sistema métrico , a lenha é normalmente vendida pelo metro cúbico ou estéreo (1 m³ = ~ 0,2766 cordas).

Nos Estados Unidos e no Canadá, a lenha geralmente é vendida pelo cabo , com 3,62 m³, correspondendo a uma pilha de madeira com 8 pés de largura e 4 pés de altura de toras de 4 pés de comprimento. O cordão é legalmente definido por estatuto na maioria dos estados dos EUA. Uma "corda lançada" é uma lenha que não foi empilhada e é definida como 4 pés de largura x 4 pés de altura por 10 pés de comprimento. O volume adicional é equivalente a um cordão padrão, onde há menos espaço vazio. Também é comum ver madeira vendida pelo "cordão facial", que geralmente não élegalmente definido e varia de uma área para outra. Por exemplo, em um estado, uma pilha de madeira de 8 pés de largura × 4 pés de altura de toras de 16 "-long será frequentemente vendida como um" cordão de face ", embora seu volume seja de apenas um terço de um cordão. ou mesmo em outra área do mesmo estado, o volume de um cordão de face pode ser consideravelmente diferente, portanto, é arriscado comprar madeira vendida dessa maneira, já que a transação não é baseada em uma unidade de medida legalmente aplicável.

Na Austrália , normalmente é vendido pela tonelada .

Conteúdo energético
Uma madeira comum, carvalho vermelho, tem um conteúdo energético ( valor calorífico ) de 14,9 mega joules por quilo (6,388 BTU por libra) e 10,4 mega joules recuperáveis ​​se queimados a 70% de eficiência.

O Gabinete de Desenvolvimento de Energia Sustentável (SEDO), parte do Governo da Austrália Ocidental, afirma que o conteúdo energético da madeira é de 16,2 megajoules por quilograma (4,5 kWh / kg).

De acordo com o The Bioenergy Knowledge Center , o conteúdo energético da madeira está mais relacionado ao seu teor de umidade do que sua espécie. O conteúdo energético melhora à medida que o teor de umidade diminui.

Em 2008, a madeira para combustível custou US $ 15,15 por 1 milhão de BTUs (0,041 EUR por kWh).

Impactos ambientais 

Subprodutos da combustão
Como acontece com qualquer incêndio , a queima de combustível de madeira cria vários subprodutos, alguns dos quais podem ser úteis (calor e vapor) e outros que são indesejáveis, irritantes ou perigosos.

Um subproduto da queima de madeira é a cinza de madeira , que em quantidades moderadas é um fertilizante (principalmente potássio ), que contribui com minerais, mas é fortemente alcalina , pois contém hidróxido de potássio (lixívia). A cinza de madeira também pode ser usada para fabricar sabão .

Fumo , contendo vapor de água , dióxido de carbono e outros produtos químicos e partículas de aerossóis , incluindo cinzas volantes cáusticas , que podem ser um subproduto irritante (e potencialmente perigoso) do combustível de madeira parcialmente queimado. Um dos principais componentes da fumaça da madeira são partículas finas que podem representar uma grande parte da poluição do ar particulado em algumas regiões. Durante os meses mais frios, o aquecimento de madeira é responsável por até 60% das partículas finas em Melbourne , na Austrália .

Fogões de combustão lenta aumentam a eficiência dos aquecedores de madeira queimando toras, mas também aumentam a produção de partículas. Fogões de baixa poluição / combustão lenta são uma área atual de pesquisa Uma abordagem alternativa é a utilização de pirólise para a produção de vários produtos secundários bioquímicos úteis, e carvão de queima limpa, ou para queimar combustível de forma extremamente rápida dentro de uma grande massa térmica, tal como um aquecedor de alvenaria. Isso tem o efeito de permitir que o combustível queime completamente sem produzir partículas, mantendo a eficiência do sistema.
Em alguns dos queimadores mais eficientes, a temperatura da fumaça é elevada a uma temperatura muito mais alta, onde a própria fumaça queima (por exemplo, 609 ° C  para inflamar o gás monóxido de carbono). Isso pode resultar em redução significativa dos riscos de fumaça e, ao mesmo tempo, fornecer calor adicional ao processo. Utilizando um conversor catalico , a temperatura para obter um fumo mais limpo pode ser reduzida. Algumas jurisdições dos EUA proíbem a venda ou a instalação de fogões que não incorporem conversores catalíticos

Efeitos de subprodutos da combustão na saúde humana 

Dependendo da densidade populacional, topografia, condições climáticas e equipamentos de combustão usados, o aquecimento da madeira pode contribuir substancialmente para a poluição do ar , particularmente partículas . As condições em que a madeira é queimada influenciarão grandemente o conteúdo da emissão.  A poluição de ar Particulate pode contribuir aos problemas de saúde humanos e às internações hospitalares aumentadas para o asthma & as doenças de coração.

