El químico jordano-estadounidense es impulsor de la Química Reticular / Imagen: Fundación BBVA

Omar Yaghi, premio Fundación BBVA por crear una química con nuevos materiales capaces de capturar CO2 o de obtener agua de la atmósfera

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El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas ha sido concedido en su décima edición al químico jordano-estadounidense Omar Yaghi, “por su trabajo pionero en la concepción y síntesis de los nuevos materiales cristalinos MOF y COF, con gran impacto en la ciencia y en la ingeniería”, y con aplicaciones potenciales de tanto interés como “la captura y almacenamiento de dióxido de carbono (CO2), y la de las moléculas de agua presentes en el aire para generar agua potable”, entre otras.

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Fundación BBVA /   Omar Yaghi, catedrático de Química en la Universidad de California en Berkeley, EEUU, ha creado estos nuevos materiales aplicando una química basada en el “ensamblaje de ladrillos” –explica el acta del jurado– o piezas cuya estructura es cuidadosamente controlada de antemano. Esta estrategia “ha conducido a un crecimiento exponencial en la creación de nuevos materiales con una diversidad sin precedentes en la química”.

A este nuevo campo, el propio Yaghi lo ha bautizado como Química Reticular, y lo describe como “unir bloques moleculares mediante enlaces (bonds) muy resistentes para formar extensas estructuras”. El acta resalta que “numerosos laboratorios en la academia y en la industria practican ahora esta estrategia

Los nuevos materiales de la Química Reticular desarrollada por Yaghi -MOFs y COFs_ son muy porosos y tienen una estructura molecular de red ordenada

En términos no técnicos, los MOFs (metal organic frameworks) y los COF (covalent organic frameworks) son como esponjas cristalinas a escala molecular: materiales muy porosos, en los que los poros o celdas se disponen formando una red ordenada y tienen un tamaño controlable a medida. Reúnen muchas de las propiedades más deseadas por los químicos, entre ellas una gran capacidad de absorber otros compuestos, que se alojan dentro de sus poros; y una alta versatilidad y selectividad, puesto que el tamaño del poro se adapta al compuesto que se desea atrapar. Es decir, funcionan como tamices moleculares construidos a medida. Según explica Yaghi, si un solo gramo de un material MOF se desplegara en una única lámina a escala atómica, sin poros, llegaría a cubrir 60 campos de tenis.

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Una nueva química en pleno desarrollo

Los COF están compuestos por materiales orgánicos, mientras que los MOF combinan materiales inorgánicos, en concreto óxidos de metal, y orgánicos. En este caso los óxidos de metal son los enganches –donde se adhiere químicamente la molécula que debe cazar el tamiz–, y los compuestos orgánicos son los ligandos que los mantienen unidos formando la gran estructura porosa. El óxido de metal cambia en función de la molécula que se quiera capturar, mientras el tamaño del poro depende del compuesto orgánico.

Es esta capacidad de controlar el producto final lo que cautiva a Yaghi, que creó estos compuestos a mediados de los años noventa: “Cuando yo era estudiante” –explicó ayer por teléfono al conocer el fallo– “la creación de nuevos materiales se basaba simplemente en mezclar cosas, y lo que obtenías era básicamente lo que te proporcionaba la propia naturaleza; no tenías control sobre lo que obtenías. Pero me di cuenta de que no llegaría muy lejos juntando piezas, como quien construye un automóvil. Para mí, lograr la construcción de materiales de manera simple y racional, como lo hacemos ahora, era un sueño. Tener el control sobre el material que estás produciendo, e incluso poder modificarlo una vez que lo has construido, es una herramienta muy poderosa”.

El trabajo de Yaghi ha dado lugar a una nueva química en pleno desarrollo en todo el mundo

El sueño de Yaghi ha dado lugar a una nueva química actualmente en pleno desarrollo, con cientos de laboratorios en todo el mundo trabajando en aplicaciones con estos materiales porosos. El científico galardonado contabiliza ya “más de 60.000” clases diferentes de MOFs desarrolladas.

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Materiales con multitud de aplicaciones

Entre las múltiples aplicaciones potenciales destacan tres. Una es la captura de dióxido de carbono: “Su captura es muy importante, y creo que los MOFs son los mejores materiales para lograrlo”, afirma Yaghi. “La dificultad aquí estriba en separar el CO2 de otros gases, incluyendo el agua. Los MOFs son capaces de extraer específicamente el CO2 y separarlo para que no llegue a la atmósfera”.

Estos nuevos materiales pueden usarse para capturar dióxido de carbono, absorber moléculas de agua del aire y almacenar hidrógeno

Mucho más inminente, en su opinión, es el uso de los tamices moleculares 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; “la dificultad es atraparla en zonas desérticas, pero hemos diseñado MOFs capaces de recolectar agua en los poros, y posteriormente, tras calentarla con la luz solar, generar agua líquida. No tengo ninguna duda de que en los próximos 3 a 5 años existirá un aparato capaz de obtener agua pura de la atmósfera”. Yaghi acaba de publicar en la revista Science un trabajo sobre esta aplicación.

Otra aplicación potencial es el almacenamiento de hidrógeno en recipientes mucho menos voluminosos que ahora. Al alojar las moléculas de hidrógeno en los poros del material se meter más gas en menos volumen –por  paradójico que parezca, cabe mucho más hidrógeno en un tanque lleno de MOFs que en uno vacío-. Según Yaghi, 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.

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Trayectoria académica

Omar M. Yaghi (Amán, Jordania, 1965) fue enviado por su familia a Estados Unidos a estudiar, con solo 15 años. 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”.

Tras doctorarse en Química Inorgánica en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, su trayectoria investigadora y docente le llevó a la Universidad Estatal de Arizona, como assistant professor; a la Universidad de Michigan en Ann Arbor, donde fue titular de la Cátedra Robert W. Parry de Química; y a la Universidad de California Los Ángeles, donde desempeñó la Cátedra Christopher S. Foote de Química y la Cátedra Irving y Jean Stone en Ciencias Físicas. Desde 2012 es titular de la Cátedra James y Neeltje Tretter de Química en la Universidad de California, Berkeley. Allí codirige el Instituto Kavli de Nanociencias de la Energía, y la Alianza para la Investigación en California de BASF y Berkeley.

También dirige el Centro de Materiales Reticulares en el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón y el Grupo de Investigación sobre Captura y Conversión del Carbono en la Universidad Rey Fahd del Petróleo y los Minerales, en Arabia Saudí. Entre 2011 y 2016 fue codirector ejecutivo del Centro para la Investigación Molecular y en Nanoarquitectura de la Universidad Nacional de Vietnam. Es titular de 44 patentes y de 25 solicitudes de patente publicadas en Estados Unidos.

 

 

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