Žmonijos istoriją visada lėmė medžiagos, kurias sugebėjome įvaldyti. Taip buvo akmens amžiuje ir bronzos amžiuje. Šiandien galime sakyti, kad gyvename silicio amžiuje – tai medžiaga, kuri yra kiekviename mobiliajame telefone, planšetiniame kompiuteryje ir kompiuteryje, be kurios jie negalėtų egzistuoti.
Tačiau atrodo, kad mes žengiame didžiuliais žingsniais link naujos eros. Pasak Omaro Yaghi, 2025 m. Nobelio chemijos premijos laureato, pokyčiai įvyks dėl kristalinių miltelių, galinčių atlikti fizinius stebuklus, žinomų kaip MOF.
Interviu mokslo žurnalui „New Scientist“ Kalifornijos universiteto Berklio profesorius ir tinklinės chemijos pionierius Yaghi nedvejodamas teigia, kad jo išradimai – metalų ir organinių junginių struktūros (MOF) ir jų giminingos kovalentinės organinių junginių struktūros (COF) – gali nulemti ateinantį šimtmetį.
Šias medžiagas išskirtinėmis daro jų ypatingas poringumas. Kad galėtume tai įsivaizduoti, Yaghi naudoja palyginimą, kuris iššaukia tai, ką žinome iki šiol: vos keli gramai jo MOF-5 medžiagos turi vidinį paviršių, lygų visam futbolo aikštei. Tai yra „super kempinės“, suprojektuotos molekuliniu lygiu, kad sugautų būtent tai, ko norime, nuo vandens molekulių sausiausiame ore iki anglies dioksido, kuris šildo planetą.
MOF naudojimas
„Kai 1990-aisiais pradėjome dirbti su MOF, nemanėme, kad spręsime socialines problemas. Tai buvo intelektualinis iššūkis“, – prisipažįsta Yaghi žurnalui „New Scientist“. Jo pradinis tikslas buvo imituoti gamtą, kuriant medžiagas „molekulė po molekulės“, tarsi jos būtų „Lego“ detalės. Tačiau šis projektas, kuris prasidėjo kaip paprastas smalsumas, tampa įrankiu planetos išlikimui.
Labiausiai akivaizdus ir stebinantis šios technologijos pritaikymas yra vandens surinkimas. Yaghi paaiškina, kad jo medžiagos gali sugerti drėgmę iš oro net ekstremaliomis sąlygomis, pavyzdžiui, Nevados dykumoje, kur santykinis drėgnumas nukrinta žemiau 20 %. „Mes sukūrėme medžiagas, kurios per dieną gali surinkti tūkstančius litrų vandens iš atmosferos“, – sako jis. „Tikiu, kad per 10 metų vandens surinkimas taps kasdiene technologija“, – prognozuoja jis.
Yaghi įkurta įmonė „Atoco“ siekia išplėsti naujos medžiagos, vadinamos COF-999, skirtos specialiai CO₂ šalinimui, naudojimą. Skirtingai nuo kitų pramoninių variantų, kurie yra brangūs ir labai teršia aplinką, šios medžiagos veikia kaip daugkartinio naudojimo filtras: jos surenka anglį iš oro, o tada, naudodamos atliekinę šilumą arba saulės spindulius, ją kontroliuojamai išstumia saugojimui. Yaghi pažymi, kad jie išbandė šį ciklą daugiau nei 100 kartų, neprarandant efektyvumo, o tai atveria duris atmosferos valymo įrenginiams tiek didelėse pramonės įmonėse, tiek gyvenamuosiuose pastatuose.
Be klimato krizės, MOF žada atverti vandenilio ekonomiką. Jų narvelinė struktūra leidžia šį lakų dujas saugiai laikyti žemame slėgyje, taip išsprendžiant didžiausią kliūtį ekologiškų degalų transportavimui. Be to, jų universalumas jau tiriamas biomedicinoje, kur jie veikia kaip mikroskopiniai nešikliai, kontroliuojamai išskiriantys vaistus žmogaus organizme.
Atsisveikinimas su atliekomis
Vienas iš svarbiausių klausimų, kuriuos Yaghi aptaria interviu, yra jo išradimo tvarumas. Dažnai medžiagos, kurios praeityje buvo pristatomos kaip stebuklingos, ateityje sukeldavo problemų, kaip buvo mikroplastiko atveju. Tačiau tinklinė chemija leidžia taip tiksliai kontroliuoti, kad šie įrenginiai gali būti suprojektuoti taip, kad būtų išmontuojami pasibaigus jų naudingo tarnavimo laikui. „Jie gali būti išmontuojami vandenyje taip, kad MOF nepatektų į aplinką“, – žada Yaghi, išsklaidydamas baimes dėl ateities toksinių atliekų problemos.
Be to, atradimų procesas buvo eksponentiškai pagreitintas dirbtinio intelekto dėka. Nors tradicinė chemija reikalavo metų bandymų ir klaidų, kad būtų optimizuota medžiaga, Yaghi pasakoja, kaip didelių kalbos modelių įvedimas jo laboratorijoje padvigubino naujų junginių kūrimo greitį. „Jei dirbtinis intelektas gali tai padaryti greičiau, tai būtų transformacinis pokytis“, – prisipažįsta jis.
Todėl gebėjimas programuoti materiją atomas po atomo atveria naują paradigmą. Bus galima išgauti anglį arba generuoti vandenį praktiškai iš oro, o tai gerokai pakeis padėtį. Taigi, jei iki šiol viskas rodė, kad mes gyvename silicio amžiuje, dabar galime padaryti šuolį į tinklinę chemiją.
