Made available in DSpace on 2015-05-08T14:53:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2181594 bytes, checksum: b97306bc54fe5cf05acccf884feb6972 (MD5) Previous issue date: 2012-08-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation examined the sustainability of the production of charcoal from a company in the state of Paraiba, using for that, the tool DASHBOARD OF SUSTAINABILITY. The company is a charcoal legalized whose headquarters is located in the state capital, João Pessoa, and its operating plant is located in the municipality of Emas, the region known as Seridó Paraiba. The charcoal has a unique differential is that I form your denominated Darkening Semi-Solid Metal. It is produced and a furnace created by the client company production capacity compared to conventional furnace becomes seven times faster, having a mean production of carbon 24 hours (1 day) medium against seven days coal production in the other. To achieve this work we decided to use the criteria established in 2010 by FAO through its document entitled Criteria and Indicators for Sustainable Woodfuels. The measurement of markers was performed using a comparative method, this method used by the tool adopted, which established itself as the perfect setting when the same is not indicated by the index or indicator, compliance with standards set by internationally recognized institutions, as the UN, ILO and WHO making a counter-point with respect to the situation found in the research, thus obtaining a result. In the search results is shown in the analysis dimensions: economic, social, institutional and environmental aspects of coal bunker, and his own, after consideration of the four dimensions analyzed, obtained a satisfactory level of sustainability according to the DASHBOARD. / A presente dissertação analisou a sustentabilidade da produção de carvão vegetal de uma empresa no Estado da Paraíba utilizando, para isso, uma ferramenta baseada no DASHBOARD OF SUSTAINABILITY. A empresa é uma carvoaria legalizada cuja sede administrativa encontra-se na capital do Estado, João Pessoa, e sua planta operacional encontra-se instalada no município de Emas, na região conhecida como Seridó Paraibano. A carvoaria apresenta um diferencial único que é seu formo denominado de Carbonizador Metálico Semi-Contínuo. Trata-se de um forno produzido e criado pelo dono da empresa cuja capacidade de produção em relação à fornos convencionais chega a ser sete vezes mais rápida, tendo um tempo médio de produção de carvão de 24 horas (1 dia) contra sete dias de média da produção de carvão nos outros. Para a consecução deste trabalho resolveu-se utilizar os critérios estabelecidos no ano de 2010 pela FAO através de seu documento denominado Criteria and Indicators for Sustainable Woodfuels. A medição dos indicadores foi feita através de um método comparativo, método tal utilizado pela ferramenta adotada, onde se estabeleceu como cenário perfeito, quando o mesmo não está sendo indicado pelo próprio índice ou indicador, a observância de padrões exigidos por instituições de reconhecimento internacional, como a ONU, OIT e OMS fazendo um contra-ponto em relação à situação encontrada na pesquisa, obtendo-se assim um resultado. Nos resultados da pesquisa mostra-se a análise feita nas dimensões: econômica, social, institucional e ambiental da carvoaria, tendo a própria, após análise das quatro dimensão analisadas, obtido um nível mediano de sustentabilidade.

O arseniato de cobre cromatado (CCA) é um dos preservantes mais utilizados em postes de madeira de redes de distribuição de energia elétrica, devido a sua elevada eficiência na preservação da madeira. Os postes de madeira tratada com CCA devem ter uma destinação final adequada, para evitar impactos ao meio ambiente, devido à presença dos metais. A conversão termoquímica (pirólise) pode ser uma alternativa para a destinação final desse resíduo. Neste trabalho, postes de madeira utilizados por 20 anos na rede de distribuição de energia elétrica do Estado do Rio Grande do Sul, fornecidos pela Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), foram seccionados e medida sua concentração de metais. As 2 frações mais internas do poste (ao longo do seu raio) apresentaram menores concentrações de metal (4,00 mg.kg-1 de cobre, 4,19 mg.kg-1 de cromo e 4,72 mg.kg-1 de arsênio) e foram utilizadas para os ensaios de conversão termoquímica (pirólise). As frações sólida, líquida e gasosa foram quantificadas e caracterizadas. O elevado teor de matéria volátil (83,53%, m.m-1 para A23 e 83,23%, m.m-1 para A3) e baixo teor de cinzas (0,62%, m.m-1 para A23 e 0,61 %, m.m-1 para A3) tornam as amostras de madeira tratada com CCA, uma matéria-prima atrativa para o processo termoquímico. O processo de pirólise foi conduzido na ausência de oxigênio à temperatura de 700 ºC, minimizando a liberação de metais e apresentando os seguintes rendimentos: char (25,3 ±1,1%, m.m-1 ); óleo pirolítico (44,2±0,6%, m.m-1 ); gás combustível (30,6±1,7%, m.m-1 ). A concentração máxima de gases não condensáveis (77% vol) provenientes da pirólise de madeira tratada com CCA, bem como o máximo