INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS SÃO ROQUE.
Lucas Candido Estefani
PIRÓLISE DE BITUCAS DE CIGARRO: COMPOSIÇÃO DE BIOCHAR.
São Roque - SP 2016
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - CAMPUS SÃO ROQUE Lucas Candido Estefani
PIRÓLISE DE BITUCAS DE CIGARRO: COMPOSIÇÃO DE BIOCHAR. Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus de São Roque, como requisito básico para obtenção do título de Tecnólogo em Gestão Ambiental.
São Roque - SP 2016
FOLHA DE APROVAÇÃO Lucas Candido Estefani Pirólise de bitucas de cigarro: composição de Biochar.
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus de São Roque, como requisito básico para obtenção do título de Tecnólogo em Gestão Ambiental.
Aprovado em: ____/_____/____
Banca Examinadora Prof.º_______________________
Instituição:____________________
Julgamento:___________________ Assinatura:___________________
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Ă€s minhas avĂłs, pai, namorada e amigos de todas as horas.
E796 ESTEFANI, Lucas Candido. Pirólise de bitucas de cigarro: composição de biochar. / Lucas Candido Estefani. – 2016. 27 f. Orientador: Prof. Ramiéri Moraes. TCC (Graduação) apresentada ao curso Tecnólogo em Gestão Ambiental do Instituto Federal de Ciência e Tecnologia de São Paulo – Campus São Roque, 2016. 1. Pirólise 2. Bitucas de cigarro 3. Biochar 4. Resíduo sólido I. Lucas Candido Estefani. II. Título CDD: 550
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, que pacientemente me auxiliou em todas as etapas e conclusões da pesquisa. Aos meus professores, que sempre me auxiliaram quando possível. Aos meus colegas e familiares fumantes ou não, que me ajudaram na obtenção de material, ou simplesmente me incentivaram.
“Só se vive uma vez. E da maneira que eu vivo, uma vez basta.” Frank Sinatra
ESTEFANI, L. C. Pirólise de bitucas de cigarro: composição de biochar. [Trabalho de Conclusão do Curso de Tecnólogo em Gestão Ambiental]. Instituto Federal de São Paulo. São Roque, 2016.
RESUMO
Resíduos sólidos são definidos pela Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS). A correta destinação destes resíduos se inicia com a coleta seletiva dos mesmos. O cigarro é prejudicial à saúde e ao ambiente desde sua produção. O descarte inadequado da bituca de cigarro causa danos ambientais, tais como contaminação do solo e da água, assim como incêndios. Por conseguinte, neste trabalho foram realizadas pesquisas sobre o hábito de consumir cigarros, malefícios causados à saúde e também os problemas ambientais. O presente trabalho tem como objetivo analisar oportunidades de inovação em produtos e processos no descarte e destinação de resíduos sólidos originados pós-consumo de cigarros – as bitucas. Para tanto, foram realizados estudos bibliográficos e documentais a fim de que os dados pertinentes à pesquisa pudessem ser levantados. A partir da análise das informações e dados, foi possível concluir que o descarte incorreto dos resíduos de cigarros tem causado diversos transtornos à população, aos espaços públicos e à natureza, pelo fato de as impurezas do cigarro se concentrar justamente no filtro, este de difícil decomposição no ambiente. Esse trabalho tem por objetivo analisar projetos que visem o descarte e destinação correta de bitucas, com a finalidade de subsidiar futuras tomadas de decisões e pesquisas que terão como objetivo produzir informações que tragam ás bitucas um destino ambiental correto e economicamente viável, e também propor metodologia de redução de volume via pirólise das bitucas e produção de biochar.
Palavras-chave: Pirólise; Bitucas de Cigarro; Biochar; Resíduo Sólido.
ESTEFANI, L. C. Pyrolysis of cigarette butts: composition of biochar. [Conclusion of the Technologist Course in Environmental Management]. Federal Institute of SĂŁo Paulo. SĂŁo Roque, 2016.
ABSTRACT
The National Solid Waste Policy (NSWP) defines solid wastes. The correct destination of this waste begins with the selective collection of the same. Cigarette smoking has been harmful to health and the environment since its production. Improper disposal of cigarette butts causes environmental damage, such as soil and water contamination, as well as fire. Therefore, in this work research was carried out on the habit of consuming cigarettes, harmful effects on health and environmental problems. The present work aims to analyze innovation opportunities in products and processes in the disposal and disposal of solid waste originating after the consumption of cigarettes - the butt. For this purpose, bibliographical and documentary studies were carried out in order that the data pertinent to the research could be collected. From the analysis of information and data, it was possible to conclude that the incorrect disposal of cigarette waste has caused several disorders to the population, public spaces and nature, due to the cigarette impurities concentrating precisely on the filter, this difficult decomposition in the environment. The objective of this work is to analyze projects that aim to discard and correctly allocate butts, with the purpose of subsidizing future decision-making and research that will have as objective to produce information that bring to the butts a correct and economically viable environmental destination, and also to propose methodology Of volume reduction via pyrolysis of the butes and production of biochar.
