Energy potential of residual maize biomass at different spacings and nitrogen doses / Potencial energético da biomassa residual do milho em diferentes espaçamentos e doses de nitrogênio

ABSTRACT Agricultural residual biomass is an important source of energy, and its production and quality vary according to the crop management. This study aimed to assess the effects of plant distribution and nitrogen fertilization on the energy production potential of the biomass of maize cultivated under no tillage. The field experiment was installed in southeast Brazil using five nitrogen rates (0, 60, 120, 180, and 240 kg ha-1) and two inter-row spacings (0.4 and 0.8 m). Grain yield, residual biomass productivity, and bioenergy potential in different parts of the plant (grain, stalk+leaf, husk, and cob) were assessed. No change in grain yield was observed using narrow row spacing. Stalk+leaf and husk productivity was higher using 0.8 m than using 0.4 m of inter-row spacing. Nitrogen application resulted in increased grain yield and biomass productivity. Nitrogen influences the bioenergy potential by increasing the biomass and calorific value. Application of the maximum nitrogen fertilization rate is recommended for grain yield considering the use of only the husk and cob can generate 2712 kWh ha-1 of bioenergy.

RESUMO A biomassa residual agrícola é uma importante fonte de energia e sua produção e qualidade varia com o manejo das lavouras. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da distribuição de plantas e da adubação nitrogenada sobre o potencial de produção de energia da biomassa do milho cultivado sob sistema de plantio direto. O experimento de campo foi instalado no sudeste do Brasil, com cinco doses de nitrogênio (0, 60, 120, 180 e 240 kg ha-1) e dois espaçamentos entrelinhas (0,4 e 0,8 m). Foram realizadas avaliações de produtividade de grãos, produtividade de biomassa residual e potencial de bioenergia em diferentes partes da planta (grão, colmo + folha, palha da espiga e sabugo). A variação no espaçamento não alterou o rendimento de grãos. A produtividade de folhas + palha de espiga foi maior em 0,8 m do que 0,4 m de espaçamento. A aplicação de nitrogênio resultou no aumento do rendimento de grãos e da produtividade de biomassa. O nitrogênio influência o potencial da bioenergia ao aumentar a biomassa e o poder calorífico. Com a dose de 226 kg ha-1 de nitrogênio, taxa máxima para o rendimento de grãos, e considerando apenas o uso de palha da espiga e sabugo, é possível gerar 2712 kWh ha-1 de bioenergia.

Potencial energético de resíduos sólidos domiciliares do município de Ponta Grossa, Paraná, Brasil / Energy potencial of household solid waste (HSW) in the city of Ponta Grossa, Paraná, Brazil

RESUMO A disposição dos resíduos sólidos domiciliares (RSD) é um desafio na maior parte dos municípios brasileiros, pois é realizada sem tratamento prévio, trazendo inúmeros impactos. A utilização de incineração com recuperação energética possibilita a redução dos impactos. O objetivo deste estudo foi analisar o potencial energético dos RSD do município de Ponta Grossa, Paraná, Brasil. Para isso, foram coletadas amostras no aterro do município para a realização das análises. A caracterização gravimétrica apresentou valores de 0,28 kg kg-1 para os recicláveis, 0,44 kg kg-1 para a matéria orgânica e 0,28kg kg-1 para os rejeitos. Os conteúdos de carbono fixo variaram de 0,06 a 0,09 kg kg-1, os de materiais voláteis de 0,75 a 0,81 kg kg-1 e os de cinzas de 0,10 a 0,18 kg kg-1. E o poder calorífico superior médio apresentou valor elevado, 19.807 kJ kg-1, se comparado com o de resíduos de outras cidades do mundo.

ABSTRACT Household solid waste (HSW) disposition is a challenge for the majority of the Brazilian cities, most held without pretreatment, which causes impacts. Incineration with recovery energy is an alternative to reduce impacts. In this study we analyzed the energy potential of HSW in the city of Ponta Grossa, Paraná, Brazil. Samples were collected at the municipal landfill for the analysis. Waste gravimetric characterization showed value 0.28 kg kg-1for recyclables, 0.44 kg kg-1for organic matter and 0.28 kg kg-1 for rejects. The fixed carbon content ranged from 0.06 to 0.09 kg kg-1, the volatile materials from 0.75 to 0.81 kg kg-1 and ashes from 0.10 to 0.18 kg kg-1. The average gross calorific value showed high value, 19,807 kJ kg-1, compared to the waste of other cities in the world.

Age and tree spacing and their effects on energy properties of Ateleia glazioviana / A idade e o espaçamento de plantio e suas influências nas propriedades energéticas da Ateleia glazioviana

ABSTRACT: The use of wood for energy purposes is common in Brazil, motivated mainly by the diversity of species that present a potential for energy production. The objective of this study was to determine the effects of tree age and spacing on the energy properties of different components of the biomass: wood, bark, and branch of the species Ateleia glazioviana Baill, distributed at different spacings: 2.0 × 1.0m, 2.0 × 1.5m, 3.0 × 1.0m, and 3.0 × 1.5m in the 1st, 3rd, and 5th year after the planting. The experiment was carried out in a randomized complete block design with three replications. The following variables were determined: biomass (BIO), gross calorific power (GCV), basic density (BD), energy productivity (EP), energy density (ED), fixed carbon content (FCC), volatile material content (VMC), and ash content (AC). Different tree ages significantly affected all analyzed variables, increasing the distribution of BIO, EP, AC, BD, and ED with no tendency to stabilize over time. The four tree spacings induced different levels of BIO and EP, with a trend toward lower values with increasing tree spacing for all assessed periods. The four components of the trees had a significant effect on the variables BIO, EP, GCV, FCC, VMC, and AC.