valor de poder calorífico superior do gás combustível (15,32 MJ.Nm-3 ), foram observados na temperatura de 500 ºC. Com o incremento de temperatura (700 ºC) houve uma redução da produção de gases não condensáveis (14% vol), bem como do poder calorífico superior do gás combustível (14,16 MJ.Nm-3 ). Entretanto, com o aumento da temperatura foi observado um aumento da concentração de H2 nos gases não condensáveis. Foi observado que mais de 68% (em massa) dos metais ficam retidos no char, os quais permanecem estáveis à lixiviação, permitindo a utilização segura do char para a obtenção de carvão ativado. O gás gerado apresentou razão molar H2/CO de 6 a 8, favorável à redução de óxidos de ferro em processos de redução da indústria siderúrgica. O char produzido no processo de pirólise foi impregnado com H3PO4 e ativado físicamente na presença de CO2, a temperaturas de 800 e 900 ºC, para a produção de carvão ativado. A temperatura de 900 ºC, isoterma de 240 min e razão de impregnação de H3PO4 de 1:1 foram responsáveis pela formação de um carvão ativado com elevada área superficial (1324 m2 .g-1 ). Com o aumento do tempo de isoterma de 60 a 240 min (900 ºC / Impregnação H3PO4 Razão 2:1) verificou-se o incremento do volume de microporos de diâmetro de 0,3 a 1 nm (0,159 a 0,209 cm3 .g-1 ). O carvão ativado produzido foi avaliado quanto a capacidade de adsorção de CO2 a pressão atmosférica e temperatura de 25 ºC. Os resultados indicaram que as amostras de carvão ativado obtidos da madeira tratada com CCA apresentaram elevada capacidade de adsorção de CO2 variando entre 69 a 83 mg.g-1 . A presença de metais (Cr/Cu) no carvão ativado pode ter contribuído para o aumento da adsorção de CO2. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-12-02T15:24:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Michele Leoratto Botome.pdf: 156188 bytes, checksum: 20932d9faa6bd847967de69e62e0e3df (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-02T15:24:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Michele Leoratto Botome.pdf: 156188 bytes, checksum: 20932d9faa6bd847967de69e62e0e3df (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 / Universidade de Caixas do Sul, UCS. / Chromated copper arsenate (CCA) is the most used preservative in wooden poles of electricity distribution network, due to its high efficiency in the wood preservation. The CCAtreated wooden poles may be properly disposed to avoid damage to the environment due to the metals. The thermochemical process (pyrolysis) can be an alternative to the disposal of this waste. In this work, CCA-treated wooden poles, in service for 20 years in the electricity distribution network in Rio Grande do Sul, provided by Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), were fractionated and the metal concentration was measured. The samples of the internal sapwood and heartwood presented low metal concentrations (4.00 mg.kg-1 of copper, 4.19 mg.kg-1 of chromium and 4.72 mg.kg-1 of arsenic) and were subject to the pyrolysis. The solid, liquid and gaseous fractions were measured and characterized. The high content of volatile matter (83.53 wt.% to A23 and 83.23 wt.% to A3) and low ash content (0.62 wt.% to A23 and 0.61 wt.% to A3) make the samples of CCA- treated wood an attractive raw material for thermochemical process. The pyrolysis process was conducted in the absence of oxygen at 700 ºC to minimize the metal release and presenting mass fractions with the following yields: char (25.3±1.1 wt.%), pyrolytic oil (44,2±0.6 wt.%) and gas fuel (30.6±1,7 wt.%). The maximum concentration of non-condensable gas (77 vol%) from the pyrolysis of CCA-treated wood and the maximum high heating value of the fuel gas (15.32 MJ.N-1m-3 ) were observed in temperature of 500 ºC. With temperature increasing (700 oC) the generation of non-condensable gases (14 vol%) and the high heating value of the fuel gas (14.16 MJ.N-1m-3 ) were reduced. However, with temperature increasing the concentration H2 increased. Most than 68 wt.% of metals are retained in the char. It is possible to use of the activated carbon from char due resistance to leaching. The gas generated presented a molar ratio H2/CO of 6 to 8 is favorable to the iron oxide reduction in reduction process in steel industry. The char produced from the pyrolysis process was impregnated with H3PO4 and physically activated in the presence of CO2 at temperatures of 800 to 900 ºC for activated carbon production. The temperature of 900 oC, isotherm of 240 min and 1:1 impregnation H3PO4 were responsible to formation of an activated carbon with a high surface area (1324 m2 .g -1 ). With the increased of time isotherm of 60 to 240 min (900 ºC / 2:1 impregnation H3PO4) there was obtained increased microporous volume with 0.3 a 1 nm diameter (0.159 to 0.209 cm3 .g-1 ). The activated carbon produced was evaluated in CO2 adsorption assays at atmospheric pressure and 25 oC. The results indicated that the activated carbons obtained from the CCA-treated wood showed high CO2 adsorption capacity ranging 69-83 mg.g -1 . The presence of metals (Cr/Cu) can be contributed to the high CO2 adsorption.