Key words: Pyrolysis; Cigarette Butts; Biochar; Solid waste.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 3 2.1 Geral...................................................................................................................... 3 2.2 Objetivos específicos............................................................................................. 3 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................... 4 3.1 Composição do cigarro.......................................................................................... 6 3.1.1 Filtro ................................................................................................................... 6 3.1.2 Papel .................................................................................................................. 6 3.1.3 Nicotina .............................................................................................................. 7 3.2 Gases Tóxicos....................................................................................................... 7 3.2.1 Monóxido de Carbono ........................................................................................ 8 3.2.2 Amônia ............................................................................................................... 8 3.2.3 Tolueno .............................................................................................................. 8 3.2.4 Cianeto ............................................................................................................... 8 3.2.5 Butano ................................................................................................................ 8 3.2.6 Cetonas .............................................................................................................. 8 3.2.7 Terebentina ........................................................................................................ 8 3.2.8 Xileno ................................................................................................................. 8 3.2.9 Ácido levulínico................................................................................................... 9 3.3 Metais tóxicos ........................................................................................................ 9 3.3.1 Arsênico ............................................................................................................. 9 3.3.2 Cádmio ............................................................................................................... 9 3.3.3 Acetato de chumbo............................................................................................. 9 3.3.4 Fósforo P4 P6 ................................................................................................... 9 3.4 Substâncias Cancerígenas.................................................................................. 10 3.4.1 Alcatrão ............................................................................................................ 10 3.4.2 Polônio ............................................................................................................. 10
3.4.3 Níquel ............................................................................................................... 10 3.3.4 Benzeno ........................................................................................................... 10 3.4.5 N- Nitrosaminas ................................................................................................ 10 3.4.6 Formaldeído ..................................................................................................... 11 3.4.7 Acroleína .......................................................................................................... 11 3.5 Outras Substâncias ............................................................................................. 11 3.5.1 Acetaldeído ...................................................................................................... 11 3.5.2 Naftalina ........................................................................................................... 11 3.6 Biochar ................................................................................................................ 11 3.6.1 Produção do carvão vegetal ou biomassa carbonizada ................................... 12 3.6.2 Propriedades físicas ......................................................................................... 12 3.6.3 Biochar e atributos do solo ............................................................................... 13 3.6.4 Biochar: perspectivas ambientais e produção agrícola .................................... 13 3.7 Pirólise................................................................................................................. 13 3.8 Formas de Reciclagem........................................................................................ 14 4. MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................... 16 4.1 Pirólise rápida – Construção do “forno” ............................................................... 17 4.1.1 Cálculo da capacidade de volume do recipiente teste...................................... 17 4.1.2 Capacidade de volume de um tambor metálico de 200 l. ................................. 18 4.2 Aferição do peso das bitucas .............................................................................. 19 4.2.1 Cálculo médio por fumante ............................................................................... 20 4.2.2 Cálculo médio pela população ......................................................................... 20 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 20 6. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 23 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 24
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1. INTRODUÇÃO Segundo Machado (2014), o termo cigarro é proveniente do francês “cigarette” e nada mais é que o apanhado de uns gramas de tabaco seco e picado, que são enrolados numa pequena folha de papel e podem ter ou não filtro em uma das suas extremidades. O tabaco, como base de todos os cigarros, deriva de uma planta cujo nome científico é Nicotiana tabacum L. (família Solanaceae), provavelmente originária da América Central e do Sul e que tem como um dos seus principais componentes a nicotina (ORIGEMDASCOISAS, 2012). Segundo ainda Origemdascoisas (2012) há indícios da utilização do mesmo por volta de 1.000 a.C., na América Central, onde era visto como acessório cerimonial e medicinal. Por volta do séc. XVI d.C., o tabaco chegou à Europa por meio dos navegantes, tomando forma e nome de charuto, que era destinado às classes mais abastadas da sociedade por seu alto custo. Curiosamente, segundo Biografiadocigarro (2015), o principal motivo para o surgimento do cigarro foi relacionado ao alto custo e uma improvisação feita pelos mendigos de Sevilha, na Espanha. Esses começaram a picar os restos dos charutos que encontravam nas ruas e enrolar em papel o tabaco picado para fumarem. Nota-se a partir do parágrafo supracitado que a problemática de destinação da bituca do cigarro o acompanha desde seu surgimento até os dias atuais e que o mesmo surgiu por não haver destino adequado. No território nacional brasileiro, o consumo e a popularização do cigarro surgiram por volta do século XX, fortemente impulsionados pela mídia televisiva da época, por serem considerados sinônimos de poder pela população. Nos dias atuais, a Organização Mundial da Saúde (OMS) apud Portal Brasil (2014) estima o número de fumantes no mundo em 1,6 bilhão de pessoas. Essa população descarta uma média de 7,7 bitucas por dia, ou seja, cerca de 12,3 bilhões são descartadas diariamente, no mundo todo. Esses resíduos trazem substâncias como o Polônio 210, um componente do lixo nuclear, além da amônia (AZEVEDO, 2009).
