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BEATRIZ CRISTINA ALMEIDA SANTOS
DANIELE CRISTINA JOAQUIM SANTORO
VALORIZAÇÃO DA LIGNINA EXTRAÍDA DO BAGAÇO DE CANA-
DE-AÇÚCAR PARA PRODUÇÃO DE ADUBO
Orientadora: Esp. Erica Gayego Bello Figueiredo Bortolotti
Campinas – SP
2015
Trabalho apresentado ao Conselho Regional de
Química – IV Região como parte dos requisitos
exigidos para concorrer ao Prêmio CRQ-IV
2015.
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Este trabalho é dedicado primeiramente a
Deus, por ser essencial em minha vida, autor
do meu destino e meu guia, aos meus
familiares a fim de compensá-los um pouco
das horas que me afastei do nosso convívio,
absorvido neste trabalho e, especialmente aos
que acreditam que a magia é capaz de
transformar mesmo os lugares mais rudes em
florestas cheias de belezas estonteantes,
acreditem nos seus sonhos.
3
Agradecimentos
A Deus pela dádiva da vida, e por ter ajudado a manter a fé nos momentos mais difíceis.
A toda minha família, que me incentivou a seguir na jornada, mostrando que o meu caminho
deveria ser seguido sem medo e sem desistir ao primeiro obstáculo.
A Escola Técnica Estadual “Conselheiro Antonio Prado”, а todos оs professores,
especialmente à professora orientadora Érica G. B. F. Bortolotti, que proporcionou о
conhecimento nãо apenas racional, mаs а manifestação dо caráter е afetividade dа educação
nо processo dе formação profissional, pelo tanto quе sе dedicou a nós, nãо somente pelos
ensinamentos, mаs também pelo aprendizado. А palavra mestre, nunca fará justiça
аоs professores dedicados, aоs quais sеm nominar, terão оs meus eternos agradecimentos.
Meus agradecimentos aos colegas e amigos do 4ºTC e de toda a escola, pelo companheirismo
e amizade ao longo de todo o curso.
A minha orientadora de estágio, no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, no
Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol, Sarita Cândida Rabelo, pelo
apoio e orientação neste trabalho, meu carinho e meu agradecimento especial.
A todos os meus colegas no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais, no
Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol, em especial Pedro Nakasu,
Karen Marabezi, Vinicius Fernandes da Silva, Simone Nakanishi e Rafaela de Souza, pelo
auxilio neste trabalho.
A todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, muito obrigada.
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“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas
do homem foram conquistadas do que parecia impossível.” Charles Chaplin
“Feliz aquele que transfere o que sabe e aprende o que ensina.” Cora Coralina
“É fazendo que se aprende a fazer aquilo que se deve aprender a fazer.” Aristóteles
“Perder tempo em aprender coisas que não interessam, priva-nos de descobrir coisas
interessantes.” Carlos Drummond de Andrade
“O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.” Albert Einstein
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Resumo
A lignina é um dos principais componentes do bagaço da cana-de-açúcar. Sua estrutura
química é de difícil formulação, podendo variar de acordo com diversos fatores relacionados à
planta. Hoje, pesquisas com bioetanol de segunda geração no Brasil e no mundo estão
crescendo, e a lignina afeta o processo de sacarificação da biomassa em açúcares
fermentáveis, sendo necessário submeter esta biomassa à pré-tratamentos físicos e/ou
químicos antes de sua hidrólise para produção de etanol. Pensando em um futuro e buscando
uma nova utilidade para este resíduo orgânico obtido do pré-tratamento, este trabalho teve
como objetivo produzir adubo a partir da decomposição da lignina, provando seu benefício ao
solo a partir do plantio de sementes de mostarda e feijão. O licor negro obtido da
deslignificação alcalina foi precipitado com ácido sulfúrico, cuja filtração obteve-se a lignina
em pó e o resíduo da precipitação com pequena concentração de lignina solúvel. Montaram-se
onze composteiras: uma apenas com solo, quatro com a lignina em pó, nas concentrações 5%,
10%, 15% e 20%, quatro com resíduo filtrado, sendo duas corrigidas o pH com carbonato de
cálcio e duas com hidróxido de sódio, nas concentrações 10% e 20%, e duas foram montadas
com solo e licor negro nas concentrações de 5% e 10%. Análises como pH e matéria orgânica,
possibilitaram identificar a melhor amostra. À medida que a concentração de lignina em pó no
solo aumentava, consequentemente aumentou a porcentagem de matéria orgânica, de 9,83%,
na concentração de 5%, para 17,35%, na concentração de 20%. Ao plantar as sementes,
concluiu-se que a melhor composteira foi lignina:solo 10%, com melhor desenvolvimento da
planta, por apresentar valores de matéria orgânica (11,68%), pH (6,21) e salinidade 0,0357
(dS/cm), dentro da faixa para plantação, podendo-se aproveitar grandes quantidades de lignina
para adubo do solo.
PALAVRAS CHAVES: deslignificação alcalina; licor negro; lignina; decomposição de
matéria orgânica.
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SUMÁRIO
1. Introdução ......................................................................................................................
2. Pesquisa Bibliográfica ...................................................................................................
2.1. Relação da Lignina na decomposição de diversas plantas .........................................
2.1.1. Relação entre qualidade e liberação de nitrogênio por plantas do semiárido usadas como
adubo verde .......................................................................................................................
2.1.2. Resistência em plantio feijoeiro mediada pela rizobactéria Bacillus cereus ou
acibenzolar-S-metil ...........................................................................................................
2.2. Lignina utilizada como fertilizante ................................................................................
2.3. Lignina como matéria orgânica no solo ......................................................................
2.4. Decomposição da lignina no solo ..............................................................................
2.5. Extração da Lignina ...................................................................................................
2.5.1. Banco de planta de lignina para fins comerciais ......................................................
2.5.2. Extração da lignina e seu uso nas curvas de calibração para determinar a
concentração de lignina em produtos vegetais ..................................................................
2.6. Biossíntese de lignina com o objetivo de melhorar a qualidade de forragens e
produção de biocombustíveis ............................................................................................
2.7. Outras utilidades da lignina ........................................................................................
3. Fundamentação Teórica ..................................................................................................
3.1. Biomassa ....................................................................................................................
3.1.1. Celulose ....................................................................................................................
3.1.2. Hemiceluloses .........................................................................................................
3.1.3. Lignina ....................................................................................................................
3.1.3.1. A composição química da parede celular da lignina e a produção de bioenergia.....
3.2. Pré-tratamento .............................................................................................................
3.3. Decomposição da Matéria Orgânica ...........................................................................
3.4. Compostagem (N, P, K, Macro-nutrientes e Micronutrientes) ...................................
3.5. Solo e pH .....................................................................................................................
3.5.1. Solo ...........................................................................................................................
3.5.2. pH ................................................................................................................................
3.6. Calagem do Solo ........................................................................................................
3.6.1. A importância do carbonato de cálcio para correção do pH no solo .......................
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3.6.2. A importância do hidróxido de sódio para correção do pH no solo .........................
3.7. Salinidade no solo ........................................................................................................
3.8. Ferro no Solo ...............................................................................................................
3.9. O plantio de sementes ...................................................................................................
3.9.1. Feijões ......................................................................................................................
3.9.2. Mostarda ...................................................................................................................
3.10. NBR 10.004 ................................................................................................................
4. Relevância do Trabalho ...................................................................................................
5. Hipótese ..........................................................................................................................
6. Objetivos .................................................................................................................. ......
6.1. Objetivo Geral ...............................................................................................................
6.2. Objetivos Específicos ....................................................................................................
7. Materiais e Métodos .......................................................................................................
7.1. Pré-Tratamento Hidrotérmico .....................................................................................
7.2. Deslignificação Alcalina ................................................................................................
7.2.1. Programação do Reator (Autotunning) ....................................................................
7.2.2. Reação de Deslignificação Alcalina .........................................................................
7.3. Precipitação e Obtenção de Lignina ............................................................................
7.4. Compostagem do Solo e Determinação da Concentração de Lignina ........................
7.5. Correção do pH e compostagem do resíduo de precipitado da lignina .......................
7.6. Compostagem do licor negro .......................................................................................
7.7. Caracterização Química: Hidrólise com H2SO4 Concentrado (72%) e diluído (4%)......
7.8. Determinação de Lignina Insolúvel ...............................................................................
7.9. Teor de Cinzas Totais ..................................................................................................
7.10. Determinação da Lignina Solúvel ..............................................................................
7.11. Análise do Solo – pH .................................................................................................
7.12. Análise do Solo – Temperatura .................................................................................
7.13. Determinação de Umidade .........................................................................................
7.14. Determinação de Matéria Orgânica .............................................................................
7.15. Determinação da Salinidade ......................................................................................
7.16. Determinação de íons Fe+3
no solo .............................................................................
7.17. Plantação de grãos de feijões e sementes de mostarda ...............................................
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8. Custos ...........................................................................................................................
9. Meio Ambiente ..............................................................................................................
10. Cronograma ................................................................................................................
11. Resultados e Discussões ................................................................................................
11.1. Pré-Tratamento Hidrotérmico e Deslignificação Alcalina ......................................
11.2. Precipitação e Obtenção de Lignina .......................................................................
11.3. Compostagem do Solo e Determinação da Concentração de Lignina .....................
11.4. Correção do pH e compostagem do resíduo de precipitado da lignina ....................
11.5. Compostagem do licor negro ..................................................................................
11.6. Água para decomposição .........................................................................................
11.7. Caracterização Química: Hidrólise ácida, Lignina Solúvel e Insolúvel e Cinzas
Totais ............................................................................................................................. ...
11.8. Análise de Umidade das Composteiras .....................................................................
11.9. Análise do pH e Matéria Orgânica ................................................................................
11.10. Análise da temperatura ..........................................................................................
11.11. Análise da Salinidade ............................................................................................
11.12. Determinação de íons Fe+3
no solo ...........................................................................
11.13. Análise do Plantio das sementes de mostarda e feijão ...........................................
12. Conclusão ...................................................................................................................
13. Referências Bibliográficas .........................................................................................
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1. Introdução
O Brasil é reconhecido mundialmente por seu pioneirismo na introdução em sua matriz
energética de um biocombustível produzido a partir da cana-de-açúcar: o etanol.
Figura 1: Plantação de cana-de-açúcar (1).
Os biocombustíveis são considerados tecnologias relevantes para o desenvolvimento e
industrialização dos países uma vez que estão diretamente relacionados às razões de
segurança energética, preocupações ambientais e questão socioeconômica (2).
Em geral, os materiais lignocelulósicos apresentam uma estrutura complexa e compacta sendo
necessário submeter esta biomassa à pré-tratamentos físicos e/ou químicos antes da sua
hidrólise para produção de etanol. Esta etapa é responsável pela remoção de lignina e
hemiceluloses, redução da cristalinidade da celulose e aumento da porosidade do material, de
maneira a tornar a celulose susceptível à hidrólise, e posterior fermentação (3).
A lignina, além de apresentar fins menos nobres do que a celulose e fazer parte da
composição do bagaço da cana-de-açúcar se comportam como inibidora no processo de
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fermentação, sendo um resíduo para os produtores de biocombustíveis e atuais indústrias de
papel e celulose.
A pressão política e social dirigida à redução da carga poluente de nossas atividades
industriais é uma realidade mundial. Praticamente todos os países ditos desenvolvidos ou em
desenvolvimento estão procurando adaptar-se a esta nova realidade, modificando os seus
processos de forma a reciclar ao máximo todo e qualquer rejeito produzido em suas estações
de processamento. Neste contexto, materiais celulósicos constituem uma parcela significativa
do lixo urbano e agro-industrial, razão pela qual a utilização destes rejeitos tem sido encarada
com muita seriedade pelos órgãos ambientalistas (4).
Além das indústrias de combustíveis, as indústrias que produzem papel e celulose, são as que
mais geram lignina no mundo, excedendo até mesmo as indústrias de etanol, através do
processo tradicional de produção, onde a lignina é um dos componentes, ao lado das
hemiceluloses, do chamado "licor negro", um fluido cuja queima em caldeiras é utilizada de
forma maciça pela indústria papeleira para a produção de energia (5).
Sabendo-se que a lignina é um resíduo orgânico abundante como descarte nas produções de
materiais que tem grande consumo mundial, o papel e o etanol, a partir de pesquisas mais
aprofundadas, encontrou-se uma nova possibilidade de mostrar a estas indústrias que é
possível dar a lignina uma nova utilidade: investir na avaliação de seu uso como adubo no
solo. Testes de otimização das condições de decomposição da lignina, seu resíduo de
precipitação e o licor negro, e plantio com a utilização de sementes de feijão e mostarda foram
o foco principal deste trabalho.
Após aproximadamente três meses de decomposição, análises como pH, matéria orgânica e
salinidade foram realizadas em todas as composteiras, afim de se observar a melhor condição
a ser aplicada. À medida que a concentração de lignina em pó no solo aumentava,
consequentemente aumentou a porcentagem de matéria orgânica, porém em contra partida o
pH foi reduzindo e a salinidade aumentando. As composteiras com licor negro e o resíduo da
precipitação tiveram resultados individuais bons, mas não em conjunto, como nas
composteiras de lignina em pó. O teste com as sementes foram essenciais para comprovação
dos dados analíticos. Foi possível obter a melhor condição para aplicação da lignina em uma
escala ampliada, descobrindo uma utilidade inovadora para as indústrias agrícolas.
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2. Pesquisa Bibliográfica
2.1. Relação da Lignina na decomposição de diversas plantas
2.1.1. Relação entre qualidade e liberação de nitrogênio por plantas do
semiárido usadas como adubo verde (6)
O uso de plantas como adubo verde pode ser uma alternativa para melhorar a fertilidade do
solo, porém a liberação de nutrientes desses adubos para o solo irá depender dos teores de
lignina, polifenóis e nitrogênio no material vegetal utilizado. Tais teores foram determinados
em 24 espécies vegetais encontradas em propriedades rurais do semiárido e relacionados com
a mineralização de nitrogênio, quando incorporados ao solo.
Os materiais apresentaram grande variação nos teores os quais, por sua vez, sinalizaram baixa
correlação com as proporções do nitrogênio mineralizado depois da incorporação. Utilizando
os teores e suas relações, realizou-se análise de componentes principais agrupando os
materiais de acordo com suas similaridades, visando verificar a existência de relações entre a
formação dos grupos referidos e o nitrogênio mineralizado após incubação dos materiais
orgânicos. Quatro grupos foram formados; no entanto, pouca informação útil foi gerada no
sentido de tentar predizer a mineralização de nitrogênio com base na qualidade dos materiais
testados. O comportamento da lignina não foi bem definido na formação dos grupos e não
apresentou relação clara com a mineralização do nitrogênio devido, talvez, ao curto prazo de
avaliação da metodologia adotada (28 dias). Todos os materiais que apresentaram relação
polifenóis/nitrogênio menor que 0,5 mineralizaram nitrogênio enquanto que os apresentaram a
mesma relação acima de 5, imobilizaram nitrogênio.
2.1.2. Resistência em plantio feijoeiro mediada pela rizobactéria Bacillus
cereus ou acibenzolar-S-metil (7)
Plantas que utilizam recursos para defesa na ausência de pragas ou patógenos arcarão com
custos energéticos que podem refletir na sua produtividade. Assim, teve-se por objetivo
avaliar os custos adaptativos da indução de resistência, antes da chegada do patógeno, em
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feijoeiro induzido por um indutor biótico (Bacillus cereus) e um abiótico (acibenzolar-S-
metil, ASM), em 2, 3 ou 4 aplicações distribuídas ao longo do ciclo da cultura. Avaliou-se o
efeito protetor contra a bactéria Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli, além da atividade de
peroxidase, quitinase, β-1,3-glucanase, síntese de lignina, fenóis e crescimento com base na
matéria seca.
Observou-se a formação de lignina em função do tratamento com ASM, o que pode ser um
dos principais mecanismos responsáveis pela resistência do feijoeiro contra U.
appendiculatus. A lignificação representa um mecanismo de defesa que implica em grande
investimento de foto assimilados, que por sua vez, não apresentam retorno ao metabolismo,
para serem utilizados em outros processos.
2.2. Lignina utilizada como fertilizante (8)
A uréia é utilizada em grande escala como fonte de nitrogênio em solo. Devido à alta
solubilidade da uréia em água, a lixiviação da mesma ocorre muito facilmente, o que faz com
que outra adição de uréia seja necessária.
A lignina foi descoberta em 1938 por Anselme Payen após submeter à madeira a tratamento
químico com ácido sulfúrico concentrado e pode ser obtida a partir de matéria prima
renovável como, por exemplo, o bagaço de cana-de-açúcar. Graças ao caráter fenólico da
estrutura da lignina, ela pode ser utilizada para substituir parcialmente o fenol em
polimerizações com aldeídos.
As poliuréias são insolúveis em água e sofrem hidrólise facilmente, liberando o nitrogênio
necessário ao solo. Este trabalho teve como objetivo sintetizar poliuréias a partir de fontes
renováveis para utilização como fertilizantes, sendo que após os experimentos descobriram-se
os polímeros a base de uréia-furfural-lignina podem ser facilmente sintetizados em meio
aquoso e possuem grande potencial para uso como fertilizante.
2.3. Lignina como matéria orgânica no solo (9)
A decomposição de resíduos orgânicos pode ser determinada diretamente pela perda de peso
ou por técnicas que utilizem elementos marcados, demonstrando que no final do processo há
liberação de polímeros complexos de hidroxi-fenóis, formação de nova biomassa metabólitos,
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e de materiais resistentes à degradação. Essa lentidão pode ocorrer devido ao mecanismo de
adsorção, à estabilização de metabólitos e à queda da taxa de biomassa no solo. Enfim, a
biodegradação é um processo complexo e multifacetado, envolvendo grande número e
variedade de microrganismos do solo. A degradação de diferentes resíduos depende das
condições locais e regionais como clima, tipo de solo, vegetação, fauna e microrganismos
decompositores. A diversidade bioquímica de substratos macromoleculares indica que os
organismos devem possuir amplo espectro de enzimas extracelulares para convertê-los em
metabólitos assimiláveis. As propriedades do solo, tais como, argila, pH, matéria orgânica e
aeração atuam como fatores ambientais do processo de decomposição.
A única maneira de encontrar a lignina como matéria orgânica no solo é na forma de
decomposição de diversos compostos de origem vegetal, os quais permanecem no solo
influenciando no tempo e maneira de decomposição.
