O Brasil possui aproximadamente 9 milhões de hectares de florestas plantadas, e 12,6% desse total é destinado à siderurgia a carvão vegetal. Em 2020, foram produzidas mais de 6 milhões de toneladas de carvão vegetal, sendo 94% oriundas de madeira de florestas de eucalipto.

Estima-se que mais de 60% dessa produção provém de pequenos e médios produtores, e o restante, produzido pelas empresas integradas. Os principais consumidores são os produtores de ferro-gusa e aço (73,52%), ferro-ligas e silício metálico (10,95%) e os setores residencial e comercial (12,26%), sendo os outros 3,27% destinados a outros usos. 

Não há dúvidas da importância do segmento de carvão vegetal para o setor florestal e sua contribuição para o PIB nacional principalmente o mineiro, visto que a maior produção e consumo ocorre dentro do estado de Minas Gerais. Cabe ressaltar que a utilização do carvão vegetal na produção de ferro-gusa, ligas metálicas e silício metálico contribui para a redução da emissão de gases de efeito estufa, além de reduzir a dependência de combustíveis fósseis, especialmente do carvão mineral, o seu principal concorrente.

A expressividade dos números, por sua vez, evidencia os desafios da produção de carvão vegetal, independentemente da escala, pois o rendimento gravimétrico e a qualidade do produto são extremamente dependentes da matéria-prima e do processo produtivo.

Na pirólise lenta, também conhecida como carbonização, ocorre a decomposição térmica da madeira, na ausência ou presença controlada de oxigênio, em temperaturas finais, medidas na copa, que variam de 300 a 380 ºC, dependendo do tipo de forno. Essas condições promovem a degradação dos constituintes menos estáveis termicamente, hemiceluloses e celulose, e, assim, há uma perda muito grande de massa lenhosa, além da redução do volume inicial. Consequentemente, a densidade e a resistência mecânica do carvão vegetal são menores em comparação à madeira.

Para minimizar tais impactos, maiores teores de lignina, menor relação siringil/guaiacil e maior percentual de celulose cristalina são desejáveis, pois contribuem para menor taxa de perda de massa e, consequentemente, maior rendimento gravimétrico e maior densidade final na massa do carvão vegetal.

Faz-se necessário destacar a densidade básica da madeira, que se relaciona positivamente com a produtividade dos fornos de carbonização, em função de se enformar mais massa por unidade de volume e também com a densidade do carvão vegetal e sua resistência.

É fato que a baixa resistência mecânica à compressão e a alta friabilidade, quando submetidas à abrasão, compressão e queda são os principais fatores limitantes na utilização do carvão vegetal como substituto do coque. Isso mostra a necessidade de se ter madeiras provenientes de materiais genéticos mais densos, além do maior controle do processo de carbonização, visto que a temperatura, o tempo de residência e a taxa de aquecimento também influenciam nessas propriedades do carvão vegetal.

A densidade básica da madeira é o resultado, principalmente, de uma complexa combinação dos seus constituintes anatômicos, que se correlaciona com várias outras propriedades da madeira.

Já são bem conhecidos os fatores que afetam a densidade básica da madeira, tais como espécie, posição na árvore (radial e longitudinal), tratos silviculturais, idade, condições edafoclimáticas, dentre outros, os quais estão atrelados, diretamente, às taxas de crescimento. E deve-se levar em consideração, também, o efeito dos pré-tratamentos aplicados à madeira antes da sua utilização, pois, durante a secagem das toras, pode haver uma perda de massa lenhosa superior a 20%, em um período de 360 dias, o que vai culminar na diminuição da densidade básica da madeira em até 15%, conforme observado em alguns trabalhos desenvolvidos pelo Laboratório de Painéis e Energia da Madeira – LAPEM.

Essa perda de massa está associada, principalmente, à deterioração por agentes xilófagos como fungos apodrecedores e insetos, além da fotodegradação. Salienta que essas perdas são variáveis em função do material genético, condições edafoclimáticas e xilófagos.