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Desde que a Lei Nº 13.541, de 07 de maio de 2009 a qual proibiu o consumo do tabaco em recintos fechados, as prefeituras paulistas constataram um aumento no volume de pontas lançadas nas ruas e seu acúmulo em frente a bares e restaurantes (TOMAZELA, 2010). A bituca é definida como resíduo sólido dentro da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), Lei nº 12.305 de 2 de Agosto de 2010: Material, substância, objeto ou bem descartado resultante de atividades humanas em sociedade, a cuja destinação final se procede, se propõe proceder ou se está obrigado a proceder, nos estados sólido ou semissólido, bem como gases contidos em recipientes e líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em corpos d’água, ou exijam para isso soluções técnica ou economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia disponível. (BRASIL, 2010).
O conceito da gestão ambiental, quando bem aplicado, permite a redução de custos, seja pela diminuição do desperdício de matérias primas ou de recursos cada vez mais escassos e mais “supervalorizados”, como água e energia, e de custos representados por se relacionarem a indenizações provenientes de danos ao meio ambiente. Vale ressaltar que tais práticas, quando bem utilizadas e geridas, tornam possível a reutilização de resíduos como os citados acima. Por isso, segundo Rizek (2014), é válido classificar e destacar a Gestão Ambiental como um processo de origem participativa, integrada e contínua, pois visa a promover a unificação de atividades humanas com a preservação do legado ambiental. Visto que ainda são pouco divulgados os processos de reciclagem e destinação desses resíduos, este trabalho tem como objetivo pesquisar e apresentar as técnicas mais utilizadas e propor um novo tipo de destinação, como por exemplo a queima controlada desse material, para transformação em Biochar 1.
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Definição de biochar: Carvão produzido a partir de matéria vegetal e armazenado no solo como um meio de remoção de dióxido de carbono da atmosfera. Fonte:Dicionário Oxford, 2016.
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2. OBJETIVOS 2.1 Geral Produzir “Bio-carvões” utilizando bitucas de cigarro por processo de pirólise, com a finalidade de avaliar a redução de volume.
2.2 Objetivos específicos 1. Estimar produção de biochar; 2. Avaliar a redução de volume deste resíduo.
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3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Apesar de haver pesquisas referentes ao tema, mas com resultados pouco divulgados e processos limitados, como obtenção de papel reciclado, a pesquisa até o momento, foi baseada em palavras-chave visando desenvolver uma nova proposta, resultando em um estudo mais aprofundado a respeito dois itens referentes a este trabalho, elucidando os aspectos de surgimento do cigarro, das políticas nas quais o mesmo é inserido e em seguida dos processos que serão abordados. A priori, foram realizadas pesquisas de cunho bibliográfico a fim de dar continuidade ao projeto. Portanto, foram levantados conceitos que serão inseridos em partes específicas deste projeto, tais como composição química do cigarro, temperaturas adequadas para incineração, porosidade e propriedades do biochar. O forno sugerido para a realização da pirólise (Figura 1) deve ser construído fazendo uso de material reciclado (no caso), um tambor metálico (do tipo 200 L) adaptado especificamente para incineração das bitucas, contando com vedação e sistema de chaminé para exaustão dos gases). Esses procedimentos serão necessários por conta da exposição ao intemperismo. Tais
procedimentos,
quando
em
andamento,
serão
comparados
a
experimentos já realizados a fim de verificar a viabilidade e aplicação do composto. Com a incineração do material, é possível obter uma substância porosa classificada como biomassa ou biochar, e que após os testes poderão ser desenvolvidas em outros lugares. As bitucas foram coletadas por meio de “bituqueiras” individuais, dispostas em comércios na cidade de Itapevi-SP, município que faz divisa com São Roque, e com colegas de estudo e do dia a dia, onde em seguida, o material obtido foi inserido no processo de pirólise. O cigarro tem indícios de surgimento para antes de cristo (a.C.) e sua bituca era já tida como resíduo. Vale destacar que desde o plantio o tabaco já é prejudicial aos recursos naturais por conta dos defensivos agrícolas que são utilizados em seu cultivo.
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Como resíduo (bituca) existem pesquisas que apontam que o descarte inadequado pode não só gerar queimadas e poluição de solo e água, mas que duas (2) bitucas de cigarro poluem tanto quanto 1 litro de esgoto doméstico, causando chamada ‘poluição difusa’ aquela que está nas superfícies e é carregada pela chuva para os cursos d’água. Já o filtro, que compõe a bituca, resiste à biodegradação, permanecendo no solo por 5 a 7 anos, sem se decompor (MARCHI, 2014).