Resumo: A Antracologia é uma ciência que se baseia na anatomia da madeira para realizar a análise e identificação de carvão vegetal. No Brasil, ela visa tradicionalmente obter dados paleoecológicos e paleoetnobotânicos, mas também conservacionistas e tecnológicos. As análises antracológicas são possíveis porque a estrutura do lenho se mantém no carvão, entretanto, variações morfométricas podem ocorrer. O presente estudo visa contribuir para um melhor entendimento do efeito da carbonização no lenho através da análise estrutural da anatomia antes e após carbonização. A escolha de espécies do cerrado deveu-se ao forte impacto que este bioma sofre pela devastação e, principalmente, pelo uso de suas espécies para a produção de carvão vegetal. A anatomia do lenho e do carvão obtido a 400ºC foram analisadas em amostras de Copaifera langsdorffii, Dalbergia violacea, Dimorphandra mollis, Stryphnodendron polyphyllum, Caryocar brasiliense, Couepia grandiflora, Tapirira guianensis, Qualea grandiflora, Vochysia tucanorum e Pouteria torta, todas provenientes do cerrado e apresentando tipos anatômicos distintos. Todos os resultados quantitativos foram comparados estatisticamente. A contração anisotrópica nos carvões foi evidenciada principalmente na redução do diâmetro tangencial dos vasos, que ocorreu em 70% das espécies, mas não foi o suficiente para aumentar significativamente sua frequência; o diâmetro da abertura das pontoações intervasculares praticamente se manteve; a frequência dos raios aumentou ligeiramente; a altura e a largura dos raios variaram bastante, sendo que os raios mais largos contraíram mais que os estreitos; o parênquima axial manteve, no carvão, características semelhantes às do lenho; as fibras dos carvões perderam a distinção das camadas das paredes celulares presentes no lenho, mas mantiveram dimensões semelhantes... (Resumo completo clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Anthracology, or charcoal analysis, is a science based on wood anatomy. In Brazil it traditionally studies palaeoenvironment and palaeoethnobotany, as well as nature conservancy and forestry technology. Anthracological analyses are possible due to the maintenance of wood structure in charcoal. The present study aims to contribute to a better knowledge of carbonization on wood anatomy. Fresh and charred cerrado woods samples were analyzed. The Brazilian cerrado is highly impacted by devastation, while its species are widely used for charcoal production. The latter were charred under 400ºC. The selected species present different anatomical characteristics: Copaifera langsdorffii, Dalbergia violacea, Dimorphandra mollis, Stryphnodendron polyphyllum, Caryocar brasiliense, Couepia grandiflora, Tapirira guianensis, Qualea grandiflora, Vochysia tucanorum, and Pouteria torta. All the quantitative data between wood and charcoal were statistically analyzed. The anisotropic pattern of contraction in charcoals was evident as 70% of the species presented a reduction in vessels tangential diameter. Vessel frequency increase, however, was not statistically significant. Intervessel pits apertures diameters were very closely between wood and charcoal. Rays frequency slightly increased; rays height and width were extremely variable. Larger rays contract more than narrow ones. Axial parenchyma retained, in charcoal, the same dimensions and shape of wood. Charcoal fibres presented indistinct cell wall layering, but retained similar dimensions of wood fibres. Carbonization under 400ºC caused only few changes between wood and charcoal, corroborating the assumption that wood anatomy and anthracology are two closely related sciences / Orientador: Carmen Regina Marcati / Coorientador: Rita Scheel-Ybert / Banca: Graciela Ines B.de Muniz / Banca: Claudia França Barros / Mestre

A reutilização de resíduos e sua destinação são desafios seguidamente enfrentados na indústria. Por ser extensa e empregar uma grande variedade de processos, matérias-primas e insumos, a cadeia do aço se beneficia por ter ampla flexibilidade e diversas possibilidades de reintrodução de compostos em sua rota de fabricação. Resíduos carbonosos, por exemplo, podem ser parcialmente usados em misturas de carvões no processo de coqueificação dependendo do tamanho e da composição química. Este trabalho, teve como objetivo, avaliar a influência da adição de moinha de carvão vegetal em uma mistura de carvões para a produção de coques em forno piloto de coqueificação e determinar os teores máximos de incorporação suportados pela mistura, avaliando parâmetros de qualidade do coque. Para isso, a moinha de carvão vegetal de eucalipto foi introduzida em duas frações granulométricas distintas, uma composta por partículas mais grosseiras (fração G) e outra composta por partículas mais finas (fração F), e caracterizado juntamente com a mistura utilizada. Posteriormente, os coques produzidos em forno piloto também foram caracterizados através de diversas análises: imediata, elementar, área superficial, porosidade, textura óptica, reatividade em termobalança, CRI/CSR e DI150/15. Os resultados atingidos mostraram que inserção da fração G de moinha comprometeu menos os parâmetros de qualidade dos coques com carvão vegetal. Teores de até 3% de moinha foram suportados para essa distribuição de tamanho de partícula enquanto que para a fração F, somente 1%. Outro fator observado foi que os coques produzidos com adição de moinha de carvão vegetal não tiveram queda significativa no teor de enxofre, a exceção da amostra contendo 10% de carvão vegetal na fração G. Em todas as amostras com moinha de carvão vegetal também foi possível notar o aumento da área superficial em relação ao coque de referência. Os testes termogravimétricos dinâmicos também trouxeram informações relevantes a respeito das temperaturas e taxas aparentes de reações dos coques feitos com moinha de carvão vegetal. / The reuse of waste materials and its destination are challenges continuously faced for industry. For being far-flung and apply a huge variety of process, raw materials and inputs, the steel supply chain benefits from having a high flexibility and many possibilities of reintroducing compounds in its manufacturing route. For example, carbonaceous materials can be used partially in coal blends for cokemaking process depending on particle size and chemical composition. The current work aimed to evaluate the influence of adding fine charcoal to a coal blend for coke production in a pilot oven and to determine the maximum content tolerated for the blend, assessing coke quality parameters. For this, a eucalyptus charcoal residue was introduced in two different size distributions, one composed of coarser particles (fraction G) and another of finer (fraction F), and characterized together with the coal blend used. Afterwards, the cokes produced in pilot oven were also characterized through several analyzes: proximate, ultimate, surface area, porosity, optical texture, reactivity on thermobalance, CRI/CSR e DI150/15. The results achieved showed that the insertion of charcoal on fraction G compromised less the quality parameters of cokes with charcoal. Contents up to 3% of charcoal were tolerated for this particle size distribution while for fraction F, only 1%. Another point noticed was that the coke produced with charcoal addition had no significant drop on sulfur content, with the exception of the coke sample with 10% of charcoal and fraction G. In all samples with charcoal it was also possible to see an increase on surface area in relation to the reference coke. The dynamic thermogravimetric tests also provided relevant information regarding to the temperatures and apparent reaction rates of cokes made with charcoal.