2.4. Decomposição da lignina no solo (10)
Sistemas produtivos que utilizam a adubação verde prezam por uma dinâmica mais eficiente
de nutrientes no solo. Nesse sentido, é importante buscar a sincronia entre a demanda
nutricional da cultura e a disponibilidade de nutrientes provenientes da decomposição. Esse
estudo objetivou estabelecer uma correlação entre a composição química e a velocidade de
decomposição de espécies em um sistema agroflorestal. Para tanto, realizou-se a
caracterização química de espécies arbóreas, seguida de estudos de decomposição e busca de
correlação entre os parâmetros analisados. De posse dos resultados, foi possível agrupar
espécies com composição química e taxas de decomposição semelhantes. As relações
lignina:nitrogênio e (lignina+polifenol):nitrogênio apresentaram os maiores coeficientes de
correlação com a velocidade de decomposição de massa seca e liberação de nitrogênio. Um
aspecto importante que foi observado é a grande diferença em termos de velocidade de
decomposição das espécies. Pode estar relacionada com seus altos níveis de celulose e
lignina.
2.5. Extração da Lignina
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2.5.1. Banco de planta de lignina para fins comerciais (11)
Presente em cerca de 25% da madeira do eucalipto, a lignina, substância que confere rigidez à
árvore, é usada na indústria de papel e celulose como fonte complementar de energia devido a
seu alto poder calorífico. Visando a este potencial para co-geração e aplicações de fontes
renováveis em substituição a derivados do petróleo no setor químico, obteve-se a primeira
bench plant (banco de planta) de lignina da América Latina em operação na Unidade Limeira,
no interior do Estado de São Paulo. A iniciativa, além de sustentável, pode mudar
significativamente a rentabilidade da indústria de papel e celulose. Poucas empresas do
mundo utilizam lignina para tal finalidade. Criaram algo que oferecerá possibilidades inéditas
ao segmento: novos produtos para novos mercados. O projeto tem objetivo de maximizar o
aproveitamento da biomassa, reduzir em até 80% o consumo de óleo e gás nos fornos de cal e
potencial para substituir produtos químicos derivados do petróleo em diferentes aplicações
comerciais.
2.5.2. Extração da lignina e seu uso nas curvas de calibração para
determinar a concentração de lignina em produtos vegetais (12)
Dentre os métodos analíticos utilizados para a mensuração da lignina, pode-se mencionar o
método “lignina solúvel em brometo de acetila - LSBA”, no qual a lignina é solubilizada em
uma solução de brometo de acetila a 25% (m/v) em ácido acético glacial e, depois, lida no
comprimento de onda a 280 nm. Entretanto, todo método espectrofotométrico requer o
emprego de um padrão de referência confiável; neste experimento utilizou-se como referência
a lignina da planta forrageira extraída com o emprego do próprio brometo de acetila.
Quantificou-se a lignina presente em quatro amostras de forrageiras, em dois estágios de
maturidade e, ainda, em duas amostras de madeiras, comparando-se os dados com outros dois
métodos de determinação da lignina (lignina em detergente ácido - LDA e lignina
permanganato de potássio - LPer). Os três métodos não foram concordantes entre si, sendo
que, para praticamente todas as amostras, o método da LSBA mostrou valores mais elevados
que os outros dois métodos. Para cada amostra analisada, foram confeccionados uma curva-
padrão e um espectrograma na faixa de comprimento de luz de 240 a 320 nm. A análise
dessas curvas e dos espectrogramas indicou diferenças qualitativas entre as amostras, em
função não apenas da espécie botânica, mas também do estágio de maturidade da planta.
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2.6. Biossíntese de lignina com o objetivo de melhorar a qualidade de
forragens e produção de biocombustíveis (13)
Uma área que oferece grande potencial, mas que permanece pouco explorada é o
melhoramento para obtenção de variedades com características específicas para o
processamento da biomassa visando à produção de biocombustíveis. Dentre as características
que devem ser avaliadas em culturas dedicadas à produção de bioenergia estão à taxa de
crescimento, a resposta à competição por luz, o hábito de ramificação, a espessura de
caule/colmo e a composição de parede celular. Essas características poderão ser dissecadas
geneticamente, especialmente para as espécies cuja sequência genômica já se encontra
disponíveis. Acredita-se que a maximização da produção de biomassa por unidade de área
plantada será um dos principais focos dos programas de melhoramento voltados à produção
de bioenergia, para conseguir minimizar o uso de área cultivável. As alterações nas
proporções e estruturas dos vários polímeros que constituem a parede celular também
constituirão um importante foco adicional para a produção de culturas dedicadas à bioenergia,
uma vez que um dos principais problemas para a conversão de biomassa para açúcares
fermentáveis é a sacarificação da celulose e hemiceluloses.
A habilidade de sintetizar lignina foi crucial para a evolução das plantas terrestres a partir de
seus ancestrais aquáticos, uma vez que este composto fornece a integridade estrutural
necessária às células vegetais e permite às plantas conduzir água através de um sistema
vascular, formado pelo xilema, além de defendê-las eficazmente contra patógenos e pragas.
Devido à sua importância econômica, a lignina tem sido extensivamente estudada. Na década
passada, pesquisadores foram capazes de manipular o conteúdo e a composição de lignina em
uma variedade de plantas utilizando o melhoramento e a engenharia genética. Esses estudos
resultaram em plantas transgênicas mais eficientes em produção de papel ou digestibilidade
de forragens, além de proporcionar um melhor entendimento da via biossintética da lignina.
Embora tais tentativas tenham demonstrado bons resultados ao diminuir o conteúdo total de
lignina, muitos estudos também resultaram em plantas com características indesejáveis, como
o nanismo, resultando em alguns casos no colapso do xilema no aumento de suscetibilidade a
fungos. Portanto, um dos grandes desafios nesta área é exatamente o de simplificar a remoção
de lignina do material de biomassa ou diminuir seus efeitos na sacarificação da celulose, e
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concomitantemente manter teores mínimos de lignina para garantir as propriedades
agronômicas das culturas.
A biossíntese dos monolignóis (p-hidroxifenil (H), guaiacil (G), and siringil (S)), está ligada à
via dos fenilpropanóides. Atualmente, há um consenso de que dez enzimas são necessárias
para a biossíntese dos monolignóis: fenilalanina amônia liase (PAL), cinamato 4-hidroxilase
(C4H), 4-cumarato coenzima A ligase ou hidroxicinamoil CoA ligase (4CL), hidroxicinamoil
CoA: shikimato hidroxicinamoil transferase (HCT), 4-hidroxicinamato 3-hidroxilase (C3‟H),
cafeoil CoA O-metiltransferase (CCoAOMT), hidroxicinamoil CoA redutase (CCR), ferulato
5-hidroxilase (F5H), cafeato/5-hidroxiferulato O-metiltransferase (COMT) e cinamil álcool
desidrogenase (CAD). Além disso, a polimerização da lignina, por meio de catálise por
peroxidases (PER) e lacases (LAC), ocorre na parede celular (Figura 2).
Figura 2: Via de Biossíntese da Lignina. A) Pelo menos10 enzimas são necessárias para
a biossíntese dos monolignóis: fenilalanina amônia liase (PAL), cinamato 4-hidroxilase
(C4H), 4-cumarato coenzima A liga se ou hidroxicinamoil CoA ligase (4CL), hidroxicinamoil
CoA: shikimato hidroxicinamoil transferase (HCT), 4-hidroxicinamato 3-hidroxilase (C3‟H), cafeoil CoA O-metiltransferase (CCoAOMT), hidroxicinamoil CoA redutase (CCR),
ferulato 5-hidroxilase (F5H), cafeato/5-hidroxiferulato O-metiltransferase (COMT) e
cinamil álcool desidrogenase (CAD). A polimerização da lignina ocorre pela catálise por peroxidases (PER) e lacases (LAC). B) Mutante bmr-6
mostrando a nervura marrom-avermelhada típica devido a alterações da via da lignina. O
mutante bmr-6 possui uma mutação no gene da enzima CAD (13).
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2.7. Outras utilidades da lignina
A maior utilização da lignina, após seu isolamento da biomassa, é a obtenção de energia
através da sua queima direta em caldeiras. No caso da lignina ser obtida após pré-tratamentos
alcalinos ou oxidativos, esta normalmente apresentará um menor conteúdo de carbono e maior
de oxigênio, o que acarretará em uma redução no seu poder calorífico. O poder calorífico da
lignina extraída da madeira é de 23 a 25 MJ/kg (3).
Ligninas alcalinas obtidas a partir da hidrólise de materiais lignocelulósicos têm sido
quimicamente modificadas visando a agregar valor ao polímero (3).
Estudos mostram a importância das ligninas alcalinas como resina colante na composição das
fibras de bagaço de cana-de-açúcar na elaboração de painéis. Por ser um material natural da
própria fibra vegetal, seu aproveitamento após modificações químicas é desejável (3).
Algumas aplicações alternativas para lignina têm sido estudadas, sendo as principais:
Estabilizador em emulsões de líquidos imiscíveis;
Sequestro de íons metálicos em plantas de tratamento de água, evitando a reação
destes íons com outros compostos que devem permanecer dissolvidos (3);
Dispersante, sendo os lignosulfonatos úteis em cimento, argila e cerâmica, tintas e
pigmentos, placas de gesso, pesticidas e inseticidas, etc. (3);
Adesivo. Muito eficientes e econômicas, as resinas fenólicas atuam como
aglomerante em pallets, sendo utéis em briquetes, cerâmicas, isolamento d fibra de
vidro, fertilizantes e herbicidas, estabilizadores de solo, dentre outros (3);
Matéria-prima para a produção de carvão ativado, utilizado como adsorvente no
campo da eletrônica, catálise, armazenamento de gases e, principalmente, nos
processos separação, purificação de efluentes gasosos e líquidos e processos de
recuperação, devido à sua textura porosa com elevada capacidade de adsorção (3);
Em um futuro as indústrias poderão utilizar os lignosulfonatos, produtos químicos
provenientes da lignina que sofrem processo de sulfonação (quando a molécula se
torna solúvel em água) e que pode ser utilizado como dispersantes para concreto,
ração animal ou mesmo na composição de produtos químicos especiais ou mesmo
fármacos. Outra possibilidade é sua utilização para a fabricação de bioplásticos (5).
3. Fundamentação Teórica
18
3.1. Biomassa
A biomassa é uma fonte de energia proveniente indiretamente do sol, a chamada fotossíntese
vegetal, podendo ser considerada renovável se for seguido parâmetros ambientais adequados
para seu uso e exploração. Com o processo de fotossíntese, a planta utiliza a clorofila para
transformar água e dióxido de carbono em minerais sem valor energético, podendo ainda
armazenar, em curto prazo, energia solar em forma de carbono.
A energia armazenada pode ser transformada em energia térmica, elétrica ou combustível de
origem vegetal (14).
As plantas podem fixar o CO2 em grupos de três carbonos (C3) ou quatro carbonos (C4). As
plantas que praticam a fotossíntese do tipo C4, são mais produtivas, absorvem a luz,
nitrogênio e água na apropriação do carbono, em maior quantidade que as demais. Neste
grupo se encaixa a cana-de-açúcar, uma gramínea, cujas vantagens são a não necessidade de
ser replantada após colheita anual, cresce rapidamente e não exige muita água e nutrientes,
crescendo facilmente em terras marginais. Como desvantagem, a cana não consegue crescer
em regiões frias estando assim concentrada na região sudeste, centro-oeste e nordeste (15).
Devido à composição da biomassa, podendo variar as porcentagens dos componentes, é
necessário estabelecer critérios para escolher as melhores plantas que possuam potencial
bioenergético. Deve-se incluir nos critérios a composição da parede celular, a taxa e aptidão
de crescimento em diferentes climas (15). A Figura 3 apresenta os principais constituintes das
biomassas.
Figura 3: Composição dos materiais lignocelulósicos (16).
19
Os principais componentes dos materiais lignocelulósicos são a celulose (40 a 60%), as
hemiceluloses (20 a 40%) e a lignina (15 a 25%).
A celulose é o componente em maior quantidade presente na parede da planta. Trata-se de um
polissacarídeo que pode ser reduzido à glicose, através da hidrólise química ou enzimática. As
hemiceluloses também são um polissacarídeo, porém, no processo de hidrólise, obtém-se as
xilose e alguns outros monossacarídeos, sendo o segundo componente mais abundante da
biomassa. A lignina, uma macromolécula aromática heterogênea, é normalmente o terceiro
componente em maior quantidade na biomassa, tendo como principal função unir as fibras da
celulose em microfibrilas, agindo com função de “cola” celular, provendo a toda estrutura da
planta, resistência à deformação, além de unir diversas células vegetais que irão proporcionar
resistência a insetos e micro-organismos patogênicos.
A Figura 4 apresenta a estrutura da biomassa, onde é possível observar a parede celular e uma
microfibrila.
Figura 4: Estrutura da biomassa lignocelulósica (15).
20
3.1.1. Celulose
Sendo considerado o polímero mais abundante do planeta terra, cerca de 1,5 x 1012
toneladas
da produção anual de biomassa, é considerada um fonte inesgotável de matéria prima, frente a
demanda por materiais renováveis (17).
Presente na estrutura das células de todas as plantas, a celulose é um homopolissacarídeo
linear, onde a celobiose, que são ligadas por eliminação de uma molécula de água entre seus
grupos hidroxilas dos carbonos C1 e C4, é a unidade repetitiva. Suas moléculas simples são
formadas por anéis de β-D-glicopiranose unida por ligações de β-D-glicosídicas, de fórmula
geral (C6H10O5)n, conforme apresentado na Figura 5 (18).
Figura 5: Estrutura da celulose – celobiose (19).
A estrutura da celulose é formada por duas fases, uma cristalina (ordenada) e outra amorfa
(desordenada). Essas regiões não são muito definidas, porém se intercalam entre amorfa e
cristalina, como mostra a Figura 6. Na região cristalina, a fibra possui maior resistência em
processo de alongamento, já a amorfa, possui maior flexibilidade (14).
Figura 6: Distribuição da celulose: cristalina e amorfa (20).
21
3.1.2. Hemiceluloses
As hemiceluloses, ou polioses, estão relacionadas, em sua estrutura, à celulose, que são
depositadas nas células anteriormente à lignina. Ao contrário da celulose, as hemiceluloses
são compostas por vários açúcares (pentoses e hexoses), além de ácidos urônicos e desoxi-
hexoses, cuja natureza química nas plantas varia em relação ao tipo de tecido e espécie (19).
As hemiceluloses são um polissacarídeo estrutural ramificado, que possuem peso molecular
mais baixo que o da celulose. No seu estado natural, as hemiceluloses são amorfas sendo
formadas por açúcares de cinco carbonos (unidades de pentoses), como arabinose e xilose, e
açúcares de seis carbonos (unidades de hexoses) como glicose, manose, galactose, dentre
outros.. Este polímero é classificado de acordo com os açúcares presentes na cadeia principal:
xilanas, glucomananas, galactanas, dentre outros (21).
Quando a cadeia principal pode ser um homopolímero (xilanas) ou heteropolímero
(glucomananas), podem apresentar arabinose, galactose, ácido 4-O-metil-glucurônico e
grupos acetil ligados a esta cadeia principal (19).
A complexa estrutura das hemiceluloses conferem propriedades biomecânicas e biofísicas,
sobre os tecidos vegetais, formando frações não homogêneas e definidas como um material
solúvel alcalino (22). A Figura 7 apresenta a estrutura dos monossacarídeos que formam as
hemiceluloses.
Figura 7: Estrutura de monossacarídeos que formam as hemiceluloses (19).
22
Devido à combinação de diversos açúcares e por apresentar grande uma estrutura molecular
amorfa, as hemiceluloses são mais solúveis em água e mais fáceis de serem
degradadas/hidrolisadas do que a celulose; nos materiais lignocelulósicos, está intimamente
ligada à celulose e à lignina, funcionando como uma fase adesiva na estrutura do material (2).
3.1.3. Lignina
A lignina é uma macromolécula amorfa, altamente complexa e ramificada
tridimensionalmente, gerada a partir da polimerização desidrogenativa dos álcoois
hidroxicinamílicos: p-cumarílico (I), coniferílico (II) e sinapílico (III). A lignina é constituída
principalmente de unidades de fenilproprano associadas por ligações estáveis do tipo C-C,
aril-éter e aril-aril (23).
A distribuição da lignina nas células e nas plantas e sua constituição em cada espécie não são
uniformes e próprias. Devido a fato de a lignina apresentar muitas variações (dependente da
espécie da planta, da parte da planta em que se encontra da época do ano em que é sintetizada,
do solo, do clima e outros) e a grande dificuldade de se isolar a macromolécula sem que esta
sofra alterações em sua estrutura original (degradação, condensação) não é possível formular
sua estrutura química (14).
O primeiro modelo de lignina foi sugerido por Freudenberg, baseado no conceito de
polimerização desidrogenativa, antes de 1974 (18). A Figura 8 representa a estrutura geral da
lignina.
Figura 8: Estrutura geral da lignina (MOSIER et al., 2003a).
23
Sendo depositada na rede de carboidratos da parede celular secundária das plantas, durante
seu crescimento, a lignina acaba sendo o componente não carboidrato mais importante da
biomassa lignocelulósica (23).
3.1.3.1. A composição química da parede celular da lignina e a produção de
bioenergia
O material seco remanescente de plantações, a madeira e o bagaço, são constituídos
basicamente de parede celular. A parede celular é uma estrutura complexa na qual as
microfibras de celulose estão inseridas em uma matriz de hemiceluloses, pectina, proteínas e
compostos fenólicos, como a lignina. As proporções relativas dos principais componentes da
parede variam dependendo do material vegetal (13).
Há dois tipos de parede celular. O tipo I é comum em dicotiledôneas e monocotiledôneas não
pertencentes à subclasse Commelinidae, e contém uma alta proporção de pectina e proteínas,
e sua fração de hemiceluloses contém xiloglucanos. A parede celular tipo II está presente em
monocotiledôneas da subclasse Commelinidae, grupo que inclui as gramíneas, e contém
concentrações relativamente menores de pectina e proteínas, sendo que a fração
hemicelulósica consiste basicamente de glucuro-arabinoxilanos (13).
Todas as células vegetais possuem uma parede celular primária, enquanto a parede secundária
está limitada a órgãos e tecidos especializados como raízes, o tecido vascular, necessário para
o transporte de água (xilema), e o tecido de suporte (madeira), rico em fibras. A parede
secundária é rica em lignina que, além de oferecer rigidez à célula, também é importante na
defesa contra patógenos e pragas. A habilidade da lignina em resistir à degradação pode ser
atribuída à estrutura singular desse polímero que, ao contrário da celulose, não é linearmente
constituído de monômeros idênticos que se repetem. Esta é composta de um número de
subunidades distintas, ou monolignóis, cuja abundância pode variar entre espécies,
indivíduos, ou mesmo o tipos de células. Os monolignóis mais comuns são adicionados ao
polímero de lignina formando os resíduos de p-hidroxifenil (H), guaiacil (G), e siringil (S), os
quais são secretados no apoplasto e então depositados na parede celular por peroxidases e
lacases extracelulares. A parede celular das espécies de gramíneas também difere da parede
de outras espécies em termos da composição da lignina. Apesar da composição da lignina em
termos de unidades (guaiacil e siringil) ser similar entre monocotiledôneas e dicotiledôneas,
24
as gramíneas também contêm uma pequena, mas significativa porcentagem da unidade
hidroxifenil (H, 4-15%), que é encontrada apenas em traços na lignina proveniente de
dicotiledôneas (13).
