Carvão - Charcoal
O carvão vegetal é um resíduo leve de carbono negro produzido por forte aquecimento de madeira (ou outros materiais animais e vegetais ) em oxigênio mínimo para remover toda a água e componentes voláteis. Na versão tradicional desse processo de pirólise , chamada de queima de carvão , muitas vezes formando um forno a carvão , o calor é fornecido pela queima de parte do próprio material de partida, com fornecimento limitado de oxigênio . O material também pode ser aquecido em uma retorta fechada . Os briquetes de "carvão" modernos usados para cozinhar ao ar livre podem conter muitos outros aditivos, por exemplo, carvão .
Este processo ocorre naturalmente quando a combustão é incompleta e às vezes é usado na datação por radiocarbono . Também acontece inadvertidamente durante a queima de lenha, como em uma lareira ou fogão a lenha . A chama visível nestes é devido à combustão dos gases voláteis exsudados quando a madeira se transforma em carvão. A fuligem e a fumaça comumente emitidas por fogueiras a lenha resultam da combustão incompleta desses voláteis. O carvão é queimado a uma temperatura mais alta do que a madeira, com quase nenhuma chama visível, e não libera quase nada, exceto dióxido de carbono (normalmente 2,5 a 3 quilos para cada quilo de carvão queimado, dependendo do teor de carbono) e calor .
História
A produção de carvão vegetal em locais com abundância de madeira remonta à antiguidade. Geralmente começa empilhando tarugos de madeira em suas extremidades para formar uma pilha cônica. As aberturas são deixadas na parte inferior para permitir a entrada de ar , com um poço central servindo de chaminé . Toda a pilha é coberta com turfa ou argila umedecida . O disparo é iniciado na parte inferior da chaminé e gradualmente se espalha para fora e para cima. O sucesso da operação depende da taxa de combustão . Em condições médias, a madeira rende cerca de 60% de carvão vegetal em volume ou 25% em peso ; os métodos de produção em pequena escala geralmente rendem apenas cerca de 50% em volume, enquanto os métodos em grande escala permitiam rendimentos mais elevados de cerca de 90% no século XVII. A operação é tão delicada que geralmente era deixada para os mineiros (carvoeiros profissionais). Freqüentemente, viviam sozinhos em pequenas cabanas para cuidar das pilhas de madeira. Por exemplo, nas montanhas Harz da Alemanha , os carvoeiros viviam em cabanas cônicas chamadas Köten, que ainda existem hoje.
A produção massiva de carvão vegetal (em seu auge empregando centenas de milhares, principalmente nas florestas alpinas e vizinhas) foi uma das principais causas do desmatamento , especialmente na Europa Central . Em Inglaterra , muitas madeiras eram geridos como capões , que foram cortados e regrown ciclicamente, para que um fornecimento estável de carvão estava disponível. Reclamações (já no período Stuart ) sobre a escassez podem estar relacionadas aos resultados da superexploração temporária ou à impossibilidade de aumentar a produção para atender à demanda crescente. A crescente escassez de madeira facilmente colhida foi um fator importante por trás da mudança para equivalentes de combustível fóssil , principalmente carvão e carvão marrom para uso industrial.
O moderno processo de carbonização da madeira, seja em pequenos pedaços ou como serragem em retortas de ferro fundido , é amplamente praticado onde a madeira é escassa, e também para a recuperação de subprodutos valiosos ( álcool de madeira , ácido pirolenhoso , alcatrão de madeira ), que o processo permite . A questão da temperatura da carbonização é importante; de acordo com J. Percy, a madeira torna-se marrom a 220 ° C (430 ° F), um marrom escuro escuro depois de algum tempo a 280 ° C (540 ° F) e uma massa facilmente pulverizada a 310 ° C (590 ° F ) O carvão vegetal feito a 300 ° C (570 ° F) é marrom, macio e friável e inflama prontamente a 380 ° C (720 ° F); feito em temperaturas mais altas, é duro e quebradiço e não dispara até ser aquecido a cerca de 700 ° C (1.300 ° F).
