1 INTRODUÇÃO

Na última década, houve um notável aumento nas taxas de geração de resíduos sólidos, impulsionado pelo intenso processo de urbanização e do crescimento populacional [1]. Segundo dados da International Solid Waste Association, a geração de resíduos sólidos urbanos (RSU) aumentará para 3,4 bilhões de toneladas em 2050, sendo o Brasil o maior produtor de RSU da América Latina e Caribe. Esse cenário, aliada à complexidade da gestão de resíduos, tem ocasionado dois grandes problemas para o desenvolvimento sustentável: o constante crescimento de déficits energéticos e o agravamento da poluição ambiental [2].

O déficit energético, resultante do consumo exacerbado de energia, aliado à redução das reservas de combustíveis fósseis representa uma ameaça à estabilidade energética global. Paralelamente, a poluição ambiental está deteriorando a qualidade do ar, da água e do solo, colocando em risco a biodiversidade e a saúde humana [3]. Diante desse contexto, urge o desenvolvimento de novas tecnologias sustentáveis e ecológicas que possibilitem solucionar estas questões críticas. O biochar, material derivado de resíduos de biomassa, surge como uma das alternativas para mitigar as questões energéticas, purificação de água, remediação ambiental [4] e ganho de créditos de carbono. Além disso, a produção desse material está alinhada com os objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS) [5].

O biochar é um material renovável e rico em carbono produzido por processo termoquímico, como a pirólise e carbonização hidrotérmica de biomassa em ambiente com restrição de oxigênio [3]. Esse material pode ser obtido a partir de diversas fontes residuais, incluindo resíduos agrícolas, de silvicultura, lenhosos, de estações de tratamentos de esgoto, entre outros [6, 7]. A diversidade de matérias-primas e os diversos métodos de preparo resultam em produtos com diferentes características que, pelo baixo custo de produção e propriedades, possuem incontáveis aplicações em diferentes áreas de conhecimentos, como engenharias, química, agrícola, operações industriais e transporte, novas tecnologias e saúde [8].

Inicialmente, as investigações envolvendo o biochar eram voltadas para a aplicação apenas como alternativa para melhorar a fertilização do solo, visando aumentar sua capacidade de retenção de nutrientes e sequestro de carbono [9]. Contudo, as pesquisas mais recentes têm mostrado novas perspectivas para seu aproveitamento em outros campos de investigação, tais como na conversão e armazenamento de energia, no tratamento de águas, remediação ambiental e na mitigação das mudanças climáticas [10, 11]. Com isso, nas últimas décadas, tem crescido o interesse e estudos a respeito do biochar, tendo em vista seus múltiplos benefícios e diversificado potencial de aplicação.

Embora existam pesquisas sobre o biochar no Brasil, observa-se que a maioria dos trabalhos se concentra em aspectos específicos, como o uso na agricultura [12,13], propriedades químicas e aplicações pontuais [14], bem como na aplicação de biomassa especifica [15], o que limita a compreensão ampla do desenvolvimento científico e tecnológico relacionado ao biochar no país. Diante disso, percebe-se uma lacuna de estudos que contemple, de maneira integrada, o panorama completo do crescimento científico e tecnológico do biochar no Brasil.

Nesse contexto, este artigo tem como objetivo apresentar uma revisão abrangente e atualizada sobre o biochar no Brasil, abrangendo sua produção, utilização e perspectivas futuras, contemplando um lapso temporal de 14 anos (2010 a 2024).

2 METODOLOGIA

O estudo foi baseado em uma revisão sistemática da literatura, considerando artigos brasileiros publicados entre 2010 e 2024 sobre biochar. As bases de dados selecionadas considerando sua relevância e abrangência. Foram aplicados filtros que excluíram artigos de conferência, revisões e capítulos de livros, focando em artigos de periódicos científicos. Além disso, a busca foi restringida a publicações em inglês e originadas no Brasil, resultando em 228 artigos após a remoção de duplicatas.

2.1 BASES DE DADOS

O método de pesquisa adotado neste trabalho foi a revisão sistemática da literatura. Para isso, a seleção e agregação dos artigos relacionados ao tema proposto, foram feitas utilizando duas bases de dados, sendo elas: Web of Science (WoS) e Scopus, nas quais, é possível encontrar estudos relevantes e atualizados sobre o tema de interesse. Além disso, essas bases de dados oferecem recursos avançados de pesquisa que permitem filtrar os resultados conforme critérios específicos, como ano de publicação, idioma, países de publicação e tipo de publicação. Esses recursos facilitam a seleção de estudos relevantes, conferindo maior credibilidade e confiabilidade à revisão bibliográfica. Esses fatores foram determinantes na escolha das bases de dados para este estudo.