Além disso, ao contrário das dicotiledôneas, a lignina de gramíneas contém quantidades
substanciais de ácido ferúlico e cumarílico, que são esterificados e eterificados na parede.
Acredita-se que o ácido ferúlico é responsável pela interação entre lignina e os polissacarídeos
presentes na parede, além de ser um dos inibidores do processo de sacarificação da celulose e
hemiceluloses e da fermentação de açúcares para produção de etanol (13).
A lignina pode afetar o processo de sacarificação da biomassa em açúcares fermentáveis de
duas maneiras: ela pode adsorver irreversivelmente as enzimas hidrolíticas, bloqueando sua
ação na celulose e, por ser hidrofóbica, pode também prevenir que a fibra celulósica se
intumeça, o que diminui a área de superfície acessível às enzimas. Isso resulta na necessidade
de maiores concentrações das enzimas para o processamento da biomassa, tornando-o
economicamente inviável. A remoção da lignina é um fator dominante para melhorar a
digestibilidade enzimática da biomassa. De fato, a remoção de 67% da lignina da polpa da
madeira é suficiente para aumentar em até duas vezes a taxa de hidrólise da celulose, e
aumentar em quase três vezes os açúcares resultantes do processo de conversão (13). As
propriedades físico-químicas da lignina e as limitações que ela pode causar no processo de
conversão da biomassa fazem da sua biossíntese um ponto chave de controle para a obtenção
de materiais com maior eficiência para produção de biocombustíveis.
O bagaço é fortemente recalcitrante, devido à forte ligação existente entre a celulose,
hemiceluloses e lignina. Para utilizá-lo na produção de etanol, é necessário submeter o
material a várias etapas de processamento: pré-tratamento, hidrólise, fermentação e destilação.
Os processos de pré-tratamento de materiais lignocelulósico podem ser térmicos, químicos,
físicos, biológicos ou uma combinação de todos esses, o que dependerá do grau de separação
requerido e do fim proposto. O presente relatório investigou o pré-tratamento com ácido
diluído, ou também chamado pré-tratamento hidrotérmico de catalise ácida, e a hidrólise
ácida, para descobrir as melhores condições a serem empregadas na quebra das estruturas,
para um bom rendimento e escalonamento em planta piloto, que serão retratados no decorrer
deste projeto (24).
3.2. Pré-tratamento
25
A celulose e as hemiceluloses presentes em algumas plantas são resistentes à
despolimerização enzimática devido à ligação hemiceluloses-lignina situada em torno da
celulose (25).
Para alterar a cristalinidade da celulose e aumentar a área superficial da biomassa, está deve
ser submetida a uma etapa de pré-tratamento. (26).
Durante a etapa de pré-tratamento ocorre uma solubilização de parte do material
lignocelulósico, sendo que a fração com maior grau de solubilização dependerá do tipo de
pré-tratamento aplicado e do grau de severidade do processo. Com a remoção dos compostos,
aumenta-se a porosidade do material, tornando mais eficiente o processo de hidrólise (27).
A Figura 9 apresenta uma ilustração do efeito do pré-tratamento na biomassa.
Figura 9: Efeito do pré-tratamento em material lignocelulósico (adaptado de 28).
Um pré-tratamento efetivo deve romper a estrutura cristalina, provocar uma mudança na área
superficial da fibra de celulose, diminuir a associação protetora da lignina e manter a estrutura
capilar na fibra (29).
As condições de pré-tratamento devem ser controladas uma vez que em pré-tratamentos com
alta severidade podem causar degradação da celulose e hemiceluloses formando inibidores de
fermentação. Os inibidores mais comumente gerados são o furfural, hidroximetilfufural
(HMF), ácido levulínico e ácido fórmico. Além destes, o ácido acético, proveniente dos
grupos acetil das hemiceluloses, e os compostos fenólicos, provenientes da degradação da
lignina, são inibidores de fermentação.
26
Para minimizar custos e maximizar a produção de bioetanol, o pré-tratamento deve atender os
seguintes requisitos (30; 24):
Otimizar a formação de açucares ou o potencial geração de açucares pela hidrolise;
Evitar degradação ou perda de carboidratos, resultando na alta recuperação dos
mesmos;
Apresentar elevada concentração de sólidos, bem com altas concentrações de açúcares
liberados na fração liquida;
Gerar a alta digestibilidade da celulose, que pode ser notada após a hidrólise
enzimática;
Evitar a formação de co-produtos que sejam inibidores para hidrolise subsequente;
Demandar pouca energia ou permitir que a energia empregada possa ser reutilizada em
outras etapas na forma de calor.
Vários métodos de pré-tratamento de biomassa lignocelulósicas, têm sido sugeridos ao longo
das duas últimas décadas, podendo se classificar em três grupos principais: físicos, químicos e
biológicos, além de uma possível combinação entre eles (28; 30). A Tabela 1 apresenta alguns
destes métodos.
27
Tabela 1: Métodos de pré-tratamentos para biomassas lignocelulósicas (31).
Métodos Operações (fatores) que ocasionam
mudança na estrutura do substrato Tipo de Mudança
Físico
Moagem e trituração (bola, energia
vibratória, rolo duplo, pressão,
martelo); radiação (raios de elétrons,
raios у, micro-ondas); altas
temperaturas (pirólises, explosão a
vapor).
Aumento da área
superficial e tamanho dos
poros da partícula,
diminuição do grau de
polimerização.
Químico
Bases, ácidos, gases, agentes
oxidantes e redutores, solventes
orgânicos.
Deslignificação,
diminuição do grau de
polimerização e
cristalinidade da celulose
associada com o inchaço da
amostra, aumento da
porosidade.
Biológico
Bolor branco (Pleurorus, Pycnoporus,
Ischnoderma, Phlebia, etc.).
Deslignificação e redução
do grau de polimerização
da celulose e
hemiceluloses.
Combinado
Tratamento alcalino associado com
explosão a vapor, moagem
acompanhada com tratamento alcalino
ou tratamento ácido.
Degradação das
hemiceluloses,
deslignificação, aumento
da área superficial e
tamanho dos poros.
Embora diversas técnicas de pré-tratamento sejam virtualmente aplicáveis ao bagaço de cana,
é necessário levar em consideração as características físicas do material e os métodos de
preparação da matéria prima. O aperfeiçoamento nos tipos de técnicas a serem usadas com
28
diferentes parâmetros, otimiza a eficiência operacional e minimiza os custos globais de
produção de etanol (32).
Para realizar a extração completa da lignina, dois tipos de pré-tratamentos precisam ser
realizados:
Pré-tratamento Hidrotérmico - Sob temperaturas e pressões elevadas, a água pode ser usada
para fracionar a biomassa vegetal em seus constituintes através da clivagem dos complexos
lignina-carboidrato, além de romper as ligações glicosídicas dos polissacarídeos. O ácido
acético formado a partir da desacetilação parcial da fração hemicelulósica atua como
catalisador da reação da hidrólise da biomassa promovendo a despolimerização das
hemiceluloses (processo auto-catalítico). Em temperaturas na faixa entre 180-220°C e em
curtos períodos de reação, diferentes quantidades de lignina podem ser extraídas com água e o
grau de polimerização da celulose pode diminuir (2; 29; 33). Este tipo de pré-tratamento,
realizado com o bagaço da cana-de-açúcar e água, sob determinada pressão, tempo e
temperatura, tem por objetivo remover as hemiceluloses e deixar parte da lignina solúvel.
Deslignificação Alcalina - O pré-tratamento alcalino deve ser feito em uma etapa posterior à
remoção das hemiceluloses, uma vez que o ácido acético gerado interfere na ação do álcali
(13). A remoção da lignina de um material que já foi submetido a uma etapa de pré-
tratamento é feito usando-se o método de extração alcalina, o qual consiste no mesmo
processo da polpação soda, porém em condições de reação mais amenas (concentração de
álcali no máximo 4% e temperaturas na ordem de 70°C) (1). Sua ação se baseia na clivagem
da estrutura da lignina pela saponificação dos grupos ésteres, tornando a fração celulósica
mais reativa (29; 34). A deslignificação alcalina é uma sequencia do pré-tratamento
hidrotérmico, para remover ao todo a lignina solúvel e insolúvel ainda presentes na
celulignina bruta, ou também chamada de bagaço pré-tratado.
3.3. Decomposição da Matéria Orgânica
O solo é um organismo vivo e sua fertilidade se relaciona com aspectos físicos, químicos e
também biológicos. Grande parte dos seres que habitam os solos é representada por
microorganismos (bactérias e fungos), raízes de plantas e pequenos animais. O metabolismo
destes seres é responsável pelas alterações dos compostos orgânicos depositados no solo
29
provocando alterações significativas em substratos e influenciando na composição do ar e da
solução solo (35).
Os efeitos do metabolismo dos organismos vivos são mais evidentes e atuantes nas camadas
mais superficiais do solo, decrescendo com a profundidade devido à menor presença de
oxigênio (areação) e matéria orgânica (35).
Os organismos são de extrema importância na produção e decomposição da matéria orgânica.
A matéria orgânica é composta pela flora e fauna do solo, raízes vivas e mortas, e substâncias
orgânicas de origem vegetal e animal. Os organismos decompõem os resíduos orgânicos,
numa sequência de eventos iniciada por animais maiores (as formigas, cupins e minhocas) até
os microorganismos (fungos e bactérias). Toda a matéria orgânica processada nessa cadeia de
decomposição será transformada em húmus, que torna o solo mais nutritivo para as plantas
(35).
A matéria orgânica presente no solo se apresenta de múltiplas formas. Ela pode estar viva ou
morta, ser uma molécula grande ou pequena, mais ou menos complexa. As formas variam
segundo o grau de decomposição e dos componentes originais da matéria orgânica. Um
exemplo interessante está na relação entre a árvore e o solo. Os açucares e proteínas
fornecidas pelas árvores ao solo serão as primeiras substâncias a serem decompostas, devido
sua maior solubilidade. Já a celulose sofrerá uma decomposição mais lenta devido a presença
da molécula de lignina, complexa e resistente à decomposição (35).
Os macroorganismos e os microorganismos existentes no solo desempenham a função de
decomposição e incorporação da matéria orgânica ao próprio solo. Este conhecimento a
respeito de um importante mecanismo da natureza originou a técnica da compostagem.
Criando-se um ambiente favorável, através de regras de controle, é possível se acumular
esterco e resíduos orgânicos variados (cascas, palhas, gravetos, lignina, etc), dispostos em
camadas, para a proliferação de organismos decompositores. O resultado deste processo é a
formação de uma terra preta, rica em matéria orgânica, ou seja, em nutrientes, denominada
composto orgânico. O composto orgânico contribui para fertilidade e equilíbrio dos solos
(35).
Basicamente, as atividades orgânicas que ocorrem no solo desempenham importantes funções
para a manutenção da fertilidade natural do solo. Entre estas funções, as mais importantes são:
Decomposição de resíduos orgânicos;
Liberação de nutrientes para as plantas;
30
Equilíbrio biológico e sanidade para as plantas;
Organização das partículas do solo, permitindo o armazenamento de água, nutrientes e
possibilitando a aeração (35).
3.4. Compostagem (N, P, K, Macro-nutrientes e Micronutrientes)
A compostagem é um processo de transformação de materiais grosseiros, como palha e
estrume, em materiais orgânicos utilizáveis na agricultura. Envolve reações extremamente
complexas de natureza bioquímica promovidas pela atividade de microorganismos do solo
que utilizam a matéria orgânica como fonte de energia, nutrientes minerais e carbono. Uma
pilha de matéria orgânica fornece as condições adequadas aos microorganismos para que
esses degradem a matéria orgânica e disponibilizem nutrientes para as plantas (35).
O composto orgânico, ou seja, o material que degradou-se no solo, é resultado da degradação
da matéria orgânica, na presença de oxigênio e sob condições controladas pelo ser humano.
Os produtos do processo de decomposição são Gás carbônico, calor, água e a matéria
orgânica “compostada” (35).
O composto é rico em macro-nutrientes como nitrogênio, fósforo, enxofre, ferro, entre outros,
que são assimilados em maior quantidade pelas raízes das plantas. Os micronutrientes também
são encontrados no composto e são absorvidos em menores quantidades pelas raízes das
plantas (35).
O composto terá uma maior quantidade de nutrientes quanto mais diversificados forem os
materiais de que é feito. Ao contrário do que ocorrem com os adubos sintéticos, os nutrientes
do composto são liberados lentamente, realizando a chamada “adubação de disponibilidade
controlada”. Ou seja, as plantas retiram os nutrientes de que precisam de acordo com suas
necessidades ao longo de um tempo maior do que teriam para aproveitar um adubo sintético
(35).
O composto melhora a “saúde” do solo. A matéria orgânica compostada se liga às partículas
(areia, silte e argila) formando pequenos grânulos que ajudam na retenção e drenagem da
água, além da melhora da areação. A matéria orgânica no solo aumenta também o
microorganismos desejáveis que auxiliam na prevenção de doença das plantas (35).
31
3.5. Solo e pH
A pesquisa pelo significado de solo e pH proporcionou melhor entendimento para
implantação da lignina no solo.
3.5.1. Solo
O solo, também chamado terra, tem grande importância na vida de todos os seres vivos do
planeta, assim como o ar, a água, o fogo e o vento. É do solo que retiram-se parte dos nossos
alimentos e que sobre ele, na maioria das vezes, constroem as casas (36).
O solo é formado a partir da rocha, através da participação dos elementos do clima (chuva,
gelo, vento e temperatura), que com o tempo, e a ajuda dos organismos vivos vão
transformando as rochas, diminuindo o seu tamanho, até transformá-la em um material mais
ou menos solto e macio, também chamado de parte mineral (36). O solo é composto de quatro
partes: ar, água, matéria e parte mineral que veio da alteração das rochas (36).
Estes quatro componentes do solo se encontram misturados uns aos outros. A matéria
orgânica está misturada com a parte mineral e com a água.
Para a transformação da lignina em adubo foi utilizado 70% de solo argiloso, misturados em
30% de solo orgânico.
O solo argiloso são aqueles que apresentam grãos bem pequenos (< 0,002 mm). Ocorre nas
cores cinza, preta, amarela ou avermelhada. Possui micro poros, sendo muito impermeável,
não deixando a água passar com facilidade. Um solo com mais de 30% de argila é chamado
solo argiloso. O solo argiloso é aquele que, quando muito molhado forma uma pasta grudenta.
Este tipo de solo é impróprio para a agricultura, pois sua impermeabilidade impede tanto a
entrada de água para as raízes como os nutrientes e o ar. Também chamado de argissolo (37).
O solo orgânico é normalmente encontrado materiais orgânicos em processo de
decomposição, esse tipo de solo tem grande facilidade com o plantio considerando a
existência de húmus que é um dos principais resíduos da decomposição que contribui na
produção de nitrogênio (36).
3.5.2. pH
32
O pH, cujas siglas significam Potencial Hidrogeniônico, refere-se à concentração relativa de
íons de hidrogênio numa solução, indicando acidez ou alcalinidade da mesma, sendo
calculado como logaritmo negativo de base 10 da concentração de íons de hidrogênio em
mols por litro (38).
O pH, potencial hidrogeniônico ou potencial hidrogênio iônico, é uma escala logarítmica que
mede o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma determinada solução. A escala do
pH pode variar de 0 até 14, sendo que o valor de pH = 7 indica solução neutra, pH >7 indica
solução básica, e pH <7 indica solução acida (39).
Para as culturas em geral, um bom solo tem pH 6,0-6,5. Se o pH for menor que isso é
necessário fazer a calagem (adição de calcário). Mas depende da cultura também. O grau de
acidez ou de alcalinidade do solo é influenciado pelos tipos de materiais de origem. Os solos
desenvolvidos de rochas de origem básica (basalto, diabásio, gabro) geralmente possuem
valores de pH mais altos do que aqueles formados de rochas ácidas (granito, riolito). Terrenos
pantanosos têm pH por volta de 3,5, devido à presença de grande quantidade de ácidos
orgânicos proveniente do húmus. Terrenos sedimentares, formados por sílica (SiO2), devido à
formação em pequenas quantidades de ácido salicílico (H4SiO4), apresentam pH próximo de
6,0. Terrenos de origem vulcânica, ricos em silicatos de cálcio e magnésio, devido à sua
hidrólise, apresentam pH superior a 7. Regiões de solo calcário (carbonatos de cálcio,
magnésio, etc.), apresentam pH por volta de 9 (37).
As consequências da acidez do solo se relacionam com a disponibilidade dos nutrientes
minerais que cai sensivelmente, principalmente, cálcio e fósforo. O meio ácido torna ambiente
desfavorável para a vida microbiana do solo, responsáveis pela decomposição da matéria
orgânica e fixação de nitrogênio (37).
O aproveitamento dos nutrientes (adubo) pelas plantas depende do pH:
pH = 4,5 – 5,0 → 50 a 70% do adubo não é aproveitado pelas plantas;
pH = 6,0 - 6,5 (corrigido) → quase 100% de aproveitamento.
33
Tabela 2: Os nutrientes do solo em função do pH (37).
No Brasil, 84% dos solos apresentam problemas de acidez. A acidez dos solos é
reconhecidamente um dos principais fatores de baixa produtividade dos solos brasileiros,
portanto é necessário a sua correção através da calagem ou aplicação de calcário. Para corrigir
a acidez dos solos, podemos adicionar CaO (óxido de cálcio), conforme mostra a reação. O
mais comum é adicionarmos CaCO3 (carbonato de cálcio), o qual, por hidrólise ácida, produz
Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio). Muitos jardins caseiros utilizam casca de ovo para aumentar o
pH do solo. A casca de ovo é composta de CaCO3 (37).
CaO + H2O ↔ Ca(OH)2 ↔ Ca+2
+ 2OH-
A determinação do pH é de extrema importância para a execução da correção. Realmente, o
pH é um diagnóstico de valor inestimável e sua determinação se transformou em uma das
provas de rotinas executadas nos laboratórios de solos. Os métodos de determinação em
laboratório são o método eletrométrico ou potenciométrico (extremamente preciso, pois mede
a concentração do hidrogênio da solução do solo confrontando com a medida com um
eletrodo-padrão), método de corantes (mudam de cor quando aumenta ou diminui o pH, o que
possibilita, dentro da faixa do indicador, fazer a estimativa da concentração de íons
hidrogênio na solução), entre outros (37).
O solo fica ácido por vários motivos que são apresentados a seguir:
A água da chuva ou irrigação “lava” o K, Ca, Mg, deixando o H;
34
As plantas retiram o Ca, Mg e P, devolvendo H ao solo;
A erosão remove a camada arável, deixando o subsolo com bastante H;
Alguns adubos acidificam o solo (37).
