Simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del almacenamiento de hidrógeno en Torusenos

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado consistió en realizar y analizar simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del almacenamiento de hidrógeno en torusenos, una forma de nanoporo de carbono. Los primeros capítulos de esta memoria están dedicados a describir brevemente las principales propiedades del hidrógeno y su impacto en la sociedad mediante la llamada economía del hidrógeno, incluyendo un breve repaso de la actualidad y casos reales, como por ejemplo, el coche de hidrógeno. Los siguientes capítulos (capítulos 4-7) están centrados en los materiales sólidos porosos que se usan para almacenar el hidrógeno y en cómo lo adsorben y almacenan. La geometría de los poros de los materiales sólidos porosos juega un papel importante y, por lo tanto, hemos estudiado las geometrías más habituales de los poros y las hemos comparado con una nueva geometría de poro, el toruseno, que no se había estudiado para almacenamiento de hidrógeno. Hemos detallado por qué hemos estudiado esta nueva geometría. El capítulo 8 está dedicado a explicar el método de Monte Carlo-Metrópolis. Hemos explicado en el capítulo 9 la aplicación de este método a la colectividad macrocanónica y las ecuaciones de estado de Shaw y SRK. En el capítulo 10 hemos presentado y analizado los resultados obtenidos en las simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del colectivo macrocanónico del almacenamiento de hidrógeno en los torusenos y en otras formas de poros de carbono. Hemos realizado las simulaciones en ordenadores con el sistema operativo Linux. Hemos analizado y comparado las capacidades de almacenamiento de hidrógeno de las geometrías más estudiadas de los poros con las de los torusenos, en función de la presión, la temperatura y el diámetro o la anchura de los poros. También hemos comparado las capacidades obtenidas mediante las ecuaciones de Shaw y SRK. Finalmente, en el capítulo 11, hemos explicado las conclusiones a las que hemos llegado durante el desarrollo de este Trabajo de Fin de Grado.

This Final Degree Project consisted in carrying out and analyzing simulations of Monte Carlo-Metropolis of the hydrogen storage in torusenes, a type of carbon nanopore. The first chapters of this report are devoted to briefly describe the main properties of hydrogen and its impact in the society through the so-called hydrogen economy, including a brief review of current events and real cases, for example, the hydrogen car. The next chapters (chapters 4-7) are focused on the solid porous materials that are used to store hydrogen and how these materials adsorb and store it. The geometry or shape of the pores of the solid porous materials play an important role and hence, we have studied the most common pore geometries and we have compared them with a new pore geometry, the torusene, which had not been studied for hydrogen storage. We have detailed why we have studied this new pore geometry. The chapter 8 is devoted to explain the Monte Carlo-Metropolis method. We have explained in chapter 9 the application of this method to the macrocanonical ensemble and the equations of state of Shaw and SRK. In chapter 10 we have presented and analyzed the results obtained in the Monte Carlo-Metropolis simulations of the macrocanonical ensemble of the hydrogen storage in torusenes and in other carbon pore geometries. We have carried out the simulations on Linux computers. We have analyzed and compared the hydrogen storage capacities of the most common pore geometries with the capacities of the torusenes, as a function of the pressure, the temperature and the diameter or width of the pores. We have also compared the capacities obtained using the equations of Shaw and SRK. Finally, in chapter 11, we have explained the conclusions that we have reached during the development of this Final Degree Project.