2.2 DEFINIÇÃO DOS TERMOS DE BUSCA E CRITÉRIOS DE INCLUSÃO

No início da busca, foi definido um conjunto de caracteres (strings), assim como aspas e operadores booleanos (AND, OR, NOT) para garantir que a pesquisa ocorresse na ordem, sequência e completude desejada. Assim, os termos de busca iniciais estabelecidos foram: "Biomass" AND "Waste" AND "Biochar". Com a aplicação desses termos de busca, foram encontrados 9.232 artigos, sendo 4.096 na Scopus e 5.136 na WoS.

Após a busca inicial, foram aplicados alguns filtros com o intuito de garantir a qualidade dos dados coletados, permitindo a exclusão de informações imprecisas, obsoleta e irrelevantes para este estudo. Para as duas bases, foi aplicado um filtro do tipo de documento, mantendo apenas os artigos de periódicos e excluindo artigos de conferência, acesso antecipado, artigo de revisão e capítulos de livros. A aplicação desse filtro resultou em 7.511 artigos. Para refinar ainda mais os resultados e torná-los mais relevantes para o objetivo do estudo, em ambas as bases foi restringindo os resultados utilizando o filtro de países, o qual focou apenas em artigos provenientes do Brasil, e o filtro de linguagem, focando apenas em artigos publicados em inglês. Isso resultou em 319 artigos. Após a remoção dos artigos duplicados, chegou-se a um resultado de 228 artigos.

3 BIOCHAR NO BRASIL

As pesquisas relacionadas ao biochar no Brasil têm ganhado um grande destaque nos últimos anos, com um marco significativo em 2010, com os estudos de [16] sobre a pirólise da biomassa de salgueiro (Salix), miscanthus (Giganteus) e pinheiro (Pinus sylvestris) e a caracterização dos biochars formados, e o de [17], sobre a avaliação da utilização do biochar, produzido pela pirólise lenta da biomassa de Eucalyptus grandis, como agente de volume para compostagem de dejetos de aves.

No entanto, nos anos de 2011 e 2012, não foram identificadas publicações brasileiras relacionadas ao biochar, como demonstrado no gráfico da Figura 1. O interesse na pesquisa sobre o biochar no Brasil foi retomado em 2013, com os estudos de [18] que investigaram a caracterização e o potencial de aplicação de biochar derivado de casca de aveia e casca de pinheiro na imobilização de enzimas. Além disso, [19] exploraram o efeito da matriz no desempenho do método de microextração em fase sólida para análise de compostos orgânicos voláteis (COVs) em amostras ambientais.

Figura 1- Gráfico da quantidade de publicação por ano.

Fonte: Autor (2024).

Desde então, a pesquisa sobre biochar no Brasil tem experimentado um crescimento, alcançando seu ápice em 2021, o ano com o maior número de publicações sobre o tema, totalizando 24 artigos. Este aumento notável em 2021 pode ser atribuído ao renovado interesse e ao reconhecimento da importância do biochar para a agricultura sustentável, a remediação ambiental e a mitigação das mudanças climáticas. Os estudos publicados nesse período abrangem uma ampla gama de tópicos, incluindo a influência de diferentes tipos de biomassas e das variáveis envolvidas no processo de produção do biochar, como explorado por [20] em seu estudo sobre a produção e caracterização do biochar obtido a partir de diferentes biomassas e temperaturas de pirólise.

Além disso, abordaram a remoção de poluentes, como estudado por [21] ao investigarem o uso do biochar derivado do endocarpo da palma (Elaeis guineenses) para a remoção de azul de metileno, e por [22] em seu estudo sobre a remoção de atrazina utilizando biochar derivado do endocarpo de macaúba (Acrocomia aculeata). Também foram examinadas aplicações de hidrólise para o aprimoramento do biochar, comparando-o com o processo original, conforme investigado por [23] em seu estudo comparativo entre a pirólise de resíduos brutos e hidrolisados de baru (Dipteryx alata Vog).

Nos últimos 14 anos, as pesquisas sobre biochar têm adotado uma abordagem multiprofissional, abrangendo diversas disciplinas como ciências ambientais, geração de energia, química, ciências agrárias e biológicas, e outras áreas afins, conforme Figura 2. Essa abordagem integrada tem permitido avanços na compreensão e aplicação do biochar em diversos contextos científicos e tecnológicos.

