El hollín ( / s ʊ t / suut ) es una masa de partículas de carbono impuras resultantes de la combustión incompleta de hidrocarburos . [1] Está más adecuadamente restringido al producto del proceso de combustión en fase gaseosa [ cita necesaria ] pero comúnmente se extiende para incluir las partículas residuales de combustible pirolizado como carbón , cenósferas , madera carbonizada y coque de petróleo que pueden quedar en el aire durante pirólisis y que se identifican más propiamente como coques o char .
El hollín causa varios tipos de cáncer y enfermedades pulmonares. [2]
El hollín como contaminante del aire en el medio ambiente tiene muchas fuentes diferentes, todas las cuales son resultados de alguna forma de pirólisis . Incluyen el hollín procedente de la quema de carbón , motores de combustión interna, [1] calderas de centrales eléctricas, calderas de combustible porcino, calderas de barcos, calderas centrales de vapor, incineración de residuos , quemas locales en campos, incendios domésticos, incendios forestales, chimeneas y hornos. Estas fuentes exteriores también contribuyen a las fuentes del ambiente interior, como el humo de materia vegetal, la cocina, las lámparas de aceite , las velas , las bombillas de cuarzo/halógenas con polvo sedimentado, las chimeneas , las emisiones de escape de los vehículos [3] y los hornos defectuosos. El hollín en concentraciones muy bajas es capaz de oscurecer las superficies o hacer que los aglomerados de partículas, como las procedentes de los sistemas de ventilación, tengan un aspecto negro . El hollín es la causa principal del "efecto fantasma", la decoloración de paredes y techos o de paredes y pisos donde se encuentran. Generalmente es responsable de la decoloración de las paredes sobre las unidades de calefacción eléctrica del zócalo .
La formación de hollín depende en gran medida de la composición del combustible. [4] El orden de clasificación de la tendencia a la formación de hollín de los componentes del combustible es: naftalenos bencenos alifáticos . Sin embargo, el orden de tendencia a la formación de hollín de los alifáticos ( alcanos , alquenos y alquinos ) varía drásticamente según el tipo de llama. Se cree que la diferencia entre las tendencias a la formación de hollín de los alifáticos y los aromáticos se debe principalmente a las diferentes rutas de formación. Los alifáticos parecen formar primero acetileno y poliacetilenos, lo cual es un proceso lento; Los aromáticos pueden formar hollín tanto por esta ruta como también por una ruta más directa que implica reacciones de condensación de anillo o polimerización que se basan en la estructura aromática existente. [5] [6] 
El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) adoptó la descripción de las partículas de hollín que figura en el glosario de Charlson y Heintzenberg (1995): "Partículas formadas durante la extinción de gases en el borde exterior de las llamas de vapores orgánicos, compuestas predominantemente de carbono, con menores cantidades de oxígeno e hidrógeno presentes como grupos carboxilo y fenólicos y exhibiendo una estructura grafítica imperfecta". [7]
La formación de hollín es un proceso complejo, una evolución de la materia en la que varias moléculas experimentan muchas reacciones químicas y físicas en unos pocos milisegundos. [1] El hollín es una forma de carbono amorfo similar al polvo . El hollín en fase gaseosa contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). [1] [8] Los HAP presentes en el hollín son mutágenos conocidos [9] y la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) los clasifica como " carcinógeno humano conocido" . [10] El hollín se forma durante la combustión incompleta a partir de moléculas precursoras como el acetileno. Consiste en nanopartículas aglomeradas con diámetros entre 6 y 30 nm . Las partículas de hollín pueden mezclarse con óxidos metálicos y minerales y recubrirse con ácido sulfúrico . [1] [11]
Muchos detalles de la química de la formación del hollín siguen sin respuesta y son controvertidos, pero ha habido algunos acuerdos: [1]
El hollín, en particular la contaminación por gases de escape de diésel , representa más de una cuarta parte de la contaminación peligrosa total en el aire. [3] [12]
Entre estos componentes de las emisiones de diésel , las partículas han sido una seria preocupación para la salud humana debido a su impacto directo y amplio en los órganos respiratorios. En épocas anteriores, los profesionales de la salud asociaban las PM 10 (diámetro < 10 μm ) con enfermedades pulmonares crónicas, cáncer de pulmón , influenza , asma y una mayor tasa de mortalidad . Sin embargo, estudios científicos recientes sugieren que estas correlaciones están más estrechamente relacionadas con las partículas finas (PM 2,5 ) y las partículas ultrafinas (PM 0,1 ). [1]
La exposición prolongada a la contaminación del aire urbano que contiene hollín aumenta el riesgo de enfermedad de las arterias coronarias . [13]
Los gases de escape diésel (DE) contribuyen en gran medida a la contaminación del aire por partículas derivadas de la combustión . [3] En estudios experimentales en humanos que utilizaron una configuración de cámara de exposición, la DE se ha relacionado con una disfunción vascular aguda y una mayor formación de trombos . [14] [15] Esto sirve como un vínculo mecanicista plausible entre la asociación previamente descrita entre la contaminación del aire por partículas y el aumento de la morbilidad y mortalidad cardiovascular.