A tecnologia de injeção de carvão pulverizado nas ventaneiras dos altos-fornos (PCI) é utilizada por siderúrgicas integradas no mundo inteiro visando a redução do consumo de coque e, consequentemente, a redução das emissões de CO2 e do custo do gusa. Como o Brasil é o maior produtor mundial de ferro- gusa em altos-fornos a carvão vegetal, torna-se grande o interesse pelo aproveitamento dos finos de biomassa gerados no processamento de carvão vegetal, a chamada moinha. Uma boa alternativa para aproveitamento dessa biomassa seria sua injeção em altos-fornos a coque. A alta combustibilidade é essencial para um carvão destinado à injeção, pois reduz a formação de char (carvão incombusto). Devido à dificuldade de queima completa na zona de combustão, o carvão a ser injetado deve gerar um char altamente reativo ao CO2, para que seja consumido na cuba do alto-forno, gerando gases termorredutores. Este trabalho teve por objetivo avaliar a combustibilidade e a reatividade ao CO2 de carvões e misturas binárias de finos de carvão vegetal com carvões fósseis visando PCI. O estudo se deu através de análise termogravimétrica (TGA). Foram utilizados três carvões fósseis de diferentes procedências e ranks para a formulação das misturas. Os carvões foram cominuídos abaixo de 90 μm, uma granulometria típica de injeção. Inicialmente fez-se uma avaliação da combustibilidade e da reatividade ao CO2 dos finos de carvão vegetal com o intuito de estabelecer a granulometria adequada para as misturas. Foi observado que basta o carvão vegetal estar em granulometria inferior a 1 mm para serem alcançados resultados superiores de combustibilidade e reatividade em relação aos carvões fósseis abaixo de 90 μm. A elaboração das misturas binárias foi feita, portanto, pela adição de carvão vegetal abaixo de 1 mm aos carvões fósseis abaixo de 90 μm. A elaboração das misturas binárias foi feita, portanto, pela adição de carvão vegetal abaixo de 1 mm aos carvões fósseis abaixo de 90 μm. As proporções testadas foram 10, 20 e 50% em massa de carvão vegetal. As misturas apresentaram um aumento de combustibilidade e de reatividade ao CO2 em relação aos carvões fósseis individuais. Além disso, considerando-se a composição química dos carvões em estudo em termos de teor de cinzas, matéria volátil, enxofre e poder calorífico, pode-se considerar que misturas binárias entre os carvões fósseis deste trabalho e moinha de carvão vegetal seriam satisfatórias para PCI nas proporções avaliadas. / The technology of pulverized coal injection into the blast furnace tuyeres (PCI) is used by integrated steel mills worldwide in order to reduce the consumption of coke and thereby the reduction CO2 emissions and the cost of pig iron. As Brazil is the world’s largest producer of pig iron in charcoal-based blast furnaces, it becomes great interest in the use of fine biomass generated during charcoal processing. A good alternative for harnessing this biomass would be the injection into coke-based blast furnaces. The high combustibility is essential for a coal to injection. Moreover, the char (unburnt coal) generated should be highly reactive to CO2, so that it is possible its consumption in the stack of the blast furnace, generating gas for iron ore reduction. This work aimed to evaluate the combustibility and reactivity to CO2 of binary blends of charcoal fines and coals with purpose to PCI. The study was carried out by thermogravimetric analysis (TGA). Three coals from different sources and ranks were used to the formulation of the blends. The coals were ground and sieved to a size less than 90 μm diameter. At first were done an assessment of combustibility and reactivity to CO2 of fines charcoal in order to set the suitable particle size to the blends. It was observed that charcoal less than 1 mm is enough to achieve superior results to those found in the coals below 90 μm. The proportions tested were 10, 20 e 50% by mass of charcoal. The blends showed an increase in combustibility and reactivity of its chars in relation to individual coals. Furthermore, considering the chemical of coals under study in terms of ash, volatile matter, sulfur and calorific value it can be considered that binary blends between the coals and charcoal of this work would be satisfactory to PCI in the proportions evaluated.

Essa pesquisa foi desenvolvida no município de Biguaçu, litoral de Santa Catarina, especificamente na localidade de Três Riachos, e visou compreender o quão sustentáveis são as maneiras com que famílias de agricultores aí residentes conduzem suas vidas em meios rurais, que estão associados a duas práticas particularmente associadas: a agricultura de corte e queima e a produção de carvão. Esses agricultores familiares movimentaram historicamente um sistema social e ecológico do qual estiveram fortemente subsidiados por recursos florestais, um ativo particularmente importante para essas pessoas. De um ponto de vista multidimensional, ancorado pelo conceito de desenvolvimento como liberdade e da capacitação de pessoas em acessarem múltiplos recursos, ou ativos, nos propomos discutir possíveis respostas para as perguntas que seguem: possuem qualidade de vida essas pessoas? São sustentáveis seus meios de vida? Procuramos descrever as particularidades sociais e ecológicas do contexto de estudo através de dados coletados com etnografia e observação participante, confrontá-los com dados secundários e discutindo-os com bibliografias pertinentes. Para tal, levamos em consideração o acesso a cinco tipos de ativos relacionados, capital natural, capital humano, capital financeiro, capital social e capital físico e mais um associado, o capital cultural. Concluiu-se que as características particulares de cada ativo/capital que aumentam ou diminuam a sustentabilidade dessas pessoas são: para o capital natural: a possibilidade de utilização de recursos naturais advindos da própria propriedade da família e a capacidade de regeneração, ou renovação desses recursos naturais; para o capital humano, físico e financeiro: o trabalho excessivo e insalubridades relacionadas às suas atividades, a precariedade da infraestrutura e dos processos produtivos, a falta de conhecimentos para acessarem tecnologias e políticas públicas para melhorar essa infraestrutura; para o capital social: as relações de confiança e reciprocidade entre as pessoas das comunidades, a possibilidade de melhorias das relações de confiança com o público externo; no capital cultural: as características de cuidado dos agricultores que fazem com que eles estabeleçam relações de reciprocidade para com pessoas externas, seus clientes, sendo que para isso, depositam um esforço para que seus produtos sejam de boa qualidade. A busca de meios de vida sustentáveis é a maneira de se criar sistemas sócioecológicos resilientes. A sustentabilidade social e ambiental dessas famílias possuem potenciais positivos e negativos, e que certamente possuem desafios para que sejam reproduzíveis em sistemas sócioecológicos resilientes. A pesquisa contribuiu com o esforço de gerar dados para a compreensão dessa realidade complexa. A gestão de sistemas sociais e ecológicos deve levar em consideração um portfólio de ativos sociais, econômicos, ecológicos, humanos e culturais para que seja possível constituir sistemas sócio ecológicos resilientes. / This research was conducted in the city of Biguacu, Santa Catarina coast, specifically in the town of Três Riachos, and aimed to understand how sustainable are the ways in which families residing farmers lead their lives in rural areas, that are associated with two practices particularly associated with: a cut and burn agriculture and charcoal production. These farmers historically handled a social and ecological system of which were heavily subsidized by forest resources, a