Figura 2 – Distribuição de artigos por área de pesquisa.

Fonte: Autor (2024).

Nas áreas de ciências ambientais e de química, o foco tem sido na avaliação do impacto do biochar na qualidade do solo. Os estudos de [16], [24], e [25] investigaram a aplicação do biochar como fertilizante e melhorador do solo bem como sua utilização nos setores agronômico e ambiental. Além disso, pesquisas têm demonstrado a capacidade do biochar em remover poluentes. Os trabalhos de [26], [27], [28] e [29] destacam o uso do biochar como adsorvente para remoção de diuron, poluentes orgânicos, corante rodamina B e azul de metileno, respectivamente.

Em geração de energia, os estudos se concentram na utilização e na otimização do biochar como biocombustível. [30] investigaram o uso de catalisadores heterogêneos, especificamente CaO em matriz de biochar (CaO/Biochar), para produção de biodiesel. [31] analisou os efeitos da temperatura de pirólise na produção de biochar e biometano. [32], concentrou-se na aplicação de biochar derivados de resíduos agrícolas como fonte de energia em alto-forno. [33] exploraram a utilização do biochar proveniente de resíduos de algodão para a produção de bio-óleo e biochar. E [34], por sua vez, utilizou a produção de biochar e bio-óleo a partir de logo de esgoto primário, secundário e terciário.

Já na área de ciências agrárias e biológicas, os estudos têm se concentrado nas evidências bioquímicas, fisiológicas e nutricionais positivas do uso de biochar no crescimento de plantas de eucalipto (Eucalyptus urophylla) [35] Estudos sobre a utilização do biochar de resíduos de açaí (Euterpe oleracea) na mitigação dos efeitos nocivos da seca em plantações de soja [36]. Investigar o efeito do biochar de lodo de esgoto e casca de coco na disponibilidade de nitrogênio e fosforo e como isso afeta a nutrição em plantação de milhos [37]. E estudo que focam na caracterização elementar, química e energética de resíduos de dendê (Elaeis guineensis Jacq.) [38], e de castanha-do-pará (Bertholletia excelsa) [39].

4 PRODUÇÃO DE BIOCHAR NO BRASIL

A decomposição termoquímica da biomassa é uma tecnologia de processamento essencial para a produção de biochar, ocorrendo em temperaturas variando de 400 °C a 900 °C [40–42]. Os principais processos de produção de biochar incluem a pirolise, torrefação, combustão, carbonatação e gaseificação. No Brasil, as pesquisas têm se concentrado predominantemente no processo de pirólise, devido à sua eficiência na produção do biochar com alto teor de carbono fixo. Contudo, há estudos que exploram outros métodos de conversão, como o estudo de [43] que investigaram e focaram no processo de gaseificação para a produção de biochar a partir de resíduos provenientes do processamento do açaí (Euterpe oleracea Mart). Este estudo destacou o potencial dos resíduos de açaí, um subproduto abundante e subutilizado na região amazônica, como uma fonte viável de biochar através da gaseificação.

Além disso [44] estudaram a co-liquefação hidrotérmica de microalgas, bagaço de cana-de-açúcar, resíduos de cervejaria e lodo de uma fábrica de reciclagem de papel, avaliando o rendimento de biocrude e biochar. Este estudo tem grande destaque no cenário brasileiro por explorar a co-liquefação de diferentes tipos de biomassa, demonstrando a variedade de matéria-prima disponível na região brasileira e a versatilidade do processo hidrotérmico e seu potencial para maximizar a produção de biochar e outros produtos de valor agregado.

Outro estudo notável utilizando outros processos de conversão é o [45], que propuseram um processo de otimização aplicado a torrefação de semente de pequi, focando na qualidade do biochar e no seu potencial de retenção de CO₂(S2). Este estudo é particularmente interessante devido ao enfoque na otimização das condições operacionais da torrefação visando o melhoramento das propriedades do biochar, e da capacidade da pesquisa em priorizar a qualidade do biochar enquanto avalia simultaneamente a eficiência do processo e o potencial de retenção de CO₂(S₂).

