Estudo de propriedades físico-químicas na avaliação da adsorção em biocarvão produzido com folhas de amendoeira-da-praia / Study of physico-chemical properties in the evaluation of adsorption in biochar produced from leaves of amendoeira-da-praia

RESUMO Este estudo avaliou as propriedades físico-químicas envolvidas no processo de adsorção para subsidiar o potencial uso de biocarvão produzido com folhas secas de amendoeira-da-praia, Terminalia catappa, como remediador em águas contaminadas com metais. O biocarvão utilizado foi produzido por conversão à baixa temperatura e caracterizado por apresentar bandas de O-H, CH2, C-O e C-O-C; teores de 48,8% de carbono, 46,6% de oxigênio, 3,3% de hidrogênio e demais entre enxofre e nitrogênio; presença de macroporos e passado em peneira (100 mesh). Para o estudo, preparou-se um coquetel de radiotraçadores (Co-57, Mn-54 e Zn-65), que foi adicionado à água deionizada e massas de biocarvão com o objetivo de obter parâmetros tais como pH, tempo de equilíbrio e capacidade de adsorção por meio das isotermas de Langmuir e Freundlich. O detector de Germânio Hiperpuro foi utilizado para quantificar as atividades dos radiotraçadores por meio da técnica de espectroscopia gama para geração e tratamento de dados. Os resultados obtidos mostraram aumento na adsorção do pH 3,8 em diante e tempo de equilíbrio de 30 minutos ou mais. As isotermas de Langmuir e Freundlich construídas apresentaram bons ajustes, com valores de n maiores que 1, indicando preferência dos metais pelo material adsorvente. Além disso, levando-se em conta a competição pelos sítios ativos e a concentração inicial das soluções (ordem de picogramas), foram encontradas capacidades de adsorção de 1,273 ng.g-1 para o Zn-65, de 3.271 ng.g-1 para o Co-57 e de 9,026 ng.g-1 para o Mn-54.

ABSTRACT This study evaluated the physical-chemical properties of the adsorption process in biochar produced from dry leaves of beach-almond, Terminalia catappa, as a useful tool for remediation purposes in water contaminated with metals. The biochar was characterized by having: bands of O-H, CH2, C-O, and C-O-C; contents of 48.8% carbon, 46.6% oxygen, 3.3% hydrogen and the others between sulfur and nitrogen; the presence of macropores; and being sieved (100 mesh). Parameters such as pH, equilibrium time and adsorption capacity by the Langmuir and Freundlich isotherms were determined from experiments using a radiotracer cocktail (Co-57, Mn-54 and Zn-65) which was added to deionized water and a constants mass of biochar. The high-purity germanium detector (HPGe) was used to quantify the radiotracer activity by gamma spectroscopy. The results showed better adsorption from pH 3.8 and 30 minutes equilibrium time. The Langmuir and Freundlich isotherms had a good model fit, with n values higher than 1, and showed affinity between the metals and the biochar. The adsorption capacities of Zn-65, Co-57 and Mn-54 were 1.273 ng.g−1, 3.271 ng.g−1 and 9.026 ng.g−1, respectively.

Obtaining bioproducts by slow pyrolysis of coffee and cocoa husks as suitable candidates for being used as soil amendment and source of energy / Obtención de bioproductos por pirólisis lenta de cascarillas de café y cacao para su posible uso como fuentes de energía y fertilizantes / Obtenção de bioprodutos por pirólise lenta de cascas de café e cacau para possível uso como fontes de energia e fertilizantes

Abstract The agricultural economic policy of Cuba pretends to triplicate the crops of coffee and cocoa by 2021, a measure which will bring about both an increase in biomass waste and the need to find a proper method for its disposal. Slow pyrolysis process can transform lignocellulosic waste into added value products as biochar, bio-oil and gas. The present research evaluated the yield and the theoretical potential energy of co-products (bio-char, bio-oil, and gas) from coffee and cocoa seed husks using the pyrolysis process as a source of friendly and renewable energy. Results indicated that coffee husks are more suitable for the production of gas with a yield of 40.4%, while cocoa seed husks are better suited for the production of bio-oil, with a yield of 37.4%. For 2021 the theoretical energy potential estimated is 8291 MWh, equivalent to 716000 kg for the coffee husks, and 1384 MWh equivalent to 121000 kg for the cocoa seed husks. The bio-char characterization indicated high contents of carbon, calcium, potassium, nitrogen, and oxygen, which makes it a suitable candidate for being used as a soil amendment. The conversion of coffee and cocoa seed husks into added value products through slow pyrolysis process will help clean the environment, decrease the greenhouse effect, and will aid farmers in the rural populations by providing them with an additional source of income.

