Soluții de Nobel: un „Lego molecular” magic și infinit, care ar putea salva planeta

Un material premiat cu Nobel ar putea elimina poluanți, ar putea neutraliza substanțe toxice și poate să extrage apă din aerul deșertic. Peste 50 de companii, printre care Meta și IBM, sunt interesate de această invenție. 

O nouă formă de arhitectură moleculară și imactul său asupra lumii

O descoperire fabuloasă, greu de imaginat sau de povestit, a fost premiată, anul acesta cu Nobel: MOF-urile. Sunt materiale minuscule, dar extrem de poroase, ca niște bureți invizibili. Sunt făcute din atomi și molecule organice care se leagă între ele ca niște piese de Lego, modificându-și permanent structura sau forma. În loc să fie compacte, ele au o mulțime de goluri microscopice în interior. Așa că, într-un singur gram de MOF încape o suprafață internă cât un teren de fotbal. De aceea, acționează ca un fel de bureți care pot „prinde” în interiorul lor molecule de poluanți, apă sau gaze, ca într-o capcană microscopică.

Sunt comparate cu geanta fără fund a lui Hermione Granger, pentru că par mici, dar ascund un spațiu imens înăuntru. Practic, fiecare MOF e ca un oraș miniatural plin de tuneluri și camere, care pot fi folosite pentru a curăța aerul, apa sau pentru a stoca energie. Par mici, dar înăuntru au o lume întreagă, cu mii de cotloane invizibile.

Logistica sub presiunea conflictelor geopolitice. România poate devin hub regional

19:12

Șomajul începe să crească în România. Aproape o treime dintre tineri nu au loc de muncă

18:08

O idee genială, găsită din întâmplare

Ideea i-a venit lui Richard Robson, chimist britanic de la Universitatea din Melbourne, care construia cândva, în scop didactic, modele mari de cristale din lemn. Pur și simplu le folosea pentru a le explica studenților cum se leagă atomii de carbon între ei, în structuri tridimensionale. Diamantul, de exemplu, este o rețea repetitivă, în care fiecare atom de carbon se leagă de alți patru, într-un model tetraedric. Robson s-a întrebat, în anii 1970, dacă metalele și moleculele organice ar putea forma tipare asemănătoare.

Aproximativ un deceniu mai târziu, experimentele sale au demonstrat că ionii metalici și moleculele organice pot crea o structură cristalină stabilă. Materialul rezultat forma un tipar infinit, plin de spații libere, asemănător unui burete poros. Săptămâna trecută, Robson, alături de Susumu Kitagawa, de la Universitatea din Kyoto, și Omar Yaghi, de la Universitatea din California, Berkeley, au câștigat Premiul Nobel pentru Chimie. Comitetul a salutat descoperirea lor drept „o nouă formă de arhitectură moleculară”, scrie Financial Times.

O inovație microscopică cu importanță uriașă

Domeniul pe care l-a creat această echipă se numește Metal-Organic Frameworks sau MOF-uri. MOF-urile le permit chimiștilor o abordare „mix and match”: pot combina molecule organice și anorganice diferite. Și tocmai de aceea sunt descrise, uneori, ca un fel de „Lego molecular”.

Importanța lor este uriașă, pentru că ar putea schimba lumea. MOF-urile sunt promovate și testate ca soluții flexibile, scalabile și personalizabile, adică se adaptează instant provocărilor de orice tip, industriale și atmosferice. MOF-urile pot absorbi poluanți, inclusiv carbon și faimoasele „chimicale eterne”, pot cataliza reacții chimice sau pot transforma substanțe toxice în compuși inofensivi. De asemenea, pot extrage apă din aerul uscat al deșertului și pot stoca sau elibera hidrogen.

De la curiozitate pură, la descoperiri revoluționare

Drumul către acest Nobel ascunde și povești umane surprinzătoare. Yaghi, de pildă, s-a născut în Iordania din părinți refugiați palestinieni, și a trăit cândva într-o singură cameră, împreună cu familia lui și cu animalele pe care le aveau. Robson s-a considerat mereu un cercetător mediocru, pentru că nu era matematician. Așa că și-a ținut ideile în sertar vreme de mulți ani.

La 15 ani, Yaghi a emigrat în SUA, unde, mai târziu, avea să-și înceapă cariera științifică. Kitagawa studia materiale dense încă dinainte de a înțelege potențialul celor foarte poroase. Cercetătorii spun adesea în interviuri că nu au fost motivați de ambiții grandioase, ci, mai degrabă, de o curiozitate pură. Robson, acum în vârstă de 88 de ani, a fost primul care a legat ioni metalici prin molecule organice. Totuși, primul material obținut în laborator era instabil.

Până la începutul anilor 2000, Yaghi și Kitagawa au reușit, independent, să creeze structuri cristaline stabile și flexibile. Împreună, au deschis o nouă lume a materialelor cu proprietăți extraordinare. Cei trei savanți și-au împărțit în mod egal premiul de 11 milioane de coroane suedeze (1,15 milioane dolari).

Cum funcționează universul „bureților magici”

MOF-urie își pot modifica dimensiunea porilor sau forma, pentru a captura substanțe specifice. Până acum, au fost sintetizate peste 90.000 de tipuri de MOF-uri. „Doar imaginația este limita. Dacă îți poți imagina un model, îl poți crea”, a spus Yaghi, la o conferință de presă. Una dintre caracteristicile uimitoare ale acestor materiale este suprafața internă enormă.

Un gram de MOF poate avea o suprafață internă cât un teren de fotbal. Sunt comparate adesea cu geanta fără fund a personajului Hermione Granger din seria Harry Potter. În spatele unui exterior minuscul se ascunde un interior aparent infinit. Chimista Stavroula Alina Kampouri, de la Universitatea Rice, le-a numit „bureți magici”. Ea le-a descris drept „universuri de structuri, fiecare ca un oraș miniatural cu tuneluri și camere”.

Inteligența artificială, noul aliat al chimiei

Numărul uriaș de combinații posibile între metale și molecule a atras interesul companiilor de tehnologie. Proiectul a fost criticat pentru optimismul exagerat. Totuși, giganții tech folosesc inteligența artificială pentru a identifica cele mai promițătoare combinații. Meta, de pildă, construiește o bază de date cu MOF-uri capabile să capteze dioxid de carbon din atmosferă. Domeniul atrage și start-up-uri: revista Nature Materials a numărat aproximativ 50 de companii axate pe MOF-uri. IBM se arată, de asemenea, interesată de acest domeniu. Compania AirJoule colaborează deja cu un dezvoltator de centre de date. Scopul este testarea tehnologiei MOF pentru extragerea apei din căldura reziduală.

„Știința este cea mai mare forță egalizatoare a lumii”

După anunțul premiului, Robson a spus, în podcastul First Reactions, că a ales chimia „pentru că nu se putea gândi la altceva mai bun”. Yaghi a povestit că s-a îndrăgostit de știință la vârsta de zece ani, după ce a văzut imagini cu molecule într-o carte. El a adăugat, cu modestie: „Știința este cea mai mare forță egalizatoare din lume”. Declarațiile lor, comentează presa internațională, sunt potrivite personalităților lor: par simple, dar ascund o profunzime intelectuală uriașă.