3.6. Calagem do Solo
Tem como finalidade eliminar prováveis efeitos tóxicos dos elementos que podem ser
prejudicial às plantas, tais como alumínio e manganês, e corrigir os teores de cálcio e
magnésio do solo. Para plantação o pH do solo deve estar próximo de 6,0, variando de 5,5 a
6,5. Devem-se dar preferências para o uso do calcário dolomítico (com magnésio), sendo que
o mesmo deve ser aplicado ao solo, pelo menos, três meses antes do plantio, distribuindo-se
em toda área. O calcário somente deve ser aplicado quando a análise de solo indicar
necessidade e/ou os teores de cálcio e magnésio forem menores que 4,0 e 2,0 C/mol,
respectivamente (40).
O modo de aplicação do calcário é bastante controverso, pois em regiões de ocorrência de
fusariose, o corte do sistema radicular pode aumentar a mortalidade de plantas infectadas por
fusarium, e, também pode ocorrer afloramento de rochas. Nas duas situações é proibitiva a
prática da incorporação do calcário, sendo então necessária a aplicação do calcário na
superfície sem a necessidade de incorporação (40).
Neste trabalho foram aplicados no resíduo obtido da precipitação da lignina carbonato de
cálcio e hidróxido de sódio, para correção do pH e posterior aplicação ao solo, contando com
uma pequena quantidade de lignina solúvel neste resíduo.
3.6.1. A importância do carbonato de cálcio para correção do pH no solo
A maioria dos solos são ácidos, ou seja, apresentam grande concentração de íons hidrogênio
e/ou alumínio no solo. A acidez dos solos promove o aparecimento de elementos tóxicos para
as plantas além de causar a diminuição da disponibilidade de nutrientes para as mesmas. As
consequências são os prejuízos causados pelo baixo rendimento produtivo das culturas.
Portanto, a correção da acidez do solo (calagem) é considerada como uma das práticas que
35
mais contribui para o aumento da eficiência dos adubos e consequentemente, da produtividade
e da rentabilidade agropecuária (41).
Muitos materiais podem ser utilizados como corretivos da acidez do solo. Os principais são os
vários tipos de calcários que existem entre eles o CaCO3 (41).
O sucesso da prática da calagem depende fundamentalmente de três fatores: da dosagem
adequada, do produto, características do corretivo utilizado e aplicação correta (42).
O carbonato de cálcio é obtido pela moagem de margas (depósitos terrestres de carbonato de
cálcio), corais e sambaquis (depósitos marinhos de carbonato de cálcio, também denominados
de calcários marinhos) (42).
Para a obtenção dos efeitos esperados, o calcário (CaCO3) normalmente deverá ser aplicado
três meses, ou mais, antes de qualquer cultura. Com isso, tem-se tempo necessário para a
eficiente neutralização da acidez do solo. Este calcário é um produto obtido pela moagem da
rocha calcária (42).
Seu poder de Neutralização é a capacidade do CaCO3 em liberar oxidrilas para a correção da
acidez do solo. A velocidade do calcário em liberar oxidrilas, depende do tamanho das
partículas pois quanto maior o tamanho das partículas maior o tempo necessário para a reação
(42).
Ação neutralizante:
CaCO3 + H2O HCO3 + OH
HCO3 + H2O H2O + CO2 + OH
Essas equações mostram que no solo o calcário libera Ca+2
e CO3 a base química, isto é, o
componente que proporciona a formação de OH- é o CO3 e posteriormente o HCO3, pois o
CO3 é uma base fraca, isto é, a reação de formação de OH- é relativamente lenta e parcial e o
OH produzido neutralizará o H+ da solução, responsável pela sua acidez (42).
Pela ação neutralizante dos corretivos de acidez, fica claro que o cálcio não é neutralizante e
sim um tipo de nutriente vegetal (42).
3.6.2. A importância do hidróxido de sódio para correção do pH no solo
36
Hidróxido de sódio ou popularmente conhecido como soda cáustica, é o composto químico de
fórmula química NaOH. É uma base metálica (do metal alcalino sódio) cáustica (43).
O hidróxido de sódio forma uma forte solução alcalina quando dissolvido em um solvente tal
como a água, entretanto, somente o íon hidróxido é básico (43).
Como toda base forte, sua deposição no ambiente sem tratamento pode alterar drasticamente o
pH de massas de água e de solo (43).
Este tipo de reação com ácidos fortes libera calor, e, portanto são classificadas como reações
exotérmicas.
Em geral tais reações de neutralização são representadas por uma simples equação
envolvendo íons:
OH−
(aq) + H3O+
(aq) → 2 H2O
Quando o NaOH se dissolve em água pode gerar o sal Na e liberar hidroxila pelo seguinte
sistema de reações:
NaOH → Na+ + OH
-
O hidróxido de sódio em contato com água ou solo, causa elevação do pH, porém
descaracteriza o local, degradando o meio ambiente. Apesar deste malefício, o hidróxido de
sódio consegue dispersar os agregados do solo, podendo estudar a textura de solos muito
argilosos (43).
São conhecidas varias funções do sódio embora nem todas sejam esclarecidas na sua origem,
ou seja, no seu nível molecular (44).
O potássio tem função osmótica nas plantas. Entretanto, não há uma exigência absoluta desse
elemento visto que o comportamento vacuolar contem diversos outros solutos como açucares,
aminoácidos e sais de sódio. Observando esta característica, há possibilidade do sódio
preencher parcialmente essa função biofísica do potássio (44).
Ondas eletromagnéticas do comprimento da luz azul proporciona a ativação de proteínas
transportadoras nas membranas das células-guarda, ativando o influxo de K+ e de seus íons de
contrabalanço. O aumento da concentração desses componentes reduz o potencial de água
dessas células, fazendo com que a água entre nelas, que passam a ficar túrgidas. Devido à
deposição diferencial de celulose nas células-guarda, esse aumento de volume resulta na
37
abertura do estômato, possibilitando as trocas gasosas. Nas espécies que apresentam alta
permeabilidade para o Na, o K pode ser pelo menos em parte substituído pelo Na (44).
A deficiência de Sódio em algumas plantas do tipo C4 acarretaram em menor
desenvolvimento das plantas, cloroses foliares, necrose nas folhas ou não florescimento (44).
O potássio mostra o padrão duplo de absorção. O mecanismo 1 opera em baixas
concentrações, apresenta alta afinidade e depende da energia metabólica, não sendo
influenciado pela presença do sódio. O mecanismo 2 que funciona sob altas concentrações
parece ser comum ao sódio que inibe a absorção de potássio: é passivo e se da através de
canais proteicos. Acredita-se que a absorção de sódio se dê através desse segundo mecanismo
(44).
As fontes de adubação sódica mais usadas são cloreto de sódio (NaCl, 39% Na), salitre do
Chile (NaNO3, 27% Na) e salitre de potássico (NaNO3 . KNO3, 12% Na) (44).
3.7. Salinidade no solo
Os solos salinos são solos com alto teor de sais solúveis (cloretos, sulfatos, bicarbonatos de
sódio, cálcio ou magnésio). Constituem ambientes que, a não ser excepcionalmente, devem
ser mantidos como reservas ecológicas. A aquicultura (camarões, por exemplo) tende a
ocupar estas áreas nas regiões costeiras. Neste caso, são sistemas com adições e retiradas
esporádicas de água controladas pelo nível da maré. São áreas de temperatura e
evapotranspiração altas (37).
A influência da salinidade é comumente maior sobre as plantas jovens e sobre o crescimento
vegetativo. Os solos salinos exercem influência prejudicial sobre os vegetais, principalmente
por causa de suas elevadas concentrações de sais solúveis. Quando uma solução de água,
contendo quantidades razoavelmente grandes de sais dissolvidos, é posta em contato com uma
célula vegetal, haverá contração do revestimento protoplasmático. Esta ação denominada
plasmólise, aumenta com a concentração da solução salina. O fenômeno é devido ao
movimento osmótico da água, que passa das células (menos concentrada em sais) para a
solução solo (mais concentrada). A célula entra então em colapso (37).
A natureza dos sais, a espécie e as próprias características do vegetal, como também outros
fatores, determinam o grau de concentração que faz sucumbir o vegetal. A salinidade do solo
por condutividade elétrica da fase líquida do solo (solução do solo). Quanto mais sais, maior a
38
condutividade elétrica. Um solo já é considerado salino quando a condutividade elétrica for
maior ou igual a 0,04 dS/m (a 25 ºC). O Siemen (S) é a unidade de condutância elétrica do
Sistema Internacional de Unidades (37).
A salinidade está presente em algumas regiões do Brasil, e esta é uma condição indesejável
para cultivos devido aos danos que causam, trazendo prejuízos econômicos ao produtor. No
território brasileiro 2% apresentam problemas de salinidade. São solos que apresentam
elevada concentração de sais, principalmente sódio (37).
As regiões que apresentam essas característica de salinidade são regiões costeiras de
influência marinha (faixa de praia, dunas) e/ou de influência fluviomarinha (manguezais),
bem como algumas regiões do semi-árido (caatinga) no nordeste do país e no Pantanal. No
estado do Paraná, a presença de salinidade é pouco expressiva, sendo que sua maior
ocorrência é nas regiões costeiras (manguezais) (37).
3.8. Ferro no Solo
O ferro é uma fonte de nutriente para o solo. A alta afinidade do ferro para formar complexos
com vários ligantes (por exemplo, ácidos orgânicos e fosfatos) e para sofrer uma mudança de
valência são as duas características importantes que formam a base dos numerosos efeitos
fisiológicos deste nutriente (44).
A absorção do ferro é ativa, podendo ocorrer de três formas:
Acidificação do meio por liberação de H+ que causa a dissolução de compostos de
ferro.
Ocorre em dicotiledôneas e monocotiledôneas não gramíneas onde a dissociação do
quelado e redução previa do ferro.
Os fitossideróforos são quelantes excretados pelas raízes, aminoácidos não protéicos
de baixo peso molecular que se ligam ao Fe facilitando a sua absorção (44).
O ferro é um elemento essencial, mas quando encontrados em teores acima de 1880mg/kg de
solo apresenta-se fitotóxico para a planta. Uma calagem adequada é capaz de acabar com a
saturação por ferro no solo.
As principais fontes de adubação de ferro são o sulfato ferroso, cloreto ferroso, cloreto
férrico e nitrato férrico (44).
39
O ferro incorporado nos cloroplastos tem mobilidade bastante limitada dentro das plantas, o
que está de acordo com a observação de que os sintomas de deficiência deste micronutriente
são restritos às brotações jovens (44).
3.9. O plantio de sementes
3.9.1. Feijões
O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) é um dos principais componentes da dieta alimentar
brasileira, constituindo uma das mais importantes fontes de proteína vegetal, sobretudo para a
população de baixa renda (45).
A temperatura média ideal para o desenvolvimento da cultura de feijão varia de 18 a 24 ° C,
durante o dia e de 15 a 21° C, durante a noite. Sob temperaturas elevadas, próximas de 35oC,
praticamente não ocorre vingamento de vagens. O efeito das altas temperaturas é maior
quando associado a baixos níveis de umidade no solo. Nesse caso, há um elevado
abortamento de flores e vagens, formação de vagens mal granadas e aumento da ocorrência de
grãos chochos. No caso de variedades mais sensíveis ao calor, como a „Pérola‟, quando a
temperatura se eleva durante a formação das primeiras vagens ocorre um aumento de mais de
50% na matéria seca dos ramos e das folhas, provocando uma exuberância vegetativa que
pode reduzir a produtividade, em função, basicamente do autos sombreamentos excessivos.
Nesse caso a redução de matéria seca de grãos por planta pode chegar a mais de 50% (45).
Com relação à luminosidade, tem-se observado que, períodos prolongados de baixa
luminosidade, geralmente, provocam uma redução do número de ramos laterais no feijoeiro e
do número de folhas por planta. Além disso, as plantas apresentam folhas menores, mais
espessas e com menor quantidade de estômatos por área foliar. Decréscimos na produção de
grãos poderão ocorrer e sua magnitude dependerá da eficiência fotossintética da variedade
(45).
Baixa umidade relativa do ar associada a altas temperaturas pode reduzir o pegamento e a
retenção de vagens, sobretudo quando ocorrem ventos fortes. Por outro lado, condições de
alta umidade relativa do ar favorecem o aparecimento de doenças foliares, quais podem
causar sérios prejuízos à lavoura (45).
40
Durante o ciclo da cultura do feijão comum, estima-se que são necessários cerca de 300 a
400mm de chuvas, bem distribuídas, sobretudo durante as fases de germinação, florescimento,
formação e enchimento de vagens. O excesso de chuvas favorece ao aparecimento de doenças
de solo, principalmente a "Mela" e quando acontece na época da colheita dificulta o arranque,
a secagem e a trilhagem das plantas, comprometendo o rendimento e a qualidade dos grãos.
Em Rondônia, o plantio efetuado nos meses de março e abril geralmente assegura uma boa
distribuição de chuvas durante o ciclo da cultura e uma colheita coincidente com um mês de
baixa precipitação (45).
Para plantio do feijão deve-se escolher áreas de pouca inclinação, bem drenadas e não sujeitas
à inundação. Os solos devem ser de textura média, friáveis (soltos e leves), com boa aeração,
boa capacidade de retenção de umidade, isentos de camadas adensadas, que impeçam o
crescimento das raízes e favoreçam ao encharcamento da área (45).
O feijão é uma cultura exigente com relação às características químicas do solo, sendo mais
recomendados aqueles que apresentem média a alta fertilidade, pH próximo ao neutro,
preferencialmente, entre 5,8 e 6,2, com altos teores de fósforo, cálcio e magnésio, baixa
concentração de alumínio e manganês. Áreas com baixa fertilidade natural, problemas de
acidez, e alta concentração de alumínio e/ou manganês demandarão maior investimento com
adubação e correção do solo (45).
Devem ser preferidos os solos com teor de matéria orgânica superior a 2%. A matéria
orgânica constitui um dos fatores mais importantes para a produção do feijão. Além de ser
rica em Nitrogênio, Fósforo e Enxofre, atua como suporte para o armazenamento de água e
nutrientes, influenciando as características químicas do solo como pH, troca de cátions e
disponibilidade de nutrientes. Do ponto de vista físico, a matéria orgânica funciona como
agente cimentante dos solos desestruturados, favorecendo a granulação e formação
equilibrada de macro e microporos, os quais permitirão a movimentação da água e dos gases
no solo e, portanto, atuando no controle da temperatura e arejamento junto às raízes.
Biologicamente, a presença da matéria orgânica no solo cria um ambiente favorável para o
desenvolvimento de uma maior diversidade de organismos os quais poderão co-existir de
forma equilibrada, diminuindo assim a incidência de pragas e doenças que podem afetar o
sistema radicular das plantas (45).
3.9.2. Mostarda
41
Algumas plantas recebem o nome popular mostarda, produzindo sementes que são utilizadas
para fazer condimentos do mesmo nome. Todas também podem ser consumidas como
verdura, pelo menos quando jovens, mas a mostarda-oriental é a mais utilizada para este fim
(46).
A mostarda pode crescer em uma ampla faixa de temperaturas, embora o ideal seja um clima
ameno. As plantas podem suportar geadas leves. Pode tolerar clima quente, mas a produção e
a qualidade das sementes pode ser prejudicada se a temperatura for muita alta durante a
floração e o crescimento das vagens. O ideal é que a temperatura não ultrapasse os 27°C. A
mostarda-oriental, cultivada como verdura, geralmente não suporta bem altas temperaturas
(46).
Tem um bom crescimento com luz solar direta, mas também pode ser cultivada em sombra
parcial, especialmente se for cultivada durante o verão ou em regiões mais quentes. O cultivo
em solo bem drenado, fértil e rico em matéria orgânica, proporciona um bom crescimento. As
mostardas são tolerantes quanto ao pH do solo, mas crescem melhor com pH acima de 6. A
irrigação deve manter o solo sempre úmido, sem que fique encharcado (46).
As sementes são geralmente plantadas diretamente no local definitivo, embora também
possam ser plantadas em sementeiras e módulas, e transplantadas posteriormente quando as
mudas estiverem bem desenvolvidas e puderem ser facilmente manuseadas (46).
O espaçamento entre as plantas varia muito com a espécie e o cultivar sendo plantados. Para a
mostarda-branca e a mostarda-preta, muitas vezes o espaçamento entre as plantas é
negligenciado, estabelecendo-se apenas uma distância de 30 a 40 cm entre as linhas de
plantio. Para a mostarda-oriental, um espaçamento de 15 a 35 cm é geralmente usado,
dependendo da subespécie e cultivar (46).
3.10. NBR 10.004
Segundo a norma ANBT NBR 10.004, os resíduos são classificados em:
Resíduos Classe I – Perigosos: São aqueles que apresentam periculosidade, conforme
definições norma ABNT NBR 10004. São resíduos que apresentam características
como: Corrosividade, Reatividade, Inflamabilidade, Toxicidade, e Patogenicidade
(47).
Resíduos Classe II – Não perigosos:
42
- Resíduos Classe II A – Não inertes: São aqueles que não se enquadram nas classificações de
resíduo classe I – perigosos ou de resíduo classe II - B – inertes, conforme definição norma
ABNT NBR 10.004. Os resíduos classe II A - não inertes podem ter propriedades, tais como:
combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade em água. Oriundos dos serviços de
limpeza de áreas que não estejam contaminados por resíduos de processo industrial.
- Resíduos Classe II B – Inertes: Quaisquer resíduos que, quando amostrados de forma
representativa e submetida a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou
deionizada, a temperatura ambiente, conforme teste de solubilização, não tiverem nenhum de
seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de
água, conforme definições norma ABNT NBR 10.004, executando-se os padrões de aspecto,
cor, turbidez e sabor. Como exemplo destes materiais, podem-se citar rochas, tijolos, vidros e
certos plásticos e borrachas que não são decompostos prontamente (47).
A lignina se encaixa dentro da norma NBR 10.004, como um resíduo Classe IIA, um material
orgânico que se decompõem, assim como a madeira, o lixo e outros compostos orgânicos.
4. Relevância do Trabalho
A lignina é um dos componentes indesejáveis na produção de bioetanol, pois sua composição
acaba atrapalhando a fermentação, juntamente com as hemiceluloses, são resíduos
descartados sem nenhuma utilidade neste tipo de processo.
Para obtenção de celulose em melhor qualidade, a madeira é submetida a um processo que irá
liberar a lignina diluída no chamado “licor negro”, que contém compostos tóxicos de enxofre
e grande carga orgânica (48).
Os resultados abaixo representam em escala mundial e nacional a quantidade obtida de
celulose e papel, que consequentemente irão gerar grandes quantidades de lignina.
43
Tabela 3: Maiores Produtores Mundiais de Celulose e Papel – 2011 (49).
Figura 10: Produção Brasileira de Celulose e Papel (49).