El hollín también tiende a formarse en las chimeneas de las casas que poseen uno o más hogares . Si se acumula un depósito grande en uno, puede encenderse y crear un incendio en la chimenea . La limpieza regular por parte de un deshollinador debería eliminar el problema. [dieciséis]
El mecanismo del hollín es difícil de modelar matemáticamente debido a la gran cantidad de componentes primarios del combustible diesel , los complejos mecanismos de combustión y las interacciones heterogéneas durante la formación del hollín. [1] Los modelos de hollín se clasifican ampliamente en tres subgrupos: empíricos (ecuaciones que se ajustan para que coincidan con los perfiles de hollín experimentales), semiempíricos (ecuaciones matemáticas combinadas y algunos modelos empíricos que se utilizan para la densidad del número de partículas y el volumen y fracción de masa del hollín), y mecanismos teóricos detallados (cubre cinética química detallada y modelos físicos en todas las fases). [1]
Primero, los modelos empíricos utilizan correlaciones de datos experimentales para predecir tendencias en la producción de hollín. Los modelos empíricos son fáciles de implementar y proporcionan excelentes correlaciones para un conjunto determinado de condiciones operativas. Sin embargo, los modelos empíricos no pueden utilizarse para investigar los mecanismos subyacentes de la producción de hollín. Por lo tanto, estos modelos no son lo suficientemente flexibles para manejar cambios en las condiciones operativas. Sólo son útiles para probar experimentos diseñados previamente establecidos en condiciones específicas. [1]
En segundo lugar, los modelos semiempíricos resuelven ecuaciones de tasas que se calibran utilizando datos experimentales. Los modelos semiempíricos reducen los costos computacionales principalmente al simplificar la química en la formación y oxidación del hollín. Los modelos semiempíricos reducen el tamaño de los mecanismos químicos y utilizan moléculas más simples, como el acetileno, como precursores. [1] Los modelos teóricos detallados utilizan extensos mecanismos químicos que contienen cientos de reacciones químicas para predecir las concentraciones de hollín. Los modelos teóricos detallados de hollín contienen todos los componentes presentes en la formación del hollín con un alto nivel de procesos físicos y químicos detallados. [1]
Finalmente, los modelos integrales (modelos detallados) suelen ser costosos y lentos de calcular, ya que son mucho más complejos que los modelos empíricos o semiempíricos. Gracias al reciente avance tecnológico en computación, se ha vuelto más factible utilizar modelos teóricos detallados y obtener resultados más realistas; sin embargo, un mayor avance de los modelos teóricos integrales está limitado por la precisión del modelado de los mecanismos de formación. [1]
Además, los modelos fenomenológicos han encontrado un amplio uso recientemente. Los modelos fenomenológicos del hollín, que pueden clasificarse como modelos semiempíricos, correlacionan los fenómenos observados empíricamente de una manera que es consistente con la teoría fundamental, pero no se deriva directamente de la teoría. Estos modelos utilizan submodelos desarrollados para describir los diferentes procesos (o fenómenos) observados durante el proceso de combustión. Ejemplos de submodelos de modelos empíricos fenomenológicos incluyen el modelo de pulverización, el modelo de despegue, el modelo de liberación de calor, el modelo de retardo de ignición, etc. Estos submodelos pueden desarrollarse empíricamente a partir de la observación o utilizando relaciones físicas y químicas básicas. Los modelos fenomenológicos son precisos por su relativa simplicidad. Son útiles, especialmente cuando la precisión de los parámetros del modelo es baja. A diferencia de los modelos empíricos, los modelos fenomenológicos son lo suficientemente flexibles como para producir resultados razonables cuando cambian múltiples condiciones operativas. [1]
Históricamente, el hollín se utilizaba en la fabricación de pinturas artísticas y betún para zapatos , así como para ennegrecer el cuero de las botas en Rusia . Con la llegada de la imprenta se utilizó como tinta de imprenta hasta bien entrado el siglo XX. [17] En las aplicaciones técnicas modernas se le conoce como " negro de humo ".