Neste contexto, em uma matriz de criticidade, a densidade básica é um dos índices de qualidade da madeira mais importantes, pois dita a capacidade de enfornamento (em massa) em fornos de carbonização, a curva de carbonização, a densidade e a resistência mecânica do carvão vegetal, bem como a quantidade de energia e carbono estocada por unidade de volume, além da logística e do transporte do carvão vegetal até as usinas.

Por isso, a densidade básica vem sendo utilizada como um parâmetro referencial para a seleção de espécies florestais para produção de carvão vegetal, e são recomendados valores superiores a 500 kg.m³.

Em média, para madeira de eucalipto, a densidade a granel do carvão vegetal corresponde a 40% da densidade da madeira de origem; por exemplo, madeira com densidade básica de 500 kg.m³ produzirá um carvão vegetal com densidade a granel de, aproximadamente, 200 kg.m³.

Essa mesma observação não está sendo evidente para os materiais de Corymbia, principalmente, para aqueles com menor percentual de lignina, cuja maior taxa de perda de massa não é acompanhada da mesma intensidade da retração volumétrica. Ressalta-se que a densidade a granel é fortemente influenciada pela granulometria média, teor de umidade, acamamento durante o transporte, dentre outras; no entanto ainda continua sendo a medida mais utilizada pelas indústrias para pagamento do carvão vegetal.

Nessa situação, há um acréscimo de 5% a 30% no valor do carvão vegetal à medida que se aumenta a densidade a granel (195 a 245 reais/MDC, mês de referência setembro/2021). Isso ocorre porque a densidade influencia o volume útil ocupado pelo redutor no alto-forno, o tempo de residência da carga metálica, o consumo e a eficiência de redução. 

Ganhos de mais de 6,2% em eficiência foram observados em experimentos industriais com carvões vegetais de maiores densidade (250 a 280 kg.m³) em comparação aos de menores densidades a granel (190 a 210 kg.m³).

Na produção de silício metálico, também, a densidade básica da madeira e, consequentemente, do carvão vegetal tem suas implicações, como no consumo do eletrodo, produtividade, consumo de energia elétrica, reatividade, dentre outros. Por isso o estoque de carbono fixo prontamente disponível no carvão vegetal, por unidade de volume, tem que levar em consideração as perdas por geração de finos e a qualidade do carbono (grau de conversão), ou seja, sua reatividade.

É fato que essa valorização da densidade do carvão vegetal incentiva os produtores a investirem em materiais genéticos melhores, de maior densidade, e em melhores práticas de produção. Veja o exemplo, na Tabela 1, que considera um consumo médio de 450 kg de carbono fixo para produção de uma (01) tonelada de ferro-gusa.

Nota-se que a quantidade de carvão vegetal necessária para essa produção chega ser 20% maior com o uso de carvão vegetal de menor densidade, em função do menor estoque de carbono fixo, por unidade de volume, sendo o custo de R$ 32,50 a mais por tonelada de gusa produzida. 

Hoje, felizmente, estamos vendo um avanço do melhoramento genético no setor de carvão vegetal, a exemplo dos genótipos de Corymbia, os quais têm de 20% a 40% a mais de massa por unidade de volume, em relação alguns dos principais clones de eucalipto plantados e utilizados para produção de carvão vegetal, além do menor teor de água livre e maior permeabilidade da sua madeira, o que colabora com a secagem e o processo de carbonização.

No entanto se ressalta que não basta o material ter alta densidade, com todas as suas vantagens. Se não houver controle do processo e um bom conhecimento da degradação térmica do material genético a ser carbonizado, os ganhos esperados podem não ocorrer. Por fim, ressalta-se que a cadeia do carvão vegetal avançou bastante nos últimos anos, com desenvolvimentos tanto no melhoramento genético quanto nos fornos e controle de processo.

Porém, para que esses avanços sejam potencializados, faz-se necessário que os segmentos florestais (silvicultura e manejo), produtivo (carbonização) e industrial (siderúrgicas) estejam alinhados para a disseminação e o acesso às informações, sendo esse um dos grandes desafios do setor, no curto prazo.