Na Finlândia e na Escandinávia , o carvão vegetal era considerado subproduto da produção de alcatrão de madeira . O melhor alcatrão vinha do pinheiro , portanto, os pinheiros eram cortados para a pirólise do alcatrão . O carvão vegetal residual foi amplamente utilizado como substituto do coque metalúrgico em altos-fornos para fundição . A produção de alcatrão levou a um rápido desmatamento local . O fim da produção de alcatrão no final do século 19 resultou no rápido reflorestamento das áreas afetadas.
A forma americana do briquete de carvão foi inventada e patenteada por Ellsworth BA Zwoyer da Pensilvânia em 1897 e foi produzida pela Zwoyer Fuel Company . O processo foi ainda mais popularizado por Henry Ford , que usou madeira e subprodutos da serragem da fabricação de automóveis como matéria - prima . A Ford Charcoal passou a se tornar a Kingsford Company .
Métodos de produção
O carvão vegetal foi feito por vários métodos. O método tradicional na Grã-Bretanha usava uma pinça. Esta é essencialmente uma pilha de toras de madeira (por exemplo, carvalho temperado) inclinadas em um círculo contra uma chaminé. A chaminé é composta por 4 estacas de madeira sustentadas por uma corda. As toras são totalmente cobertas com terra e palha, não permitindo a entrada de ar. Deve ser aceso introduzindo algum combustível em combustão na chaminé; as toras queimam muito lentamente e se transformam em carvão em um período de queima de 5 dias. Se a cobertura do solo ficar rasgada ou rachada pelo fogo, terra adicional é colocada nas rachaduras. Assim que a queima for concluída, a chaminé é tampada para evitar a entrada de ar. A verdadeira arte deste método de produção está em gerir a geração suficiente de calor, através da combustão de parte do material de madeira, e a sua transferência para as partes de madeira em processo de carbonização. Uma forte desvantagem deste método de produção é a enorme quantidade de emissões que são prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente (emissões de metano não queimado). Como resultado da combustão parcial do material de madeira, a eficiência do método tradicional é baixa.
Os métodos modernos empregam tecnologia de autoclave, na qual o calor do processo é recuperado e fornecido exclusivamente pela combustão do gás liberado durante a carbonização. Os rendimentos da autoclave são consideravelmente maiores do que os da queima, e podem chegar a 35% -40%.
As propriedades do carvão produzido dependem do material carbonizado. A temperatura de carbonização também é importante. O carvão vegetal contém quantidades variáveis de hidrogênio e oxigênio, bem como cinzas e outras impurezas que, juntamente com a estrutura, determinam as propriedades. A composição aproximada do carvão para pólvora é algumas vezes empiricamente descrita como C 7 H 4 O. Para obter um carvão com alta pureza, o material de origem deve estar livre de compostos não voláteis.
O carvão vegetal é obtido como resíduo por destilação destrutiva da madeira de modo que os produtos sejam:
- Produtos líquidos - ácido pirolenhoso e alcatrão de madeira
- Produtos gasosos - gás de madeira
- Produto residual - carvão vegetal
Tipos
- O carvão vegetal comum é feito de turfa, carvão, madeira, casca de coco ou petróleo.
- O carvão de açúcar é obtido da carbonização do açúcar e é particularmente puro. É purificado fervendo-o com ácidos para remover qualquer matéria mineral e depois é queimado por um longo tempo em uma corrente de cloro para remover os últimos vestígios de hidrogênio. Foi usado por Henri Moissan em sua primeira tentativa de criar diamantes sintéticos .
- O carvão ativado é semelhante ao carvão comum, mas é fabricado especialmente para uso médico. Para produzir carvão ativado, o carvão comum é aquecido a cerca de 900 ° C (1.700 ° F) na presença de um gás (geralmente vapor), fazendo com que o carvão desenvolva muitos espaços internos, ou "poros", que ajudam o carvão ativado a armadilhar produtos químicos. Impurezas na superfície do carvão vegetal também são removidas durante esse processo, aumentando muito suacapacidade de adsorção .
- O carvão em caroço é um carvão tradicional feito diretamente de madeira dura . Geralmente produz muito menos cinzas do que briquetes.
