Investigación chilena avanza en la comprensión del hollín y sus aplicaciones en energías limpias

Un completo análisis de los métodos más recientes para predecir la formación, el crecimiento y la morfología detallada de partículas de hollín en llamas laminares es el contenido central del artículo desarrollado por académicos y exalumnos de la Universidad Técnica Federico Santa María (USM). La investigación fue publicada recientemente en Progress in Energy and Combustion Science, una de las principales revistas científicas del mundo en energía y combustión.

El artículo «Progress in multi-scale modeling of soot particle aggregation in laminar sooting flames» busca comprender, a través de una revisión sistemática de la literatura junto a casos de estudio en condiciones específicas, cómo las partículas de hollín se forman y evolucionan en procesos de combustión, contribuyendo al estudio de su impacto ambiental y en la salud humana.

Fengshan Liu, Jérôme Yon y Georgios A. Kelesidis son los autores de esta publicación, junto a José Morán, exalumno de Ingeniería Civil Industrial y del Magíster en Ciencias de la Ingeniería Industrial (USM), Felipe Escudero, quien realizó su tesis de magíster con co-guía en el Departamento de Industrias (USM) y actualmente es académico del mismo departamento, y Andrés Fuentes, vicerrector académico y profesor titular del Departamento de Industrias de la USM, consolidando una colaboración entre Canadá, Francia, Países Bajos y Chile. La versión final se publicó en septiembre de 2025.

«Este trabajo es la consolidación de más de 15 años de desarrollo iniciado en la UTFSM y fortalecido con redes de clase mundial. Demuestra que desde Chile y desde la USM se puede generar conocimiento de primer nivel para el mundo», señaló Fuentes.

¿Qué aporta esta revisión?

Esta investigación sintetiza el estado del arte multi-escala del modelado de agregación de partículas de hollín en llamas laminares: desde enfoques macroscópicos basados en ecuaciones de balance poblacional (p. ej., métodos seccionales y de momentos) hasta modelos de mesoescala como Discrete Element Method, códigos Monte Carlo y herramientas estocásticas, discutiendo su acoplamiento con el crecimiento superficial y su impacto en tamaño, morfología y propiedades de las nanopartículas. Al centrarse en llamas laminares, el artículo aísla fenómenos esenciales sin la complejidad de la turbulencia, entregando guías claras para simulación y validación.

Además, este entendimiento y las metodologías presentadas son directamente aplicables a la síntesis en llama de nanopartículas (flame aerosol synthesis), por ejemplo, de titanio (Ti/TiO2) y cobre (Cu/CuO), donde el control de tamaño y morfología es clave para su desempeño. Estas tecnologías habilitan aplicaciones con amplio rango de uso como: captura y conversión de CO2, hidrólisis del agua, fotovoltaica, combustibles sintéticos y semiconductores, alineadas con estrategias país como hidrógeno y cobre verdes.