Le Temps: Come avete sviluppato i MOF?
Omar Yaghi: Mi sono interessato per la prima volta a una classe di molecole chiamate polimeri di coordinazione, che furono descritte negli anni ’50. Erano costituiti da atomi metallici collegati insieme da connettori o ligandi di carica neutra. Negli anni ’90 esistevano centinaia di questi polimeri, ma non mantenevano la loro porosità perché le loro strutture reticolari erano molto fragili. Sono riuscito a renderli più forti utilizzando ligandi organici, che hanno due proprietà vantaggiose. Da un lato hanno più di un punto di attacco al metallo e dall’altro sono carichi, creando un’interazione molto forte con il metallo. Nel 1995 è stato pubblicato il nostro primo successo, che ha aperto un nuovo campo di ricerca.
Come sei riuscito a ottenere ciò che gli altri all’epoca ritenevano impossibile, ovvero ottenere un cristallo con questi MOF?
La chiave è controllare la velocità con cui questi elementi si uniscono, per consentire quella che viene chiamata reversibilità microscopica. Nella fase iniziale gli elementi devono potersi incastrare, staccarsi e ricombinarsi fino ad ottenere il giusto risultato. In caso contrario, potrebbero disporsi con una cattiva angolazione e creare un difetto. In questo caso non otteniamo un cristallo, che deve essere perfetto. Abbiamo trovato le condizioni giuste per raggiungere questo obiettivo, con un cocktail specifico tra temperatura, pressione e solvente.
Un po’ come fa la natura quando il magma si raffredda e cristallizza per dare, ad esempio, un quarzo o un diamante?
Sì, è lo stesso per i MOF, tranne che li produciamo molto più velocemente. Ci sono voluti tempi geologici naturali per creare questi cristalli, è un processo molto lento.
Come appaiono questi MOF su scala macroscopica?
Il loro aspetto dipende dal metallo che contengono. Se è zinco, i cristalli sono chiari, belli e assomigliano a zirconi o diamanti. Se sono di rame, sono di un bel colore verde.
Possono essere prodotti su larga scala?
BASF è già in grado di produrre quantità di MOF di diverse tonnellate. L’anno scorso l’azienda ha annunciato la produzione di centinaia di tonnellate di questi cristalli, per la cattura della CO2 nei cementifici.
Qual è la differenza tra MOF e COF?
I COF non contengono metalli, sono interamente costituiti da unità organiche legate da legami covalenti [lorsque deux atomes partagent chacun un électron, ndlr] per formare strutture porose.
Nel 2012 avete dimostrato che MOF e COF potrebbero catturare CO2, ma anche metano, idrogeno e acqua dall’aria. Quattro molecole con ruoli decisivi nel contesto del cambiamento climatico. Come possono essere utili?
Abbiamo scoperto che questi cristalli attraggono i gas quasi come dei magneti. E possiamo rendere i MOF e i COF porosi al punto che contengano 7000 m² di superficie di cattura per grammo di cristallo. Quindi c’è molto spazio in cui possiamo compattare i gas. Pertanto, un serbatoio contenente questi materiali può contenere 18 volte più CO2 di un serbatoio vuoto. Per il metano ciò potrebbe essere interessante per il suo trasporto. Per quanto riguarda l’idrogeno, potremmo concentrarlo e conservarlo a temperatura ambiente. È necessario creare una “rete” diversa, MOF o COF, adattata a ciascun gas.
Questi materiali sono più efficaci di altre tecnologie per catturare la CO2 nell’aria, già utilizzate da aziende come Swiss Climeworks?
Secondo la letteratura il nostro materiale è più resistente. È possibile eseguire più cicli e una maggiore efficienza energetica, perché la CO2 può essere recuperata a temperature fino a 50 o 60°C.
La tua recente ricerca si concentra sul MOF-303, il cui metallo è l’alluminio, che hai sviluppato per rimuovere l’acqua dall’aria. Come funziona?
I pori del MOF-303 sono costituiti da una griglia di unità idrofile e idrofobiche [qui attirent et repoussent l’eau respectivement, ndlr] ripetuto miliardi di volte. La prima molecola d’acqua viaggia verso la regione idrofila della struttura porosa. Il successivo passa attraverso la regione idrofobica e si muove verso la successiva regione idrofila. E così via fino a riempire tutti i pori d’acqua. È abbastanza veloce. Ci vogliono nanosecondi perché l’acqua entri ed esca. Alla fine l’acqua viene recuperata mediante riscaldamento. Nel deserto, ad esempio, l’acqua può essere assorbita di notte, quando è più fresca e umida. Poi, durante il giorno, la luce solare è sufficiente per far uscire l’acqua che può essere raccolta in forma liquida per condensazione. Per ogni tonnellata di MOF possiamo fornire 3000 litri di acqua al giorno, per molti anni, con lo stesso materiale.
