O revoluție tăcută în domeniul materialelor, capabilă să schimbe fundamental tehnologia și aspectele cotidiene ale vieții umane, se află în plină desfășurare, ghidată de cercetările inovatoare ale chimistului laureat cu Premiul Nobel, Omar Yaghi. Specializat în chimia reticulară, Yaghi explorează posibilitatea ca materialele create în laborator să redefinească modul în care gestionăm resursele, protejăm mediul și dezvoltăm tehnologii sustenabile. În cadrul unui interviu recent, el a subliniat potențialul imens al unei clase noi de materiale: cadrele metal-organice (MOF) și ruda lor, cadrele organice covalente (COF), despre care consideră că ar putea reprezenta „următoarea eră tehnologică, după siliciu”.
Structură și potențialul MOF-urilor
MOF-urile sunt structuri extrem de poroase, create prin combinarea unor molecule metalice cu regiuni organice, rezultând materiale cu un nivel de porozitate fără precedent în domeniul științei. La începutul anilor ‘90, Yaghi și echipa sa au pornit într-o aventură intelectuală pentru a realiza exact acest lucru, întrucât în acea vreme, accentul era pus mai degrabă pe dificultățile de a controla structura moleculară, natura preferând dezordinea. Întreaga industrie chimică a fost revoluționată în 1999, odată cu inventarea MOF-5, un material confecționat din zinc, ce avea o suprafață internă comparabilă cu cea a unui teren de fotbal, chiar și în cantități minuscule.
Această descoperire a demonstrat că structurile ordonate și foarte poroase pot fi create intenționat, spargând paradigma conform căreia natura favorizează dezordinea la scară moleculară. Astfel, ceea ce părea imposibil s-a dovedit realizabil, deschizând drumul către aplicarea acestor materiale în domenii variate, de la stocarea gazelor până la filtrarea și recuperarea apei.
Aplicații concrete pentru o planetă mai curată
Capacitatea MOF-urilor de a captura și reține molecule specifice le face instrumente ideale pentru soluții de mediu și energie. Yaghi explică faptul că aceste materiale pot extrage apa din aer, chiar și în zonele desertice, și pot captura dioxidul de carbon din atmosferă în proporții foarte eficiente, contribuind astfel la eforturile de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră. Startup-ul fondat de cercetător, Atoco, dezvoltă tehnologii industriale și rezidențiale bazate pe MOF-uri și COF-uri, demonstrând deja performanțe solide în cicluri repeatabile de captare a carbonului sau în colectarea de apă utilizând doar lumina solară.
Aceste tehnologii au perspective de a deveni parte integrantă din soluțiile de sustenabilitate, fiind proiectate pentru a opera într-un mod ecologic și pentru a le permite reciclarea și eliminarea sigură după utilizare. Potențialul de a folosi căldura reziduală sau energia solară pentru a alimenta aceste sisteme face ca ele să fie extrem de eficiente energetic, reductând astfel costurile și impactul asupra mediului.
Următorul capitol al științei materialelor
Yaghi susține că initierea unei „revoluții silentioase” în chimia materialelor nu reprezintă doar o simplă descoperire, ci o schimbare de paradigmă. În loc ca oamenii de știință să caute întâmplător materiale utile, aceștia pot prognoza și proiecta de la zero, adaptând structurile moleculare la nevoi concrete. Astfel, MOF-urile și COF-urile vor deveni fundamentale pentru multiple domenii, de la catalizatori pentru reacții chimice, până la dezvoltarea de noi medicamente și soluții pentru purificarea apei sau combaterea schimbărilor climatice.
Deși pașii următori în procesul de comercializare în masă și de stabilizare pe termen lung a acestor materiale încă reprezintă provocări, progresele rapide, susținute de inteligența artificială, accelerează această tranziție de la laborator la aplicabilitatea industrială. Yaghi vede această etapă ca pe un început, un punct de cotitură în istoria științei, cu un potențial de a neliniști și a inspira în același timp.
Pe măsură ce cercetările continuă și tehnologia devine mai accesibilă, posibilitatea de a avea materiale „proiectate pentru nevoie”, care pot transforma radical modul în care limităm deșeurile, captăm carbonul sau asigurăm apa potabilă, pare să fie mai aproape ca niciodată. În fața unor astfel de perspective, se poate spune că suntem martorii unui adevărat salt evolutiv în domeniul științei materiale, cu efecte ce vor fi resimțite mult dincolo de laborator.
