Hollin

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Hollin acumulado sobre una superficie

Se llama hollin a las particulas solidas de tamano muy pequeno (de 25 a 700 nanometros ) en su mayoria compuestas de carbono negro impuro, pulverizado, y generalmente de colores oscuros mas bien negruzcos resultantes de la combustion incompleta o pirolisis de un material organico (que contiene carbono ) como madera , carbon , fueloil , residuos de aceite, papel, plasticos y desperdicios domesticos. En general tiene un contenido de carbono de hasta el 60 %, un alto contenido de material inorganico y una fraccion organica. [ 1 ] ​ [ 2 ] ​

Su aspecto es similar a la ceniza pero con un tono mas negro.

El hollin causa cancer y enfermedades pulmonares. [ 3 ] ​

Es la segunda causa mas importante del calentamiento global . [ 4 ] ​ [ 5 ] ​

Fuentes [ editar ]

El hollin es un contaminante aereo que tiene muchas fuentes diferentes, todas ellas son resultado de alguna forma de pirolisis. Entre las fuentes estan la quema de carbon, los motores de combustion interna, [ 2 ] ​ centrales termicas, calderas de barcos, calderas de vapor, incineradoras de basura, quema de rastrojos, fuegos domesticos, incendios forestales y hornos.

Entre las fuentes ubicadas bajo techo estan el cocinado de alimentos, el fumar tabaco, la combustion de aceite de lamparas, la hoguera de la chimenea, [ 6 ] ​ y los hornos defectuosos.

El hollin en muy bajas concentraciones es capaz de oscurecer las superficies o crear aglomerarados de particulas como los producidos en los sistemas de ventilacion. El hollin es la primera causa de la decoloracion de paredes, techos y suelos.

La formacion de hollin depende fuertemente de la composicion del combustible. [ 7 ] ​ [ 8 ] ​

Descripcion [ editar ]

La formacion de hollin es un proceso complejo, una evolucion de la materia en la que un numero de moleculas atraviesan muchas reacciones fisicas y quimicas en cuestion de milisegundos. [ 2 ] ​ El hollin es carbono amorfo en forma parecida al polvo. El hollin en fase gaseosa contiene hidrocarburos aromaticos policiclicos (HAP). [ 2 ] ​ [ 9 ] ​ Los HAP en el hollin son mutagenos conocidos [ 10 ] ​ y estan clasificados como un carcinogeno para los humanos por el International Agency for Research on Cancer (IARC). [ 11 ] ​

El hollin se forma durante la combustion incompleta de moleculas precursoras como el acetileno. Consiste en nanoparticulas aglomeradas con diametros entre 6 y 30  nm .

Las particulas de hollin pueden mezclarse con oxidos metalicos y con minerales y pueden recubrirse con acido sulfurico . [ 2 ] ​ [ 12 ] ​

En los ultimos estudios se recomienda usar el termino hollin refractario ( refractory black carbon , rBC). [ 5 ] ​

Mecanismo de formacion del hollin [ editar ]

Muchos detalles de la quimica de la formacion del hollin permanecen sin respuesta, pero hay algunos acuerdos: [ 2 ] ​

  • El hollin comienza con algun precursor quimico o sobre alguna superficie como la pared de una chimenea.
  • Se produce una nucleacion de moleculas pesadas para formar particulas.
  • El crecimiento de la superficie de la particula se produce al absorber moleculas en fase gaseosa.
  • La coagulacion se produce por colisiones particula-particula reactivas
  • La oxidacion de las moleculas y las particulas de hollin reduce la formacion de hollin.

Riesgos [ editar ]

El hollin es responsable de mas de la cuarta parte de la polucion del aire. [ 6 ] ​ [ 13 ] ​

Entre los componentes de la polucion la materia particulada (PM) es una preocupacion seria para la salud humana debido a su impacto directo en los pulmones. En el pasado los medicos asociaron la materia particulada PM10 (diametro < 10  μm ) con la enfermedad pulmonar oclusiva cronica (EPOC), el cancer de pulmon, el asma, la gripe y una tasa de mortalidad mayor. En estudios recientes se muestran mayores correlaciones con la materia particulada fina (PM2.5) y ultrafina (PM0.1). [ 2 ] ​

La exposicion prolongada al aire urbano que contiene hollin aumenta el riesgo de enfermedades coronarias. [ 14 ] ​

El hollin produce en los deshollinadores cancer de piel y de pulmon como enfermedades profesionales. Tambien esta asociado al cancer de vejiga. [ 1 ] ​

Modelo de hollin [ editar ]

Es dificil crear un modelo matematico del mecanismo del hollin debido al gran numero de componentes primarios del diesel, el mecanismo complejo de la combustion y las interacciones heterogeneas durante la formacion del hollin. [ 2 ] ​ Los modelos de hollin entran en tres grupos:

  • Empiricos: Ecuaciones que se ajustan para perfiles experimentales de hollin.
  • Semiempiricos: Combinan ecuaciones matematicas y algunos modelos empiricos usados para densidad de particulas, volumen de hollin y fraccion de masa.
  • Mecanismos teoricos detallados: Cubren modelos fisicos y de cinetica quimica en todas las fases. [ 2 ] ​