C
Legenda: A = Corpo do incinerador, abrigará no seu interior uma estrutura semelhante, porém em menor escala para obtenção do material esperado, serão responsáveis por receberem as etapas de queima. B = Será a entrada de ar do sistema responsável pela propagação do fogo. C = Sistema de exaustão que terá como finalidade a eliminação dos gases.
A
- Estrutura do forno baseada num tambor metálico do tipo 200 L.
B
Figura 1. Esboço do incinerador a ser construído.Fonte: Elaborado pelo autor.
Entre os trabalhos analisados, encontram-se publicações relativas a destinações como inibidores de corrosão, hidrossemeadura e formulação de plástico, sendo o método mais difundido à composição de papel reciclado, em usina de reciclagem que trata somente desse resíduo e possui parceria com escolas que fazem a disseminação desse modelo de destino das bitucas. As características das bitucas levam a crer que a proposta da realização da pirólise transformando-as em biochar, e dessa forma, apresentando um novo conceito de destinação correta para as bitucas de cigarro, com a finalidade de subsidiar futuras pesquisas.
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3.1 Composição do cigarro Os cigarros tem como composição base o filtro, esse de difícil decomposição no ambiente, o papel como envoltório do tabaco, nicotina, alcatrão e os seguintes ingredientes citados a seguir.
3.1.1 Filtro Segundo Martins (s.d.), atualmente quase todos os cigarros possuem filtros, supostamente para minimizar a absorção de substâncias tóxicas. O fumante tem a sensação de que está protegendo a sua saúde, ao receber dose mais baixa e segura de nicotina e alcatrão. No filtro encontramos o Butano que serve como combustível para o isqueiro e como gás de cozinha. Ao ser inalado causa falta de ar, problemas na visão e coriza. Esse gás pode causar a morte e é altamente inflamável. Outra substância encontrada no filtro é o Polônio 210, um componente de o lixo nuclear, além da amônia (MARTINS, s.d.).
Figura 2. Partes do cigarro. Fonte: MARTINS, S. (s.d.)
3.1.2 Papel O papel é o invólucro do tabaco. Em sua composição existe o óxido de titânio, responsável pela quantidade e densidade de produção de fumaça e também pelo tempo que o cigarro permanece queimando. O papel contém os chamados “Burn Rings”, que controlam o tempo de queima do cigarro. Durante as tragadas a queima é mais rápida para liberar uma maior quantidade de nicotina, nos intervalos entre elas a queima é mais lenta para aumentar a vida do cigarro (MARTINS, s.d.).
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3.1.3 Nicotina Essa é a grande responsável pela sensação quase que imediata de prazer, facilitando a instalação da dependência. Quanto mais rápida uma substância psicoativa chega ao cérebro, maior é o seu potencial de criar a dependência. A nicotina consegue em apenas 10 segundos fazer todo o percurso de ser inalada, absorvida pelo pulmão, passar para a corrente sanguínea e desencadear um impacto cerebral, liberando a dopamina, uma substância que propicia uma imensa sensação de prazer. Segundo Martins (s.d.), essa rapidez de impacto cerebral só é comparada com a cocaína.
Figura 3. Componentes do cigarro. Fonte: MARTINS, S. (s.d.)
3.2 Gases Tóxicos Dos gases produzidos durante a queima do cigarro, destacam-se o Monóxido de Carbono, Amônia, Tolueno, Cianeto, Butano, Cetonas, Terebentina, Xileno, Ácido levulínico.
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3.2.1 Monóxido de Carbono Mesmo gás que sai dos escapamentos de automóveis. Em consequência há a redução do desempenho do organismo para atividade física, dificulta as trocas de nutrientes e a cicatrização.
3.2.2 Amônia Quando adicionada ao tabaco, ajuda tanto na vaporização mais rápida da nicotina durante a queima do cigarro, quanto no seu depósito pulmonar.
3.2.3 Tolueno Gás tóxico encontrado no escapamento de carros. Utilizado na fabricação de borrachas, óleos, resinas, tintas, colas, detergentes e explosivos.
3.2.4 Cianeto Forma-se com a queima do cigarro. É reconhecidamente carcinogênico. Utilizado nas indústrias para a manufatura de fibras, plásticos, tintas, pesticidas, usado como gás para matar ratos.
3.2.5 Butano Gás tóxico, inflamável, podendo ser mortal, Utilizado no isqueiro e também como gás de cozinha.
3.2.6 Cetonas Produto entorpecente e inflamável, sendo mais conhecido entre as mulheres como removedor de esmaltes, presente na fumaça do cigarro.
3.2.7 Terebentina Substância tóxica obtida através da extração de resinas de pinheiros. É um diluente
de
tintas
a
óleo,
usado
também para
a
limpeza
de
3.2.8 Xileno Produto inflamável e cancerígeno encontrado em tintas de caneta.
pincéis.
