De fer vi a Catalunya a obtenir aigua al desert: el Nobel premia els químics que han revolucionat la creació de materials

Una nova forma de pensar en el disseny de la química que ha permès fabricar materials a mida i amb funcions inaudites ha estat reconeguda amb el premi Nobel de química d'aquest any. Els guardonats són el japonès Susumu Kitagawa, de la Universitat de Kyoto; el britànic Richard Robson, de la Universitat de Melbourne, i el jordà Omar M. Yaghi, de la Universitat de Califòrnia.

Els tres premiats van contribuir a crear una nova arquitectura química en què es barregen conceptes de biologia, com ara el reconeixement molecular, a dins d'una estructura estable, sòlida i també porosa. Això obre la porta a aplicacions tan diverses com impulsar reaccions químiques, emmagatzemar gasos i capturar i destruir compostos contaminants.

Les estructures que van crear, anomenades xarxes metal·loorgàniques o MOF, contenen grans cavitats per on les molècules poden entrar i sortir. Aquesta capacitat per seleccionar i emmagatzemar substàncies amb tanta precisió ha permès aplicacions molt diverses, des d'obtenir aigua de l'aire del desert fins a extreure contaminants de l'aigua i capturar diòxid de carboni.

De fet, això és precisament el que destaca el veredicte de la Reial Acadèmia de Ciències Sueca, que concedeix aquest guardó: el reconeixement està motivat per haver descobert les estructures metal·loorgàniques, que “tenen un potencial enorme i ofereixen oportunitats abans impensables per crear materials a mida amb funcions noves”.

David Fairén-Jiménez, professor d'enginyeria molecular a la Universitat de Cambridge, valora en declaracions a l'SMC Spain que “el seu descobriment va obrir un nou univers de possibilitats en energia, mediambient i salut i seguirà inspirant generacions de científics durant dècades”.

“Feia més de 10 anys que aquests investigadors estaven entre els favorits per guanyar el Nobel de Química”, reconeix a l'ARA l'investigador ICREA JR. Galán Mascarós, investigador principal de l'Institut Català d'Investigació Química (ICIQ). Galán destaca l'enorme versatilitat dels materials que es poden crear a partir d'aquestes xarxes metal·lorgàniques, “des de destrucció de verins i gasos tòxics en aplicacions militars fins a descontaminació d'aigües”.

Una intuïció a partir d'un joc de fusta

Tot va començar l'any 1974, quan Richard Robson feia classes a la Universitat de Melbourne, a Austràlia, i per preparar una sessió del que avui dia anomenaríem de química manipulativa va demanar al taller de la universitat que foradés boles de fusta on volia encastar unes barres del mateix material, que recrearien les unions químiques i així connectarien els àtoms. Com si fos una mena de Lego de fusta. Robson va marcar el lloc exacte a les boles on havien de fer-se els forats. I quan des del taller li van tornar les boles, va tenir una revelació: la posició dels forats era clau per poder conferir a les molècules la forma i estructura adequades.

Va estar deu anys donant voltes a aquella idea fins que es va decidir a començar a treballar amb un model simple inspirat en l'estructura del diamant, on cada àtom de carboni s'uneix a quatre altres àtoms formant una petita piràmide. Tanmateix, l'estructura que va aconseguir era inestable. I aquí és on entren en joc Susumu Kitagawa i Omar Yaghi, que van ser els que van proporcionar una base sòlida a aquest mètode. Junts van crear els primers MOF i van demostrar-ne el potencial.

Vins amb un material Nobel

El treball d'aquests tres investigadors ha propiciat que laboratoris d'arreu del món hagin pogut desenvolupar aplicacions basades en aquestes MOF per administrar fàrmacs o alliberar ARN a dins d'un tumor, així com gestionar gasos extremadament tòxics.

També per atrapar gasos com el CO₂. És el que fa un grup d'investigadors a l'ICIQ, liderats per JR Galán-Mascarós: han creat la start-up Orchestra Sci que explota un material MOF que separa el CO₂ de qualsevol gas i el purifica. Ara el producte ja l'estan escalant i entre les aplicacions que té hi ha “filtrar el CO₂ de xemeneies o d'altres fonts d'emissió". "No tan sols s'evita emetre gasos d'efecte hivernacle, sinó que, a més, podem recollir aquest diòxid de carboni i reutilitzar-lo com a matèria primera per fer, per exemple, polímers”, explica Galán Mascarós.

Un exemple és el projecte amb el Celler Torres. “Ells emeten CO₂ de la fermentació del most i han de comprar CO₂ per diversos processos de la fabricació del vi”, relata l'investigador de l'ICIQ. El que fan és capturar amb un material MOF el CO₂ de la fermentació, i purificar-lo perquè es pugui reutilitzar per injectar als vins. “D'aquesta manera apostem per una economia circular”, apunta Galán Mascarós.

Encara tres Nobels per lliurar

L'any passat el premi Nobel de química va premiar els desxifradors de les proteïnes. Va ser un reconeixement coral a tres investigadors per la seva contribució al desenvolupament i la comprensió de les proteïnes, autèntiques peces d'enginyeria per crear vida, i que fins fa relativament poc eren desconegudes per a la comunitat científica. Es va premiar David Baker, director de l'Institut de Disseny de Proteïnes de la Universitat de Washington, "per haver dissenyat proteïnes emprant eines computacionals”, i Demis Hassabis i John M. Jumper, de Google DeepMind, “per fer possible la predicció de l'estructura de les proteïnes”.

El guardó es lliurarà en una cerimònia que se celebrarà el 10 de desembre a Estocolm, a Suècia, coincidint amb la data en què va morir Alfred Nobel, impulsor dels premis. Està dotat amb 11 milions de corones sueques (uns 934.243 euros), seguint les directrius que el creador del premi, Alfred Nobel, va deixar per escrit el 1895, un any abans de la seva mort. En aquell moment va establir el premi en 31 milions de corones sueques, una xifra que ha anat evolucionant segons la fluctuació del valor de la moneda. El primer Nobel de química es va entregar el 1901 a l'holandès Jacobus Hendricus van Hoff per haver descobert les anomenades lleis de la cinètica química, així com les lleis que governen la pressió osmòtica de les dissolucions.

El de química és el tercer Nobel que es lliura aquest 2025, després que dilluns es concedís el Nobel de medicina als descobridors dels policies del sistema immunitari als immunòlegs americans Mary E. Brunkow i Fred Ramsdell i al japonès Shimon Sakaguchi. I dimarts, en el marc de l'Any Internacional de la Quàntica, es va lliurar el premi Nobel de física als descobridors de la mecànica quàntica en acció dins d'un xip, els americans Clarke, Michel H. Devoret i John M. Martinis. Els pròxims dies serà el torn dels guardons de literatura, pau i economia.

Des que es van començar a concedir s'han atorgat 116 guardons de química.