O carvão vegetal é um combustível obtido pela carbonização da madeira em atmosfera controlada por pirólise (na ausência de oxigênio ).
O processo retira, com a elevação da temperatura, as frações liquefáveis ( ácido pirolenhoso ) e gaseificáveis da madeira: sua umidade e qualquer matéria vegetal ou volátil orgânico para deixar apenas o carbono e minerais . A estrutura micro e nanoporosa desse carvão lhe confere qualidades particulares.
Em algumas obras antigas, é comparado ao carvão vegetal , carvão duro .
Desde a Antiguidade , o carvoeiro sabia que era necessário aquecer a madeira a uma determinada temperatura, não muito alta, e evitar que se acendesse, porque senão resultaria em cinzas ou carvão podre. Isso foi obtido empilhando lenha em um monte coberto com uma camada de argila , que foi incendiada. Parte da madeira é consumida consumindo todo o oxigênio, o calor produzido transforma o restante da madeira em carvão. Às vezes, em vez de uma pedra de amolar, a combustão era realizada em uma cova.
Historicamente, na Europa, a carbonização era realizada por carvoeiros (ou carbonizadores) , diretamente na floresta, o mais próximo possível do recurso de madeira. Os locais onde esta actividade se instalou foram designados por minas de carvão ou carbonetarias e após abandono os locais de carvão ou zonas de faulde (a norte).
A fabricação é descrita no Précis ilustrado de Mécanique em 1894 da seguinte forma:
| Produção de carvão vegetal na Floresta Negra , Alemanha por volta de 1900 | ||
O processo de mó permite obter entre 17% e 28% do peso inicial da madeira. O rendimento do volume é 60%. Este processo não permite a recuperação de outros produtos, como alcatrão.
A turfa também pode ser carbonizada pelo processo de pedra .
Durante o XIX E século irá aparecer invólucros metálicos de várias formas. Esses fornos são mais fáceis de usar do que pedras de amolar. Eles não operam no vácuo, mas no mesmo princípio que os rebolos. Alguns são removíveis para serem usados no local na floresta. Eles também permitem a recuperação de subprodutos como alcatrão ou gases.
Existem muitos sistemas: Dromart, Moreau, Pierce, etc.
O dispositivo Moreau foi desenvolvido por volta de 1875: “consiste em uma gaiola em forma de cúpula composta por pesadas placas de metal montadas em uma estrutura de ferro fundido. A parte superior termina com uma chaminé dotada de cobertura móvel; a parte inferior é aberta e a gaiola é simplesmente colocada em uma área preparada como um rebolo comum ” .
É o processo em vaso fechado que era usado na época em que a destilação da madeira produzia ácido pirolenhoso , composto de ácido acético (às vezes a definição de ácido pirolenhoso é confundida com a de ácido acético, aqui vinagre de madeira ), metanol , também chamado de " espírito da madeira " e vários outros produtos químicos . O carvão não era o objetivo principal da operação, mas sim um subproduto. Antes de inventar a palavra “ pirólise ”, falávamos em “ destilação a seco ” ou “ carbonização ”. De 1886 até o seu fechamento em 2002, a fábrica da Lambiotte em Prémery (Nièvre) foi uma das principais unidades produtoras de carvão vegetal na Europa.
O processo Pierce permite aquecer o forno a partir dos gases produzidos em uma carbonização anterior " assim que o vapor deixa de sair, iniciamos o aspirador e enviamos os gases para o condensador, de onde retornam o calor para um forno próximo . "
A carbonização de 100 kg de madeira neste tipo de forno permite obter:
Os resultados obtidos são altamente dependentes da espécie de madeira utilizada e das condições de processamento. Em 1875 , o engenheiro metalúrgico Grüner observou: “ Quando preparado por volta de 350 a 400 ° C e por calcinação lenta, é um belo preto puro, sonoro, duro, que mal mancha os dedos. Preparado a uma temperatura mais baixa, é mais ou menos castanho, não muito sólido e macio, mas mais tenaz que o carvão preto; é uma espécie de carvão vermelho, que os operários designam sob o nome de "fumarons" ou "queimado", porque queima com fumaça e uma chama mais ou menos brilhante. O carvão que é cozido demais, ou melhor, parcialmente queimado pela ação do ar, passa à brasa; é então rachado, macio, esfarelento, manchando os dedos, de um preto firme nas fraturas frescas. "
A produção industrial é cada vez mais realizada em fornos. Um dos desafios contemporâneos é limitar ou evitar descargas no ambiente natural e usar materiais orgânicos que não aumentem a pressão sobre as florestas, tropicais e primárias em particular.