9
3.2.9 Ácido levulínico Adicionando esse ácido no cigarro as indústrias de tabaco descobrem que a dureza da nicotina é disfarçada, bem como o teor de alcatrão nas frações de nicotina é reduzido, ajudando-as a manterem-se dentro das exigências legais.
3.3 Metais tóxicos Entre os metais presentes destacam-se Arsênico, Cádmio, Acetato de Chumbo, Fósforo P4P6.
3.3.1 Arsênico Metal
empregado
na
fabricação
de
venenos
contra insetos.
Muitos
fumicultores utilizam pesticidas à base de arsênico, para se verem livres das pragas em suas lavouras de fumo.
3.3.2 Cádmio Metal pesado, tóxico e cancerígeno que provoca lesões no fígado, rins, pulmões e cérebro.
3.3.3 Acetato de chumbo Substância que está presente na fórmula das tinturas para cabelo, com potencial cumulativo no corpo humano, podendo ocasionar o aparecimento de câncer de pulmão e rim.
3.3.4 Fósforo P4 P6 2 Substância encontrada em fertilizantes e produtos de limpeza bem como em produtos raticidas.
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É um elemento químico de símbolo P, é venenoso, podendo ser mortal para o homem, de acordo com a dose ingerida.
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3.4 Substâncias Cancerígenas As substâncias cancerígenas presentes destacam-se o Alcatrão, Polônio, Níquel, Benzeno, N-Nitrosaminas, Formaldeído e Acroleína.
3.4.1 Alcatrão É um termo usado para definir um conjunto de partículas sólidas orgânicas e inorgânicas, que são absorvidas pelo fumante quando o cigarro é aceso. Entre seus compostos encontram-se 43 substâncias cancerígenas, como por exemplo: Arsênico, Polônio 210, Carbono 14, DDT, Níquel, Chumbo, Benzopireno, Cádmio, Dibenzoacridina.
3.4.2 Polônio É um raro elemento radioativo, sendo o Polônio 210 a sua forma mais comum. O polônio produz um tipo de radiação extremamente prejudicial chamada de alfa-radiação, que geralmente são bloqueadas pelas camadas da pele.
3.4.3 Níquel Usado na produção de aço inoxidável, ligas, moedas, galvanoplastia e pilhas alcalinas.
3.3.4 Benzeno É produzido durante a queima do cigarro. Utilizado como pesticida, na composição do detergente e da gasolina.
3.4.5 N- Nitrosaminas Responsáveis pelas alterações do DNA, portanto consideradas cancerígenas ambientais, ou seja, o não fumante exposto a fumaça do cigarro em ambientes fechados, ao inalar essas substâncias tem mais chances de desenvolver câncer.
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3.4.6 Formaldeído Utilizado na conservação de cadáveres e na fabricação de produtos químicos para matar bactérias, fertilizantes, corantes e desinfetantes.
3.4.7 Acroleína Gás com um forte cheiro nauseante, sendo o de maior concentração no cigarro. O cigarro contém 1.000 vezes mais acroleína quando comparado com outros produtos químicos que fazem alteração do DNA.
3.5 Outras Substâncias A queima do cigarro ainda produz Acetaldeído e Naftalina.
3.5.1 Acetaldeído É utilizado no combustível, cola, tintas, plásticos, borrachas sintéticas, couro, espelhos.
3.5.2 Naftalina Usado como veneno para matar barata.
3.6 Biochar Biochar segundo Maia (2010), é qualquer material rico em carbono obtido de biomassa carbonizada sob baixa atmosfera de oxigênio, para uso como condicionador de solos. A fixação de carbono no solo pode ser feita utilizando-se o chamado biochar (biomassa carbonizada), que pode ser produto ou subproduto de diferentes processos de pirólise. A produção de biochar está diretamente associada à cadeia de Bioenergia como a do carvão e a dos processos de pirólise. Entre as vantagens do uso do biochar em solos estão o aumento dos estoques de carbono em longo prazo, diminuição da lixiviação de nutrientes, aumento de produtividade e da capacidade de retenção hídrica.
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Já existem hoje sistemas fechados e controlados que permitem a captura e o aproveitamento de subprodutos gerados na carbonização, minimizando o efeito maléfico ao meio ambiente. A queima industrial de madeira pode gerar o produto principal (carbono pirogênico), bem como subprodutos, ácido pirolenhoso e o alcatrão, que são obtidos comercialmente por meio de lavadores de fumaça, tais componentes são industrializados para produção de diversos produtos para fins agrícolas, para a indústria química e alimentícia (BENITES, 2010).
3.6.1 Produção do carvão vegetal ou biomassa carbonizada A quantidade de carvão produzido pela queima depende do material de origem, da temperatura e tempo de queima. Durante a pirólise do material vegetal, uma grande quantidade de massa é perdida principalmente na forma de compostos orgânicos voláteis (CO, CO2, CH4) e H20 resultando em uma redução considerável do volume inicial (PETTER, 2010).
