Characterization of residual biomass from the harvest of Eucalyptus saligna for thermal conversion processes

Abstract

Considering the increasing need for renewable products, the present work aims to evaluate the physical-chemical properties of the eucalyptus harvest residues and its constituent fractions individually (barks, leaves, and branches), through proximate, ultimate, energetic and thermal analyzes. The biomass studied was Eucalyptus saligna species, cultivated mainly for the production of pulp and paper. The proximate analysis of the residue resulted in the moisture content of 10.1%, ash content of 3.9%, volatile materials about 81.1%, and fixed carbon of 15.0%, showing similar values to the constituent fractions. The ultimate analysis of the residue resulted in 46.5% of carbon content, 5.8% of hydrogen, and 43.2% of oxygen. The high heating value (HHV) for the residue is 17.93 MJ/kg, comparable to other biomasses of importance, including eucalyptus wood, the noblest part of the forest cultivation. The thermogravimetric (TGA) and differential thermal analysis (DTA) were carried out and the resulting thermograms show three main ranges of biomass degradation. The first range, from 30 to 150 °C, corresponds to the drying of the material; in the range from 200 to 325 °C hemicelluloses degrade, with partial degradation of lignin and cellulose, and in the range from 325 to 380 °C, the majority of cellulose degradation takes place. The physical-chemical data demonstrate that the eucalyptus residue is an excellent source of biomass for thermal conversion processes. Obtaining products with higher added value from this residue contributes to the implementation of new technological practices that link economic development to environmental responsibility.

Considerando a crescente necessidade de produtos renováveis, o presente trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades físico-químicas dos resíduos da colheita do eucalipto e suas frações constituintes individualmente (cascas, folhas e galhos), por meio de análises imediata, elementar, energética e térmica. A biomassa estudada foi a espécie Eucalyptus saligna, cultivada principalmente para a produção de celulose e papel. A análise imediata do resíduo resultou em teor de umidade de 10,1%, teor de cinzas de 3,9%, materiais voláteis em torno de 81,1% e carbono fixo de 15,0%, apresentando valores semelhantes entre as frações constituintes. A análise elementar do resíduo resultou em 46,5% de teor de carbono, 5,8% de hidrogênio e 43,2% de oxigênio. O poder calorífico superior do resíduo foi determinado em 17,93 MJ/kg, comparável a outras biomassas importantes, incluindo a madeira de eucalipto, a parte mais nobre do cultivo florestal. A análise termogravimétrica (TGA) e térmica diferencial (DTA) foram realizadas e os termogramas resultantes mostram três faixas principais de degradação da biomassa. A primeira faixa, de 30 a 150 °C, corresponde à secagem do material; na faixa de 200 a 325 °C as hemiceluloses degradam, com degradação parcial da lignina e celulose, e na faixa de 325 a 380 °C, ocorre a maior parte da degradação da celulose. Os dados físico-químicos demonstram que o resíduo do eucalipto é uma excelente fonte de biomassa para processos de conversão térmica. A obtenção de produtos de maior valor agregado a partir desse resíduo contribui para a implantação de novas práticas tecnológicas que vinculam o desenvolvimento econômico à responsabilidade ambiental.