A madeira sem preparação por carbonização é inadequada para o funcionamento de altos-fornos e para os diversos refinamentos realizados em forja. O carvão vegetal aquece muito mais do que a madeira, pois a energia é essencialmente produzida nos poros do carvão em vez de se dispersar em longas chamas; podemos aumentar a potência tanto quanto quisermos aumentando o “vento” enquanto, com a madeira, um “ vento ” muito forte apaga o fogo. O carvão vegetal tem sido amplamente utilizado em altos-fornos e, em seguida, em altos-fornos desde a antiguidade. O carbono contido no carvão permitiu a redução dos óxidos de ferro contidos no minério para dar ferro.
O uso intensivo de carvão nas forjas causou o desmatamento que afetou a China antiga, depois a Europa romana e medieval. Assim, na França, uma portaria de 1339 forçou a destruição de forjas em um raio de três léguas ao redor de Grenoble , a fim de conter o desmatamento causado pelo uso intensivo de carvão vegetal para a fabricação de aço . Em Bourbonnais , a floresta de Tronçais também foi severamente degradada após a inauguração em 1788 da Forja de Tronçais . A descoberta por Abraham Darby, em 1709, da possibilidade de uso do coque em altos-fornos acabou com o uso pesado do carvão vegetal pela siderurgia .
No entanto, o uso de coque só se espalhará lentamente. Assim, na França, em 1860 , um terço do ferro fundido ainda era produzido em altos-fornos a carvão. O último alto-forno a carvão francês operou até 1930.
Pólvora : O carvão vegetal é um dos três componentes da pólvora junto com o enxofre e o salitre . Como o enxofre, é um combustível, enquanto o salitre é um oxidante . A qualidade do pó foi determinada pelas espécies florestais utilizadas em sua fabricação, bem como sua proporção na mistura. O carvão de amieiro era particularmente apreciado pelas fábricas de pó francesas. Na manufatura artesanal, o Bourdaine era muito apreciado.
Material refratário : finamente triturado e misturado em volumes iguais com argila em pó e um pouco de areia, dá um produto isolante e refratário (denominado forro de pote ) que permite realizar revestimentos de grande resistência térmica, em particular na construção de pequenas forjas individuais .
Como uma emendaA adição de carvão vegetal (vendido como biochar , agrochar ou agrocharbon ) é uma emenda que aumenta a fertilidade do solo e o rendimento das culturas, ao que parece, atraindo e promovendo micróbios e fungos benéficos, retendo a umidade (especialmente eficaz em solos macroporosos) e melhor retendo o solo nutrientes. Foi assim que os ameríndios da Amazônia criaram a terra preta e essa técnica foi recentemente redescoberta, que também tem interesse no combate ao aquecimento global .
Como elemento de filtroSua estrutura microporosa (reforçada com carvão ativado ) permite capturar e fixar muitas moléculas tóxicas (metais pesados em particular) da fumaça ou da água. Ele também pode abrigar vida microbiana capaz de ajudar a limpar a água. É por isso que muitos filtros para máscaras de gás , filtros de ar ou água (por exemplo, filtros de aquário) contêm carvão ativado.
O carvão vegetal tem sido usado para conservar carne e ovos .
Durante a Segunda Guerra Mundial e nos anos seguintes, devido à falta de petróleo, o carvão vegetal foi usado como combustível em gaseificadores para movimentar carros e caminhões.
Combustível de cozinhaOs japoneses tradicionalmente usam carvão, incluindo binchōtan da combustão de uma variedade de carvalho, para grelhar carnes.
Hoje em dia, no Ocidente, o carvão é usado principalmente para cozinhar na churrasqueira , mas seu uso, muito difundido nos países pobres para cozinhar diariamente, não é o mesmo: um recipiente para cozinhar (fogão, panela, forno holandês) serve de interface entre os brasas e a comida. É principalmente nas cidades dos países do sul que esse uso é muito desenvolvido. Na verdade, é possível cozinhar desta forma sem uma chaminé em um cadinho simples. Na cidade, o carvão, leve, é facilmente transportável e sua combustão, fácil de controlar, não produz vapores sujos ou muito incômodos.
Os habitantes do campo não o utilizam porque dispõem do local necessário para a produção das brasas. As brasas são então extraídas da lareira para cozinhar (fazendo-se uma fogueira com lenha: seja diretamente no chão, ou em um fogão, ou em uma lareira com lareira). A maioria dos ocidentais tem técnicas de cozinhar sobre o fogo (caldeirão, prateleira, tripé) em suas cabeças, mas seus ancestrais, antes da era industrial, cozinhavam principalmente na brasa (não na lareira). A técnica foi chamada de horta . Esta técnica usa brasas para ferver, compotas, etc. , não suja o exterior das panelas.