44
Ao longo dos anos, a quantidade licor negro obtida na produção de celulose e papel aumentou
aproximadamente 40%, e acabou sendo usado na forma de matéria prima energética na
própria indústria.
Figura 11: Matriz Energética da Indústria de Celulose e Papel – 1970-2012 (49).
Seja o método mais empregado, na forma de queima nas caldeiras industriais, ou na produção
de compostos como vinila, enzimas oxidativas por fungos da podridão branca, o fato de
desenvolver pesquisas na área deste vasto resíduo que é a lignina, sempre irá gerar grande
relevância ambiental e econômica, aplicando-a em diversos campos na forma de matéria
prima (48).
Pensando em um futuro, onde o bioetanol de segunda geração seja produzido em larga escala,
a partir dos dados do pré-tratamento de deslignificação alcalina obtidos neste trabalho,
conseguiu-se estimar uma quantidade aproximada, em uma escala semi-industrial, de licor
negro. Reproduzindo as mesmas condições operacionais de pré-tratamento hidrotérmico à
190°C por 10 min., e posterior deslignificação alcalina à 130°C por 30 min., entrando em
reator semi-industrial com 15 Kg de bagaço de pré-tratamento hidrotérmico e 150 L de
hidróxido de sódio à concentração de 1%, descontando umidade, é possível gerar
aproximadamente 100 L de licor negro. Após precipitação, para obtenção de lignina em pó,
45
será gerado de resíduo ácido deste precipitado cerca de 89 L, onde poderá ser corrigido este
pH para implementação no solo, já que possuí uma quantidade de lignina solúvel.
5. Hipótese
Acredita-se que a lignina, o resíduo obtido da sua precipitação, com lignina solúvel, e o licor
negro, possa ser utilizada como uma fonte de matéria orgânica para o solo, em forma de
adubo, a partir da decomposição.
A lignina pode diminuir o pH do solo e assim será necessário fazer calagem e estudar a
melhor proporção lignina:solo.
6. Objetivos
6.1. Objetivo Geral:
Produzir adubo a partir da decomposição da lignina, resíduo da precipitação da lignina e licor
negro, provando seu benefício ao solo a partir do plantio de sementes de feijão e mostarda.
6.2. Objetivos Específicos:
Avaliar a quantidade de lignina em pó que fornece matéria orgânica;
Corrigir o pH do resíduo ácido obtido da precipitação para obtenção da lignina em pó,
com CaCO3 e NaOH, adicionar ao solo em concentrações diferentes e verificar a
quantidade fornecida de matéria orgânica para o solo;
Colocar o licor negro em concentrações diferentes no solo e verificar a quantidade de
matéria orgânica;
Simular ambientes de decomposição;
Quantificar lignina no licor negro e no resíduo ácido obtido da precipitação;
Caracterizar quimicamente a lignina em pó;
46
Monitorar a temperatura e umedecer as composteiras toda semana;
Determinar a umidade, a matéria orgânica, o pH e a salinidade após três meses de
decomposição;
Plantar grãos de feijões e sementes de mostarda para comprovar a eficácia do solo;
7. Materiais e Métodos
A seguir serão descritos todos os métodos que foram utilizados ao longo deste trabalho.
7.1. Pré-Tratamento Hidrotérmico
Objetivo
O objetivo deste método é reduzir o grau de cristalinidade da celulose, hidratando a celulose e
removendo as hemiceluloses, desassociando assim parcialmente o complexo lignina/celulose,
para aumentar a área superficial da biomassa e evitar e/ou minimizar a formação de
compostos inibidores do processo, tanto na etapa de hidrólise quanto na etapa de fermentação
(8; 10).
Campo de Aplicação
Este tipo de pré-tratamento tem sido utilizado por vários pesquisadores que trabalham com
diversas biomassas, como o bagaço de cana-de-açúcar (1).
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Água Destilada;
- Bagaço In natura;
- Bagueta de vidro;
47
- Balança determinadora de umidade Sartorius (Modelo: MA35);
- Balança semi-analítica Mettler Toledo;
- Bandeja de plástico;
- Bécker de plástico de 5L,
- Cronometro;
- Mangueira de borracha sintética;
- Proveta de plástico de 2L;
- Reator Parr de 7,5L Floor Stand Pressure Reactor com pás para agitação (Modelo: 4552 /
PSI: 2000 / 138 BAR / MPa 13,8);
- Saco de pano para lavagem do bagaço (Tecido Failete);
Marcha Analítica*
- Pesar 300g do Bagaço In Natura seco, em bécker de plástico de 5L, em balança semi-
analitica, e tirar a umidade do material em balança determinadora de umidade;
- Transferir o bagaço, com auxílio de uma bagueta de vidro, para a cuba do reator Parr;
- Medir 3L a água destilada na proveta e transferir para a cuba do reator;
- Fechar o reator e todas as válvulas de segurança;
- Colocar o reator no sistema de aquecimento;
- Programar o reator, sem agitação, para temperatura de 190°C, para 10 minutos de reação;
- Após finalizar a reação, retirar a cuba do sistema de aquecimento, e resfriar com água e
auxilio de uma mangueira;
- Abrir o reator e transferir o bagaço numa bandeja;
- Colocar o bagaço pré-tratado no saco de pano e espreme-lo até retirar todo o excesso de licor
pré-tratado;
- Armazenar o licor em congelador;
- Lavar o bagaço pré-tratado (dentro do saco de pano) em água corrente, até que a água não
apresente coloração amarelada e o pH fique neutro (ou pH da água 6,0 – neste caso
específico);
- Tirar a umidade do bagaço pré-tratado, para cálculo de rendimento;
- Armazenar o bagaço em congelador para posterior caracterização química.
48
Cálculos
- As condições operacionais para está reação foram as seguintes: 300g de bagaço in natura, 3L
de água destilada (m/v), relação sólido-líquido 1:10 (m/v).
- Cálculos do rendimento:
Umidade:
Umidade % (m/m) = massa úmida (g) – massa 60ºC ou 105ºC (g) x 100
massa úmida (g)
→ sendo U60°C a umidade do material seco em estufa
Massa seca:
MS = m1 x 100
100 – U%
→ sendo MS a massa seca e U% a umidade
Rendimento:
Rendimento final (%) = Massa seca final x 100
Massa seca inicial
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.2. Deslignificação Alcalina
49
7.2.1. Programação do Reator (Autotunning)
Objetivo
O objetivo deste método é programar o Reator Parr para realizar a reação na temperatura
desejada. Este tipo de reator, trabalha melhor em temperaturas mais elevadas, acima de
160/170°C; em temperaturas baixas, nem sempre se estabiliza.
Campo de Aplicação
Em indústrias e laboratórios de pesquisa que possuam este tipo de reator, programando-o para
que ocorra a reação.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Água;
- Bagaço in natura;
- Bagueta de vidro;
- Balança semi-analítica Mettler Toledo;
- Bandeja de plástico;
- Bécker de plástico de 5L,
- Cronometro;
- Mangueira de borracha sintética;
- Proveta de plástico de 2L;
- Reator Parr de 7,5L Floor Stand Pressure Reactor com pás para agitação (Modelo: 4552 /
PSI: 2000 / 138 BAR / MPa 13,8);
Marcha Analítica*
-Pesar 300g de Celulignina Bruta, em bécker de plástico de 5L, em balança semi-analitica;
50
- Transferir o bagaço, com auxílio de uma bagueta de vidro, para a cuba do reator Parr;
- Medir 3L de solução de água na proveta e transferir para a cuba do reator;
- Fechar o reator e todas as válvulas de segurança;
- Colocar o reator no sistema de aquecimento;
- Programar o reator, sem agitação, para temperatura desejada de reação;
- Colocar no modo autotunning (at);
- Ao liga-lo, acionar o cronometro, para verificar quanto tempo levará para chegar na
temperatura esperada;
- Este valor de tempo encontrado, auxiliará quando a reação for realizada;
- Na função autotunning, a temperatura terá uma grande variação, subindo e descendo, até que
se estabilize; ao estabilizar, desligar o reator e retirar a cuba do sistema de aquecimento;
- Resfriar com água e auxilio de uma mangueira;
- Abrir o reator, transferir o bagaço numa bandeja e descarta-lo;
- O bagaço serviu apenas para simulação.
Cálculos
As condições operacionais do autotunning foi a programação para uma reação à 100°C.
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.2.2. Reação de Deslignificação Alcalina
Objetivo
O objetivo deste método é remover a lignina insolúvel que ainda ficou presente na
celulignina. Ao utilizar a celulignina, um material que já foi submetido a um pré-tratamento,
torna a lignina mais exposta e fragilizada. A extração alcalina, que consiste no mesmo
processo da polpação soda, tem condições de reação mais amenas (concentração de álcali no
máximo 4% e temperaturas na ordem de 70 ºC). (2)
51
Campo de Aplicação
Usada por pesquisadores para remoção total da lignina insolúvel, e se houver solúvel, a fim de
proporcionar a fermentação da biomassa, utilizando a lignina para diversas finalidades.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Bagueta de vidro;
- Balança determinadora de umidade Sartorius (Modelo: MA35);
- Balança semi-analítica Mettler Toledo;
- Bandeja de plástico;
- Bécker de plástico de 5L,
- Celulignina Bruta (Bagaço pré-tratado);
- Cronometro;
- Mangueira de borracha sintética;
- Proveta de plástico de 2L;
- Reator Parr de 7,5L Floor Stand Pressure Reactor com pás para agitação (Modelo: 4552 /
PSI: 2000 / 138 BAR / MPa 13,8);
- Saco de pano para lavagem do bagaço (Tecido Failete);
- Solução de NaOH à 1%;
Marcha Analítica*
- Tirar a umidade da celulignina bruta e fazer os cálculos para pesagem, descontando a massa
úmida, para colocar a menos da solução de NaOH;
-Pesar 300g de Celulignina Bruta (calculado a massa seca), em bécker de plástico de 5L, em
balança semi-analitica;
- Transferir o bagaço, com auxílio de uma bagueta de vidro, para a cuba do reator Parr;
- Medir 3L de solução de NaOH (descontando o valor de úmida da celulignina), na proveta e
transferir para a cuba do reator;
52
- Fechar o reator e todas as válvulas de segurança;
- Colocar o reator no sistema de aquecimento;
- Programar o reator, sem agitação, para temperatura de 130°C, para 30 minutos de reação
(iniciar a contagem da reação, após a temperatura do reator ter chego à 130°C);
- Após finalizar a reação, retirar a cuba do sistema de aquecimento, e resfriar com água e
auxilio de uma mangueira;
- Abrir o reator e transferir o bagaço numa bandeja;
- Colocar o bagaço pré-tratado no saco de pano e espreme-lo até retirar todo o excesso de licor
pré-tratado;
- Armazenar o licor em congelador;
- Lavar o bagaço pré-tratado (dentro do saco de pano) em água corrente, até que a água não
apresente coloração amarelada e o pH fique neutro (ou pH da água 6,0 – neste caso
específico);
- Tirar a umidade do bagaço pré-tratado, para cálculo de rendimento;
- Armazenar o bagaço em congelador para posterior caracterização química.
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.3. Precipitação e Obtenção de Lignina
Objetivo
O objetivo deste método é obter a lignina em pó e seca a partir do licor negro obtido da
deslignificação alcalina.
Campo de Aplicação
Laboratórios de pesquisa para teste de obtenção da lignina.
Procedimento Experimental
53
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Ácido Sulfúrico à 96%;
- Bagueta de vidro;
- Bandejas de alumínio;
- Bécker de 4L;
- Bomba de vácuo;
- Espátula;
- Frasco de plástico de 1L;
- Funil de Buchner;
- Kitassato;
- Licor negro;
- Mangueira para bomba de vácuo;
- Papel de filtro;
- Papel indicador tipo fita pH 0 – 14;
- Pisseta com água destilada;
- Proveta de 1L;
- Proveta de 200 mL;
Marcha Analítica
- Medir na proveta a quantidade de licor negro obtida na deslignificação alcalina;
- Fazer os cálculos para saber a quantidade de H2SO4 para precipitar a lignina;
- Transferir o licor negro da proveta para o bécker de 4L;
- Colocar, aos poucos, o ácido no licor, agitando vagarosamente até perceber a formação de
pequenos coágulos;
- Depois que transferir todo o ácido, deixar descansar por 24hs;
- Um dia após o licor descansar, verá que irá formar duas fases, sendo que o precipitado é a
lignina;
- Montar sistema kitassato, mangueira e funil de Buchner com papel de filtro;
- Umedecer o papel de filtro, ligar o vácuo e transferir o licor para o funil, com auxilio de uma
bagueta;
54
- Depois de transferir todo o conteúdo do licor, lavar a lignina, que ficou no papel de filtro
com pisseta de água destilada;
- Medir o pH do líquido recolhido no kitassato, com papel indicador, até obter pH 5,0 – 6,0;
- Desligar o vácuo, retirar o papel de filtro com a lignina e colocar na bandeja de alumínio;
- Deixar secar por 3 dias ao ar livre;
- Raspar a lignina do papel de filtro, e armazenar em frasco de plástico escuro em temperatura
ambiente;
Cálculos
Quantidade de H2SO4 à 96% para precipitar a lignina: 10% do total de licor negro obtido;
- Para 2L de licor negro, utilizou-se 200 mL de ácido sulfúrico P.A.
7.4. Compostagem do Solo e Determinação da Concentração de Lignina
Objetivo
Este método tem como objetivo, verificar a quantidade de lignina necessária para chegar em
boas condições para que se inicie um plantio.
Campo de Aplicação
Reaproveitamento de resíduo obtido na produção de bioetanol, aplicando-o como adubo no
solo.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- 05 potes de plástico com tampa furada para capacidade de 500g;
- Água;
- Balança semi-analítica;
55
- Espátula;
- Lignina em pó seca;
- Peneira de areia;
- Proveta;
- Terra argilosa;
- Terra orgânica;
Marcha Analítica
- Peneirar a terra argilosa para retirar as pedras;
- Misturar 70% da terra argilosa e 30% da terra orgânica;
- Pesar as quantidades de lignina em pó e terra na balança semi-analítica, nas devidas
proporções, descritas no cálculo;
- Uma composteira controle (branco) apenas com terra foi montada para comparação;
- Molhar as composteiras no dia da montagem e toda semana, para que a lignina se
decomponha, e anotar o volume de água.
Cálculos
Para cada 500g de terra, colocar as devidas porcentagens de lignina:
Tabela 4: Preparação das composteiras com lignina em pó (50).
Concentração de Lignina (%) Massa seca Lignina (g)
(para 500g de terra)
5 25
10 50
15 75
20 100
7.5. Correção do pH e compostagem do resíduo de precipitado da lignina
56
Objetivo
O objetivo da utilização do resíduo da precipitação da lignina é buscar uma utilidade para o
mesmo que não seja o descarte. Como a precipitação da lignina ocorre com ácido sulfúrico, o
resíduo é ácido e, portanto deve ser corrigido seu pH antes de ser colocado ao solo.
Campo de Aplicação
Aproveitamento do resíduo ácido obtido da precipitação, para obtenção da lignina em pó.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- 02 béckeres de vidro de 600 mL;
- 04 potes de plástico com tampa furada para capacidade de 500g;
- 410 mL de Resíduo ácido obtido da precipitação da lignina;
- Balança semi-analítica;
- Carbonato de cálcio;
- Espátula;
- Hidróxido de sódio à 50%;
- Peneira de areia;
- pHmetro;
- Proveta de 250 mL;
- Terra argilosa;
- Terra orgânica;
Marcha Analítica
- Peneirar a terra argilosa para retirar as pedras;
- Misturar 70% da terra argilosa e 30% da terra orgânica;
57
- Colocar 200 mL do resíduo no bécker, colocar o pHmetro na solução e adicionar carbonato
de cálcio até pH 6,5 – 7,0;
- Colocar 210 mL do resíduo no bécker, colocar o pHmetro na solução e adicionar hidróxido
de sódio 50% até pH 6,5 – 7,0;
- Anotar todos os dados e quantidades obtidas;
- Colocar o volume de resíduo corrigido com NaOH e CaCO3 e pesar a terra na balança semi-
analítica, nas devidas proporções, descritas no cálculo;
- A mesma composteira controle (branco) apenas com terra, montada anteriormente também
foi usada para comparação;
- Molhar as composteiras toda semana, para que a lignina solúvel se decomponha, e anotar o
volume de água.
Cálculos
Para cada 500g de terra, colocar as devidas porcentagens de resíduo lignina, nas mesmas
concentrações para o resíduo corrigido com NaOH e CaCO3:
Tabela 5: Preparação das composteiras com Resíduo da Precipitação (50).
Concentração de Resíduo (%)
corrigido com CaCO3 e NaOH
Volume resíduo (mL)
(para 500g de terra)
10 50
20 100
7.6. Compostagem do licor negro
Objetivo
O objetivo da utilização do licor negro no solo é comparar a taxa de matéria orgânica que irá
proporcionar ao solo, com as demais composteiras Como seu pH é básico, devido ao pré-
tratamento de deslignificação alcalina realizada com NaOH 1%, não há necessidade de
58
correção, pois com a decomposição a tendência é do pH diminuir, e espera-se que chegue à
pH ideal para plantação.
Campo de Aplicação
Aproveitamento do resíduo obtido do bioetanol de segunda geração em sua forma líquida,
licor negro.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- 02 potes de plástico com tampa furada para capacidade de 500g;
- 75 mL de Licor negro;
- Balança semi-analítica;
- Espátula;
- Peneira de areia;
- Proveta de 100 mL;
- Terra argilosa;
- Terra orgânica;
Marcha Analítica
- Peneirar a terra argilosa para retirar as pedras;
- Misturar 70% da terra argilosa e 30% da terra orgânica;
- Colocar o volume e pesar a terra na balança semi-analítica, nas devidas proporções, descritas
no cálculo;
- A mesma composteira controle (branco) apenas com terra, montada anteriormente também
foi usada para comparação;
- Molhar as composteiras toda semana, para que a lignina solúvel se decomponha, e anotar o
volume de água.
59
Cálculos
Para cada 500g de terra, colocar as devidas porcentagens de licor negro:
Tabela 6: Preparação das composteiras com Licor negro (50).
Concentração de Licor Negro (%) Volume de licor (mL)
(para 500g de terra)
5 25
10 50
7.7. Caracterização Química: Hidrólise com H2SO4 Concentrado (72%) e
diluído (4%)
Objetivo
A hidrólise ácida é realizada para quantificar os componentes da biomassa e os produtos
obtidos no licor de pré-tratamento. Neste caso, a lignina será quantificada para obter a
porcentagem de lignina insolúvel e açúcares presente na lignina em pó.