Figura 4. Biochar. Fonte: RICHARDS, (2016).
3.6.2 Propriedades físicas A maioria dos trabalhos relacionados à pirólise de materiais vegetais referemse a produção de carvão ativado, entretanto os custos de produção dos carvões ativados são relativamente altos. Contudo muito das informações sobre a produção e o comportamento do carvão ativado serve como base de informação para o uso de biochar, uma vez que
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as características físicas são semelhantes, principalmente na sua principal função que é a de adsorver compostos líquidos, sólidos e gasosos.
3.6.3 Biochar e atributos do solo Os solos apresentam características próprias distintas, no entanto, quando materiais com características distintas estão presentes pode-se ter mudanças no comportamento desse solo, alterando as características anteriormente. A presença de biochar pode contribuir para mudanças significativas nas propriedades físicas do solo, alterando as características do mesmo tais como: textura, estrutura, porosidade e consistência (BRADY & WEIL apud PETTER, 2010). Segundo esses mesmos autores, a mudança nas características físicas do solo devido à presença de biochar pode resultar em um maior crescimento das plantas, devido a maior disponibilidade de água na zona próxima ao sistema radicular.
3.6.4 Biochar: perspectivas ambientais e produção agrícola Outro
potencial
do
biochar
está
no
seu
efeito
no
crescimento,
desenvolvimento e produtividade agrícola e florestal, especialmente onde a matéria orgânica é essencial para a fertilidade do solo. Com isso, a capacidade produtiva do solo potencialmente aumenta o que também implica em maior produção de biomassa e consequente produtividade do solo. Finalmente, numa estratégia de ganho recíproco, a aplicação de biochar no solo pode promover acúmulo de carbono em longo prazo contribuindo para a mitigação das mudanças climáticas globais (PETTER, 2010).
3.7 Pirólise A Pirólise é um dos processos de destinação final de resíduos sólidos mais eficientes que existe, porém vale lembrar que ela não pode substituir os aterros sanitários, mas pode diminuir em muito o volume de resíduos enviados para os
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aterros sanitários. Durante pirólise são gerados resíduos graxos, como por exemplo, o alcatrão e demais subprodutos como material particulado. Conceitua-se como pirólise todo e qualquer processo de decomposição ou de alteração da composição de um composto ou mistura pela ação de calor em um ambiente com pouco ou nenhum oxigênio (AIRES 2003). Segundo Rocha, Perez e Cortez (2004), a pirólise é um processo de conversão térmica, de oxidação-redução na qual uma parte da biomassa é reduzida a carbono. Porém em decorrência a esse procedimento são gerados materiais particulados provenientes da queima e chorume, que recebem a tratativa de “subprodutos”.
3.8 Formas de Reciclagem A utilização das bitucas como a de inibidor de corrosão para o aço N80 a 90ºC em uma solução de ácido clorídrico é um método usado na indústria siderúrgica para inibir a corrosão do aço N80. Segundo Zhao (2009) o composto possui uma eficiência de 94,6% na inibição da corrosão do aço.
Para indústria do
aço é um tipo de reciclagem viável, porém por ser bastante específica, não é considerada viável para outros meios. A quantidade de bitucas diárias necessárias para a realização desse procedimento é de cerca de 3800 unidades (ZHAO et al, 2009). A transformação das bitucas de cigarro em plástico é um dos métodos mais viáveis e mais interessantes. As bitucas são enviadas para empresa que faz a reciclagem e para que sejam removidas as toxinas. As cinzas são esterilizadas e dissecadas, misturando o papel e o tabaco, enquanto o acetato de celulose, material plástico usado no filtro, é fundido e reciclado. Foram recuperados segundo Fleming (2013) mais de um milhão de cigarros em pouco tempo na Europa e Estados Unidos, o que torna o método extremamente viável. A quantidade diária de bitucas que torna o processo realizável é de cerca de 7.000 bitucas diárias para uma pequena produção de plástico (FLEMING et al, 2013).
