Tegoroczny Nobel z chemii – odsłona energetyczna
Szkielety metaloorganiczne, za które w tym roku przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, mogą znaleźć szerokie zastosowanie w branży energetycznej oraz technologiach związanych z klimatem. W najbliższych latach przewiduje się dynamiczny rozwój tego rynku.
W środę 8 października ogłoszono laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. To Susumu Kitagawa z Japonii, Richard Robson z Australii i Omar Yaghi ze Stanów Zjednoczonych. Nagrodę otrzymali za opracowanie nowego typu struktury molekularnej – szkieletów metaloorganicznych (ang. metal-organic framework, MOF). To przestrzenne struktury, przez które mogą przepływać gazy. Można je także zaprojektować do wychwytywania i magazynowania w nich innych cząsteczek. Dzięki temu mogą znaleźć zastosowanie w energetyce i technologiach związanych z klimatem.
Czym są MOF-y?
MOF-y przypominają pręcikowo-kulkowe modele cząsteczek znane z lekcji chemii w szkole. Jony metali – kulki – połączone długimi cząsteczkami organicznymi – pręcikami – tworzą zamknięte przestrzenne struktury – kryształy, wewnątrz których powstaje dużo miejsca np. na przechowywanie innych cząsteczek. Zależnie od elementów, z jakich są zbudowane, można je projektować do wychwytywania i przechowywania konkretnych substancji.
Struktury metalo-organiczne mają ogromny potencjał, otwierając nowe, wcześniej nieprzewidziane możliwości w zakresie tworzenia materiałów na zamówienie i pełniących nowe funkcje.
Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii
Pionierem badań nad MOF-ami jest Richard Robson, który już w 1989 r. stworzył taką strukturę. Była ona jednak niestabilna i dopiero dalsze badania, prowadzone niezależnie w latach 1992-2003 przez Susumu Kitagawę i Omara Yaghi, rozwinęły tę dziedzinę. Kitagawa wykazał, że przez te struktury mogą przepływać gazy oraz przewidział, że MOF-y można uelastycznić. Yaghi zsyntetyzował bardzo stabilny MOF i wykazał, że można go modyfikować, nadając mu nowe właściwości.
Jak powiedział z kolei Olof Ramstoem, inny członek Komitetu Noblowskiego przyznającego nagrodę z chemii, odkrycia trójki tegorocznych noblistów można porównać do zaczarowanej torebki Hermiony Granger z serii o Harrym Potterze – małej na zewnątrz, ale bardzo dużej w środku.
Gdzie można je zastosować?
MOF-y to struktury bardzo „na czasie”. Dzięki szerokim możliwościom modyfikacji mogą znaleźć zastosowanie w energetyce, łagodzeniu zmiany klimatu, adaptacji do niej czy oczyszczaniu środowiska. Mogą także neutralizować gazy bojowe.
Na razie komercjalizacja technologii opartych na MOF-ach przebiegała powoli, ale prognozuje się szybki wzrost tego rynku w najbliższych latach. Jego wartość ma się potroić z 0,5 mld USD w 2024 r. do 1,7 mld USD w 2030 r.
Czytaj też
MOF-y można wykorzystać m.in. do pozyskiwania wody z powietrza na pustyni (co udowodnił sam Omar Yaghi) czy eliminacji zanieczyszczeń z wody, w tym wiecznych chemikaliów (PFAS). Mogą także służyć do odsalania wody, wychwytu i magazynowania CO2, przechowywania wodoru czy metanu. Dają także nadzieję na rozwój różnorodnych technologii magazynowania energii i mogą znaleźć zastosowanie np. w nowoczesnych bateriach.