Como um recurso renovável, a biomassa apresenta uma alternativa atraente aos combustíveis fósseis para a produção de energia. Plantas em chamas, Contudo, não é um processo completamente limpo; produz emissões que variam de acordo com as espécies utilizadas, as condições de combustão, e os controles de poluição do ar.

Para entender um componente dessas emissões, um internacional, equipe multidisciplinar liderada por mineralogistas da Universidade da Pensilvânia usou microscopia altamente sensível para estudar fitólitos, pequenos depósitos de minerais contendo silício ou cálcio presentes em certas plantas. Esses elementos químicos são absorvidos do solo junto com outros nutrientes. Os fitólitos emprestam força e estrutura às plantas e são comuns em algumas famílias de plantas comumente usadas para biocombustíveis, como gramíneas.

Reportando Culturas e produtos industriais , os pesquisadores descobriram que os fitólitos permanecem depois que as plantas são queimadas em uma instalação de combustão de biocombustíveis, mas em partículas grandes o suficiente para não representar um risco à saúde. Mas porque os fitólitos podem reduzir a eficiência da conversão de energia, as usinas de energia devem incluí-los em suas operações, as notas da equipe. Por outro lado, as cinzas contendo fitólitos resultantes da combustão podem ser vendidas para uso na produção de cimento ou como fertilizante.

"Este é um tópico interessante porque a queima de biomassa pode ter muitos benefícios, mas também algumas consequências indesejadas, "diz Reto Gieré, um cientista ambiental da Penn e autor sênior do estudo. "Precisamos pensar nessas consequências quando quisermos aplicar esses métodos em grande escala."

Conhecido como o esqueleto das plantas, os fitólitos são principalmente estudados no campo da arqueologia; fitólitos preservados de plantas antigas contam aos paleobotânicos sobre ecossistemas pré-históricos e plantações agrícolas. Mas esses resíduos agora estão se mostrando interessantes para os engenheiros, geólogos, e químicos que estudam o papel dos fitólitos durante a combustão da biomassa e seus potenciais impactos ambientais.

Gieré e Ruggero Vigliaturo, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Gieré com experiência em microscopia eletrônica que é o primeiro autor do estudo, colaborou com engenheiros, químicos, e cientistas ambientais na França, Alemanha, e os Estados Unidos para examinar de perto os fitólitos presentes em uma espécie de planta de crescimento rápido comumente usada em operações de biocombustíveis: Miscanthus sinensis , ou grama prateada chinesa.

Os cientistas extraíram fitólitos de amostras de grama seca e do material coletado no ciclone de uma usina de biomassa, um dispositivo de controle de poluição do ar. Usando microscopia óptica e eletrônica de varredura, os pesquisadores observaram fitólitos na matéria-prima, bem como nas cinzas volantes coletadas do ciclone da usina. A microscopia óptica de fluorescência foi particularmente adequada para distinguir a estrutura dos fitólitos, eles encontraram.

As análises químicas revelaram que os fitólitos Miscanthus eram compostos principalmente de sílica, que, quando inalado, tem sido associada a problemas respiratórios.

"Contudo, os próprios fitólitos são bastante grandes, "diz Gieré, "e grande demais para ir fundo em nossos pulmões."

Como os próprios fitólitos não entram em combustão em usinas de energia, eles reduzem a eficiência geral das operações e podem obstruir os dutos de gases de combustão com material particulado, observam os pesquisadores.

No entanto, os fitólitos não são todos ruins. Eles fornecem os minerais necessários às plantas, e, portanto, as cinzas que sobram da queima de biomassa podem ser usadas como fertilizante. E assim como a cinza de carvão é usada como aglutinante na produção de cimento, as cinzas que contêm fitólito também podem encontrar uma segunda aplicação nessa indústria, que é notória por sua contribuição para as emissões globais de carbono. O uso de cinzas de biomassa reduziria a pegada de carbono da produção de cimento.

Além disso, Miscanthus sinensis parece absorver quantidades notáveis ​​de zinco e cádmio à medida que cresce, os pesquisadores descobriram. Se plantado em terras contaminadas com esses metais, a safra poderia remediar a terra.

"Então poderíamos colher a safra, queime para obter energia, e se encontrarmos o mecanismo certo, recuperar o zinco e o cádmio das cinzas, que então pode ser usado como matéria-prima secundária na indústria de cimento, "Gieré diz.

Como uma próxima etapa, os pesquisadores esperam usar microscopia eletrônica de transmissão para obter dados em escala ainda mais precisa sobre a composição e estrutura dos fitólitos em uma determinada amostra de cinza, informações que poderiam ajudar as usinas de biomassa a adaptar seus dispositivos de controle de poluição do ar e a entrada de combustível de acordo.

E porque cada espécie de planta tem um perfil fitólito diferente, cada um deve ser estudado independentemente. Os pesquisadores estão embarcando em um estudo de fitólitos de arroz, já que os talos de arroz deixados após a colheita podem ser uma fonte valiosa de biocombustível.

“A maior parte da palha de arroz é queimada atualmente no campo, "diz Gieré." Combustão controlada da palha de arroz, Contudo, é um uso potencial para o que agora é um resíduo. Isso também eliminaria um grande problema no sudeste da Ásia, porque as brumas dos incêndios descontrolados nos campos de arroz resultam em uma poluição tremenda que tem um grande impacto em milhões de pessoas. "