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Por fim o último método, a utilização de bitucas de cigarro em projetos de hidro-semeadura3. No processo de reciclagem, o restante do tabaco, o filtro e o papel são separados e todo resíduo é colocado em um biodigestor. Depois de 90 horas, bactérias específicas quebram as toxinas e as retiram dos resíduos, que passam por uma separação. Os filtros irão compor uma manta de sustentação que ajudará em processos de hidro-semeadura (processo que reveste encostas sem vegetação) em locais degradados, enquanto o papel e restos de tabaco serão utilizados como fertilizantes, que posteriormente podem ser aplicados na mesma área que a manta está sendo usada. Uma das grandes vantagens desse método é que parte do material que foi utilizado para a fabricação do cigarro, como o tabaco, voltará para a terra, pois será usado como adubo. Como proposta está o uso das bitucas de cigarro em projetos de condicionamento de solo. No processo de condicionamento de solo, são dispostos sobre o mesmo considerável quantia de biomassa carbonizada, que tem finalidade agrícola, como reter e aumentar a disponibilidade de nutrientes, melhorar a capacidade de retenção de água, aumentar pH em solos ácidos e aumentar a matéria orgânica para o plantio, assim como auxiliar na redução de emissão de gases do efeito estufa, visto que o biochar estoca o carbono de forma sólida. A grande vantagem desse método é que toda a matéria prima considerada resíduo e sem valor comercial pode se tornar grande aliado na agricultura que necessita cada vez mais de soluções sustentáveis em virtude do exponencial aumento da população.
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Técnica utilizada para revegetação de taludes susceptíveis a erosão, mediante o recobrimento do solo com uma biomanta (pode ser de bitucas recicladas), seguida de hidrojateamento com um mix de sementes em pré-germinadas.
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4.
MATERIAL E MÉTODOS
Este projeto tem por objetivo descrever sucintamente os processos de reciclagem das bitucas. Também possui abordagem de testes para verificar ao resíduo um destino, segundo bibliografia levantada, sendo o método proposto ainda não testado anteriormente. O presente estudo teve a coleta de dados bibliográficos com o objetivo de tornar claro ao leitor sobre os riscos e composições do resíduo, assim como os tratamentos e suas complicações. Para tanto, foi elaborado o experimento em campo confeccionado e instalado em fevereiro de 2016 na cidade de Itapevi, SP. Por ser um protótipo de pequena escala, a área onde foi instalado o experimento não necessitou de alterações. O protótipo serviu como base para extrapolar dados para confecção de um forno com capacidade superior.
Figura 5. Protótipo em funcionamento. Fonte: Elaborado pelo autor.
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4.1 Pirólise rápida – Construção do “forno” As bitucas de cigarro passaram por processo de pirólise rápida a fim de obter o biochar como produto. Para a elaboração do sistema do experimento foi escolhido o "Small-batch method" desenvolvido por Hirst (2009), porém desenvolvido em menor escala. Neste processo foi escolhida uma lata de tinta com o volume de 0,000287 m3 para facilitar o experimento. A escolha por esse tipo de material se deu por se assemelhar com o modelo original de Hirst (2009), que originalmente é um tambor e por ser um material fácil de encontrar e se reparar caso necessite de alguma adaptação ou melhoria no projeto original. O projeto original proposto por Hirst visa a queima de material (madeira e biomassa) sob baixas temperaturas, utilizando tambores para gerar o composto de forma mais limpa possível. O material é colocado dentro de um tambor e tampado, esse tambor é acondicionado dentro de um tambor maior e o espaço livre é composto por material de fácil combustão. Após o início da queima uniforme, o tambor é fechado e permanece em queima até o final da combustão com baixa incidência de oxigênio. Esse método funciona basicamente como uma desidratação do residual que será composto o biochar.
4.1.1 Cálculo da capacidade de volume do recipiente teste Dados: - Cada fumante em média 7,7 bitucas/dia; - Recipiente teste (lata) acomoda 70 bitucas; - Medidas do recipiente teste (r= 0,0375 m e altura = 0,065 m). D = 7,5
cm h = 6,5
cm
18 Calculo do volume:
Vol = π . r2. H Vol = 3,14 . (0,0375)2. 0,065 Vol = 0,000287 m3 * Capacidade do recipiente 70 bitucas _____________ 0,000287 m3 _____________ 1 m3
X
X = 243.902 bitucas/ m3 243.902 bitucas ÷ 7,7 descarte médio = 31.675 fumantes (para abastecer um forno de 1 m3).
4.1.2 Capacidade de volume de um tambor metálico de 200 l. D = 60
cm h = 85
cm
Vol = π . r2. H Vol = 3,14 . (0,3)2. 0,85 Vol = 0,24 m3 70 bitucas _____________ 0,000287 m3 X
_____________ 0,24 m3
X = 58.536 bitucas 58.536 bitucas ÷ 7,7 descarte médio = 7.602 fumantes (para abastecer um forno confeccionado com tambor metálico de 200 L de capacidade).
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Figuras 6 e 7. Processo de pirólise em fase inicial. Fonte: Elaborado pelo autor.
Figuras 8 e 9. Produto final do processo de pirólise. Fonte: Elaborado pelo autor.
4.2 Aferição do peso das bitucas Para aferição do peso das bitucas foi utilizada balança analítica da marca Marte, modelo Adventure com capacidade de 210g de aplicação laboratorial com precisão de 0,00001g. Em média uma bituca pesa 0,3481g.
Figuras 10 e 11: Balança analítica utilizada para aferição do peso das bitucas. Fonte: Elaborado pelo autor.