Já no que diz respeito às matérias-primas, as pesquisas no Brasil têm explorado a produção de biochar utilizando uma ampla gama de resíduos, abrangendo desde resíduos gerados pela agricultura até resíduos animais. Essa abordagem reflete a diversidade de recursos naturais presentes nos setores agrícola e ambiental brasileiro. Entre essa variedade de materiais, destacam-se como foco de pesquisas as aparas de grama (Zoysia tenuifolia), sementes de urucum (Bixa orellana), palha de soja (Glycine max), palha e sabugo de milho (Zea mays), casca de arroz (Oryza sativa), casca de café (Coffea canephora), casca de tamarindo (Tamarindus indica), casca de maracujá (Passiflora edulis), casca de laranja (Citrus sinensis), casca de abacaxi (Ananas comosus), casca de cacau (Theobroma cacao), casca de mandioca (Manihot esculenta), bagaço de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum), serragem mista, serragem de garapeira (Apuleia leiocarpa), serragem de cabreúva (Myroxylon peruiferum), lascas de eucalipto (Eucalyptus sp.), pó de coco (Cocos nucifera), esterco bovino, sementes de algodão, cama de aves dentre outras matérias-primas [25, 31, 46–49].

5 PERSPECTIVAS FUTURAS DO BIOCHAR NO BRASIL

Em consideração as discussões expostas, é possível entender que avanço da pesquisa sobre o biochar no Brasil depende da integração de esforços científicos, tecnológicos e políticos. Dessa forma, novos estudos, especificamente no Brasil, podem abranger áreas diversas que proporcionem uma melhor compreensão dos benefícios e desafios do biochar, facilitando sua adoção ampla e sustentável no país.

À medida que as pesquisas no tema continuem avançando, estudos futuros têm o potencial de transformar o biochar em uma ferramenta vital para a agricultura sustentável. Por conta disso, o desenvolvimento de tecnologias de produção é essencial. Melhorar a eficiência e a sustentabilidade dos processos de produção de biochar, como a otimização dos métodos de pirólise, pode reduzir os custos e aumentar a qualidade do produto. Além disso, explorar o uso de resíduos agrícolas e urbanos como matéria-prima pode promover uma economia circular.

Outra área promissora é a avaliação dos impactos de longo prazo da aplicação de biochar nos solos brasileiros. Assim, estudos de longa duração, podem ser importantes para compreender como o biochar se comporta no solo ao longo dos anos, incluindo sua persistência, interações com microrganismos e efeitos em diferentes tipos de solo. Também, a integração do biochar com práticas agrícolas sustentáveis pode ser uma área importante para futuras pesquisas, investigando principalmente combinações do biochar com compostagem, adubação verde e os seus benefícios agronômicos e ambientais.

Em uma perspectiva de viabilidade econômica, são necessários novos estudos para avaliar o uso do biochar em diferentes contextos agrícolas, analisando os seus custos e benefícios econômicos, considerando variáveis como tipos de cultura, práticas de manejo e escalas de produção, que podem fornecer recomendações práticas aos agricultores, incentivando sua adoção.

Além disso, o desenvolvimento de normas e regulamentações baseadas em uma sólida base científica é crucial. Pesquisas que forneçam dados robustos podem apoiar a criação de normas técnicas e regulamentações, evidenciando os benefícios socioeconômicos e ambientais do biochar. Essas informações são fundamentais para os formuladores de políticas que, atrelado a incentivos governamentais e políticas públicas podem trazer resultados promissores no contexto brasileiro para superar os desafios atuais.

6 CONCLUSÕES

A pesquisa sobre o biochar no Brasil avançou significativamente nos últimos 14 anos, evidenciando não apenas seu potencial agronômico, mas também sua versatilidade em diferentes setores. Estudos analisados mostram que o biochar pode melhorar a capacidade de retenção de água dos solos, aumentar a disponibilidade de nutrientes e promover um crescimento mais saudável das plantas. Além disso, seu potencial para sequestro de carbono representa uma importante estratégia para mitigar as mudanças climáticas.

Entretanto, apesar dos progressos, observa-se que a maioria dos estudos ainda se concentra em aspectos específicos, como aplicações agrícolas, propriedades químicas isoladas e uso específico de determinadas biomassas. Essa fragmentação limita a compreensão ampla do desenvolvimento científico e tecnológico do biochar no país.

Este estudo evidencia a necessidade de abordagens mais amplas e interdisciplinares, capazes de explorar o biochar como tecnologia inovadora para a valorização de resíduos e sua aplicação em múltiplos setores, incluindo agricultura, energia, tratamento de efluentes e novos materiais. Assim, reforça-se que o potencial inovador do biochar no Brasil depende não apenas do avanço científico, mas também da criação de políticas públicas, regulamentações específicas e incentivos que viabilizem sua adoção em larga escala.

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Desenvolvimento da Pesquisa e Tendências para a Utilização do Biochar no Brasil: uma Revisão sistemática