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Carvão japonesa teve ácido pirolenhoso removido durante a fabricação do carvão vegetal; portanto, quase não produz cheiro ou fumaça quando queimado. O carvão vegetal tradicional do Japão é classificado em três tipos:
- O carvão branco ( Binchōtan ) é muito duro e produz um som metálico quando atingido.
- Carvão negro
- Ogatan é um tipo mais recente feito de serragem endurecida.
- Os briquetes em forma de travesseiro são feitos pela compressão de carvão, normalmente feito de serragem e outros subprodutos da madeira, com um aglutinante e outros aditivos. O aglutinante geralmente é amido . Os briquetes também podem incluir carvão marrom (fonte de calor), carbono mineral (fonte de calor), bórax , nitrato de sódio (auxiliar de ignição), calcário (agente de branqueamento de cinzas), serragem em bruto (auxiliar de ignição) e outros aditivos.
- O carvão de briquete de serragem é feito comprimindo a serragem sem aglutinantes ou aditivos. É o carvão vegetal preferido em Taiwan, Coréia, Grécia e Oriente Médio. Possui um orifício redondo no centro, com uma intersecção hexagonal. É usado principalmente para churrasco, pois não produz odor, fumaça, poucas cinzas, alta temperatura e longas horas de queima (excedendo 4 horas).
- O carvão vegetal extrudado é feito pela extrusão de madeira bruta moída ou carbonizada em toras sem o uso de aglutinante. O calor e a pressão do processo de extrusão mantêm o carvão unido. Se a extrusão for feita de matéria-prima de madeira, as toras extrudadas são posteriormente carbonizadas.
Usos
O carvão vegetal tem sido usado desde os primeiros tempos para uma ampla gama de propósitos, incluindo arte e medicina, mas de longe seu uso mais importante tem sido como combustível metalúrgico . O carvão é o combustível tradicional da forja de um ferreiro e de outras aplicações onde é necessário um calor intenso. O carvão vegetal também foi usado historicamente como fonte de pigmento preto , triturado. Nessa forma, o carvão era importante para os primeiros químicos e era um constituinte de fórmulas para misturas, como o pó preto . Devido à sua grande área de superfície, o carvão pode ser usado como filtro e como catalisador ou adsorvente.
Combustível metalúrgico
O carvão é queimado em temperaturas superiores a 1.100 graus Celsius (2.010 graus Fahrenheit). Em comparação, o ponto de fusão do ferro é de aproximadamente 1.200 a 1.550 ° C (2.190 a 2.820 ° F). Devido à sua porosidade, é sensível ao fluxo de ar e o calor gerado pode ser moderado controlando o fluxo de ar para o fogo. Por este motivo, o carvão ainda é muito utilizado pelos ferreiros. O carvão vegetal é utilizado para a produção de ferro desde os tempos romanos e do aço nos tempos modernos, onde também fornece o carbono necessário. Os briquetes de carvão podem queimar até aproximadamente 1.260 ° C (2.300 ° F) com uma forja de soprador de ar forçado.
No século 16, a Inglaterra teve que aprovar leis para evitar que o país ficasse completamente despojado de árvores devido à produção de ferro. No século 19, o carvão vegetal foi amplamente substituído pelo coque na produção de aço devido ao custo.
Combustível industrial
Historicamente, o carvão vegetal era usado em grandes quantidades para fundir ferro em floriculturas e, posteriormente, em altos-fornos e forjas de acabamento . Este uso foi substituído pelo carvão no século 19 como parte da Revolução Industrial .
Combustível para cozinhar e aquecer
Antes da Revolução Industrial , o carvão era ocasionalmente usado como combustível para cozinhar . É considerado um combustível sem fumaça ; ou seja, o carbono é suficientemente puro para que a sua queima cause substancialmente menos poluição do ar do que a queima do material orgânico não carbonizado original. No século 20, a legislação de ar limpo exigia combustíveis sem fumaça (principalmente coque ou carvão) em muitas áreas da Europa. No século 21, o carvão vegetal foi defendido como uma forma de melhorar a saúde das pessoas que queimam biomassa crua para cozinhar e / ou aquecer. Os briquetes de "carvão" modernos , amplamente usados para cozinhar ao ar livre, são feitos com carvão, mas também podem incluir carvão como fonte de energia, bem como aceleradores, aglutinantes e enchimento.
