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Type: TCC
Title: Armazenamento de hidrogênio em zeólitas por adsorção: uma abordagem computacional baseada em simulação molecular e aprendizado de máquina
Authors: Aquino, Maria Salveline Pinheiro
Advisor: Gonçalves, Daniel Vasconcelos
Keywords in Brazilian Portuguese : Hidrogênio;Zeólitas;Adsorção;Simulação molecular;Aprendizado de máquina
Keywords in English : Hydrogen;Zeolites;Adsorption;Molecular simulation;Machine learning
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Issue Date: 2025
Citation: AQUINO, Maria Salveline Pinheiro. Armazenamento de hidrogênio em zeólitas por adsorção: uma abordagem computacional baseada em simulação molecular e aprendizado de máquina. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Abstract in Brazilian Portuguese: O armazenamento eficiente de hidrogênio é um dos principais desafios na transição para uma matriz energética mais sustentável. Neste trabalho, investigou-se a adsorção de hidrogênio em zeólitas como alternativa para sua estocagem, empregando simulação molecular e aprendizado de máquina. Foram realizadas simulações de Monte Carlo no ensemble grande canônico para obter isotermas de adsorção a 298 K, seguidas pelo desenvolvimento de modelos preditivos de aprendizado supervisionado para correlacionar propriedades estruturais das zeólitas à sua capacidade adsortiva. Os resultados indicam que tanto zeólitas de poros pequenos quanto grandes podem apresentar bom desempenho, dependendo de fatores como densidade estrutural e acessibilidade dos poros. O modelo XGBoost demonstrou alta acurácia (R2 = 0,993), sendo utilizado para prever a adsorção em uma ampla gama de estruturas. As predições revelaram que cerca de 50% das zeólitas analisadas adsorvem entre 3 e 4 mol/kg a 35.000 kPa, com destaque para a zeólita IRR, que atingiu 7,04 mol/kg. A análise de similaridade mostrou que a densidade estrutural é um fator crítico para otimizar a adsorção. Os achados reforçam o potencial das zeólitas como materiais promissores para o armazenamento de hidrogênio e destacam o uso de modelagem computacional como ferramenta eficaz para acelerar a seleção de materiais viáveis para aplicações energéticas.
Abstract: Efficient hydrogen storage is one of the main challenges in transitioning to a more sustainable energy matrix. This study investigates hydrogen adsorption in zeolites as an alternative storage method, employing molecular simulation and machine learning. Grand Canonical Monte Carlo simulations were performed to obtain adsorption isotherms at 298 K, followed by the development of supervised learning models to correlate zeolite structural properties with their adsorption capacity. The results indicate that both small- and large-pore zeolites can exhibit good performance, depending on factors such as structural density and pore accessibility. The XGBoost model demonstrated high accuracy (R2 = 0.993) and was used to predict hydrogen adsorption across a wide range of structures. Predictions revealed that approximately 50% of the analyzed zeolites adsorb between 3 and 4 mol/kg at 35,000 kPa, with the IRR zeolite standing out, reaching 7.04 mol/kg. Similarity analysis showed that structural density is a key factor in optimizing adsorption. The findings reinforce the potential of zeolites as promising materials for hydrogen storage and highlight the effectiveness of computational modeling as a tool to accelerate the selection of viable materials for energy applications.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81835
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0415335456368915
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4286-8169
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7642194279500589
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:ENGENHARIA QUÍMICA - Monografias

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