Simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del almacenamiento de hidrógeno y metano en 1-DMF, un nuevo MOF

Abstract

Como consecuencia del aumento de la contaminación y la problemática del cambio climático, se han de proponer nuevas alternativas energéticas que minimicen las emisiones de gases de efecto invernadero. Este hecho es más apreciable en el sector de los transportes, de tal manera que los vehículos de hidrógeno son una alternativa a mediolargo plazo a los vehículos de gasoil o gasolina y los vehículos de gas natural como alternativa más inmediata. En este trabajo se estudia la capacidad de almacenamiento de hidrógeno y metano en estado gaseoso en el interior de los poros de un MOF (Metal-Organic Framework), más concretamente en el 1-DMF, que se presenta como un prometedor material para el almacenamiento tanto de hidrógeno como de metano, debido sus cualidades físicas y estructurales. Para estudiar estas capacidades se han llevado a cabo simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis en el conjunto gran canónico a una temperatura de 298.15 K y a unas presiones comprendidas entre 0.1 y 25 MPa. A través de estas simulaciones se han calculado las capacidades volumétricas y gravimétricas del material para la adsorción de ambos gases. Por último, se han comparado los resultados de las simulaciones del 1-DMF con los objetivos para el almacenamiento de hidrógeno y metano propuestos por el DOE (Departamento de Energía de los Estados Unidos), así como con otros MOFs. Esta comparación deja patente lo prometedor que es el MOF estudiado.

As a consequence of the increase in pollution and the problem of climate change, new energy alternatives that minimize greenhouse gas emissions must be proposed. This fact is more noticeable in the transport sector, so that hydrogen vehicles are a medium-long term alternative to diesel or gasoline vehicles and natural gas vehicles as a more immediate alternative. In this work we study the storage capacity of hydrogen and methane in gaseous state inside the pores of a MOF (Metal-Organic Framework), more specifically in the 1-DMF, which is presented as a promising material for the storage of both hydrogen and methane, due to its physical and structural qualities. To study these capacities, Monte Carlo- Metropolis simulations have been carried out on the Grand Canonical ensemble at a temperature of 298.15 K and at pressures ranging from 0.1 to 25 MPa. Through these simulations, the volumetric and gravimetric capacities of the material for the adsorption of both gases have been calculated. Finally, the results of the simulations of the 1-DMF have been compared with the targets for hydrogen and methane storage proposed by the DOE (U.S. Department of Energy), as well as with other MOFs. This comparison makes it clear how promising is the studied MOF.