RESUMO: A utilização da madeira para fins energéticos é elevada no país, motivada principalmente pela diversidade de espécies que apresentam potencialidade de geração de energia. Esse trabalho teve como objetivo determinar o efeito da idade e do espaçamento de plantio nas propriedades energéticas em diferentes compartimentos da biomassa: madeira, casca e galho da espécie Ateleia glazioviana Baill, distribuída em diferentes espaçamentos: 2,0x1,0m, 2,0x1,5m, 3,0x1,0m e 3,0x1,5m, no 1º, 3º e 5º ano após o plantio. O presente trabalho foi realizado em um experimento instalado em delineamento experimental de blocos completos casualizados em três repetições. Foram determinadas as variáveis biomassa (BIO), poder calorífico superior (PCS), massa específica básica (ME), produtividade energética (PE), densidade energética (DE), teor de carbono fixo (CF), teor de material volátil (MV) e teor de cinzas (CZ). Concluiu-se que as diferentes idades das árvores influenciam significativamente todas as variáveis analisadas, proporcionando uma distribuição crescente da BIO, PE, CF, ME e DE, sem tendência a estabilização ao longo do tempo. Os quatro espaçamentos de plantio induzem a diferentes produções de BIO e PE, com uma tendência de redução dos seus valores com o aumento do espaçamento, em todos os períodos avaliados. Os quatro compartimentos das árvores induzem a um efeito significativo das variáveis BIO, PE, PCS, CF, MV e CZ.

Produtividade energética de espécies florestais em plantios de curta rotação / Energy productivity of forest species in short rotation plantings

This study aimed to determine the energy productivity of the different compartments of above ground biomass of forest species: Acacia mearnsii De Wild, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Mimosa scabrella Benth and Ateleia glazioviana Baill distributed in different spacing in planting: 2.0x1.0m, 2.0x1.5m, 3.0x1.0m and 3.0x1.5m, at ages of 1 and 3 years. The study was conducted in an experiment in the city of Frederico Westphalen-RS, in experimental design of randomized complete block with three replications. The determination of the energy productivity was carried out through the measurement of values of above ground biomass and power calorific value of each compartment. The different planting spacings induced different yields of biomass energy, and it was found a systematic negative trend in relation to the living space provided by lower planting space. The energy productivity achieved in the third year for all species, were higher than those of the first year. The species Eucalyptus grandis presented the greatest potential for energy productivity of wood and for the other species, equivalent to twice the Acacia mearnsii, the denser spacing (2.0x1.0m).

Este trabalho teve como objetivo determinar a produtividade energética dos diferentes compartimentos da biomassa da parte aérea das espécies florestais Acacia mearnsii De Wild, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Mimosa scabrella Benth e Ateleia glazioviana Baill distribuídas em diferentes espaçamentos em plantio: 2,0x1,0m; 2,0x1,5m; 3,0x1,0m e 3,0x1,5m, nas idades de 1 e 3 anos. O estudo foi conduzido em um experimento localizado no município de Frederico Westphalen-RS, em delineamento experimental de blocos completos casualizados em três repetições. A determinação da produtividade energética foi realizada a partir da mensuração dos valores de biomassa da parte aérea e do poder calorífico superior de cada compartimento. Os diferentes espaçamentos de plantio induzem a diferentes produtividades energéticas, sendo verificada uma tendência sistemática negativa em relação ao espaço vital proporcionado pelos menores espaçamentos de plantio. As produtividades energéticas obtidas no terceiro ano, para todas as espécies, foram superiores às do primeiro ano. A espécie Eucalyptus grandis apresentou a maior potencialidade de produtividade energética de madeira em relação às outras espécies, equivalente a duas vezes a Acacia mearnsii, no espaçamento mais adensado (2,0x1,0m).

Ponto de amostragem ao longo do fuste para estimativa do poder calorífico da madeira / Point of sampling along the shaft for estimate of the calorific power of the wood

Este trabalho teve como objetivo verificar a variação do poder calorífico superior (PCS) ao longo do fuste das espécies florestais Acacia mearnsii De Wild, Eucalyptus grandis W. Hill, Mimosa scabrella Benth. e Ateleia glazioveana Baill e também avaliar o número e as posições das amostras ao longo do fuste para a estimativa do PCS dessas espécies. Para tanto, foram retirados discos de aproximadamente dois centímetros de espessura, ao longo de 0 %, 25 %, 50 % e 75 % da altura total de árvores com um ano de idade para determinação do PCS em bomba calorimétrica (C5000, IKA WORKS). Para Eucalyptus grandis e Ateleia glazioveana, é possível estimar o PCS a partir de um disco, respectivamente, nas posições 50% e 0% da altura total, para Mimosa scabrella em dois discos, nas posições 0+75% e para Acacia mearnsii em três discos, nas posições 0+25+75% da altura total.

This research had the objective of studing the variation of the calorific power along the shaft of the species forest Acacia mearnsii de Wild, Eucalyptus grandis W. Hill, Mimosa scabrella Benth. and Ateleia glazioveana Baill and also to evaluate the number and the positions of the samples along the shaft for the estimate of calorific power of these species. For so much, they were solitary disks of approximately two centimeters of thickness, along 0%, 25%, 50% and 75% of the total height of trees, with a year of age, for determination of the power calorific superior in calorimeter (C5000, IKA WORKS). For the Eucalyptus grandis and the Ateleia glazioveana it is possible to esteem the power calorific superior starting from a disk, respectively in the positions 50% and 0%, and for the Mimosa scabrella with two disks, in the positions 0+75% and for the Acacia mearnsii, three disks, in the positions 0+25+75%.