particularly important asset for these people. A multidimensional perspective, anchored by the concept of development as freedom and empowerment of people to access multiple resources, or assets, we propose to discuss possible answers to the following questions: have quality of life these people? Are sustainable livelihoods? We try to describe the social and ecological characteristics of the study context through data collected with ethnography and participant observation, confront them with secondary data and discussing them with relevant bibliographies. To this end, we consider access to five types of related assets, natural capital, human capital, financial capital, social capital and physical capital and another associate, the cultural capital. It was concluded that the particular characteristics of each asset / capital that increase or decrease the sustainability of these people are for natural capital: the possible use of natural resources from their own family property and regeneration capacity, or renewal of these resources natural; to the human, physical and financial capital: overwork and? insalubrity related to its activities, poor infrastructure and production processes, the lack of knowledge to access technologies and policies to improve the infrastructure; to social capital: trust relationships and reciprocity between people of the communities, the possibility of improvements in trust with the general public; the cultural capital: the care of characteristics of farmers who make them establish reciprocal relations to external people, your customers, and for that, deposit an effort to make its products are of good quality. The search for sustainable livelihoods is the way to create resilient ecological systems partner. The social and environmental sustainability of these families have positive and negative potentials, and they certainly have challenges that are playable on resilient ecological systems partner. The research contributed to the effort to generate data for the understanding of this complex reality. The management of social and ecological systems must take into account a portfolio of corporate assets, economic, ecological, human and cultural so that you can be resilient ecological systems partner.

Perturbações ambientais foram detectadas em sistema de turfeira no sul da Bacia do Paraná (Mina de Faxinal, Formação Rio Bonito) durante o Eopermiano (idade radiométrica 291 ± 1.3 Ma, topo do Sakmariano) sob vigência de período climático pós-glacial da Idade do Gelo do Neopaleozoico. Além da detecção de incêndios recorrentes, foi identificado um evento de incêndio autóctone/hipoautóctone em vegetação arbórea em um horizonte no carvão contendo grandes fragmentos de lenhos queimados comprimidos (21,8 x 13.4 cm). A influência de vulcanismo está registrada sob a forma de uma camada de tonstein (cinza vulcânica sedimentada) intercalada ao carvão, onde estão incluídas abundantes compressões de folhas glossopterídeas. A análise do carvão consistiu em determinação de refletância sob óleo de macerais do grupo inertinita em blocos polidos para confirmar a identificação de carvão vegetal macroscópico e ocorrência de incêndios na turfeira. Adicionalmente, a observação da matéria orgânica sob fluorescência nos blocos revelou que os incêndios não afetaram a microflora, mas alteração na fluorescência evidenciou dessecação ambiental, verificada também em lâminas palinofaciológicas. Sob microscopia eletrônica de varredura, o carvão vegetal apresentou paredes celulares homogeneizadas, indicando temperaturas de queima acima de 325ºC, mas não superiores a 400ºC devido aos baixos resultados de refletância e à preservação de tecido vegetal delicado. A preservação de floema secundário, em associação orgânica com xilema tipo Agathoxylon, é registrada ineditamente. A observação sob microscopia de luz transmitida das cutículas foliares extraídas do tonstein permitiu descrição detalhada de padrões xeromórficos que ocorrem de forma endêmica nas epidermes de glossopterídeas de Faxinal e foram atribuídos a respostas adaptativas às frequentes perturbações ambientais que afetaram a floresta turfosa, tais como incêndios recorrentes por dessecação ambiental cíclica ou influência de vulcanismo regional. Esses fatores, em conjunto ou alternativamente, garantiram a dominância monotípica de Glossopteris pubescens nom. nov. na comunidade. O conjunto de evidências indicou que os incêndios foram de superfície, em baixas temperaturas, o transporte do carvão vegetal foi praticamente inexistente no horizonte de grandes fragmentos de lenhos queimados e que os demais incêndios recorrentes tiveram pouco efeito na comunidade proximal, ocorrendo regularmente nas áreas de entorno da turfeira dado o aporte de carvão vegetal macroscópico fragmentário. Durante a fase de aquecimento pós-glacial no Permiano, os ambientes de turfeira no Gondwana eram altamente suscetíveis à ocorrência de incêndios dos quais as glossopterídeas se beneficiavam para manter sua dominância e abundância nessas comunidades, por possuírem eficiente plasticidade adaptativa para sobreviver a condições extremas em ambientes altamente perturbados. / Environmental disturbances were detected in a peat-forming environment from the southern Brazilian Paraná Basin (Faxinal Coalfield, Rio Bonito Formation) during the lower Permian (radiometric age 291 ± 1.3 Ma, late Sakmarian) under post-glacial conditions in the Late Paleozoic Ice Age. In addition to recurrent wildfires, an autochthonous/hypauthochthonous wildfire event was identified in the woody vegetation from a coal horizon containing compressed, large-sized logs (21,8 x 13.4 cm). Volcanic influence is recorded in a tonstein layer (sedimentary volcanic ash) interbedded in the coal, where abundant compressed glossopterid leaves are entombed. The coal analysis consisted of reflectance measurements in polished blocks under oil of macerals of the inertinite group to confirm the macroscopic charcoal identification and wildfire occurrence in the peatland. Additionally, the observation of the organic matter in the polished block under fluorescence showed that the microflora has not been affected by the wildfires, but altered fluorescence evidenced environmental dryness, verified in palynofacies slides as well. Under scannin electron microscopy, the charcoal showed homogenized cell walls, indicating burning temperatures higher than 325ºC, but not higher than 400ºC given the low reflectance values and the preservation of fragile plant tissue. The preservation of secondary phloem in organic association with Agathoxylon wood-type is a first paleobotanical record. Observation under transmitted light of the leaf cuticles extracted from the tonstein allowed for the detailed description of xeromorphic patterns, which have been attributed to adaptative responses to the frequent environmental disturbances affecting the peat forest, such as recurrent wildfires due to environmental dryness or regional volcanic activity. These factors, collectively or in an alternating way, ensured the monotypic dominance of Glossopteris pubescens nom. nov. in the plant community. The set of evidences indicated low temperature surface fires, virtually inexistent charcoal transport in the charcoalified log horizon and that the other wildfire events had little effect in the proximal community, occurring regularly in the surrounding areas of the peatland given the fragmentary macroscopic charcoal input. During the postglacial warming in the Permian, the Gondwanan peatlands were highly susceptible to wildfires from which the glossopterids benefited to maintain their dominance and abundance in these communities due to efficient adaptative plasticity to survive under extreme conditions in highly disturbed environments.