Para conter o carvão e usá-lo para cozinhar, pode-se usar uma churrasqueira . Uma pequena grelha a carvão japonesa é conhecida como shichirin . Um braseiro é um recipiente usado para queimar carvão ou outro combustível sólido.
Iniciar a queima do carvão é mais difícil do que iniciar uma fogueira a lenha e pode-se usar fluido de isqueiro a carvão . Um acionador de partida de chaminé ou acionador de carvão elétrico são ferramentas para ajudar a acender o carvão.
Aproximadamente 75% do combustível queimado no Haiti é carvão.
Agente redutor
Certos tipos de carvão, como carvão de madeira, são usados para reduzir óxidos metálicos aquecidos em seus respectivos metais:
- ZnO + C → Zn + CO
- Fe 2 O 3 + 3C → 2Fe + 3CO
O carvão vegetal também pode ser usado para reduzir o vapor superaquecido a hidrogênio (junto com a formação de monóxido de carbono):
- C + H 2 O (1000 ° C) → H 2 + CO ( gás de água )
Produção Syngas, combustível automotivo
Como muitas outras fontes de carbono, o carvão vegetal pode ser usado para a produção de várias composições de gás de síntese ; isto é, várias misturas de CO + H 2 + CO 2 + N 2 . O gás de síntese é normalmente usado como combustível, incluindo propulsão automotiva ou como matéria-prima química.
Em tempos de escassez de petróleo, automóveis e até ônibus foram convertidos para queimar gás de madeira (uma mistura de gás que consiste principalmente na diluição do nitrogênio atmosférico , mas também contendo gases combustíveis, principalmente monóxido de carbono ) liberado pela queima de carvão ou madeira em um gerador de gás de madeira . Em 1931, Tang Zhongming desenvolveu um automóvel movido a carvão, e esses carros foram populares na China até a década de 1950 e na França ocupada durante a Segunda Guerra Mundial (chamados gazogènes ).
Pirotecnia
O carvão vegetal é utilizado na produção de pólvora negra , amplamente utilizada na produção de fogos de artifício. É geralmente moído em um pó fino, com o grau de flutuação de ar sendo o melhor tamanho de partícula disponível comercialmente. Quando usado em composições de pó preto, é freqüentemente moído em moinho de bolas com outros ingredientes para que sejam intimamente misturados. Certos carvões apresentam melhor desempenho quando usados para fazer pólvora, como o abeto, o salgueiro, a paulownia e a videira, entre outros. O carvão vegetal produz faíscas finas de laranja escuro / dourado . Normalmente, o pó com um tamanho de malha de 10 a 325 é usado para obter chuvas de faíscas douradas em composições pirotécnicas.
Uso cosmético de carvão de bambu
O carvão vegetal também é incorporado em vários produtos cosméticos. Pode ser produzido a partir de bambu normal cortado em pequenos pedaços e fervido em água para remover compostos solúveis. O carvão vegetal de bambu é obtido após secagem e carbonização em estufa a temperatura elevada. O papel do carvão em cosméticos é baseado em suas propriedades de absorção altamente eficazes em escala microscópica.
Fonte de carbono
O carvão vegetal pode ser usado como fonte de carbono em reações químicas. Um exemplo disso é a produção de dissulfeto de carbono por meio da reação de vapores de enxofre com carvão quente. Nesse caso, a madeira deve ser carbonizada em alta temperatura para reduzir as quantidades residuais de hidrogênio e oxigênio que levam a reações colaterais.
Purificação e filtração
O carvão vegetal pode ser ativado para aumentar sua eficácia como filtro. O carvão ativado adsorve prontamente uma ampla gama de compostos orgânicos dissolvidos ou suspensos em gases e líquidos. Em certos processos industriais, como a purificação da sacarose da cana-de-açúcar, as impurezas geram uma cor indesejável, que pode ser removida com carvão ativado. Ele também é usado para absorver odores e toxinas em gases, como o ar. Filtros de carvão também são usados em alguns tipos de máscaras de gás . O uso médico do carvão ativado é principalmente a absorção de venenos . O carvão ativado está disponível sem receita, por isso é usado para uma variedade de aplicações relacionadas à saúde. Por exemplo, é frequentemente usado para reduzir o desconforto e constrangimento devido ao excesso de gases ( flatulência ) no trato digestivo.