Resumen La política económica agrícola de Cuba pretende triplicar los cultivos de café y cacao para el año 2021, lo cual implica un aumento de residuos de biomasa y la necesidad de encontrar un uso adecuado para su eliminación. El proceso de pirólisis lenta permite convertir los residuos lignocelulósicos en productos de valor agregado como bio-carbón, bio-combustible y gas. En este trabajo se evaluó el rendimiento y el potencial energético teórico de estos co-productos como fuente de energía renovable. Las cascaras de café son más adecuadas para la producción de gas con un rendimiento del 40,4%, mientras que las de semilla de cacao para bio-combustible, con un rendimiento del 37,4%. Para el 2021, el potencial energético teórico estimado es de 8291 MWh, equivalente a 716000 kg para las cascaras de café; y de 1384 MWh equivalente a 121000 kg para las semillas de cacao. La caracterización del bio-carbón indicó altos contenidos de carbono, calcio, potasio, nitrógeno y oxígeno, lo que los convierte en un candidato adecuado para su uso como fertilizante del suelo. La conversión de estas biomasas en productos de valor agregado a través del proceso de pirólisis lenta contribuirá a mantener un ambiente limpio, reducir el efecto invernadero y ayudará a generar un ingreso adicional a los agricultores de las poblaciones rurales.

Resumo A política económica agrícola de Cuba visa triplicar as safras de café e cacau até 2021, o que significa um aumento nos resíduos de biomassa e a necessidade de encontrar usos adequados para sua eliminação. O processo de pirólise lenta permite converter lixo lignocelulósico em produtos de alto valor agregado, como bio-carvão, biocombustível e gás. No presente trabalho, avaliou-se o desempenho e o potencial energético teórico de co-produtos (bio-carvão, biocombustível e gás) do processo de pirólise lenta de casca de café e de cascas de sementes de cacau como fonte de energia renovável. As cascas de café são mais adequadas para a produção de gás com rendimento de 40,4%, enquanto que as cascas de sementes de cacau para biocombustível, com rendimento de 37,4%. Até 2021, o potencial energético teórico calculado é de 8291 MWh equivalente a 716000 kg para cascas de café e 1384 MWh equivalente a 121000 kg para cascas de sementes de cacau. A caracterização de bio-carvão indicou altos teores de carbono, cálcio, potássio, nitrogénio e compostos oxigenados, o que os torna candidatos ideais para uso como fertilizantes do solo. A conversão da casca do café e a casca das sementes de cacau em produtos de maior valor agregado, através do processo de pirólise lenta, ajudará a manter o um ambiente limpo, reduzirá o efeito estufa e contribuirá com renda adicional para os agricultores das populações rurais.

Nitrogen and phosphorus uptake efficiency in Indian mustard cultivated during three growth cycles in a copper contaminated soil treated with biochar / Eficiência de absorção de nitrogênio e fósforo em mostarda indiana cultivada por três ciclos sucessivos em um solo contaminado com cobre e tratado com biocarvão

ABSTRACT: Biochar has been used worldwide as an efficient soil amendment due to its beneficial interaction with soil particles and nutrients; however, studies on the effect of biochar on the availability of nutrients such as N and P in tropical soils are still missing. The objective of the study was to evaluate the effect of different types and doses of biochars on the concentration and uptake of N and P in Indian mustard plants (Brassica juncea L.) grown in a Cu contaminated soil during three successive growth cycles. The greenhouse experiment was set up as randomized block design in a 3x3 factorial scheme, with 3 types of biochars (coconut shell, orange bagasse and sewage sludge) and three rates of application (0, 30 and 60t ha-1), and 4 replicates. Biochar increased plant growth by approximately 30 to 224%; however, the orange bagasse biochar was the most effective. Biochar reduced plant N concentration in approximately 15-43%, regardless of the rate of application, indicating the need to carefully adjust N fertilization. In the last growth cycle, biochar from coconut shell and orange bagasse improved the N uptake efficiency suggesting a better amelioration effect with ageing in soil. Biochar did not affect P nutrition in Indian mustard to a great extent; however, it significantly decreased the N:P ratio in the plant.

