El químico jordano-estadounidense Omar Yaghi ha sido galardonado esta semana con el Premio FBBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas por desarrollar materiales muy porosos capaces de retener CO2, obtener agua del seco vapor del aire desértico y almacenar hidrógeno en pequeños contenedores.
El químico Omar Yaghi (Amán, Jordania, 1965), que en la actualidad investiga en la Universidad de California-Berkeley en EE UU, a donde se marchó con 15 años, ha obtenido el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas por su trabajo pionero en el desarrollo en la década de los 90 de los llamados MOF (metal organic frameworks) y los COF (covalent organic frameworks).
Estos nuevos materiales, altamente porosos, son como esponjas cristalinas a escala molecular, en las que el tamaño de los poros o celdas se puede definir en función de las necesidades. Reúnen muchas de las propiedades más deseadas por los químicos, entre ellas una gran capacidad de absorber otros compuestos y alojarlos en su interior.
Los COF están compuestos por materiales orgánicos, mientras que los MOF combinan materiales inorgánicos (óxidos de metal) y orgánicos. El óxido de metal cambia dependiendo de la molécula que se quiera capturar, mientras que el tamaño del poro depende del compuesto orgánico utilizado.
“Tener el control sobre el material que estás produciendo, e incluso poder modificarlo una vez que lo has construido, es una herramienta muy poderosa”, destaca Yaghi, cuyas investigaciones han dado lugar a una nueva química en pleno desarrollo, con cientos de laboratorios en todo el mundo trabajando en aplicaciones con estos materiales. Se contabilizan ya más de 60.000 clases diferentes de MOF.
Esquema de un MOF (metal organic frameworks). Las líneas son enlazadores orgánicos, y las intersecciones son iones metálicos. Estos son los bloques de construcción que Yaghi une en forma de esponjas cristalinas usando lo que llama química reticular. Las bolas amarillas representan los espacios porosos que se pueden llenar con gas o líquido. La imagen de fondo muestra cristales MOF individuales en el medio acuoso. / UC Berkeley, Berkeley Lab.
Tres importantes aplicaciones para nuestro planeta
Entre las múltiples aplicaciones potenciales de estos materiales destacan tres, por su capacidad para lograr un planeta más limpio. Una es la captura de dióxido de carbono. La principal dificultad para secuestrar este gas se encuentra en cómo en separar el CO2 de otros gases y del agua, “pero los MOF son capaces de extraer específicamente el CO2 y separarlo para que no llegue a la atmósfera”, apunta Yaghi.
Además, los procesos de captura de dióxido de carbono que se usan actualmente emplean compuestos tóxicos y consumen mucha energía. Los MOF, sin embargo, se producen de forma sencilla y ambientalmente limpia. Y aunque, aún no están listos para su uso industrial en este ámbito, Yaghi considera que su implementación a gran escala es factible: “Todos los experimentos que hemos realizado en nuestro laboratorio han demostrado que el uso de los MOF para la captura de CO2 es viable, aunque no me atrevo a predecir el tiempo que tardaremos todavía en poder aplicarlo en la industria".
Mucho más inminente es el uso de estos materiales para absorber moléculas de agua del aire, incluso en ambientes secos –con menos de un 20% de humedad– y producir agua líquida, con el aporte únicamente de luz solar. “En la atmósfera hay muchísima agua, y la posibilidad de capturarla supondría una enorme transformación para grandes zonas del planeta”, afirma Yaghi, y adelanta: “No tengo ninguna duda de que en los próximos 3 a 5 años existirá un aparato capaz de obtener agua pura de la atmósfera”.
La tercera aplicación de estos materiales es el almacenamiento de hidrógeno en recipientes mucho menos voluminosos que ahora. Al alojar las moléculas de hidrógeno en los poros del material se mete más gas en menos volumen. Por paradójico que parezca, cabe mucho más hidrógeno en un tanque lleno de MOF que en uno vacío. La técnica está aún en fase preliminar de investigación, pero es de interés para desarrollar un futuro combustible limpio para vehículos basado en el hidrógeno.
Transmitir su amor por la química
Tras recibir el premio, Yaghi ha recordado que su amor por la química surgió de contemplar dibujos de las estructuras de las moléculas: “Veía esos dibujos en mi colegio y me encantaban, aunque no sabía lo que eran. Más adelante lo descubrí y me fascinó saber que eran componentes de las cosas que no podemos ver con nuestros ojos”.
Ahora una de sus principales aspiraciones es contagiar a las nuevas generaciones su pasión por la ciencia e impulsar la creación de centros de investigación para conseguirlo: “Me gustaría ver a más jóvenes trabajando en el mundo científico para intentar resolver los problemas del planeta, incluyendo a los países que están todavía en vías de desarrollo”.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido la mitad de este galardón al bioquímico estadounidense David Baker por diseñar desde cero nuevas proteínas mediante su programa RoseTTAFold. La otra mitad la comparten el británico Demis Hassabis y el también estadounidense John M. Jumper, ambos de la empresa DeepMind de Google, que lograron predecir las estructura proteicas con IA.
Un estudio internacional con participación del CSIC ha demostrado que reemplazar un solo átomo en posiciones estratégicas de la secuencia genética puede revertir su dirección de rotación. Según los autores, el hallazgo podría convertirse en una importante diana terapéutica al desempeñar un papel importante en diversos procesos biológicos.