Carvão animal ou negro de osso é o resíduo carbonáceo obtido pela destilação a seco de ossos. Ele contém apenas cerca de 10% de carbono, sendo o restante fosfatos de cálcio e magnésio (80%) e outro material inorgânico originalmente presente nos ossos. Geralmente é fabricado a partir dos resíduos obtidos nas indústrias de cola e gelatina . Seu poder descolorante foi aplicado em 1812 por Derosne para a clarificação dos xaropes obtidos no refino do açúcar ; mas seu uso nesta direção diminuiu muito, devido à introdução de reagentes mais ativos e de fácil manuseio. Ainda é usado até certo ponto na prática laboratorial . O poder descolorante não é permanente, perdendo-se após algum tempo de uso; pode ser revivido, entretanto, lavando e reaquecendo. O carvão vegetal remove algum material corante das soluções, mas o carvão animal é geralmente mais eficaz.
Arte
O carvão é usado na arte para desenhar , fazer esboços brutos na pintura e é um dos meios possíveis para fazer um parsemage . Geralmente deve ser preservado pela aplicação de um fixador . Os artistas geralmente utilizam o carvão em três formas:
- O carvão vegetal da videira é criado pela queima de videiras.
- O carvão de salgueiro é criado queimando gravetos.
- O carvão em pó é freqüentemente usado para "tonificar" ou cobrir grandes seções de uma superfície de desenho. Desenhar sobre as áreas tonificadas a escurece ainda mais, mas o artista também pode clarear (ou apagar completamente) dentro da área tonificada para criar tons mais claros.
- Carvão vegetal comprimido em pó misturado com aglutinante de goma comprimido em palitos redondos ou quadrados. A quantidade de ligante determina a dureza do stick. O carvão comprimido é usado em lápis de carvão .
Horticultura
Um uso adicional do carvão vegetal foi redescoberto recentemente para a horticultura . Embora os jardineiros americanos tenham usado carvão por um curto período de tempo, a pesquisa em solos de Terra preta na Amazônia descobriu o uso generalizado de carvão produzido por pirólise na ausência de oxigênio, ou seja , biochar , por nativos pré-colombianos para melhorar o solo improdutivo em solo que é rico em carbono . A técnica pode encontrar aplicação moderna, tanto para melhorar solos quanto como meio de sequestro de carbono .
Criação animal
O carvão é misturado à ração, adicionado à cama ou usado no tratamento do esterco . As aves se beneficiam do uso de carvão vegetal dessa maneira.
A preocupação de que o carvão ativado pudesse ser usado sem escrúpulos para permitir que o gado tolerasse rações de baixa qualidade contaminadas com aflatoxinas resultou na Associação de Funcionários de Controle de Rações Americanas proibindo-o em 2012 do uso em rações comerciais para animais.
Medicina
O carvão era consumido no passado como suplemento dietético para problemas gástricos na forma de biscoitos de carvão . Agora pode ser consumido na forma de comprimido, cápsula ou pó, para efeitos digestivos. A pesquisa sobre sua eficácia é controversa.
O carvão vegetal tem sido usado em combinação com a sacarina em pesquisas para medir o tempo de transporte mucociliar .
O carvão vegetal também foi incorporado em fórmulas de pasta de dente ; no entanto, não há evidências para determinar sua segurança e eficácia.
Macacos colobus vermelhos na África foram observados comendo carvão para fins de automedicação. Suas dietas com folhas contêm altos níveis de cianeto , o que pode levar à indigestão. Assim, aprenderam a consumir carvão, que absorve o cianeto e alivia a indigestão. Esse conhecimento sobre como suplementar sua dieta é transmitido de mãe para filho.
Sustentabilidade ambiental
A produção e utilização de carvão vegetal, como qualquer uso de biomassa lenhosa como combustível, normalmente resulta em emissões e pode contribuir para o desmatamento.
