El hollín es uno de los peores contribuyentes del mundo al cambio climático. Su impacto es similar a las emisiones globales de metano y solo es superado por el dióxido de carbono en su potencial destructivo. Esto se debe a que las partículas de hollín absorben la radiación solar, que calienta la atmósfera circundante, lo que resulta en temperaturas globales más cálidas. El hollín también causa varios otros problemas ambientales y de salud, lo que incluye hacernos más susceptibles a los virus respiratorios.

El hollín solo persiste en la atmósfera durante unas pocas semanas, lo que sugiere que si estas emisiones pudieran detenerse, el aire podría limpiarse rápidamente. Esto se ha demostrado recientemente durante los cierres recientes, y algunas ciudades importantes informaron cielos despejados después de que cesaron las emisiones industriales.

Pero el hollín también forma parte de nuestro futuro. El hollín se puede convertir en el útil producto de negro de carbón a través de un tratamiento térmico para eliminar cualquier componente dañino. Los negros de humo son ingredientes críticos en las baterías, los neumáticos y la pintura. Si estos carbonos se hacen lo suficientemente pequeños, incluso se pueden hacer fluorescentes y se han utilizado para marcar moléculas biológicas, en catalizadores e incluso en células solares.

Dada la importancia del hollín y el tiempo que la humanidad lo ha estado produciendo, uno pensaría que se entendió completamente su formación. Sin embargo, éste no es el caso. En particular, se desconoce la transición crítica cuando las moléculas se agrupan para formar las primeras nanopartículas de hollín.

Si se entendieran por completo los orígenes del hollín, podríamos potencialmente eliminar su formación y, por lo tanto, reducir drásticamente su impacto ambiental y fabricar mejores materiales de carbono. Con esto en mente, investigadores de la Universidad de Cambridge y Cambridge CARES publicaron recientemente una revisión exhaustiva sobre el nacimiento del hollín, donde las moléculas se convierten en partículas.

En la revisión, titulada:"Inicio del hollín:formación de nanopartículas carbonáceas en llamas" publicada en Progress in Energy and Combustion Science, los autores, el Dr. Jacob Martin, el Dr. Maurin Salamanca y el director de CARES, el profesor Markus Kraft, comienzan señalando que;

"Sin embargo, solo en la última década, las técnicas experimentales y computacionales en la ciencia de la combustión han podido asomarse detrás de la puerta para revelar información sobre los primeros mecanismos de formación de partículas carbonosas en la llama".

La siguiente figura muestra algunos de estos nuevos conocimientos experimentales a lo largo del camino desde el combustible hasta el hollín. En este diagrama, la formación de nanopartículas (inicio del hollín) es el nacimiento de la partícula de hollín.

Se han sugerido dos vías principales para el inicio del hollín:la condensación física en la que las moléculas forman gotas o la polimerización química en la que las moléculas reaccionan para formar partículas. Pero cualquiera de las vías por sí sola no es óptima, ya que "la condensación física y eléctrica de las moléculas precursoras es rápida pero demasiado débil para mantener el hollín unido, mientras que la mayoría de los enlaces químicos son fuertes pero los mecanismos propuestos hasta la fecha son demasiado lentos para explicar el rápido crecimiento de hollín como se observa en los experimentos".

En cambio, los autores sugieren un "camino medio" que involucra mecanismos con aspectos tanto físicos como químicos. Se destacan opciones prometedoras que involucran radicales π y dirradicales, sin embargo, aún falta evidencia concluyente para un mecanismo específico, así como modelos predictivos.

En última instancia, los autores concluyen que "la emisión de nanopartículas carbonosas debe ser una prioridad industrial y de investigación para el futuro de los dispositivos de combustión y las aplicaciones de nuevos materiales".

"El origen del hollín:formación de nanopartículas carbonáceas en llamas" se publica en Progress in Energy and Combustion Science por investigadores del Centro de Cambridge para la Investigación y Educación Avanzadas en Singapur Ltd y la Universidad de Cambridge. + Explora más

Danza molecular que podría eliminar la contaminación por hollín