Quanto costano alla fine questi 3000 litri al giorno e che energia richiedono?
Ogni litro costa un centesimo, coprendo il sistema e i materiali di partenza. L’energia del sole è sufficiente. Quindi il potenziale per la sua applicazione nelle regioni con scarsità d’acqua è significativo.
Sei preoccupato per il fatto che i cambiamenti climatici causano siccità più frequenti in molte parti del mondo?
La situazione dell’acqua sta peggiorando in tutto il mondo, anche nei paesi industrializzati, dove sta diventando inquinata. In effetti, alcuni posti che io e te riteniamo siano molto irrigati, come l’Inghilterra e il Belgio, andranno incontro a una crisi idrica perché utilizzano più acque sotterranee di quelle che ne ricostituiscono. In luoghi con elevata umidità, come il sud-est asiatico, parte dell’acqua non è pulita. La nostra tecnologia potrebbe quindi essere utilizzata anche in questi Paesi.
Donald Trump è appena stato eletto presidente degli Stati Uniti per la seconda volta. Ha nominato un ministro scettico sul clima responsabile delle nuove energie. Questo ti preoccupa?
Tutti sono preoccupati quando arriva una nuova amministrazione perché non è chiaro che tipo di cambiamenti attuerà. Quando Barack Obama è entrato in carica, i finanziamenti per l’idrogeno si sono interrotti. Non sappiamo cosa farà Donald Trump. Qualunque cosa accada, la scienza continuerà; ma il suo finanziamento potrebbe essere influenzato. Speriamo che questa sia una situazione temporanea. Abbiamo bisogno che i governi siano coinvolti, ad esempio per risolvere i problemi legati al clima. Se non lo saranno, le cose diventeranno più difficili e subiranno ritardi.
Sei nato in Giordania, in una famiglia di rifugiati palestinesi. A quindici anni sei partito da solo per gli Stati Uniti per i tuoi studi. Come hai vissuto questo cambiamento di vita?
Non ho dovuto frequentare la scuola superiore; Sono andato direttamente all’università! Non credo che esista nessun altro Paese che ti permetta di ottenere un’istruzione superiore senza un diploma di scuola superiore. Ho dovuto lavorare sodo ma è stato emozionante. Ho ereditato la mia personale etica del lavoro dai miei genitori: quando si decide di risolvere un problema, non si può tornare indietro. Il fallimento non è un’opzione. I miei genitori non avevano un’istruzione formale, ma mi hanno insegnato a lavorare sodo e a pensare sempre al futuro. Quindi queste cose sono diventate molto utili quando ho dovuto vivere da sola. Mi considero una persona molto fortunata. Non avrei mai sognato di ricevere il Premio Balzan. Il mio sogno era pubblicare almeno un articolo con cento citazioni [par d’autres chercheurs dans des articles académiques, ndlr]. E oggi i miei studenti mi dicono che abbiamo centinaia di migliaia di citazioni.
Perché ti interessava la chimica?
Quando ero studente, nel laboratorio di chimica organica, vedevo formarsi dei cristalli nella soluzione, come fiocchi di neve. Ho assistito a un altro lato della bellezza. I cristalli erano semplicemente stupendi. Ero molto entusiasta di essere in un laboratorio ed esplorare. Ho portato avanti tre progetti contemporaneamente, con tre professori diversi.
Il tuo nome circolava per il Premio Nobel 2024 Aspettavi che il tuo telefono squillasse la prima settimana di ottobre?
Non so come avrei potuto evitare di pensarci quando i media annunciavano la mia nomina come possibile. Per non perdere la testa mi dico che i prezzi sono importanti soprattutto per promuovere una disciplina. E alla fine i premi non significano molto, quello che conta è il contributo scientifico, questo lo ricorderemo. Anche se non conosco nessuno scienziato che abbia fatto qualcosa di importante che non voglia ricevere il Premio Nobel! Ma non governa la nostra vita né la direzione della nostra ricerca. Devi farti delle domande e provare a rispondere. E se un giorno riceveremo un premio come il Balzan o il Nobel, sarebbe meraviglioso.
Oggi state conducendo ricerche sulla tessitura molecolare. Di cosa si tratta?
La nostra idea è creare cristalli in cui i pori possano contrarsi ed espandersi. Uno scienziato francese lo ha definito il “respiro” dei MOF. È un concetto interessante. Normalmente, quando le strutture si contraggono e si espandono, crollano perché le connessioni sono sotto tensione. Ma se realizzassimo un materiale poroso i cui componenti sono intrecciati, questa sollecitazione potrebbe essere assorbita dal movimento dei “fili”. Siamo riusciti a “tessere” tali molecole, che così sono diventate meno fragili.
