Natural gas, whose main constituent is methane, is in the spotlight as an alternative source of low pollution compared to gasoline. Adsorbed Natural Gas (ANG) uses nanoporous materials as adsorbents to store large amount of methane. Its operating conditions are low pressure and room temperature compared to conventional Compressed Natural Gas (CNG) and Liquefied Natural Gas (LNG) respectively. While development of porous materials for utilize in ANG continues, no structures has been identified that shows capability to reach the target (315 cm$^3$/cm$^3$) set by the U.S. Department of Energy (DOE). In this work, we propose directions to sorting and designing porous materials with high deliverable capacity by using metal organic frameworks (MOFs) as adsorbents using computational methods. 1) Deriving new force field parameters for M-MOF-74 series to predict hypothetical structures have higher performance, 2) screening to computation-ready, experimental (CoRE) MOF database contains voer 10 000 porous structures considering its flexibility and external thermal stimuli , we sorted out candidates show good capability and designed hypothetical structures using their features to improve deliverable capacity.
메탄이 주 성분인 천연 가스는 가솔린과 비교하여 공해가 적은 대체자원으로 각광받고 있다. 천연가스 흡착 (Adsorbed Natural Gas, ANG) 기술은 다공성물질을 흡착제로 하여 많은 양의 메탄을 저장할 수 있는 기술로써 기존에 사용되는 압축 천연가스나 (Compressed Natural Gas, CNG) 액화 천연가스에 (Liquefied Natural Gas, LNG) 비해 운용 조건이 저압, 상온이기 때문에 주목받고 있다. 해당 기술에 사용되기 위한 다공성 물질의 개발이 계속되고 있지만 미국 에너지부에서 (Department of Energy, DOE) 설정한 목표치에 (315 cm$^3$/cm$^3$) 도달하는 성능을 갖는 구조는 밝혀지지 않았다. 이에 따라 본 연구에서는 금속 유기 복합체를 (Metal Organic Frameworks, MOFs) 흡착제로 하여 더 높은 성능을 갖는 구조를 계산 기법을 활용하여 선별하고 디자인 하는 방향을 제시하고자 한다. 1) M-MOF-74 구조군의 포스필드를 개발하여 더 좋은 성능의 가상구조를 예측하고, 2) 10 000개의 구조가 넘는 대량의 데이터베이스에서 구조의 유연성과 외부 온도의 영향을 고려했을 때, 높은 성능을 보인 구조를 선별하고 특징을 추려내어 성능을 증진시킨 가상의 구조를 설계하였다.