Campo de Aplicação
Análises de quantificação da lignina solúvel e insolúvel em biomassas, seus açúcares e
inibidores, através da hidrólise ácida.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Água desmineralizada;
- Anel de borracha;
60
- Autoclave Vertical AV Plus (Modelo: AV-100 Plus);
- Bagueta de teflon;
- Balança Analítica Mettler Toledo (Modelo: MS204S/A01);
- Balança de infravermelho Sartorius (Modelo: MA35);
- Banho-maria Fanem (Modelo: MB1100);
- Bécker de plástico de 100 ml;
- Bécker de plástico de 4L;
- Bomba de vácuo Edwards (Modelo: XDS5);
- Cadinhos de vidro porosidade 4 de 50 ml;
- Cronometro;
- Dispenser com solução ácida 72%;
- Dosador Dosimat Plus Metrohm com água destilada, programado para volume de 83,4 mL;
- Espátula;
- Kitassatos;
- Lignina em pó;
- Pisseta de água destilada;
- Solução ácida H2SO4 a 72%;
- Tubo de ensaio pet, de vidro 13 cm;
Marcha Analítica *
- Pesar aproximadamente 0,300 g em balança analítica a lignina em pó seca, em duplicata,
em tubos pet para hidrólise ácida;
- Determinar a umidade da lignina em pó e anotar;
- Adicionar em cada tubo 3 mL de uma solução de H2SO4 72%, e logo em seguida, encubar as
amostras banho-maria pré-aquecido à 30°C, durante 1 hora sob agitação constante utilizando
uma bagueta de teflon;
- Após o tempo de reação, adicionar pelo dosador 84,3 mL de água destilada, sendo a reação
diluída para 4% (m/m) de ácido;
- Levar o material para autoclave a 121°C por 1 hora;
- Ao finalizar do ciclo, o material tem de ser resfriado e filtrado em bomba a vácuo utilizando
um kitassato e um cadinho de vidro previamente pesado, para cada amostra;
61
- Após filtração, recolher o filtrado no kitassato, chamado de licor, e reserva-lo em geladeira
para posterior determinação da lignina solúvel (UV-Vis);
- Após recolher licor, com auxilio de uma pisseta de água destilada e bagueta, retirar o
material sólido remanescente no tubo, onde deve ser lavado, retirando das paredes do tubo
qualquer partícula que tenha ficado retida, esfregando com a bagueta, recolhendo o material
no cadinho de vidro para posterior quantificação de lignina insolúvel (análise gravimétrica);
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.8. Determinação de Lignina Insolúvel
Objetivo
Quantificar gravimetricamente a lignina retida nos cadinhos, a lignina insolúvel obtida no
experimento anterior, após a filtração do licor de caracterização.
Campo de Aplicação
Análises de quantificação de lignina insolúvel e cinzas parciais da lignina insolúvel em
biomassas, neste caso somente a lignina em pó.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Balança Analítica Mettler Toledo (Modelo: MS204S/A01).
- Bomba de vácuo Edwards (Modelo: XDS5);
- Cadinhos de vidro com porosidade 4 de 50mL;
62
- Dessecador com agente dessecante (sílica gel);
- Estufa de secagem Fanem a 106°C (Modelo: A);
- Forno tipo mufla Fornitec;
- Licor hidrolisado;
- Lignina hidrolisada;
- Pincel de cerdas macias;
- Vidro de relógio;
Marcha Analítica *
- Os cadinhos de vidro contendo o resíduo insolúvel (lignina + cinzas), foram secos em estufa
a 106°C por 24 h;
- Após secagem, os cadinhos foram mantidos em um dessecador até temperatura ambiente e,
em seguida, foram pesados em balança analítica;
- Após pesagem, os materiais foram calcinados em uma mufla seguindo a rampa de
aquecimento: inicialmente a temperatura foi elevada à 105°C, por 12 min.; dado o tempo,
elevou-se a temperatura novamente para 250°C, por 30 min., e finalmente alterou-se para
575°C, por 180 min.;
- Ao final da calcinação, a mufla foi desligada e os cadinhos retirados após atingir a
temperatura ambiente;
- Os cadinhos foram levados à estufa a 106°C por 3 horas, e posteriormente transferidos para
um dessecador fazendo a pesagem após atingir a temperatura ambiente;
- Os cadinhos de vidro, após passagem pela mufla, perdem massa, por este motivo, para
pesagem, as cinzas foram transferidas, com auxilio de um pincel, para um vidro de relógio
previamente tarado, determinando somente a massa das cinzas;
- O percentual da lignina insolúvel foi determinado pela diferença entre o resíduo sólido e a
massa de cinzas, conforme apresentado nos cálculos.
Cálculos
A equação a seguir mostra como a quantidade de lignina insolúvel e cinzas parciais foram
obtidas.
63
Sendo:
LI: percentual de lignina insolúvel;
MR2: massa do cadinho com resíduo insolúvel;
MR1: massa do cadinho de vidro;
MC2: massa do cadinho com cinzas;
MC1: massa do cadinho de vidro;
MA: massa utilizada para caracterização química.
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.9. Teor de Cinzas Totais
Objetivo
Quantificar os compostos inorgânicos na lignina, tanto estruturais quanto não estruturais.
Cinzas estruturais são materiais inorgânicos que estão fisicamente ligados à estrutura da
biomassa, e também lignina, enquanto cinzas não estruturais são materiais inorgânicos que
podem ser removidos por lavagem, como já foi apresentado no experimento anterior, ou na
extração do material. Cinzas não estruturais podem ser resultado de solo remanescente na
biomassa (2).
Campo de Aplicação
Determinação de cinzas totais em biomassas, neste caso lignina em pó.
64
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Balança Analítica Mettler Toledo (Modelo: MS204S/A01);
- Balança de infravermelho Sartorius (Modelo: MA35);
- Bomba de vácuo Edwards (Modelo: XDS5);
- Cadinhos de porcelana;
- Dessecador com agente dessecante (sílica gel);
- Espátula;
- Estufa de secagem Fanem à 106°C (Modelo: A);
- Forno tipo mufla Fornitec;
- Lignina em pó.
- Tampa de porcelana para cadinhos;
Marcha Analítica *
- Pesar aproximadamente 0,500 g da lignina em pó, em duplicata, em cadinho de porcelana,
previamente seco e pesado;
- Aferir a porcentagem de umidade da lignina em balança de umidade;
- Tampar os cadinhos parcialmente e calcinar em uma mufla seguindo a rampa de
aquecimento: inicialmente a temperatura foi elevada à 105°C, por 12 min.; dado o tempo,
elevou-se a temperatura novamente para 250°C, por 30 min., e finalmente alterou-se para
575°C, por 180 min.
- Ao final da calcinação, a mufla deve ser desligada e os cadinhos retirados após atingir a
temperatura ambiente;
- Os cadinhos deverão ser levados à estufa a 106°C por 3 horas, e posteriormente transferidos
para um dessecador fazendo a pesagem após atingir a temperatura ambiente;
- O percentual de cinzas totais é apresentado nos cálculos deste experimento.
65
Cálculos
A equação a seguir mostra como deve ser feito o cálculo das cinzas totais.
Sendo:
CT: percentual de cinzas totais
MC2: massa do cadinho com cinzas
MC1: massa do cadinho;
MA: massa da amostra (massa seca)
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.10. Determinação da Lignina Solúvel
Objetivo
Quantificar a lignina solúvel presente no licor recolhido após a etapa de hidrólise ácida
realizada na lignina em pó, também quantificar a lignina solúvel presente no licor negro e no
resíduo da precipitação da lignina.
Campo de aplicação
Quantificar lignina solúvel em biomassas para fechamento de balanço final.
66
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Balões volumétricos de 50mL;
- Bécker de vidro de 50mL;
- Erlenmeyer de 250 mL;
- Espectrofotômetro Scanning Thermo Fisher Scientific (Modelo: EVO300 PC);
- Funil analítico;
- Licor hidrolisado com ácido da lignina;
- Licor negro;
- Micropipeta 5000µL;
- Papel de filtro;
- pHmetro Metrohm (Modelo: 827 pH Lab);
- Pisseta de água destilada;
- Ponteiras para micropipeta de 5000µL;
- Resíduo da precipitação da lignina;
- Solução de 84,3mL de água destilada com 3 mL H2SO4 72%;
- Solução NaOH 6,5 mol/L;
Marcha Analítica *
- Diluir em 10x os licores obtidos após a etapa de hidrólise ácida da lignina em pó, em balão
de 50 mL, corrigindo o pH com uma solução de NaOH 6,5 mol/L até pH 12;
- Montar sistema de filtração simples para licor negro e resíduo do precipitado. Com filtrado,
diluir em 10x, em balão de 50 mL, corrigindo o pH com uma solução de NaOH 6,5 mol/L até
pH 12;
- A equação para o fator de diluição se encontra nos cálculos abaixo;
- O teor de lignina solúvel, presente em todas as soluções preparadas, foi determinado através
da medida de absorbância do filtrado obtido no comprimento de onda de 280 nm em
espectrofotômetro UV-Vis (modelo Evolution 300, marca Thermo Scientific);
- A concentração de lignina solúvel na amostra foi calculada segundo a equação dos cálculos.
67
Cálculos
Equação para preparar diluição:
Volume de amostra (mL) = Volume do balão (mL)
Fator de diluição
Equação para determinação de lignina solúvel no espectrofotômetro:
Onde:
CLignina S: a concentração de lignina solúvel (g/L);
AT: a absorbância da solução de lignina junto com os produtos de degradação em 280 nm;
Apd = ε1.C1 + ε2.C2 é a absorbância em 280 nm dos produtos de decomposição dos açúcares
(furfural de HMF), cujas concentrações C1 e C2 foram determinadas previamente por CLAE e
ε1 e ε2 são as absortividades, que valem respectivamente 146,85 e 114,00 L/(g.cm).
Assim, a porcentagem de lignina solúvel presente no material pré-tratado foi calculada em
relação à massa inicial de amostra seca moída, conforme apresentado na Equação E2.
Onde:
mAmostra Seca: massa inicial de amostra seca (g);
CLignina S: a concentração de lignina solúvel (g/L);
VFiltrado: volume do filtrado (L);
68
FD: fator de diluição para leitura de absorbância;
%Lignina S: porcentagem de lignina solúvel presente no material.
O teor de lignina total das amostras foi determinado pela soma dos teores de lignina insolúvel
e solúvel.
Marcha Analítica*: Essa metodologia foi desenvolvida em parceria com o Laboratório
Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (CTBE), situado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), Campinas-SP.
7.11. Análise do Solo – pH
Objetivo
O objetivo deste método é verificar se o solo apresenta características básicas ou ácidas, de
acordo com as diferentes concentrações de lignina.
Campo de Aplicação
Na agrícola para verificar o pH do solo e se há presença de componentes diferentes na terra.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Bagueta de vidro;
- Bécker de vidro de 600 mL;
- Bico de bunsen;
- Bomba de vácuo.
- Espátula;
- Funil de Buchner;
69
- Kitassato;
- Papel de filtro,
- Papel indicador de pH;
- pHmetro,
Marcha Analítica
- Ferver 25 g de amostra de solo com 100 mL de água.
- Deixar ferver por 5 minutos.
- Desligar e deixar esfriar por 10 minutos.
- Resfriar em banho de gelo.
- Filtrar a vácuo.
- Se a solução ficar muito escura, filtrar novamente.
- O pH será medido no filtrado.
- Quando a solução estiver completamente fria, medir o pH com o papel indicador e com o
pHmetro;
- O pH deverá ser aferido no primeiro dia de pesagem e após três meses de decomposição do
material.
7.12. Análise do Solo – Temperatura
Objetivo
Aferir a temperatura do solo, pois está influencia nas análises, indicando a decomposição com
o aumento da temperatura.
Campo de Aplicação
Laboratórios de pesquisas e experimentos que envolvam solos.
Procedimento Experimental
70
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Composteiras com todas as amostras;
- Termômetro de 100°C;
Marcha Analítica
- Colocar o termômetro na própria compostagem e deixar em repouso por 5 minutos;
- Aferir o valor da temperatura;
- A temperatura deverá ser aferida toda semana, até completar três meses de decomposição do
material.
7.13. Determinação de Umidade
Objetivo
O objetivo deste método é determinar a umidade e / ou o teor de sólidos totais em amostras de
interesse agroambiental. A umidade corresponde à massa evaporada, obtida por diferença
entre a massa úmida da amostra e a massa residual obtida após secagem. Para determinação
da matéria orgânica das composteiras, a umidade deve ser feita antes desta análise, pois os
resultados são dependentes.
Campo de Aplicação
Este método é aplicável às amostras de resíduos, solos e outras amostras de interesse
agroambientais.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidrarias e Materiais
- Balança semi-analítica.
71
- Béqueres limpos, secos e tarados.
- Estufa de ventilação forçada, com capacidade para manter a temperatura estável em 65 ±
5ºC ou 100 ± 5°C.
Marcha Analítica
- Identificar os béqueres e pesá-los em balança semi-analítica, anotando massa pesada (pesar
aproximadamente 100 g).
- Pesar a massa de amostra fresca usando os béqueres tarados.
- Secar até peso constante (verificar a cada 48 horas).
- Retirar da estufa, deixando resfriar até a temperatura ambiente e pesar novamente.
- A umidade deverá ser aferida no primeiro dia de pesagem e após três meses de
decomposição do material.
Cálculo
Umidade % (m/m) = massa úmida (g) – massa 65ºC ou 105ºC (g) x 100
massa úmida (g)
→ sendo U65°C a umidade do material seco em estufa
7.14. Determinação de Matéria Orgânica
Objetivo
O objetivo deste método é determinar a matéria orgânica total em amostras que contém solo.
Campo de Aplicação
Este método é aplicável a amostras de resíduos, fertilizantes e amostras ambientais. Pode-se
determinar a umidade previamente e utilizar a amostra seca obtida nesta determinação ou
72
trabalhar-se diretamente com a amostra seca em estufa desde que conhecida sua umidade
original.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Balança Analítica.
- Cápsulas de porcelana previamente queimadas a 550°C.
- Composteiras com amostras;
- Dessecador.
- Espátula;
- Forno tipo mufla, com capacidade para pelo menos 550°C.
Marcha analítica
- Pesar cerca de 5,0 g da amostra seca a 65°C (com precisão de 0,1 mg) em cápsula de
porcelana tarada.
- Calcinar as amostras em mufla a 550°C, aumentando a temperatura gradativamente de 100
em 100°C, deixando a porta entreaberta até parar de sair fumaça. Após atingir, deixar nesta
temperatura por 1 hora.
- Retirar da mufla e deixar resfriar até temperatura ambiente em dessecador.
- Realizar uma nova pesagem.
- A determinação da matéria orgânica, deverá ser aferida no primeiro dia de pesagem e após
três meses de decomposição do material.
Cálculos
Matéria Orgânica Total % (m/m) = massa 65ºC (g) – massa 550ºC (g) x (100-U65°C)
massa 65ºC (g)
→ sendo U65°C a umidade do material seco em estufa
73
7.15. Determinação da Salinidade
Objetivo
Determinar a salinidade das composteiras, indicando a condutividade dos solos, e
consequentemente quantidade de sais.
Campo de Aplicação
Na agrícola para verificar a salinidade do solo e se há presença de componentes diferentes na
terra.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- Bagueta de vidro;
- Bécker de vidro de 600 mL;
- Bico de bunsen;
- Bomba de vácuo;
- condutivimetro digital;
- Espátula;
- Funil de Buchner;
- Kitassato;
- Papel de filtro;
- Tubo de ensaio;
Marcha Analítica
- Ferver 25 g de amostra da composteira com 100 mL de água.
- Deixar ferver por 5 minutos.
74
- Desligar e deixar esfriar por 10 minutos.
- Resfriar em banho de gelo.
- Filtrar a vácuo.
- Se a solução ficar muito escura filtrar novamente.
- Após, transferir o filtrado para tubo de ensaio;
- Calibrar condutívimetro digital e aferir condutividade, anotando todos os valores
apresentados no condutívimetro;
- Com o valor anotado em mS/cm transformar para dS/m.
Cálculos
O aparelho fornece a medida em µS/m ou MS/m, mas nossos valores de referência são em
dS/m, sendo necessário fazer a transformação.
µS para dS → divide por 1000
ms para dS → divide por 100
> 0,04 dS/m o solo já é considerado salino.
7.16. Determinação de íons Fe+3
no solo
Objetivo
Determinar a presença de íons Fe+3
no solo branco e na lignina em pó. O elemento ferro é um
micronutriente dos vegetais, estando relacionado à formação de clorofila.
Campo de aplicação
75
Método usado para determinação rápida de ferro em amostras que contém solo.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidraria e Materiais
- 22 mL solução de ácido clorídrico 3 mol/L
- Amostra de solo
- 1 béquer de 100 mL
- 1 erlenmeyer de 50 mL
- 2 tubos de ensaio
- 1 funil com suporte
- 1 proveta de 25 mL
- Papel-filtro
- 1 espátula de metal
- 1 bastão de vidro
- 1 conta-gotas
- 5 gotas solução de tiocianato de potássio ou de amônio 0,02 mol/L
Marcha Analítica
- Coloque no béquer duas espátulas de solo, adicione cerca de 20 mL da solução de ácido
clorídrico e agite com o bastão de vidro por alguns minutos.
- Coloque o papel-filtro no funil e monte um sistema para filtração. Filtre a mistura,
recolhendo o filtrado no erlenmeyer.
- Adicione o filtrado a um dos tubos de ensaio até cerca de 2 cm de altura (mais ou menos 2
mL) e acrescente 5 gotas da solução de tiocianato de potássio (ou de amônio). Agite e
observe.
- No outro tubo de ensaio, coloque 2 mL de ácido clorídrico, adicione 5 gotas da solução de
tiocianato, agite e observe. Teste de verificação de contaminação do HCl.
76
Observação: Na interação entre íons Fe3+
(aq) e íons SCN-(aq) ocorre a formação do complexo
tiocianoferrato, Fe(SCN)2+
(aq), que apresenta uma cor vermelha intensa, podendo-se assim
detectar facilmente a presença dos íons Fe3+
.
7.17. Plantação de grãos de feijões e sementes de mostarda
Objetivo
O objetivo deste método é determinar o crescimento das sementes e grãos nas composteiras.
Campo de Aplicação
Lavouras de plantação com uso de adubos.
Procedimento Experimental
Equipamentos / Vidrarias e Materiais
- Água;
- Balança semi-analítica;
- Composteiras das amostras;
- Espátula;
- Fita métrica;
- Grãos de feijões;
- Sementes de mostarda;
- Terra orgânica;
- Vasos com capacidade de 750 g;
Marcha Analítica
- Em cada vaso foi pesado 400g de terra orgânica, misturados com 100g das amostras das
composteiras;
77
- Para cada composteira foram feitos dois vasos com a respectiva amostra, onde foram
colocados em um grãos de feijões e no outro sementes de mostarda, com uma profundidade
de 5 cm;
- Molhar as composteiras todos os dias com um volume de 10 mL de água;
- Anotar o dia em que as sementes começaram a brotar;
- Anotar o tamanho das amostras todas as semanas.