Los modelos empiricos usan correlaciones de datos experimentales para predecir tendencias en la produccion de hollin. Son faciles de implementar y proporcionan correlaciones excelentes para un conjunto de condiciones operativas. Sin embargo, no se pueden usar para investigar los mecanismos subyacentes en la produccion de hollin. Estos modelos no son lo suficientemente flexibles para manejar cambios en las condiciones operativas. Solo son utiles para probar experimentos disenados previamente bajo condiciones especificas. [ 2 ] ​

Los modelos semiempiricos resuelven ecuaciones que estan calibradas usando datos experimentales. Reducen los costes comuputacionales al simplificar la quimica de la formacion de hollin y la oxidacion. Reducen el tamano del mecanismo quimico y usan moleculas mas simples, como el acetileno como precursor. [ 2 ] ​

Los modelos teoricos detallados usan mecanismos quimicos que contienen cientos de reacciones quimicas para producir concentraciones de hollin. Estos modelos contienen todos los componentes presentes en la formacion de hollin con un alto nivel de detalle de procesos quimicos y fisicos. [ 2 ] ​ Normalmente son mas costosos para programar, operar y proporcionar soluciones debido al tiempo computacional requerido.

Calentamiento global [ editar ]

El hollin tiene un importante papel en el sistema climatico de la Tierra ya que influye en la absorcion solar directa, en la formacion de nubes liquidas, de fase mixta y de hielo, y en la deposicion de hielo y nieve. En 2013 se estimaba que el dioxido de carbono era la primera causa del calentamiento global y el hollin era la segunda. La mayor parte del hollin atmosferico es debida a actividades humanas. [ 5 ] ​

Los motores diesel contribuyen al 70% de las emisiones de hollin en Europa, Norteamerica y Suramerica. A nivel global los motores diesel contribuyeron al 20% de las emisiones totales de hollin en 2000 excluyendo los motores de barcos. [ 5 ] ​

El hollin tiene las siguientes caracteristicas:

  • Absorbe fuertemente la luz visible con una seccion de absorcion de masa de al menos 5 m 2 g ?1 a una longitud de onda de 550 nm.
  • Es refractario (mantiene su forma basica a altas temperaturas) con una temperatura de vapor cercana a 4000 K.
  • Es insoluble en agua, solventes organicos incluidos el metanol y la acetona y otros componentes del aerosol atmosferico.
  • Existe como agregado de pequenas esferas de carbono. [ 5 ] ​

Motores diesel [ editar ]

Hollin del escape de un camion diesel

El humo diesel es uno de los grandes contribuyentes de la materia particulada en la polucion del aire. [ 6 ] ​ En estudios experimentales con humanos dentro de camaras de exposicion a aire contaminado el humo diesel se ha asociado a disfunciones vasculares y formacion de trombos en periodos de exposicion de tan solo 6 horas. [ 15 ] ​ [ 16 ] ​ Estos estudios muestran un mecanismo que asocia la polucion de materia particulada con un aumento de morbilidad y mortalidad cardiovascular.

La norma de emisiones Euro 6 permite emitir a los vehiculos diesel hasta 600 000 millores de particulas de hollin por km.

La norma Euro 6 permite a los motores diesel emitir monoxido de carbono (CO) hasta 500 mg/km.

La norma Euro 6 permite a los motores diesel emitir NO + NO 2 hasta 80 mg/km. [ 17 ] ​

Motores de gasolina [ editar ]

Estudios recientes sobre motores de gasolina de inyeccion directa GDI mostraron que emitian entre 10 y 100 veces mas particulas finas de hollin [ 18 ] ​ que los motores diesel catalizados. Bajo el microscopio se comprobo que las particulas primarias median entre 10 y 20 nanometros y luego se aglomeraban hasta medir entre 80 y 100 nanometros cuando salian del escape. Una vez respiradas estas particulas permanecen en el cuerpo para siempre. Pueden atravesar la membrana de los alveolos pulmonares e introducirse en el flujo sanguineo ya que los pulmones solo pueden retirar particulas superiores a 200 nanometros. Entonces las particulas pueden llegar a cualquier parte del cuerpo y producir danos y tumores. [ 17 ] ​

Se observo que toxinas solidas o liquidas resultantes del proceso de combustion, como los HAP, se acumulan en la superficie de las particulas de modo que estas actuan de ≪caballo de Troya≫ para transportarlas hasta el flujo sanguineo. En un estudio se midio una concentracion de benzopireno que alcanzo 1700 veces el nivel autorizado por la UE (1 ng/m³). Es decir, un metro cubico de humo de escape transformo 1700 metros cubicos de aire limpio en una mezcla carcinogena segun el nivel autorizado por la UE. [ 17 ] ​

La norma de emisiones Euro 6 permite a los vehiculos de gasolina de inyeccion directa emitir hasta 6 billones de particulas de hollin por km.

La norma Euro 6 permite a los motores de gasolina emitir monoxido de carbono (CO) hasta 1000 mg/km.

