Avaliação de campos de força para estudo de propriedades termodinâmicas e de transporte em correntes típicas de processos de captura de CO2

O desenvolvimento de novos materiais e tecnologias para captura de CO2 em correntes de gás natural ou correntes de exaustão é de grande relevância ambiental e econômica. Técnicas de simulação molecular são de grande utilidade na prospecção de novos materiais e avaliação do seu desempenho nestas aplicações em condições operacionais variadas. Entretanto, para se obter estimativas precisas de propriedades termodinâmicas e de transporte via simulações de Dinâmica Molecular e de Monte Carlo, é fundamental empregar campos de força que descrevam com precisão as interações entre as espécies presentes, sendo que uma grande variedade de parametrizações destes estão disponíveis na literatura. Este trabalho visa avaliar o desempenho de campos de força na literatura propostos para CO2, CH4, N2 e hidrocarbonetos leves na predição do comportamento PvT de gases puros e misturas e de coeficientes de difusão em condições de temperatura, pressão e composição típicas dos processos de interesse, para posterior uso no estudo de novos materiais para captura e armazenamento de CO2. Foram selecionados campos de força em descrição all-atom (AA) e united-atom (UA), assim como para moléculas rígidas (comprimento e/ou ângulos de ligação fixos) ou completamente flexíveis, implementados no pacote LAMMPS. Dados experimentais da literatura são usados para comparação e validação das propriedades mensuradas, permitindo selecionar os campos de forças mais precisos e eficientes na faixa de condições desejadas. Também se avaliou o desempenho destes em relação à interação com uma zeólita típica para captura de CO2 (DD3R), para verificar se regras de mistura tradicionais permitem uma boa descrição de interações gás-sólido. Os resultados mostram que campos de força UA e rígidos apresentam uma capacidade preditiva similar aos flexíveis, com um menor custo computacional, quando analisados para uma única fase, mas podem apresentar diferenças quando interagindo com sólidos em espaços confinados.