OS PRINCÍPIOS QUÍMICOS DO BIO CARVÃO

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A temperatura inicial de degradação (onset temperature) varia de acordo com o conteúdo e com a qualidade dos componentes (hemicelulose, celulose e lignina) no material, sendo tanto maior quanto mais resistente à degradação este componente for. Quanto mais alta for a temperatura (> 700 °C) de carbonização maior será a perda de C na forma de compostos voláteis.

- PROPRIEDADES DO BIOCARVÃO

O carvão pode apresentar diferente composição química dependendo da temperatura, tempo de carbonização (Trompowsky et al., 2005) e do tipo material utilizado. As respostas iniciais das plantas ao biocarvão variam de acordo com os componentes (principalmente nutrientes do biocarvão), com o tipo de solo e estado nutricional da espécie de planta utilizada, assim como do tipo de resíduo utilizado para a produção do biocarvão (Van Zwieten et al., 2010).

O carbono orgânico contido no biocarvão é constituído em sua maior parte de estruturas aromáticas policondensadas, caracterizadas pela ligação em forma de anel benzênico de átomos de C com oxigênio (O) ou hidrogênio (H) (Lehman & Joseph, 2009), com matriz de outros grupos funcionais.

Essas ligações entre C-O e C-H governam as estruturas aromáticas estáveis do biocarvão, sendo utilizadas para medir o grau de aromaticidade dos compostos, que quanto menor for, maior será a concentração de C do biocarvão (Braadbaart et al., 2004; Hammes et al., 2006). Geralmente razões O/C abaixo de 0,3 indicam alto grau de aromaticidade (Baldock e Smernick, 2002), consequentemente maior concentração de C.

Com o aumento da temperatura da pirólise, também a proporção de carbonos aromáticos no biochar aumenta, devido ao aumento relativo da perda de matéria volátil (inicialmente água, seguido de hidrocarbonetos, vapores de alcatrão, H2, CO e CO2) e da conversão de alquilo a arilo (anel aromático). Por volta dos 330 ºC, começam a crescer folhas de grafeno poliaromático à custa da fase amorfa de C, e eventualmente a unirem-se. Acima dos 600 ºC predomina a remoção de todos os átomos que não sejam de carbono e consequentemente o aumento relativo do teor de carbono que pode ser até 90% (em peso), dependendo do tipo de biomassa usado.

Os principais constituintes do biocarvão são o carbono, matéria volátil, matéria mineral (cinzas) e humidade. A proporção de cada um desses constituintes é que determina o comportamento e funcionamento físico e químico de todo o biochar, e consequentemente sua aptidão para um local específico, bem como o seu transporte e destino no ambiente (Brown, 2009).

- BIOCARVÃO NO SOLO

A presença de biocarvão pode contribuir para mudanças significativas nas propriedades físicas do solo, alterando as características do mesmo tais como: estrutura, porosidade e consistência, diâmetro dos poros, distribuição granulométrica, densidade, em função de sua maior área superficial específica (Downie et al., 2009).

Devido à sua porosidade e a sua alta superfície específica, o biocarvão pode aumentar significativamente a capacidade de retenção de água, sobretudo em solos de textura arenosa. Esse efeito foi verificado por Carvalho et al. (2014) com a aplicação de biocarvão em um Plintossolo Háplico de textura arenosa. Esses autores verificaram aumento na capacidade de retenção de água no solo, com aumento de 0,8 a 1% na água disponível para as plantas a cada Mg ha-1 de biocarvão aplicado.

A área de superfície específica do biocarvão que pode chegar a 400 m2 g-1 é comparável a da argila e superior a da areia, podendo indicar que a presença do biocarvão em solos arenosos pode suprir de certa forma a baixa capacidade de troca catiônica, disponibilidade de nutrientes e atividade de microrganismos (Liang et al., 2006).

Após a pirólise, o biocarvão pode apresentar altos teores de carbonato de cálcio e de magnésio (Van Zwieten et al., 2010), além de outros nutrientes essenciais às plantas, como o K e P, e micronutrientes como o Mn, Fe, Cu, Zn, Mo (Novak et al., 2009; Silber et al., 2010). O aumento nas adições de carbono orgânico melhora a retenção de nutrientes que se tornam acessíveis aos microrganismos na superfície da partícula (Lehmann et al., 2011).

O biocarvão também atua na adsorção e/ou complexação de componentes tóxicos presentes no solo, uma vez que a sua adição ao solo irá aumentar o pH do mesmo, suprimindo a toxicidade de alguns nutrientes, como o caso do Al3+, induzindo também a adsorção na superfície de quelatos que poderiam precipitar com o Al3+ e Fe3+ em solos ácidos.

A adição ao solo pode ter efeitos diretos e indiretos sobre a retenção de água, que pode ser de curta ou longa duração. O efeito direto do biochar está relacionado com a sua grande superfície interna e pela elevada quantidade de microporos, onde se retém água pelos fenômenos de capilaridade (Karhu et al., 2011). Assim ao melhorar a porosidade total do solo, também se aumenta a água disponível para as plantas, o que será um efeito benéfico no rendimento das culturas. O efeito indireto relaciona-se com a hipótese de que a aplicação de biochar ao solo melhora a agregação ou a estrutura do mesmo. O biochar pode afetar a agregação do solo devido às interações com a matéria orgânica do solo, minerais e microrganismos. As características da carga de superfície e o seu desenvolvimento ao longo do tempo determinarão o efeito a longo prazo sobre a agregação do solo.

No Brasil, exemplo do efeito benéfico do carvão (ou C-pyr) para a fertilidade dos solos tropicais são os solos chamados de terra preta de índio (ou terra preta arqueológica), que são solos antrópicos dos povos pré-colombianos da Bacia Amazônica (Kampf e Kern, 2005). Esses solos contêm elevado teor de C-pyr que chega a ser 2,5 vezes maior que o teor desse material em solos adjacentes não antrópicos. Esse efeito benéfico do carvão C-pyr levou, provavelmente, centenas de anos para ser consolidado, devido principalmente ao tamanho das partículas de carvão adicionadas ao solo e o tempo de atividade que processos abióticos e bióticos do solo levaram para oxidarem esse material, gerando as características desejáveis, hoje atenuadas, ao mesmo.

- CONCLUSÃO

O Biocarvão no solo contribui para a fertilidade e à sustentabilidade dessa, uma vez que melhora suas propriedades químicas, físicas e biológicas. Isso porque proporciona a esse maior CTC (que ocorre pelo tipo de superfície encontrada no BC, com grande quantidade de compostos aromáticos) e consequentemente gera uma maior