Hacer funcionar motores diésel y turbinas de gas a alta presión para aumentar la potencia y la eficiencia es perjudicial para el medio ambiente. La quema de combustible a alta presión puede cambiar significativamente las partículas de hollín que se producen, William Roberts del Centro de Investigación de Combustión Limpia de KAUST y su equipo lo han demostrado. El estudio de los factores que afectan la formación de hollín debería conducir a nuevas formas de frenar las emisiones de hollín. dice Hafiz Amin, primer autor del artículo.

El hollín es un contaminante mundial importante, perjudicial para la salud humana y el segundo mayor contribuyente al calentamiento global después del dióxido de carbono. La sustancia compleja comprende nanopartículas individuales que están unidas entre sí en estructuras en forma de cadena llamadas agregados fractales. Dado que el efecto de las partículas de hollín en la salud humana depende en gran medida de la estructura del hollín, el equipo se motivó para comprender los procesos de formación. "La formación del hollín es la clave para controlar sus emisiones, "Dice Amin. Pero el efecto que tiene la presión elevada sobre la producción de hollín no se comprende bien. Roberts y su equipo desarrollaron un método eficiente para el muestreo de hollín que proporciona nuevos conocimientos sobre la formación de hollín".

El equipo desarrolló una forma de muestrear, a presiones de hasta 10 atmósferas, las partículas de hollín producidas en una llama laminar denominada llama de difusión a contracorriente. El quemador de contraflujo produce un Llama de forma circular que es estable y uniforme. "La llama a contraflujo nos permite controlar la dinámica de fluidos de la llama y requiere menos poder computacional para el modelado, "explica Anthony Bennett, coautor del artículo y actual Ph.D. estudiante en el equipo de Roberts. Los investigadores recolectaron hollín de la llama utilizando una fina malla de cobre recubierta de carbono sostenida por un brazo robótico de accionamiento neumático que se dispara rápidamente para recolectar una muestra de hollín con una mínima perturbación de la llama.

El equipo analizó sus muestras de hollín utilizando microscopía electrónica de transmisión y observó que la presión elevada aumentaba significativamente el tamaño de las partículas de hollín. El diámetro medio de partícula de 17,5 nanómetros a 3 atmósferas de presión se elevó a 47 nanómetros a 10 atmósferas.

"Esto muestra la importancia de la influencia de la presión sobre las emisiones de hollín, "Dice Bennet.

Ahora que han desarrollado una configuración experimental eficaz de alta presión y un procedimiento de muestreo de hollín, el equipo tiene planeados muchos más experimentos, Dice Amin. "Nos gustaría extender las investigaciones a una presión de 40 atmósferas, que es relevante para la presión de funcionamiento de las turbinas de gas, " él dice.

Al equipo también le gustaría investigar cómo la diferente química del combustible y los tiempos de residencia influyen en la producción de hollín a presión elevada. "Nuestras instalaciones experimentales actuales proporcionan el control para realizar tales investigaciones, "Dice Amin.