Simulaciones de Monte Carlo-Metrópolis del almacenamiento de hidrógeno en schwarzitas. Correlaciones entre el tamaño, la forma y la distribución de los poros y las capacidades de almacenamiento de hidrógeno de las schwarzitas

Abstract

Dado el actual problema del cambio climático, el desarrollo de energías más limpias es necesario. Uno de los candidatos como nueva fuente de energía es el hidrógeno, siendo el principal problema el almacenamiento de este. Este hecho hace que en la actualidad, se trate de encontrar el medio de almacenamiento ideal, sobre todo uno que presente buenas características para ser utilizado en vehículos de hidrógeno. En este contexto, la fisisorción de hidrógeno en materiales sólidos porosos es un método de almacenamiento. Los carbones nanoporosos constituyen un gran grupo de materiales sólidos porosos basados en carbono, que son modelizados por un conjunto de poros plano-paralelos de diferentes anchuras. Estructuras porosas, alternativas al modelo de poros plano-paralelos, son las schwarzitas. Dada la estructura y propiedades que tienen, las schwarzitas se presentan como un material prometedor para este cometido. En este Trabajo Fin de Grado (TFG), se analizan las capacidades de almacenamiento de hidrógeno de trece schwarzitas, obtenidas mediante simulaciones GCMC, y su relación con la densidad del adsorbente. Schwarzitas con similares densidades almacenan diferentes cantidades de hidrógeno. Por ello, en este TFG, se estudian otros factores relacionados con la estructura del material que influyan en las capacidades de almacenamiento de hidrógeno. Con este objetivo, se ha programado el algoritmo de Watershed, gracias al cual se ha logrado calcular la porosidad y el tamaño de los poros de las trece schwarzitas. Los resultados obtenidos revelan una importante influencia de la porosidad y tamaños de los poros, y son comparados con las capacidades de almacenamiento del modelo geométrico de poros plano-paralelos.

Given the current problem with climate change, the development of cleaner forms of energy is necessary. One of the candidates as a new energy source is hydrogen, the main problem being its storage. This means that currently, we are trying to find the ideal storage medium, especially one that has good characteristics to be used in hydrogen vehicles. In this context, the physisorption of hydrogen in porous materials is a storage method. Nanoporous carbons constitute a large group of carbon-based porous materials, which are modeled by a set of slit pores with different interlayer spacings. Porous structures, other than the slit pore model, are the schwarzites. Given the structure and properties that they have, the schwarzites are presented as a promising material for this task. In this Final Degree Paper (FDP), the hydrogen storage capacities of thirteen schwarzites, obtained through GCMC simulations, and their relationship with the density of the adsorbent, are analyzed. Schwarzites with similar densities store different amounts of hydrogen. For this reason, in this FDP, other factors related to the structure of the material that influence the hydrogen storage capacities are studied. With this objective, the Watershed algorithm has been programmed, thanks to which it has been possible to calculate the porosity and the size of the pores of the thirteen schwarzites. The results reveal an important influence of porosity and pore size, and are compared with the storage capacities of the model of slit pores.