8. Custos
Produto Custo Total (R$) Custo Real (R$)
Vidro de relógio 25,00 -
11 potes de plástico 12,00 -
Agua destilada 1L 7,00 -
Anel de borracha 1,87 -
Autoclave Vertical AV Plus 2.284,00 -
Bagaço in natura 1 Kg 19,98 -
Bagueta de Teflon 2,30 -
Bagueta de vidro 4,37 -
Balança Analítica 2.816,07 -
Balança de infravermelho Sartorius 3.920,00 -
Balança semi-analítica 1.288,03 -
Balões volumétricos de 50mL 11,97 -
Bandeja de plástico 7,00 -
Banho-Maria Fanem 305,15 -
Becker de plástico de 4L 61,00 -
Béqueres 600 mL de vidro 6,80 -
Bomba de vácuo 774,14 -
Cadinhos de porcelana 12,00 -
Cadinhos de vidro porosidade 4 de 50mL 107,00 -
Carbonato de cálcio 19,30 -
Cronometro 24,90 -
Dessecador com tampa e luva 349,21 -
Espátula 10,00 -
Estufa de ventilação e secagem 1.852,21 -
Estufa de secagem Fanem 1.113,00 -
Espectrofotômetro Scanning UV-VIS 14.000,00 -
78
9. Meio Ambiente
A lignina sendo em resíduo resultante da produção de etanol, resolveu-se implanta-la no solo,
buscando algum tipo de beneficio, além de descobrir outras maneiras de utiliza-la além da
queima em caldeiras, que acaba resultando na emissão de gases poluentes.
Pensando em aproveitar o resíduo resultando da precipitação da lignina, corrigindo o pH e
implantando no solo, de maneira à aproveitar a lignina solúvel existente neste resíduo.
A fim de economizar reagentes com correção de pH, e obtendo um licor negro onde seu pH
inicial é básico, devido a deslignificação alcalina, buscou-se implantá-lo ao solo observando
seus benefícios.
Produto Custo Total (R$) Custo Real (R$)
Micropipeta 5000µL 495,00 -
Funil de Buchner 100,00 -
Kitassato 15,00 -
Hidróxido de sódio P.A. em lentilhas 500g 20,00 -
Lignina em pó ~ 250,00 -
Mangueira de borracha sintética (60m) 4.467,00 -
Mufla com capacidade para 550°C 4.520,00 -
Papel de filtro 1,99 -
Papel indicador tipo fita pH 0 - 14 103,95 -
Peneira de areia 15,00 -
Proveta de 1L 40,00 -
Proveta de 250mL vidro 57,00 -
Proveta de plástico de 2L 112,00 -
pHmetro 149,00 -
Ponteiras para micropipeta 19,00 -
Reator Parr 130.000,00 -
Saco de pano para lavagem Failete 15,00 -
Sementes de mostarda 3,00 3,00
Tubo de ensaio pet, de vidro 13cm 15,00 -
Saco de Feijão 5,75 5,75
Terra orgânica 4,78 4,78
TOTAL 169.441,80 13,53
79
10. Cronograma
Ano 2013 2014
Atividades / Meses Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Maio
Planejamento x x x
Apresentação para
banca de aprovação
X
Redefinição do
cronograma
x
Implantação
amostras no solo
x x x
Decomposição
amostras no solo
x x x
Testes através do
plantio de feijões e
sementes mostarda
x
Verificação dos
resultados
x
Apresentação de
projetos
x
Entrega final do
TCC
x
11. Resultados e Discussões
11.1. Pré-Tratamento Hidrotérmico e Deslignificação Alcalina
A Tabela 7, mostra todos os valores e dados do pré-tratamento hidrotérmico e deslignificação
alcalina, para obtenção do licor negro.
80
Tabela 7: Dados dos Pré-tratamentos para obtenção do Licor Negro (50).
Condições Operacionais Pré-tratamento
Hidrotérmico Deslignificação Alcalina
Temperatura (°C) 190 130
Tempo de reação (min.) 10 30
Proporção Pré-tratamento 1:10 1:10
Massa inicial bagaço (g) 300,0 1,546
Umidade (%) 11,57 80,60
Massa seca (g) 265,3 300,0
Volume inicial solução (L) 3 (água) 1,754 (NaOH 1%)
Massa final bagaço (g) 154,1 1013,2
Umidade (%) 7,16 85,24
Massa seca (g) 143,1 149,5
Volume final Licor (L) 2,2 (Licor pré-tratado) 2 (Licor negro)
Rendimento (%) 53,9 49,8
Com a Tabela 7, podemos observar todas as massas utilizadas nos dois tipos de pré-
tratamentos para obtenção do licor negro. O rendimento ideal para estes tipos de pré-
tratamentos, são na faixa de 50 – 60 % (2), podendo observar que estes valores foram
alcançados, onde no pré-tratamento hidrotérmico o rendimento foi de 53,9% e na
deslignificação alcalina de 49,8%. Estes valores mostram que não houve perdas de massas
durante o pré-tratamento.
As fórmulas para cálculos da umidade, massa seca e rendimento, se encontram em Materiais e
Métodos, nos tópicos 7.1 e 7.2.2.
Figura 12: Bagaço in natura para pré-tratamento hidrotérmico (50).
81
Figura 13: Bagaço pré-tratado
(Hidrotérmico) Figura 14: Solução NaOH 1% para para deslignificação
alcalina (50). deslignificação alcalina (50).
82
Figura 15: Reator Parr 7,5L para Pré-tratamento hidrotérmico e Deslignificação Alcalina (50).
83
Figura 16: Reator Parr, antes reação (50). Figura 17: Solução de NaOH 1% para reação (50).
Figura 18: Reator Parr após reação, etapa Figura 19: Reator Parr aberto, após reação, com
de resfriamento (50). Bagaço e Licor pré-tratado (50).
84
Figura 20: Licor negro obtido a partir da Figura 21: Bagaço pré-tratado obtido após o
deslignificação alcalina (50). processo de deslignificação alcalina (50).
11.2. Precipitação e Obtenção de Lignina
Para precipitação da lignina para 1,8L colocou-se proporcionalmente 180mL de ácido
sulfúrico à 96%, de acordo com a metodologia. O pH alterou para que a lignina precipitasse,
como mostra a Figura 22.
Figura 22: Relação do pH e volume do Licor negro antes e após ácido sulfúrico, e com o resíduo da
precipitação (50).
Após 1 dia em geladeira para precipitação completa, filtrou-se a lignina à vácuo, onde
obtemos 1,780L de resíduo deste precipitado, conseguiu-se assim, recuperar quase toda a
parte líquida do licor negro, como pode-se observar na Figura 22. Obtemos 30 papéis de filtro
com diâmetro de 10 cm, com lignina precipitada.
Licor negro
1,8 L
H2SO4
180 mL
Resíduo Precipitado
1,780 L
pH 11,0 pH 1,56 pH 1,16
85
Figura 23: Licor negro antes de adicionar Figura 24: Licor negro após adicionar ácido
ácido sulfúrico (50). sulfúrico (50).
Figura 25: Filtração à vácuo do licor negro Figura 26: Resíduo líquido obtido da
precipitado com ácido sulfúrico (50). após filtração a vácuo do licor negro (50).
86
Figura 27:
Lavagem da lignina até pH 6 Figura 28: Lignina em papel de filtro, após
lavagem obtida (50).a partir da a partir da precipitação (50).
Figura 29: Lignina em papel de filtro, secando (50). Figura 30: Lignina em pó, seca (50).
11.3. Compostagem do Solo e Determinação da Concentração de Lignina
A Tabela 8 mostra como as composteiras com lignina:solo foram preparadas nas devidas
concentrações expressadas abaixo, e também apresenta a data de inicio das compostagens.
87
Tabela 8: Compostagem da lignina em pó (50).
Data inicial da
compostagem
Porcentagem de
Lignina no Solo
Massa (g) lignina
em pó
Massa (g) de solo
(70% argiloso + 30%
orgânico)
31/01/2014 Branco (sem lignina
apenas solo) - 500,0
31/01/2014 5 % 25,0 475,0
31/01/2014 10% 50,0 450,0
31/01/2014 15% 75,0 425,0
31/01/2014 20% 100,0 400,0
As composteiras foram umedecidas toda a semana, conforme o necessário, a ponto de não
ficarem nem encharcadas e nem apenas úmidas superficialmente. Com o passar dos meses, foi
possível sentir um odor característico de decomposição em todas as composteiras.
As composteiras se decomporam por 82 dias, e após estes período foram realizadas as análises
para verificar quantidades como umidade, matéria orgânica, salinidade e pH, a fim de se
verificar a composteira com a melhor proporção lignina:solo.
88
Figura 31: Pesagem das amostras em composteiras (50). Figura 32: Pesagem da lignina em pó (50).
Figura 33: Pesagem da terra sobre a lignina (50). Figura 34: Homogeneização da lignina:solo (50).
89
Figura 35: Composteiras com lignina:solo nas concentrações estudadas neste trabalho (50).
Figura 36: Composteiras após aproximadamente 2 meses de decomposição (50).
Figura 37: Composteira com lignina:solo 20%, com indicio de decomposição
(manchas brancas sobre o solo) (50).
90
11.4. Correção do pH e compostagem do resíduo de precipitado da lignina
A Tabela 9 aponta os valores iniciais de resíduo utilizado para execução da correção do pH,
assim como os valores usados de hidróxido de sódio à 50% líquido e carbonato de cálcio
sólido para pH na faixa de 6,5 – 7,0.
Tabela 9: Dados experimentais da Correção do pH com NaOH e CaCO3 (50).
Dados para correção do pH Resíduo corrigido pH
CaCO3
Resíduo corrigido pH
NaOH
Volume inicial do resíduo
para correção do pH (mL) 200 210
Quantidade de reagente
usado para correção do pH ± 19,7 g ± 20 mL
pH resíduo inicial pH 1,16 pH 1,16
pH resíduo após correção
do pH pH 6,51 pH 6,76
A principio pensou-se em utilizar apenas o carbonato de cálcio, que é um reagente bastante
usado na calagem de solos. Porém no inicio da correção do pH, percebeu-se além de um
aquecimento da solução, formação de espuma superficial, e também concluiu-se que foi
necessário muito reagente para que o pH chegasse na faixa estimada para ideal plantação. Foi
onde tivemos a ideia de utilizar o hidróxido de sódio à 50%.
91
Figura 38: Resíduo com CaCO3 (50). Figura 39: Resíduo com NaOH (50).
No inicio da correção do pH com NaOH, observou-se que utilizou-se mais solução do que no
final, onde o ajuste fino de pH é muito importante para que o valor não ultrapasse o esperado.
Sabe-se que em questão de reagentes, utiliza-se bem menos NaOH do que CaCO3, porém o
desfecho de critérios como benefícios ao solo, serão apontados ao longo deste trabalho.
A Tabela 10, mostra como as composteiras com resíduo da precipitação, após ser corrigido
seu pH com NaOH e CaCO3, foram preparadas nas devidas concentrações expressadas
abaixo, e também apresenta a data de inicio das compostagens.
Tabela 10: Compostagem da lignina em pó (50).
Data inicial da
compostagem
Porcentagem de
Resíduo no Solo
Volume (mL) de
resíduo
Massa (g) de solo
(70% argiloso + 30%
orgânico)
11/02/2014 NaOH 10 % 50 500
11/02/2014 NaOH 20% 100 500
11/02/2014 CaCO3 10% 50 500
11/02/2014 CaCO3 20% 100 500
As concentrações foram determinadas afim de quantificar o resíduo da precipitação
posteriormente para podermos discutir a quantidade de lignina solúvel.
92
As composteiras foram umedecidas toda a semana, conforme o necessário, a ponto de não
ficarem nem encharcadas e nem apenas úmidas superficialmente. Com o passar dos meses, foi
possível sentir um odor característico de decomposição em todas as composteiras e presença
de fungos superciais.
As composteiras se decomporam por 72 dias, e após estes período foram realizadas as análises
para verificar quantidades como umidade, matéria orgânica, salinidade e pH, a fim de se
verificar a composteira com a melhor proporção resíduo:solo. Não deixou-se mais tempo de
decomposição, pois não haveria possibilidade de plantar as sementes para verificação.
Figura 40: Composteiras com resíduo corrigido com NaOH, respectivamente 10% e 20%, após 23
dias de decomposição (50).
Figura 41: Composteiras com resíduo corrigido com CaCO3, respectivamente 10% e 20%, após 23
dias de decomposição (50).
93
Figura 42: Composteira com resíduo da precipitação corrigido com NaOH à 10%. Presença de fungo
da decomposição após 58 dias (50).
11.5. Compostagem do licor negro
A Tabela 11, mostra como as composteiras com licor negro:solo foram preparadas nas
devidas concentrações expressadas abaixo, e também apresenta a data de inicio das
compostagens.
Tabela 11: Compostagem do licor negro (50).
Data inicial da
compostagem
Porcentagem de
licor negro no solo
Volume (mL)
licor negro
Massa (g) de solo
(70% argiloso + 30%
orgânico)
15/02/2014 5 % 25 500,0
15/02/2014 10% 50 500,0
As composteiras foram umedecidas toda a semana, conforme o necessário, a ponto de não
ficarem nem encharcadas e nem apenas úmidas superficialmente. Com o passar dos meses, foi
possível sentir um odor característico de decomposição em todas as composteiras.
94
As composteiras se decomporam por 68 dias, e após estes período foram realizadas as análises
para verificar quantidades como umidade, matéria orgânica, salinidade e pH, a fim de se
verificar a composteira com a melhor proporção licor negro:solo. Não deixou-se mais tempo
de decomposição, pois não haveria possibilidade de plantar as sementes para verificação.
Figura 43: Composteiras com licor negro e solo, respectivamente 5% e 10%, após
19 dias de decomposição (50).
Figura 44: Composteiras com licor negro na concentração de 10%, após 52 dias
de decomposição, com indicio de fungo (50).
11.6. Água para decomposição
A Figura 45, mostra a média de volume de água, em mililitros, representada ao longo de cada
mês de decomposição em todas as composteiras.
95
Figura 45: Média de água em cada mês de decomposição nas composteiras (50).
Analisando a Figura 45, é possível observar, de uma maneira geral, que a maioria das
composteiras necessitaram de um volume maior no segundo mês de decomposição. A água
nas composteiras foi adicionada conforme a necessidade individual. Observou-se uma certa
dificuldade em encontrar um volume que mantivesse a umidade da composteira sem que esta
ficasse encharcada ou apenas molhada superficialmente. Este objetivo só foi alcançado no
terceiro mês de decomposição.
Os ensaios com lignina:solo se comportaram praticamente iguais nas quantidades de água
para decomposição. Entre os ensaios que apresentam o mesmo componente, porém em
concentrações diferentes, aqueles que apresentam diferenças entre si foram os ensaios Solo :
Resíduo NaOH 10% e Solo : Resíduo NaOH 20%, onde a concentração 20% necessitou de
mais água para se decompor em relação ao NaOH 10%. Os ensaios que também apresentaram
diferenças entre si foram Solo : Licor 5% e Solo : Licor 10%, onde este último ensaio
necessitou de mais água para se decompor em relação a concentração 5%, no segundo mês de
decomposição. O branco foi umedecido para manter a umidade similar a das demais
composteiras.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Bra
nco
Lig
nin
a :
Solo
5%
Lig
nin
a :
Solo
10%
Lig
nin
a :
Solo
15%
Lig
nin
a :
Solo
20%
NaO
H :
Solo
10%
NaO
H :
Solo
20%
Cál
cio :
Solo
10%
Cál
cio
: S
olo
20
%
Lic
or
: S
olo
5%
Lic
or:
Solo
10%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Méd
ia d
o V
olu
me d
e á
gu
a (
mL
)
Composteiras
Fevereiro
Março
Abril
96
11.7. Caracterização Química: Hidrólise ácida, Lignina Solúvel e Insolúvel
e Cinzas Totais
A Tabela 12 apresenta os dados da caracterização química da lignina insolúvel e cinzas totais.
Tabela 12: Dados da Caracterização química da Lignina (50).
Dados experimentais Cinzas totais Lignina Insolúvel
Duplicatas: Ams 1 Ams 2 Ams 1 Ams 2
Massa inicial úmida (g) 0,5010 0,5005 0,3009 0,3010
Umidade (%) 8,14 8,14 7,20 7,23
Massa seca (g) 0,4602 0,4598 0,2792 0,2793
Massa seca após Hidrólise ácida (g) - - 0,2014 0,1991
Massa de cinzas (g) 0,0078 0,0080 0,0024 0,0012
Concentração (%) 1,69 1,74 71,27 70,85
Média (%) 1,72 1,72 71,06 71,06
Desvio padrão (%) 0,03 0,03 0,30 0,30
Analisando a Tabela 12 pode-se concluir, ao analisar a lignina em pó, que relacionando a
lignina insolúvel com as cinzas estruturais e não estruturais, que 71,06 ± 0,30 % da lignina é
na forma insolúvel, ou seja, é a lignina que não se solubilizou no licor e ficou retida no
cadinho de porcelana, e em média 1,72 ± 0,03 % faz parte das cinzas totais, ou seja, ao
calcinar aproximadamente 0,5 g de lignina massa úmida, está evaporou restando apenas
aproximadamente 0,0080 g de cinzas.
97
Figura 46: Aferição da Umidade (50). Figura 47: Pesagem da amostra (50).
Figura 48: Amostra de Lignina (50). Figura 49: Pesagem da amostra (50).
98
Figura 50: Amostras prontas para Figura 51: Dosificando ácido Sulfúrico (50).
caracterização química (50).
Figura 52: Amostras no banho-maria (50). Figura 53: Amostra após adição de água (50).
99
Figura 54: Amostra pronta para hidrólise (50). Figura 55: Amostras na autoclave (50).
100
Figura 56: Filtração das amostras (50). Figura 57: Retido no cadinho lignina
jajdajdjjdljdljsdkjdsdjj djdinsolúvel (50).
Figura 58: Lavagem da amostra (50). Figura 59: Amostras dessecador após estufa (50).
Figura 60: Amostras pesadas e prontas para mufla (50).
101
Figura 61: Preparação amostra para cinzas (50). Figura 62: Amostras para cinzas na mufla (50).
Figura 63: Cinzas da Hidrólise ácida (50). Figura 64: Cinzas totais após mufla (50).
102
Figura 65: Pipetando Licor para Diluição (50). Figura 66: Correção do pH com NaOH (50).
Figura 67: Balão com diluição (50). Figura 68: Preparação amostra para UV-VIS (50).
103
Figura 69: Espectrofotômetro com cubetas para leitura (50).
A Tabela 13 mostra os valores de lignina solúvel no licor hidrolisado da lignina em pó, no
licor negro e no resíduo da precipitação.
Tabela 13: Dados experimentais de lignina solúvel (50).
