Estudo da maturação e ponto de colheita em materiais de sorgo destinados à bioenergia

Abstract

Apesar do notório desenvolvimento do setor sucroenergético brasileiro, observa-se a ociosidade das usinas na entressafra da cana-de-açúcar (Saccharum spp.) devido à falta de matéria-prima para o processamento. Neste contexto, os sorgos sacarino e biomassa [Sorghum bicolor (L.) Moench] têm sido apontados como alternativas promissoras. O sorgo sacarino destaca-se pelos colmos suculentos ricos em açúcares diretamente fermentáveis e, o sorgo biomassa, destaca-se pela elevada produção de biomassa com altos teores de lignina. Contudo, os rendimentos de etanol do sorgo sacarino têm sido abaixo do esperado e atribui-se tal fato à definição incorreta da época de colheita. Ressalta-se que o acúmulo de açúcares no colmo ocorre principalmente a partir do florescimento, o que desencadeia a competição entre colmo e grãos (drenos preferenciais) pelos fotoassimilados. Para o sorgo biomassa, é desejável que a umidade da biomassa seja próxima a 50% quando levada à caldeira. Porém, não existem estudos que caracterizem o acúmulo de matéria seca versus a desidratação da planta. Acredita- se que, caso a planta de sorgo seja mantida à campo, além de certo estádio, para favorecer a desidratação natural, ocorrerá o consumo de matéria seca devido à redução da fotossíntese líquida decorrente do processo de senescência. Neste sentido, realizou- se um trabalho inovador e detalhado para caracterização de materiais de sorgo bioenergia visando o aproveitamento de seus potenciais produtivos. Desenvolveram- se dois experimentos independentes, cuja descrição é apresentada em dois capítulos. No primeiro capítulo, aborda-se o estudo relativo ao sorgo sacarino (cultivar BRS 511), em que se objetivou determinar o ponto de colheita do sorgo sacarino e identificar qual entrenó ou segmento de entrenós são representativos do Brix total do colmo, para auxiliar na tomada de decisão quanto à colheita. Os tratamentos constituíram-se nas diferentes épocas de amostragem da cultura conforme seu estádio fenológico, sendo os estádios de emborrachamento, florescimento, grão leitoso, grão pastoso, grão farináceo, grão duro e senescência. Quantificou-se as produtividades de massa fresca e seca e a umidade. Avaliou-se o Brix e fez-se a quantificação dos açúcares presentes no caldo. As máximas produtividades de massa fresca e seca foram registradas no estádio de grão farináceo, sendo de 124 t ha -1 e 33 t ha -1 , respectivamente. O maior Brix do caldo do colmo foi registrado entre os estádios de grão pastoso e grão farináceo, com 15 °Brix. Considerando-se os estádios correspondentes à previsão de colheita (grão pastoso ao grão duro), o Brix dos entrenós 2 e 3 não diferiram significativamente do Brix real. Conclui-se que o ponto ideal de colheita para sorgo sacarino (BRS 511) é compreendido entre os estádios de grão pastoso ao duro e os entrenós 2 e 3 devem ser a seção amostrada para avaliação do Brix. No capítulo 2, apresenta-se o estudo relativo ao sorgo biomassa, cujo objetivo foi caracterizar o comportamento da biomassa, umidade e poder calorífico superior ao longo do ciclo de crescimento e desenvolvimento do sorgo biomassa (híbrido BRS 716), visando à definição do ponto ideal de colheita. As condições experimentais (tratamentos e variáveis analisadas) foram similares às previamente descritas para o sorgo sacarino. Adicionalmente, realizou-se a análise de poder calorífico superior (PCS) e energia potencial da biomassa, ao invés da análise de Brix e açúcares realizadas no experimento anterior. A produtividade de massa seca total (PMS) aumentou a partir dos estádios iniciais e atingiu o máximo de 75,5 t ha -1 no estádio de grão farináceo, coincidindo com a menor umidade registrada e com o maior PCS. Considerando-se a PMS, umidade e o PCS, infere-se que o estádio de grão farináceo corresponde ao ponto ideal de colheita para o sorgo biomassa BRS 716. O período de colheita poderia ser escalonado entre os estádios de grão pastoso, grão farináceo e grão duro, ocorrendo ligeira redução na PMS e no PCS, permanecendo a umidade inalterada.

Despite the notorious Brazilian sugarcane chain development, industrial units have been idle during the sugarcane (Saccharum spp.) off-season due to the lack of raw material for milling. In this context, sweet and biomass sorghums [Sorghum bicolor (L.) Moench] have been considered as a promising alternative. Sweet sorghum stands out due to its juicy stems with high fermentable sugars concentration, and biomass sorghum stands out and because of its high biomass production, which exhibits large amount of lignin. However, sweet sorghum ethanol yields have been lower than expected by sugarcane industries, what can be attributed to the incorrect determination of the ideal harvest time. It is worth noting that the stem sugar accumulation occurs, mainly, after the plant flowering, what unleashes the competition between stem and grains (preferential sinks) for photosynthates. For biomass sorghum, it is desirable a biomass humidity close to 50% when it is taken to the boiler. However, there are not researches that characterize dry matter accumulation versus plant dehydration. It is assumed that if the plant remains at the field, after certain time, intending to favor the natural dehydration, it can result in dry matter consumption because of net photosynthesis decrease due to senescence process. In this regard, it was carried out an innovative and detailed work to characterize bioenergy sorghum materials aiming to harness their productive potential. It was developed two independent experiments, whose description is presented in two chapters. In the first chapter, it is studied the sweet sorghum (cultivar BRS 511), aiming to determine the ideal harvest time for sweet sorghum and identify which internode or segment of internodes better represents Brix of the stem juice. The treatments consisted in the sweet sorghum phenological stages, which were pre-flowering, flowering, milk dough, soft dough, mealy dough, hard dough and senescence. Were evaluated fresh (FBY) and dry biomass (DBY) yields and humidity. Brix was evaluated and sugar content in the stem juice was quantified. The greater fresh and dry matter yields were recorded in the mealy dough stage, which were 124 t ha -1 e 33 t ha -1 , respectively. The highest Brix of stem juice was registered between the soft and mealy dough stages, with 15 °Brix. Analyzing only the soft, mealy and hard dough stages (harvest prediction), Brix of the internodes 2 and 3 had not significantly differed from the stem real Brix. The sweet sorghum BRS 511 harvest time is comprehended between the soft to hard dough stages and the in field-Brix sampling should be done at the internodes 2 and 3. In the chapter 2, it is presented a study related to biomass sorghum, which intended to characterize biomass, humidity, higher heating value and potential biomass energy during the growing and developing cycles of biomass sorghum (hybrid BRS 716). The aim was to define the ideal harvest time that maximizes the industrial yield at the bioelectricity cogeneration. The experimental conditions (treatments and analyzed variables) were similar to the ones described for sweet sorghum. Additionally, higher heating value (HHV) and potential biomass energy were quantified instead of Brix and sugar analysis. Dry biomass yield (DBY) had increased from the early stages, reaching the maximum of 75.5 t ha -1 at the mealy dough stage, coinciding with the lowest humidity content (67%) and the higher heating value. After the mealy dough stage, dry matter had decreased. Considering the DBY, HHV and humidity, it is inferred that mealy dough stage corresponds to the ideal harvest time for biomass sorghum BRS 716. The harvest gap could be staggered between the soft dough, mealy dough and hard dough stages, leading to slightly decreases in the DBY and HHV, with no changes in humidity percentage.