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La fuliggine è uno dei peggiori contributori mondiali al cambiamento climatico. Il suo impatto è simile alle emissioni globali di metano ed è secondo solo all'anidride carbonica nel suo potenziale distruttivo. Questo perché le particelle di fuliggine assorbono la radiazione solare, che riscalda l'atmosfera circostante, provocando temperature globali più calde. La fuliggine causa anche molti altri problemi ambientali e di salute, incluso il renderci più suscettibili ai virus respiratori.
La fuliggine persiste nell'atmosfera solo per poche settimane, suggerendo che se queste emissioni potessero essere fermate, l'aria potrebbe schiarirsi rapidamente. Ciò è stato recentemente dimostrato durante i recenti blocchi, con alcune grandi città che hanno segnalato cieli sereni dopo l'interruzione delle emissioni industriali.
Ma anche la fuliggine fa parte del nostro futuro. La fuliggine può essere convertita nell'utile prodotto nerofumo attraverso il trattamento termico per rimuovere eventuali componenti dannosi. I neri di carbonio sono ingredienti critici in batterie, pneumatici e vernici. Se questi carboni sono resi abbastanza piccoli, possono anche essere resi fluorescenti e sono stati utilizzati per contrassegnare molecole biologiche, nei catalizzatori e persino nelle celle solari.
Data l'importanza della fuliggine e da quanto tempo l'umanità la produce, penseresti che la sua formazione sia stata completamente compresa. Tuttavia, questo non è il caso. In particolare, non è nota la transizione critica quando le molecole si raggruppano per formare le primissime nanoparticelle di fuliggine.
Se si dovessero comprendere appieno le origini della fuliggine, potremmo potenzialmente eliminarne la formazione e quindi ridurne drasticamente l'impatto ambientale oltre a produrre migliori materiali di carbonio. Con questo in mente, i ricercatori dell'Università di Cambridge e Cambridge CARES hanno recentemente pubblicato una rassegna completa sulla nascita della fuliggine, dove le molecole diventano particelle.
Nella recensione, intitolata:"Soot inception:Carbonaceous nanoparticle formation in flames" pubblicata su Progress in Energy and Combustion Science, gli autori Dr. Jacob Martin, Dr. Maurin Salamanca e Direttore di CARES, il Professor Markus Kraft, iniziano osservando che;
"È stato solo nell'ultimo decennio, tuttavia, che le tecniche sperimentali e computazionali nella scienza della combustione sono state in grado di sbirciare dietro la porta per rivelare intuizioni sui primi meccanismi di formazione delle particelle carboniose nella fiamma".
La figura seguente mostra alcune di queste nuove intuizioni sperimentali lungo il percorso dal carburante alla fuliggine. In questo diagramma è la formazione di nanoparticelle (inizio di fuliggine) che è la nascita della particella di fuliggine.
L'abstract grafico da "Fuliggine:formazione di nanoparticelle carboniose nelle fiamme" Credito:Jacob Martin
Sono stati suggeriti due percorsi principali per l'inizio della fuliggine:la condensazione fisica in cui le molecole formano goccioline o la polimerizzazione chimica in cui le molecole reagiscono per formare particelle. Ma entrambi i percorsi di per sé non sono ottimali, poiché "la condensazione fisica ed elettrica delle molecole precursori è rapida ma troppo debole per tenere insieme la fuliggine, mentre la maggior parte dei legami chimici sono forti ma i meccanismi proposti fino ad oggi sono troppo lenti per tenere conto della rapida crescita di fuliggine come osservato negli esperimenti."
Schema di varie nanoparticelle di fuliggine disposte in funzione del loro rapporto C/H e del peso molecolare. Credito:Jacob Martin
Invece, gli autori suggeriscono una "via di mezzo" che coinvolge meccanismi con aspetti sia fisici che chimici. Vengono evidenziate opzioni promettenti che coinvolgono radicali π e diradicali, tuttavia mancano ancora prove conclusive per un meccanismo specifico e modelli predittivi.
In definitiva, gli autori concludono che "l'emissione di nanoparticelle carboniose deve essere una priorità industriale e di ricerca per il futuro dei dispositivi di combustione e delle nuove applicazioni dei materiali".
"Inception di fuliggine:formazione di nanoparticelle carboniose nelle fiamme" è pubblicato in Progress in Energy and Combustion Science da ricercatori del Cambridge Center for Advanced Research and Education di Singapore Ltd e dell'Università di Cambridge. + Esplora ulteriormente