A análise de carvão vegetal macroscópico na turfeira do distrito de Águas Claras, município de Viamão, Rio Grande do Sul, Brasil, foi efetuada com o objetivo de detectar a ocorrência efetiva de incêndios vegetacionais, tentando relacionar a origem desses eventos a processos naturais decorrentes de fatores climáticos ou a fatores antrópicos. As análises em estereomicroscópio e microscópio eletrônico de varredura centraram-se na obtenção de resultados relativos à dimensão, concentração e morfologia dos fragmentos de lenho, além da definição de padrões de homogeneização das paredes celulares. Incêndios vegetacionais foram detectados em fases distintas dos Sistemas Deposicionais Laguna-Barreira vigentes na Planície Costeira do Rio Grande do Sul. O primeiro pico de incêndio (25.400 anos AP) de idade Pleistoceno superior foi detectado em sedimentação lagunar (Sistema Laguna-Barreira III) e está relacionado com o clímax da glaciação Wisconsiana, que atingiu mais severamente o Hemisfério Norte e o sul do Hemisfério Sul, gerando na zona tropical da America do Sul, um clima muito frio e seco. O segundo pico de incêndio (4.016 a 4.232 anos AP) detectado na turfeira sobrejacente, originou-se ao final da Última Grande Transgressão Pós-glacial do Holoceno (Sistema Laguna- Barreira IV) e ocorreu durante vigência do Ótimo Climático Atlântico. Esse evento é coincidente com intervalos de início de ressecamento concomitantes, identificados anteriormente na própria turfeira de Águas Claras e em alagados de altitude no planalto Sul-rio-grandense, os quais poderiam estar relacionados a registros decorrentes do fenômeno El Nino/La Niña entre 4200–3800 anos AP, cuja ocorrência provocou oscilações climáticas rápidas no Hemisfério Sul, caracterizadas por resfriamento polar, aridez nas faixas tropicais e importantes modificações na circulação atmosférica. Os padrões morfológicos dos fragmentos de carvão vegetal macroscópico permitiram detectar que a vegetação dominante ao longo da deposição do perfil estudado era constituída por angiospermas mono e dicotiledôneas, sugerindo afinidade com vegetação eminentemente campestre, herbácea a arbustiva. O nicho ecológico em que essa associação se desenvolveu estava afastado da área de deposição lagunar durante a ocorrência do pico de incêndio pleistocênico, no entanto, o pico de incêndio holocênico ocorreu quando esse nicho se encontrava próximo à área de deposição da turfa. Evidências do impacto humano como causador do segundo pico de incêndio (4.016 a 4.232 anos A.P) não foram estabelecidas, dado que, os primeiros povoadores do litoral do Rio Grande do Sul, constituída por caçadores-coletores-pescadores, que instalou-se por volta de 4.000 anos AP, não tinham como protótipo cultural a utilização do fogo para cultivos e agricultura, tornando-se esta prática comum, somente a partir da colonização dos europeus. Apesar das incertezas quanto aos limites temporais dos resultados obtidos no nível de solo que capeia a turfa, os dados indicam a rara ocorrência de incêndios vegetacionais. Essa evidência pode estar racionada ao fato de que os processos recentes da interferência antrópica na turfeira de Águas Claras estão mais relacionados à drenagem do que a queimadas. Desta forma, pode-se concluir que a ocorrência de incêndios regionais na área da turfeira de Águas Claras tem sido regulada muito mais pelo clima do que pela ação antrópica, permitindo inferir que o fogo tem atuado como elemento fundamental na ecologia regional. / The macroscopic charcoal analysis in the peatlands in the District of Águas Claras, the Viamão municipality in Rio Grande do Sul, Brazil, was conducted in order to detect the actual occurrence of vegetation fires, trying to relate the origin of these events whether resulting from natural processes climatic factors or anthropic (human) factors. The analysis in stereomicroscope and scanning electron microscope focused on achieving results relating to the size, concentration and morphology wood fragments and the definition of homogenization of the cell walls standards. Vegetation fires were detected at different stages of Depositional Systems at the existing lagoon barrier in the coastal plain of Rio Grande do Sul. The first peak fire, (25.400 BP) was detected in a settling lagoon (high sea level, Lagoon/Barrier System III) and is related to the climax of Wisconsin Glaciation, which hit hardest the north hemisphere and south of the Southern Hemisphere, generating in the tropical zone of South America, a very cold and dry climate. The second peak of fire during (4016-4232 BP) detected in the peat lands overlying, was originated at the end of the Last Great Transgression Post-glacial Holocene (Lagoon/Barrier System IV) and occurred during the term of Great Climate Atlantic. This event coincides with the beginning of concomitant drying intervals, previously identified in the own peat lands of Águas Claras and altitude wetlands of the Planalto Sul-rio-grandense, which could be related to records resulting from the El Nino/La Niña between (4200-3800 BP), whose occurrence caused rapid climatic oscillations in the Southern Hemisphere, characterized by polar cooling, aridity in the tropical bands and important changes in atmospheric circulation. The morphological patterns of macroscopic charcoal fragments enabled detects the dominant vegetation along the deposition profile of the study consisted of mono and dicotyledonous angiosperms, suggesting affinity with vegetation eminently pleasant, herbaceous to shrubby. The ecological niche in which this association was evolved away from the lagoon deposition area during the occurrence of the peak Pleistocene fire, however, the peak holocenic fire occurred when this niche was near to the deposition area of peat. Evidence of human impact to