Simulação de redes porosas metal-orgânicas usadas no armazenamento de gás natural

Abstract

O gás natural é principalmente armazenado em cilindros por sua compressão em altas pressões (205 atm). Esta pressão pode ser significativamente diminuída pelo armazenamento deste gás num material sólido poroso devido à interação entre os átomos do material e do gás (fenômeno da adsorção), o que diminui os custos e riscos do processo. Um exemplo de uma classe de materiais que podem ser usados para esse fim são as rede metal-orgânica isorreticular (IRMOF), cuja forma cristalina altamente porosa de rede cúbica é constituída por vértices metálicos conectados por espaçadores orgânicos aromáticos. Realizamos cálculos ab initio/semi-empíricos e de simulações de Dinâmica Molecular do material IRMOF para compreender detalhes da sua interação com componentes do gás natural, com ênfase no efeito da concentração do gás na sua difusão no material, na determinação dos sítios de ligação do material com o gás e na influência do tamanho e ramificação dos hidrocarbonetos. Percebemos a ocorrência de transição de fase gás-líquido do metano dentro da IRMOF em altas concentrações. Realizamos, então, simulações computacionais de Monte Carlo grã-canônico para obter isotermas de adsorção do material IRMOF com o metano. Com isso, sugerimos um novo material tipo IRMOF com potencial de maior eficiência no armazenamento de gás natural que os até então sintetizados e propostos na literatura. Este trabalho exemplifica como a química computacional pode atuar economizando tempo e esforço de procedimentos experimentais no desenvolvimento da tecnologia de gás natural