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4.2.1 Cálculo médio por fumante
1 bituca _____________ 0,3481 g 7,7 bitucas_____________ X X = 2,68 g
4.2.2 Cálculo médio pela população
1 bituca__________________________0,3481 g 12,3 milhões de bitucas_____________ X X = 4.281.630 g ou 4,3 toneladas descartadas diariamente
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para que as bitucas possam ser reaproveitadas como matéria-prima, é necessário, primeiramente, coletá-las de forma adequada. Para a coleta das bitucas, a priori, é necessário interesse de empresas ou investidores em disponibilizar coletores específicos em locais públicos, em eventos, praias, empresas, universidades e demais ambientes de circulação de fumantes. Além do tratamento e utilização das bitucas citados anteriormente, existem outras formas de reutilizar esses resíduos como matéria-prima, substituindo, assim, a exploração de recursos naturais para a fabricação de diferentes produtos. O papel é um exemplo de produto que pode ser originado a partir da reciclagem das bitucas. O presente trabalho tem a finalidade de apresentar uma alternativa ao que parece ainda não colocada em prática até o momento, que é o processo de pirólise das bitucas para formação de biochar. Procedimento que diminui o volume do resíduo e pode subsidiar pesquisas para desenvolver o composto propriamente dito através de análises laboratoriais.
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Figuras 12 e 13. Pesagem do biochar pós processo de pirólise. Fonte: Elaborado pelo autor.
O volume inicial coletado diminui em quase três vezes quando relacionado às bitucas antes do processo de pirólise. No experimento foram utilizadas 70 bitucas no processo da pirólise representando uma amostra de 24,37g e após a pirólise essa quantidade inicial foi reduzida a uma amostra final de 8,65g. Para suprir um modelo de forno semelhante ao utilizado, porém com capacidade de 1m³ são necessários 31.675 fumantes consumindo uma média de 7,7 cigarros/dia. Por fumante são descartados em média 2,7g de bitucas/dia e a quantidade de bitucas descartadas diariamente por toda uma população (12,3 milhões) multiplicada pelo peso da mesma, gira em torno de 4,3 toneladas de bitucas de cigarro por dia que não recebem destinação adequada. A partir do exposto, é possível verificar que existem alternativas possíveis, rentáveis e ecologicamente corretas para a destinação dos resíduos sólidos gerados pós-consumo de cigarros. O processo de ter que separar a bituca do lixo seco ou orgânico comum, dificulta, encarece e pode inviabilizar o processo de tratamento e reciclagem posterior. Fica evidente que a alternativa de tratamento e reciclagem de resíduos possui um grande potencial como fonte geradora de renda e uma oportunidade de negócio, além de operar também, como uma forma de integrar pessoas à sociedade a partir do mercado de trabalho, gerando empregos.
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Para o reaproveitamento dos resíduos, investimentos em pesquisa e inovação podem oportunizar, a médio e longo prazo, resultados satisfatórios para toda a sociedade e meio ambiente. Deve-se destacar que a pirólise é mais uma proposta no controle de um tipo de material que no dia a dia é descartado livremente, sem o menor controle e que é altamente poluente. Devido à baixa quantidade de material utilizado no processo de pirólise, não foi possível avaliar a produção de chorume e material particulado.
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6. CONCLUSÃO Como análise, verificou-se que existem alternativas viáveis e sustentáveis para a gestão dos resíduos sólidos gerados pós-consumo de cigarros. A utilização das bitucas como matéria-prima para a fabricação produto alternativo como o biochar é um exemplo de inovação em produto que pode ser obtido a partir da gestão sustentável desses resíduos. Para que essas atitudes sejam viáveis, faz-se salutar inovações no processo. Entende-se como inovações no processo as medidas que podem ser implantadas ao longo das etapas da cadeia de produção e consumo de cigarros. Nesse ponto, o elemento crucial é a postura do consumidor, que deve orientar-se a um comportamento diferente daquele comumente praticado, ou seja, não lançar a bituca no chão. Como foi demonstrado, existem alternativas para o rejeite adequado desse resíduo. O consumidor pode adquirir particularmente e carregar consigo o próprio recipiente de descarte conhecido como bituqueira. Como limitações do estudo, observou-se a falta de recursos e estrutura que seriam utilizados para subsidiar as análises laboratoriais que comprovariam a composição do produto final. Como sugestão para estudos futuros, sugere-se analisar maneiras de buscar a conscientização dos fumantes, governos e empresas sobre a importância da destinação adequada desses resíduos e dos impactos que causam ao meio ambiente e analisar o composto de maneira que se possa identificar todos os componentes e estrutura do biochar, assim como fazer os testes de aplicabilidade em solo, para definir sua viabilidade. Não foram analisados neste experimento a produção de chorume e material particulado, do mesmo modo, devido à baixa quantidade de biochar produzido ficou inviável testá-lo como condicionador de solo.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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