the cause of the second peak fire during the period of (4016-4232 BP) have not been established, since the first coastal plains settlers of the Rio Grande do Sul, were initially occupied by groups of hunter, gatherers, fishermen (with no agricultural tradition) making this a common practice only from the colonization of Europe. Despite the uncertainty about the temporal limits of results obtained on the ground level of the peat, the data indicates the occurrence of vegetation fires at the topsoil level of the turf profile. This evidence may be rationed to the fact that the recent cases of human interference in Águas Claras peat land are more related to drainage than burned. Thus, it can be concluded that the occurrence of regional fires in the area is been regulated more by the weather than by human action, leading to the conclusion that the fire has been acting as a key element in the regional ecology.

A presente tese teve como objetivo fornecer subsídios teóricos e experimentais com vistas à reciclagem da carepa gerada em usinas mini-mills através de briquetes autorredutores para uso em FEA. Para atingir os objetivos vislumbrados, o trabalho foi estruturado em quatro principais tópicos: estudo de caracterização e de redutibilidade da carepa, escolha e caracterização do redutor para uso nos briquetes, elaboração e caracterização da mistura e ensaios de laboratório para avaliação do desempenho dos briquetes autorredutores. Os estudos de caracterização da carepa indicaram que este resíduo é constituído principalmente de wustita e se apresenta estratificada em três camadas: camada externa fina e porosa composta de hematita e magnetita, camada intermediária de wustita densa e camada interna de wustita porosa. A cinética de redução da carepa foi investigada em termobalança no intervalo de temperatura entre 830 e 1200°C com CO puro e mistura 90%CO-10%CO2. A energia de ativação aparente encontrada nesses ensaios variou de 71 a 80 kJ/mol e as observações microscópicas demonstraram que a redução da carepa segue um modelo topoquímico. A escolha do agente redutor para compor o briquete se deu através de ensaios de gaseificação ao CO2 e de autorredução em termobalança com três tipos de material carbonoso. A partir desses ensaios observou-se a seguinte ordem decrescente de reatividade e respectivas energias aparentes de ativação: Carvão Vegetal (Ea = 237 kJ/mol), Carvão Mineral (Ea = 214 kJ/mol) e Coque de Petróleo (Ea = 335 kJ/mol). Em virtude da maior reatividade do Carvão Vegetal frente aos demais, este redutor foi escolhido para uso nos briquetes. A mistura utilizada na confecção dos briquetes autorredutores teve como constituintes principais a carepa, os finos de carvão vegetal e aglomerantes (melaço e cal). Ensaios de caracterização em termobalança com atmosfera oxidante e aquecimento rápido indicaram uma perda de massa de cerca de 40%, referente às etapas de secagem, desvolatilização e autorredução da mistura. Nesses ensaios, observou-se elevadas taxas de perda de massa da mistura e uma notável complexidade dos fenômenos envolvidos, com reações simultâneas de combustão, autorredução e de oxidação do ferro, prevalecendo uma ou outra, dependendo da temperatura e da fração reagida de amostra. Através de procedimentos que buscaram reduzir a complexidade dos fenômenos envolvidos nas condições oxidantes, foi possível estimar que a energia de ativação aparente de autorredução está entre 62 e 69 kJ/mol. Os briquetes produzidos em escala industrial foram submetidos a ensaios isotérmicos e não-isotérmicos de alta temperatura. Tais ensaios buscaram determinar os gradientes térmicos no interior do briquete, a energia de ativação aparente e o desempenho cinético do aglomerado em condições de temperatura que se aproximam da prática industrial. A partir das constatações concernentes às taxas das reações químicas individuais (redução e gaseificação), às medidas do perfil de temperatura no interior dos aglomerados, à energia de ativação estimada para o briquete (93 kJ/mol) e ao modelo de redução encontrado nos ensaios de alta temperatura, acredita-se que tanto a cinética de redução da carepa como a transferência de calor sejam obstáculos limitantes da cinética global dos briquetes em estudo. Finalmente, os resultados de metalização obtidos nos testes de alta temperatura dão indícios da possibilidade de uso destes briquetes em FEA. / This dissertation aimed to provide theoretical and experimental basis for recycling of mill scale generated in mini-mill plants through the use of self-reducing briquettes in EAF. To reach these goals, the work was structured around four main topics: characterization and reducibility study of scale, choice and characterization of the reductant to use in briquettes, elaboration and characterization of the mixture and laboratory tests to performance evaluation of self-reducing briquettes. The characterization studies of mill scale have indicated that this waste is composed mainly of wustite and is stratified into three layers with different morphologies: fine porous external layer composed of hematite and magnetite, intermediate layer of dense wustite and inner layer of porous wustite. The kinetics of scale reduction was investigated in thermobalance in a temperature range from 830 to 1200°C with pure CO and a mixture of 90% CO and 10% CO2. The apparent activation energy obtained in these tests ranged from 71 to 80 kJ/mol and the microscopic observations showed that the mill scale reduction corresponds to a topochemical model. The choice of the reductant for composing the briquette was made through tests of gasification with CO2 and of self-reduction in thermobalance with three different carbonaceous materials. From the results, it was observed the following decreasing reactivity order and the