La norma Euro 6 permite a los motores de gasolina emitir NO + NO 2 hasta 60 mg/km. [ 17 ] ​

Vease tambien [ editar ]

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b IARC, ed. (2010). ≪Soot, as found in occupational exposure of chimmey sweeps≫ (en ingles) . Consultado el 27 de agosto de 2017 .  
  2. ↑ a b c d e f g h i j k l Omidvarborna. ≪Recent studies on soot modeling for diesel combustion≫ . Renewable and Sustainable Energy Reviews 48 : 635-647. doi : 10.1016/j.rser.2015.04.019 .  
  3. ↑ Bond, T. C.; Doherty, S. J.; Fahey, D. W.; Forster, P. M.; Berntsen, T.; Deangelo, B. J.; Flanner, M. G.; Ghan, S.; Karcher, B.; Koch, D.; Kinne, S.; Kondo, Y.; Quinn, P. K.; Sarofim, M. C.; Schultz, M. G.; Schulz, M.; Venkataraman, C.; Zhang, H.; Zhang, S.; Bellouin, N.; Guttikunda, S. K.; Hopke, P. K.; Jacobson, M. Z.; Kaiser, J. W.; Klimont, Z.; Lohmann, U.; Schwarz, J. P.; Shindell, D.; Storelvmo, T.; Warren, S. G. (2013). ≪Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment≫. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 118 (11): 5380. doi : 10.1002/jgrd.50171 .  
  4. ↑ Juliet Eilperin (26 de enero de 2013). The Washington Post, ed. ≪Black carbon ranks as second-biggest human cause of global warming≫ . Consultado el 4 de febrero de 2013 .  
  5. ↑ a b c d e Bond, T.C. (6 de junio de 2013). Journal of Geophysical Research, ed. ≪ Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment ≫ (en ingles) . Consultado el 27 de agosto de 2017 .  
  6. ↑ a b c Omidvarborna. ≪Characterization of particulate matter emitted from transit buses fueled with B20 in idle modes≫ . Journal of Environmental Chemical Engineering 2 (4): 2335-2342. doi : 10.1016/j.jece.2014.09.020 .  
  7. ↑ Seinfeld, John H. ; Pandis, Spyros N. Atmospheric Chemistry and Physics - From Air Pollution to Climate Change (2nd Edition).. John Wiley & Sons.
  8. ↑ *Graham, S. C, Homer, J. B., and Rosenfeld, J. L. J. (1975) " The formation and coagulation of soot aerosols generated in pyrolysis of aromatic hydrocarbons ", Proc. Roy. Soc. Lond. A344, 259-285.
    • Flagan, R. C., and Seinfeld, J. H. (1988) Fundamentals of Air Pollution Engineering, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ.
  9. ↑ Rundel, Ruthann, "Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Phthalates, and Phenols", in Indoor Air Quality Handbook, John Spengleer, Jonathan M. Samet, John F. McCarthy (eds), pp. 34.1-34.2, 2001
  10. ↑ Rundel, Ruthann, "Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Phthalates, and Phenols", in Indoor Air Quality Handbook, John Spengleer, Jonathan M. Samet, John F. McCarthy (eds), pp. 34.18-34.21, 2001
  11. ↑ Inchem.org, ed. (20 de abril de 1998). ≪Soots (IARC Summary & Evaluation, Volume 35, 1985)≫ . Consultado el 4 de febrero de 2013 .  
  12. ↑ Niessner, R. (2014), The Many Faces of Soot: Characterization of Soot Nanoparticles Produced by Engines . Angew. Chem. Int. Ed., 53: 12366?12379. doi   10.1002/anie.201402812
  13. ↑ Nctcog.org (ed.). ≪Health Concerns Associated with Excessive Idling≫ . Archivado desde el original el 16 de enero de 2014 . Consultado el 4 de febrero de 2013 .  
  14. ↑ "Long-Term Exposure to Air Pollution and Incidence of Cardiovascular Events in Women" Kristin A. Miller, David S. Siscovick, Lianne Sheppard, Kristen Shepherd, Jeffrey H. Sullivan, Garnet L. Anderson, y Joel D. Kaufman, en New England Journal of Medicine de 1 de febrero de 2007
  15. ↑ Lucking, Andrew J. (24 de octubre de 2008). ≪Diesel exhaust inhalation increases thrombus formation in man≫ . En Oxford Academic, ed. European Heart Journal (en ingles) . Consultado el 27 de agosto de 2017 .  
  16. ↑ Tornqvist, H. (15 de agosto de 2007). ≪Persistent endothelial dysfunction in humans after diesel exhaust inhalation.≫ . American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine (en ingles) . Consultado el 27 de agosto de 2017 .  
  17. ↑ a b c d Klose, Rainer (23 de mayo de 2017). ≪ Soot particles from GDI engines ≫ . En Empa, ed. Advanced Analytical Technologies (en ingles) . Consultado el 1 de septiembre de 2017 .  
  18. ↑ Iberisa S.L. ≪¿Que es la carbonilla?≫ . Consultado el 4 de diciembre de 2019 . ≪particulas finas de hollin≫.  

Enlaces externos [ editar ]

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