A técnica de comprimir polpa de madeira em pelotas ou troncos artificiais pode reduzir as emissões. A combustão é mais limpa e o aumento da densidade da madeira e a redução do teor de água podem eliminar parte do volume de transporte. A energia fóssil consumida no transporte é reduzida e representa uma pequena fração do combustível fóssil consumido na produção e distribuição de óleo ou gás de aquecimento.

Os produtos de combustão de madeira podem incluir substâncias tóxicas e cancerígenas. Geralmente, o cerne de uma árvore contém as maiores quantidades de substâncias tóxicas, mas precauções devem ser tomadas se a pessoa estiver queimando madeira de natureza desconhecida, já que a fumaça da madeira de algumas árvores pode ser altamente tóxica

Operações de colheita 
Muito combustível de madeira vem de florestas nativas ao redor do mundo. A madeira de plantação é raramente usada para lenha, por ser mais valiosa como madeira ou polpa de madeira , no entanto, parte do combustível de madeira é coletado de árvores plantadas entre as culturas, também conhecido como agrosilvicultura . A coleta ou colheita dessa madeira pode ter sérias implicações ambientais para a área de coleta. As preocupações são geralmente específicas para a área específica, mas podem incluir todos os problemas que o registro regular cria. A remoção pesada de madeira das florestas pode causar destruição de habitat e erosão do solo. No entanto, em muitos países, por exemplo, na Europa e no Canadá, os resíduos florestais estão sendo coletados e transformados em combustíveis de madeira úteis com impacto mínimo sobre o meio ambiente. Consideração é dada à nutrição do solo, bem como à erosão. O impacto ambiental do uso da madeira como combustível depende de como ela é queimada. Temperaturas mais altas resultam em combustão mais completa e menos gases nocivos como resultado da pirólise. Alguns podem considerar a queima de madeira de uma fonte sustentável como neutra em carbono . Uma árvore, ao longo de sua vida, absorve tanto carbono (ou dióxido de carbono) quanto libera quando queimado.

Alguma lenha é colhida em " woodlots " geridos para esse fim, mas em áreas densamente arborizadas é mais frequentemente colhida como um subproduto de florestas naturais . A queda que não começou a apodrecer é preferida, já que já está parcialmente temperada . A madeira morta em pé é considerada melhor ainda, já que é temperada e tem menos podridão. A colheita dessa forma de madeira reduz a velocidade e a intensidade dos incêndios florestais . A colheita de madeira para lenha é normalmente realizada manualmente com motosserras. Assim, peças mais longas - que exigem menos trabalho manual e menos combustível de motosserra - são menos caras e limitadas apenas pelo tamanho de sua fornalha. Os preços também variam consideravelmente com a distância dos lotes de madeira e a qualidade da madeira. A lenha geralmente se refere a madeira ou árvores impróprias para construção ou construção . A lenha é um recurso renovável desde que a taxa de consumo seja controlada a níveis sustentáveis. A escassez de lenha adequada em alguns lugares tem visto populações locais danificando enormes extensões de mata possivelmente levando a uma maior desertificação .

Gases com efeito de estufa 

A queima de madeira gera mais CO 2 atmosférico do que a biodegradação da madeira em uma floresta (em um determinado período de tempo) porque, quando a casca de uma árvore morta apodreceu, a tora já foi ocupada por outras plantas e microorganismos que continuam sequestrar o CO 2 integrando os hidrocarbonetos da madeira no seu próprio ciclo de vida. As operações de colheita e transporte de madeira produzem graus variados de poluição por gases de efeito estufa . A combustão ineficiente e incompleta da madeira pode resultar em níveis elevados de gases de efeito estufa que não o CO 2 , o que pode resultar em emissões positivas, onde os subprodutos têm maiores valores equivalentes de dióxido de carbono . Na tentativa de fornecer informações quantitativas sobre a produção relativa de CO 2 para produzir eletricidade de aquecimento doméstico, o Departamento de Energia e Mudança Climática do Reino Unido ( DECC ) publicou um modelo abrangente comparando a queima de madeira (cavaco de madeira) e outros combustíveis , baseado em 33 cenários.  A saída do modelo é o quilograma de CO 2 produzido por megawatt hora de energia fornecida. O cenário 33, por exemplo, que diz respeito à produção de calor a partir de aparas de madeira produzidas a partir de pequenas árvores produzidas a partir de florestas de folhas largas negligenciadas, mostra que a queima de óleo libera 377 kg de CO 2 enquanto queima lascas libera 1501 kg de CO 2por MW h entregou energia. Por outro lado, cenário 32 em que a mesma referência, que diz respeito à produção de calor a partir de aparas de madeira que, caso contrário, ser feita em aglomerado de partículas, liberta apenas 239 kg de CO 2 por MW h entregue energia. Portanto, os efeitos relativos de efeito estufa da produção de energia de biomassa dependem muito do modelo de uso.

A carbonização intencional e controlada da madeira e a sua incorporação no solo é um método eficaz para o sequestro de carbono , bem como uma técnica importante para melhorar as condições do solo para a agricultura, particularmente em regiões com florestas densas. Forma a base dos ricos solos conhecidos como Terra preta .