related apparent activation energy: Charcoal (Ea = 237 kJ/mol), Mineral Coal (Ea = 214 kJ/mol) and Petroleum Coke (Ea = 335 kJ/mol). Due to the higher reactivity of Charcoal in relation to the others, this reducer was chosen to be used in the briquettes. The main constituents of the mixture used in the manufacture of self-reducing briquettes were scale, charcoal and binders (melasse and lime). The characterization tests in thermobalance with oxidizing athmosfere and rapid heating indicated a mass loss of about 40%, referring to the stages of drying, devolatilization and self-reduction of the mixture. During these tests, it were observed high rates of mixture loss mass and a remarkable complexity of the phenomena, with simultaneous combustion, self-reduction and iron oxidation reactions, where their importance changes according to temperature and fractional reaction of the sample. Through the procedures that aimed to reduce the complexity of the related phenomena in oxidant conditions, it was possible to estimate that the self-reduction apparent activation energy ranges between 62 to 69 kJ/mol. The briquettes produced in the industrial plant were submitted to isothermal and nonisothermal tests of high temperatures. Such tests aimed to determine the thermal gradients into the briquette, the apparent activation energy and kinetic performance of the agglomerate in temperature conditions similar to the ones used in industrial practice. Based on the findings concerning the individual rates of chemical reactions (reduction and gasification), the measures of the temperature profile inside the briquettes, the activation energy estimated (93 kJ/mol) and the reduction model found in high-temperature tests, it is assumed that both the kinetics of mill scale reduction and heat transfer limit the overall kinetic rates of these briquettes. Finally, the results of metallization obtained in the tests conducted at high temperatures indicate the possibility of using these briquettes into the EAF.

As estatísticas de produção e consumo de lenha e carvão vegetal existentes para o Brasil apresentam diferenças significativas entre si. Como não estão disponíveis os métodos utilizados, o que permitiria identificar os critérios utilizados, foram desenvolvidos métodos para estimar o consumo de lenha e carvão vegetal e elaborado um balanço oferta-demanda de madeira. Os métodos foram elaborados buscando simplicidade, robustez e disponibilidade de informações. Os métodos foram testados para o período 1996 - 2005 e comparados com os dados do Balanço Energético Nacional - BEN, elaborado pelo Ministério das Minas e Energia - MME. Os resultados mostram pequenas diferenças para o consumo total de lenha e carvão vegetal. Por outro lado, existem diferenças significativas no consumo setorial. Em 2005, quando comparado com o BEN, o consumo calculado de lenha no setor residencial é a metade, no setor agropecuário é o triplo, no setor de serviços e na industria é 26,5% e 14,6% menor, respectivamente. O consumo de carvão vegetal cai nos setores residencial e de serviços, 62,9% e 82,7%, respectivamente e cresce 10,0% e 812,3% nos setores industrial e agropecuário, respectivamente. No diagnóstico realizado sobre o uso de lenha e carvão vegetal no Brasil, foram identificadas regiões suscetíveis a problemas de oferta e que deverão ser alvo de estudos aprofundados para não comprometer a quantidade de madeira disponível de forma sustentável. O balanço é o resultado da diferença entre a oferta e a produção de madeira em nível municipal, que corresponde à menor unidade espacial com informação disponível para o Brasil. As regiões mais críticas no que se refere à produção de madeira para fins energéticos encontram-se nos Estados de Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e Bahia. É importante destacar que mesmo municípios com balanços positivos podem apresentar situações de déficit devido à exploração excessiva e pontual de madeira. / Fuelwood and charcoal statistics for Brazil present important differences between them. Once the methods used to estimate production and consumption of these woodfuels are not available, which would allow to identify the used criteria, methods were developed to estimate the fuelwood and charcoal consumption and it was also elaborated a supply-demand balance of woodfuels. The methods were prepared seeking simplicity, robustness and availability of information. The methods were tested for the 1996 - 2005 period and compared with data from Brazilian Energy Balance (BEB), produced by Mines and Energy Ministry. The results show little differences for total fuelwood and charcoal consumption. On the other hand, there are expressive differences in sector consumption. In 2005, the fuelwood consumption in residential sector estimated by this study is half of Brazilian Energy Balance data. In agriculture is triple and in services sector and industry is 26.5% and 14.6% less than BEB data, respectively. The charcoal consumption decreases in residential and services sectors in 62.9% and 82.7%, respectively and grows 10.0% and 812.3% in industrial and agriculture, respectively. In the spatial assessment of fuelwood and charcoal use in Brazil, hotspots were identified concerning supply problems, which should be studied in order not to endanger the availability of woodfuels. The balance is the difference between supply and demand of woodfuel in the municipal level, which corresponds to the minimum administrative unit with available information for Brazil. The more critical woodfuels production hotspots are located in Mato Grosso do Sul, Minas Gerais and Bahia States. It is important to highlight that even municipal districts with positive balances may present fuelwood deficits due to an excessive and punctual wood exploitation.