Dados Experimentais Licor negro Lignina em pó Resíduo precipitado
Duplicatas: Ams 1 Ams 1 Ams 2 Ams 1
pH inicial 9,45 1,78 1,78 2,78
pH após correção com
NaOH 6,5 mol/L 12,26 12,03 12,10 12,94
Quantidade NaOH 6,5
mol/L 2 gotas 12 gotas 12 gotas 6 gotas
Fator de diluição 2000x 20x 20x 100x
Leitura 1 Abs 280 nm 0,3369 0,2866 0,2507 0,6692
Leitura 2 Abs 280 nm 0,3368 0,2863 0,2505 0,6693
Leitura 3 Abs 280 nm 0,3371 0,2865 0,2505 0,6692
Média leituras Abs 280 nm 0,3369 0,2865 0,2506 0,6692
Concentração de lignina
solúvel (g/L) 28,4322 0,2410 0,2107 2,8230
Lignina solúvel (%) - 7,48 6,54 -
Lignina total (%) - 78,75 77,39 -
Média (%) - 78,07 78,07 -
104
Desvio padrão (%) - 0,96 0,96 -
Analisando a Tabela 13, é possível concluir que no licor negro encontra-se 28,4 g de lignina
solúvel a cada 1 L de licor, como na precipitação entrou-se com 1,8 L, isto significa que
existia ali 51,12g de lignina solúvel. Observou-se também que destes 28,4 g de lignina
presente no licor negro, 2,8 g por litro se encontra no resíduo do licor precipitado, ou mais
precisamente no resíduo obtido desta precipitação 1,780 L contém aproximadamente 5,0g de
lignina solúvel, e o restante se encontra na forma sólida, no valor de 0,2259 g/L, mostrando a
recuperação de quase toda lignina na forma sólida.
No resíduo do precipitado que foi colocado no solo após correção com NaOH e CaCO3, pode-
se chegar na quantidade de lignina presente na quantidade colocada: Na concentração de 10%,
onde colocou-se 50 mL do resíduo, cerca de 0,14g são de lignina solúvel, e na concentração
20%, onde colocou-se 100 mL do resíduo, cerca de 0,28g são de lignina solúvel. A mesma
relação pôde ser feita com o licor negro. Na composteira em que se colocou 5% de licor
negro, que equivalem a 25 mL, cerca de 0,71g são de lignina solúvel, e para a composteira
com concentração de 10%, que equivalem à 50 mL de licor negro, cerca de 1,42g são de
lignina solúvel.
A Tabela 14 mostra o balanço de massa total podendo interpretar quanto realmente há de
lignina e quanto há de outros componentes.
Tabela 14: Composição total da biomassa (50).
Dados analíticos Amostra Lignina 1 Amostra Lignina 2
Cinzas (%) 1,69 1,74
Lignina total (%) 78,75 77,39
Celulose, Hemiceluloses e Inibidores (%) 19,55 20,87
Balanço de massa (%) 100,00 100,00
A caracterização química em suas análises, identifica o total de fenóis presentes na biomassa.
Como a lignina em sua composição apresenta fenóis, é necessário realizar análises CLAE
para quantifica-la, pois sabe-se que os inibidores HMF e furfural podem conter fenóis em sua
estrutura.
Observando a Tabela 14, estimasse que na lignina há um total, em média, de
79,79 ± 0,93 % de sua composição, sendo, em média, 1,72 ± 0,03% de cinzas totais. Como
105
não foi realizada a análise cromatográfica para determinação exata de celulose, hemiceluloses
e possível presença de HMF e Furfural, em média, cerca de 20,21 ± 0,50 % podem fazer parte
deste componentes.
11.8. Análise de Umidade das Composteiras
A Tabela 15 possui dados experimentais da determinação de umidade de todas as
composteiras para utilizar, posteriormente este valores para análise da matéria orgânica nas
composteiras.
Tabela 15: Umidade (%) nas composteiras (50).
Amostra Massa inicial úmida (g) Umidade (%) Massa final seca (g)
Branco 5,032 26,91 3,678
Solo:lignina 5% 5,048 28,27 3,621
Solo:lignina 10% 5,010 24,41 3,738
Solo:lignina 15% 5,032 28,72 3,587
Solo:lignina 20% 5,033 29,74 3,536
Solo:resíduo NaOH 10% 5,008 26,12 3,700
Solo:resíduo NaOH 20% 5,052 25,53 3,762
Solo:resíduo CaCO3 10% 5,025 23,68 3,835
Solo:resíduo CaCO3 20% 5,075 24,79 3,817
Solo:licor 5% 5,000 22,72 3,863
Solo:licor 10% 5,034 17,94 41,31
A análise de umidade foi realizada no inicio, antes da decomposição, apenas com o solo, afim
de se comparar uma possível mudança na mesma análise do solo realizada após 3 meses. O
solo antes de ser colocado nas composteiras, apresentou uma umidade de 8,20%, porém não
havia sido umedecido, por isso apresentou umidade mais baixa em ralação à 3 meses depois,
com umidade de 26,91%.
Ao analisar a Tabela 15 é possível observar que a maioria das composteiras apresentam quase
a mesma umidade, na faixa de 20%, mostrando aproximadamente uma massa de 2g de água.
106
11.9. Análise do pH e Matéria Orgânica
A Figura 70 apresenta os resultados da análise de matéria orgânica relacionadas com o pH,
após a decomposição das composteiras.
Figura 70: Análise da matéria orgânica e pH (50).
Analisando a Figura 70, é possível observar que na analise de pH o ensaio Lignina (solo 10%)
foi o que obteve o melhor resultado 6,21, tendo em vista que o pH ideal para a planta
conseguir absorver os nutrientes do solo é 6,0 á 6,5.
Referente a analise de matéria orgânica, foi possível observar no gráfico que o ensaio Lignina
(solo 20%) obteve o maior índice de decomposição. Os ensaios NaOH (solo 10%), NaOH
(solo 20%), CaCO3 (solo 10%), CaCO3 (solo 20%), Licor (solo 5%) e Licor (solo 10%), o
resultado de matéria orgânica obtido for menor do que o Branco 7,53, pois não ocorreu a
decomposição podendo influenciar no crescimento de mudas e sementes.
Estas duas análises foram colocadas juntas para mostrar a relação existente entre elas. A
decomposição das composteiras se confirmou na literatura, que aponta que quanto maior a
taxa de matéria orgânica, a tendência é de o pH diminuir.
0
5
10
15
20
25
Bra
nco
Lig
nin
a :
So
lo 5
%
Lig
nin
a :
So
lo 1
0%
Lig
nin
a :
So
lo 1
5%
Lig
nin
a :
So
lo 2
0%
NaO
H :
So
lo 1
0%
NaO
H :
So
lo 2
0%
Cál
cio
: S
olo
10
%
Cál
cio
: S
olo
20
%
Lic
or
: S
olo
5%
Lic
or:
So
lo 1
0%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
7,53 9,83 11,68 13,25
17,35
5,02 6,96 7,21 6,89
2,38 5,95
8,25 7,28
6,21 5,66
5,52
8,11 8,36 7,94 7,66
7,4
9,24
pH das Composteiras (pH) Matéria Orgância Total (%)
Composteiras
Com
pa
ra
çã
o M
até
ria
Orgân
ica e
pH
para p
lan
tio
107
Figura 71: Pesagem das amostras para Figura 72: Amostras antes da mufla (50).
matéria orgânica (50).
Figura 73: Amostras após mufla (50).
Figura 74: Amostras após filtração para análise de pH (50).
108
11.10. Análise da temperatura
A Figura 75 apresenta a média das temperaturas respectivas de cada mês de decomposição,
totalizando, aproximadamente, três meses de decomposição. Para efeito de cálculo foram
somadas as temperaturas aferidas em cada mês, retirando sua média para análises conclusivas
dos dados.
Figura 75: Média das temperaturas em cada mês de decomposição (50).
Analisando a Figura 75, é possível observar que na maioria das amostras apresentam uma
média maior das temperaturas no mês de fevereiro, que foi o primeiro mês de decomposição.
É possível observar também uma estabilização e diminuição da temperatura no último mês,
mostrando que a decomposição cessou. Os ensaios 2 (lignina:solo 5%), 3 (lignina:solo 10%),
4 (lignina:solo 15%) e 5 (lignina:solo 20%), mantiveram a mesma proporção de
decomposição, tendo uma média inicial na faixa de 27,5°C, decaindo a cada mês, chegando à
faixa de 23,5°C.
As amostras com resíduo do precipitado corrigidas com NaOH e CaCO3 assim como as
composteiras com licor negro, apresentaram uma elevação da temperatura no segundo mês de
decomposição. A elevação da temperatura é um indicio de decomposição.
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Bra
nco
Lig
nin
a :
So
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%
Lig
nin
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So
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0%
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So
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10
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Cál
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olo
20
%
Lic
or
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olo
5%
Lic
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So
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0%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Méd
ias
da
s T
em
peratu
ras
(°C
)
Composteiras
Fevereiro
Março
Abril
109
Acredita-se que a temperatura não teve uma variação maior, devido ao ambiente em que as
composteiras permaneceram neste período, no laboratório onde à presença de ar
condicionado, e também pelo fato das composteiras serem relativamente pequenas, com uma
massa de 500g.
Figura 76: Aferição das temperaturas (50).
11.11. Análise da Salinidade
A Figura 77 apresenta o resultado de salinidade das composteiras (dS/cm) obtidos através das
análises no condutivímetro, onde faz leitura da condutividade da amostra, que indica a
presença de sais, após a decomposição de aproximadamente três meses.
110
Figura 77: Análise da salinidade após três meses de decomposição (50).
Analisando a Figura 77, é possível observar que o resultado de salinidade da amostra Branco
é 0,0199 dS/cm, sendo a amostra padrão para comparação, pois o limite aceitável para um
solo não se caracterizar como salino é de até 0,04 dS/cm.
Após a decomposição houve alteração do valor de salinidade, os ensaios de NaOH (solo 10%)
e NaOH (solo 20%) apresentaram o maior índice de salinidade, porem esse resultado pode
influenciar negativamente no crescimento da planta pela improdutividade e deformação,
sendo assim as amostras Licor (solo 10%), Licor (solo 20%), CaCO3 (solo 10 %), CaCO3
(solo 20 %), NaOH (solo 10%) e NaOH (solo 20%) estão fora de especificação.
Observando os resultados do grafico, foi possível analisar que quanto menor a porcentagem
de Lignina em pó no solo, menor foi o índice de salinidade, sendo assim, para obter o
resultado de salinidade dentro do padrão específico será necessária a utilização de 4% do
adubo. Acredita-se que após a adubação com a menor proporção o índice de salinidade venha
a diminuir.
0,0199
0,0224
0,0357
0,046
0,0517
0,1765
0,1765
0,1685
0,1685
0,1493
0,05
Branco
Lig:Solo 5%
Lig:Solo 10%
Lig:Solo 15%
Lig:Solo 20%
NaOH:Solo 10%
NaOH:Solo 20%
CaCO3:Solo 10%
CaCO3:Solo 20%
Licor:Solo 5%
Licor:Solo 10%
Salinidade das Composteiras (dS/cm)
Solo Salino em Valores > 0,04 dS/cm
111
Figura 78: Ebulição das amostras (50). Figura 79: Resfriamento amostras para salinidade (50).
Figura 80: Amostras após resfriamento (50). Figura 81: Amostras após filtrar e centrifugar (50).
11.12. Determinação de íons Fe+3
no solo
No decorrer das decomposições, ao adicionar água e homogeneizar as composteiras,
observou-se pequenas partículas de coloração alaranjada, e também observou-se coloração
alaranjada nas amostras após serem calcinadas, como mostra a Figura 82, ou até então
manchas alaranjadas na composteira, como na Figura 83. Sabe-se que está característica de
coloração indica presença de ferro na amostra. Por este motivo, resolveu-se incluir esta
análise qualitativa de ferro, para verificar a presença ou não de ferro no solo e/ou na lignina.
112
Figura 82: Amostra após calcinar Figura 83: Composteira de licor negro 5%
na mufla (50). com manchas alaranjadas (50).
Figura 84: Filtração da lignina e solo misturadas com HCl (50).
113
Figura 85: Amostra respectivamente de HCl, lignina e solo após filtração antes da adição de
Tiocianato de amônio (50).
Figura 86: Amostra respectivamente de lignina e solo após adição de
Tiocianato de amônio (50).
A solução indicadora de ferro nas amostras foi o Tiocianato de amônio 0,02 M. Observando
as Figuras 85 e 86, é possível observar a diferença na coloração das amostras, principalmente
naquela que contém solo, indicando, pela coloração alaranjada, a presença de ferro. A amostra
apenas com lignina, pessoalmente apresentou uma leve mudança na coloração, mas nada que
irá trazer benefícios ao solo. O ferro é um micronutriente que trás ao solo fertilidade. O solo
114
usado nas composteiras parece ser bastante rico em ferro, sendo um dos fatores que ajudaram
as sementes a se desenvolverem.
11.13. Análise do Plantio das sementes de mostarda e feijão
Após todas as análises serem realizadas, plantou-se sementes de mostarda e grãos de feijões, a
fim de se comparar o desenvolvimento entre estas duas sementes, em quesitos como tamanho
e folhas.
O primeiro teste com plantação ocorreu no dia 26 de abril, onde pegou-se 100g do adubo, das
composteiras, molhou-se e colocou-se 5 grãos/sementes em cada duplicata referente a está
composteira. Por falta de água e pelo fato do solo ser muito argiloso, ficou muito seco, e as
sementes foram colocadas muito no fundo, onde não tiveram forças para crescer.
O segundo teste com plantação iniciou-se no dia 03 de maio. Desta vez, misturou-se 400g de
solo orgânico com 100g das composteiras com adubo, homogeneizando bastante os solos.
Preparou-se as composteiras em duplicata, colocando em uma as sementes de mostarda e na
outra grãos de feijões.
Figura 87: Sementes de mostarda (50). Figura 88: Grãos de feijões (50).
115
Figura 89: Homogeneização do adubo com o solo (50).
Figura 90: Plantação da mostarda (50). Figura 91: Plantação do feijão (50).
Observou-se um crescimento primeiro da mostarda, após três dias, e depois do feijão, após
quatro dias. Logo nestes primeiros quatro dias após a plantação, foi possível observar nas
amostras com sementes de mostarda, que houve um desenvolvimento mais acelerado nas
composteiras com lignina em pó.
116
Figura 92: Composteiras após 4 dias com lignina em pó (Mostarda) (50).
Figura 93: Composteiras após 4 dias com licor negro (Mostarda) (50).
Figura 94: Composteiras após 4 dias com Resíduo corrigido com NaOH (Mostarda) (50).
117
Figura 95: Composteiras após 4 dias com Resíduo corrigido com
Carbonato de cálcio (Mostarda) (50).
Figura 96: Composteiras após 4 dias com lignina em pó (Feijão) (50).
118
Figura 97: Composteiras após 4 dias com licor negro (Feijão) (50).
Figura 98: Composteiras após 4 dias com Resíduo corrigido com Carbonato de cálcio (Feijão) (50).
Figura 99: Composteiras após 4 dias com Resíduo corrigido com NaOH (Feijão) (50).
119
A Figura 100 mostra a comparação do crescimento do feijão na primeira e na segunda semana
de plantação.
Figura 100: Crescimento do feijão (50).
Analisando a Figura 100 é possível observar que as composteiras com lignina em pó, tiveram
um desenvolvimento bem maior em relação às demais composteiras. Este crescimento se deve
a diversos fatores em conjunto, como salinidade, matéria orgânica e pH. Concluiu-se que a
composteira que teve o melhro desenvolvimento foi a Lignina:solo 10%, chegando ao final de
duas semanas a uma altura de 39cm, e a pior composteira foi a Solo:resíduo corrigido com
NaOH 10%, chegando ao final duas semanas com uma altura de 13cm. Este fato aconteceu
tanto nas sementes de feijão quanto nas de mostrada. As figuras abaixo mostram esta
comparação do branco com a melhor e pior composteira.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Bra
nco
Lig
nin
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So
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%
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So
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So
lo 1
0%
NaO
H :
So
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10
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Cál
cio
: S
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20
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: S
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or:
So
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0%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
15
24 27
25 23
7 9
11 13 14
16
23
36 39
30 27
13 15
20 22
27 29
1ª Semana 2ª Semana
Tam
an
ho
dos
feij
ões
(cm
)
120
A
Figura 101: (A) Branco; (B) Lignina : Solo 10%; (C) Solo : Resíduo NaOH 10%; mudas de
sementes de mostarda após 1 semana de plantação (50).
B C
A B C
Figura 102: (A) Branco; (B) Lignina : Solo 10%; (C) Solo : Resíduo NaOH 10%; mudas de
sementes de feijão após 10 dias de plantação (50).
23 cm
39 cm 13 cm
121
12. Conclusão
Neste trabalho foi estudado o uma nova utilidade para o resíduo do bioetanol de segunda
geração, a lignina, empregando seu uso junto ao solo, com o objetivo de produzir adubo a
partir da decomposição da lignina, resíduo da precipitação da lignina e licor negro, provando
seu benefício ao solo a partir do plantio de sementes de feijão e mostarda.
Os resultados mostraram que a decomposição da lignina ao solo foi seletiva proporcionando,
na maioria dos ensaios, uma boa decomposição quando usou-se a lignina em pó, obtendo um
pH bom para o desenvolvimento de plantas em conjunto com excelente quantidade de matéria
orgânica. Além disso, na maioria dos ensaios, a salinidade do solo decaiu conforme a
concentração das composteiras aumentava, mais ainda foi possível determinar o melhor
ensaio, se encaixando na proporção lignina : solo 10%, tendo como verificação a plantação
das sementes de mostarda e feijão, foi a composteira em que as sementes mais se
desenvolveram.
A composteira que menos se obteve resultados positivos foi Solo : Resíduo NaOH 10%.
Analisando os dados em conjunto, sua salinidade foi a mais elevada, a taxa de matéria
orgânica se apresentou menor que a taxa do solo, apesar do pH elevado, as sementes não
conseguiram se desenvolver em comparação ao ensaio branco ou a melhor composteira. Um
outro ponto negativo nesta composteira, foi o uso de NaOH no solo, que não lhe proporcionou
nenhum benefício para plantação, ou neste caso, provando, que nem para a obtenção de adubo
ou plantação, obteve-se resultados bons.
122
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(50) Arquivo do pesquisador – Fotos, tabelas e gráficos, criados pelas integrantes deste
trabalho de conclusão de curso.
![PREPARAÇÃO DE ÓXIDO DE ALUMÍNIO NANOESTRUTURADO A … · MET – Microscopia Eletrônica de Transmissão: morfologia. [6] DRX – Difração de Raio-X: cristalinidade e tamanho](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5f2da695863b7f30c13ba08b/preparafo-de-xido-de-alumnio-nanoestruturado-a-met-a-microscopia-eletrnica.jpg)