Regulamento e Legislação 

O impacto ambiental da queima de combustível de madeira é discutível. Várias cidades mudaram para estabelecer padrões de uso e / ou proibições de lareiras a lenha. Por exemplo, a cidade de Montréal, Québec, aprovou uma resolução para proibir a instalação de chaminés de madeira em novas construções. Madeira defensores queima reivindicação  que adequadamente colhidas madeira é carbono-neutro, por conseguinte, fora da definição o impacto negativo de partículas de sub-produtos libertados durante o processo de gravação. No contexto de incêndios florestais, a madeira removida do ambiente florestal para uso como combustível de madeira pode reduzir as emissões gerais, diminuindo a quantidade de madeira queimada aberta e a severidade da queimadura durante a combustão do material restante sob condições reguladas. Em 7 de março de 2018, oA Câmara dos Deputados dos Estados Unidos aprovou uma lei que adiaria por três anos a implementação de padrões de emissão mais rigorosos para novos aquecedores residenciais de madeira.

Potencial uso em tecnologias de energia renovável 

Uso 

Alguns países europeus produzem uma fração significativa de suas necessidades de eletricidade a partir de resíduos de madeira ou madeira. Nos países escandinavos, o custo do trabalho manual para processar a lenha é muito alto. Portanto, é comum importar lenha de países com mão-de-obra barata e recursos naturais.  Os principais exportadores para a Escandinávia são os países bálticos (Estônia, Lituânia e Letônia). Na Finlândia , existe um interesse crescente na utilização de resíduos de madeira como combustível para aquecimento doméstico e industrial, sob a forma de pastilhas compactadas .

Nos Estados Unidos, o combustível de madeira é a segunda forma líder de energia renovável (por trás da energia hidroelétrica ).

Austrália 

Cerca de 1,5 milhão de lares na Austrália usam lenha como principal forma de aquecimento doméstico.  A partir de 1995, cerca de 1,85 milhão de metros cúbicos de lenha (1m³ equivale a aproximadamente uma carga de reboque de carro ) foram usados ​​em Victoria anualmente, com metade sendo consumida em Melbourne .  Este montante é comparável à madeira consumida por todas as operações florestais de exploração madeireira e pulplog da Victoria (1,9 milhões de m³).

Espécies utilizadas como fontes de lenha incluem:

A goma vermelha , das florestas ao longo do rio Murray (a área de manejo da floresta de Murray Central, incluindo as florestas de Barmah e Gunbower, fornece cerca de 80% da madeira de goma vermelha da Victoria).
Box e Messmate Stringybark , no sul da Austrália.
Goma de açúcar , uma madeira com alta eficiência térmica que geralmente vem de pequenas plantações.

Jarrah , no sudoeste da Austrália Ocidental. Gera um calor maior do que a maioria das outras madeiras disponíveis e é geralmente vendido pela tonelada.

Europa
Em 2014, a construção da maior fábrica de peletes na região do Báltico foi iniciada em Võrumaa , Sõmerpalu , com uma produção esperada de 110.000 toneladas de pelotas / ano. Diferentes tipos de madeira serão utilizados no processo de fabricação de pellets (lenha, lascas de madeira, aparas). A fábrica de Warmeston OÜ iniciou sua atividade até o final de 2014.  Em 2013, os principais consumidores de pellets na Europa foram o Reino Unido, Dinamarca, Holanda, Suécia, Alemanha e Bélgica, conforme relatório anual da UE sobre biocombustíveis. . Na Dinamarca e na Suécia, as pelotas são usadas por usinas elétricas, residências e consumidores de média escala para aquecimento urbano, comparados à Áustria e à Itália, onde as pelotas são usadas principalmente como caldeiras privadas residenciais e industriais de pequeno porte para aquecimento. O Reino Unido é o maior mercado consumidor individual de aglomerados de madeira industrial, em grande parte devido às suas principais centrais elétricas movidas a biomassa, como Drax , MGT e Lynemouth .

Ásia 
Japão e Coréia do Sul são ambos mercados em crescimento para pelotas de madeira industrial e, a partir de 2017, devem se tornar o segundo e terceiro maiores mercados globais de pelotas de madeira devido às políticas governamentais que favorecem o uso de biomassa na geração de energia.

América do Norte 
A demanda por combustível de madeira nos Estados Unidos é principalmente impulsionada por clientes de aquecimento residencial e comercial. O Canadá não era um grande consumidor de pellets de madeira industrial a partir de 2017, mas tem políticas de descarbonização relativamente agressivas e pode se tornar um consumidor significativo de pellets de madeira industrial até 2020

A madeira ainda é usada hoje para cozinhar em muitos lugares, seja em fogão ou em fogo aberto. Também é usado como combustível em muitos processos industriais, incluindo o consumo de carne e o xarope de bordo .

Como fonte de energia sustentável, o combustível de madeira também permanece viável para gerar eletricidade em áreas de fácil acesso a produtos florestais e subprodutos.