RESUMO: O biocarvão tem sido usado mundialmente como um eficiente insumo agrícola devido à sua interação benéfica com as partículas e os nutrientes do solo. Contudo, seu efeito na disponibilidade de nutrientes como N e P em solos tropicais tem sido pouco investigado. O objetivo do estudo foi avaliar o efeito de diferentes tipos e doses de biocarvão na concentração e na eficiência de absorção de N e P em plantas de mostarda indiana (Brassica juncea L.) cultivadas em solo contaminado com cobre, em três ciclos sucessivos de cultivo. O estudo foi desenvolvido em delineamento de blocos casualizados, em esquema fatorial 3x3, em casa de vegetação, com três tipos de biocarvão (casca de coco, bagaço de laranja e lodo de esgoto) e três doses (0, 30 e 60t ha-1). Todos os biocarvões aumentaram o crescimento das plantas, com variação de 30 a 224%. No entanto, o biocarvão de bagaço de laranja foi o mais eficiente. A presença de biocarvão reduziu a concentração de N nas plantas em torno de 14 a 43%, independente da dose aplicada, indicando a necessidade de monitoramento mais cuidadoso da fertilização nitrogenada. Os biocarvões de casca de coco e bagaço de laranja melhoraram a eficiência da planta na absorção de N no terceiro ciclo de cultivo, indicando melhor efeito com o tempo de contato como o solo. O uso de biocarvão teve pouca influência na nutrição fosfatada na mostarda indiana, mas diminuiu significativamente a relação N:P.

Efeito da aplicação de biocarvão, cama de frango e formulado NPK no estado nutricional foliar de laranjeira em terra mulata / Effect of biochar, poultry litter and NPK on the nutritional status leaf of orange on terra mulata

O cultivo de laranjeira em Terra Mulata tem apresentado limitações nutricionais sendo necessário o uso de adubos nas áreas agrícolas. A aplicação de biocarvão associado à outra fonte de nutrientes pode ser uma alternativa viável para aumentar a eficiência dos adubos e diminuir perdas nestas áreas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do biocarvão, da cama de frango e do formulado NPK, no estado nutricional de laranjeiras Pera-Rio cultivadas em um Latossolo Amarelo distrófico com horizonte A antrópico (Terra Mulata). O estudo foi desenvolvido em uma propriedade rural de terra firme em Manacapuru (AM) em um delineamento de blocos casualizados com oito tratamentos utilizando biocarvão, cama de frango e formulado NPK (4-14-8) aplicados de maneira isolada e associados. Para avaliação foram retiradas duas amostras em períodos distintos de folhas para determinação do estado nutricional. Os adubos aplicados não aumentaram a eficiência na disponibilidade dos teores de N, P, Fe e Zn, ficando este último abaixo da faixa de teor adequado. Já para os teores de K, o adubo cama de frango e suas combinações aumentaram sua disponibilidade, e os maiores teores de Mg foram encontrados no tratamento controle.

Growing in orange on Terra Mulata has been submitted nutrient limitation requiring correction in agricultural areas. The application of biochar associated with another source of nutrients can be a viable alternative to increase the efficiency of fertilizers and reduce losses in the areas. The objective of this study was to evaluate the effect of biochar, poultry litter and NPK in the nutritional status of orange trees grown in an Oxisol with anthropogenic A horizon (Terra Mulata). The study was conducted in a rural property landfall in Manacapuru (AM) in a randomized block design with eight treatments using biochar, poultry litter and NPK (4-14-8) applied in isolation and associates. To review two samples were taken at different periods of sheets to determine the nutritional status. Fertilizers applied did not increase the efficiency in the availability of contents of N, P, Fe and Zn, being the latter below the range of suitable content. As for the K, compost chicken manure and their combinations increased their availability, and the highest levels of Mg were found in the control treatment.