O uso de carvão vegetal como combustível de fundição tem ressurgido na América do Sul, resultando em graves problemas ambientais, sociais e médicos. A produção de carvão vegetal em nível subindustrial é uma das causas do desmatamento. A produção de carvão vegetal agora é geralmente ilegal e quase sempre não regulamentada como no Brasil, onde a produção de carvão vegetal é uma grande indústria ilegal para a produção de ferro-gusa .
A destruição maciça da floresta foi documentada em áreas como o Parque Nacional de Virunga, na República Democrática do Congo , onde é considerada a principal ameaça à sobrevivência dos gorilas das montanhas. Ameaças semelhantes são encontradas na Zâmbia . No Malaui , o comércio ilegal de carvão vegetal emprega 92.800 trabalhadores e é a principal fonte de calor e combustível para cozinhar para 90% da população do país. Alguns especialistas, como Duncan MacQueen, Pesquisador Principal - Equipe Florestal, Instituto Internacional para o Meio Ambiente e Desenvolvimento (IIED) , argumentam que, embora a produção ilegal de carvão cause desmatamento, uma indústria de carvão vegetal regulamentada que exigisse replantio e uso sustentável das florestas "daria seu pessoas limpam energia eficiente - e suas indústrias de energia uma forte vantagem competitiva ".
Avaliações recentes de carvão vegetal importado para a Europa mostraram que muitos produtos de carvão vegetal são produzidos a partir de madeira tropical, freqüentemente de origem não declarada. Em uma análise do carvão para churrasco comercializado na Alemanha, o World Wildlife Fund descobriu que a maioria dos produtos contém madeira tropical. Como uma exceção notável, é feita referência às importações de carvão para churrasco da Namíbia , onde o carvão é normalmente produzido a partir de biomassa excedente resultante da invasão de arbustos .
Identidade da marca
A identidade da marca são os elementos visíveis de uma marca, como cor, design e logotipo, que identificam e distinguem a marca na mente dos consumidores. A identidade da marca é distinta da imagem da marca, a primeira corresponde à intenção por trás da marca. Como muitas marcas que se inspiram na vida real e fazem delas sua identidade de marca ou nome de marca, a Charcoal Clothing é uma marca de roupa masculina muito conhecida que se estabeleceu em 2008 e também usou o carvão como sua identidade e identidade de marca.
Na cultura popular
A última seção do filme Le Quattro Volte (2010) oferece uma boa e longa, embora poética, documentação do método tradicional de fazer carvão. A série infantil de Arthur Ransome , Swallows and Amazons (particularmente o segundo livro, Swallowdale ), apresenta vinhetas cuidadosamente desenhadas de vidas e técnicas de queimadores de carvão no início do século 20, no Lake District, no Reino Unido. A ópera King and Charcoal Burner de Antonín Dvořák é baseada em uma lenda tcheca sobre um rei que se perde em uma floresta e é resgatado por um carvoeiro.
Veja também
- Binchōtan
- Biochar
- Briquetes de biomassa
- Carvão na comida
- Caracteres
- Pano Char
- Coque (combustível) , feito de carvão em vez de madeira
- Pirólise
- Shichirin
- Slash-and-char
- Terra preta
- Thomas Britton (1644 - 1714) pequeno comerciante de carvão de Londres, conhecido por sua voz cantora.
- Tortillon
- Kingsford
- Gás de madeira
Referências
links externos
- Mídia relacionada ao carvão no Wikimedia Commons
- Encyclopædia Britannica . 5 (11ª ed.). 1911. .
- Tecnologias simples para fazer carvão
- "On Charcoal" de Peter JF Harris
- Produção de carvão no sítio histórico nacional Hopewell Furnace na Pensilvânia - US National Park Service (vídeo do YouTube)
- Como fazer ilustrado
- Experimentos com técnicas variadas, ilustrados
- "Charcoal - An Environmental Disaster" , um programa de televisão da Deutsche Welle de 2019 que documenta a indústria de produção de carvão vegetal na África e na Europa e indústrias relacionadas, consequências ambientais do uso e produção de carvão vegetal e esforços em direção à sustentabilidade; narrado em inglês