Nel 2025 il Premio Nobel per la Chimica è stato assegnato a tre studiosi: il giapponese Susumu Kitagawa (nato nel 1951 a Kyoto, dove insegna nella locale Università); Richard Robson, nato nel 1937 a Glusburn nel Regno Unito e docente presso l’Università di Melbourne in Australia; e Omar Mwannes Yaghi, giordano nato nel 1965 ad Amman e naturalizzato statunitense, che lavora a Berkeley, in California. Il riconoscimento fu concesso per le loro ricerche sullo sviluppo dei reticoli metallorganici, i cosiddetti MOF (Metal Organic Frameworks). Con il loro lavoro, i tre premiati dell’anno scorso sono riusciti a creare strutture molecolari porose, formate da metalli e componenti organici, che lasciano passare gas e altre sostanze. Detta così, sembra soltanto una speculazione scientifica di altissimo livello, ma senza concrete applicazioni nella vita quotidiana. E invece questi materiali (i MOF, appunto) possono essere definiti più semplicemente spugne molecolari e possono essere usati per esempio per ricavare acqua dall’aria del deserto, catturare anidride carbonica, immagazzinare gas tossici.

Per comprendere meglio il senso di questi studi, bisogna pensare ad un cubo che pesa 10 chili e che è capace di contenere la stessa quantità di gas di una bombola da 60 chili: pesa sei volte meno ed è più semplice e più sicuro da trasportare. Questa struttura si chiama Cubitan ed è una delle applicazioni delle spugne molecolari. Il giapponese Susumu Kitagawa ne ha parlato a BergamoScienza e ha lanciato un’idea rivoluzionaria, destinata a far discutere: con queste spugne, secondo lui, potremmo smettere di scavare la terra per prendere petrolio, metano e carbone, e cominciare a pescare quello che ci serve direttamente dall’aria.

Il professor Susumu Kitagawa

I MOF sono un tipo di materiale estremamente poroso, tanto da poterle immaginare come spugne molecolari in grado di catturare, separare o immagazzinare sostanze a livello microscopico. Le cavità al loro interno offrono dal punto di vista molecolare una enorme superficie, rendendoli molto adatti per conservare o filtrare le sostanze. Possono per esempio intrappolare grandi quantità di gas all’interno dei loro pori, o possono essere usate per catturare selettivamente un gas mischiato ad altri, come si fa negli impianti per separare l’anidride carbonica dal resto dell’aria. In sostanza, per spiegare come funzionano i MOF, bisogna pensare a come lavora una semplice spugna da cucina o da bagno: è piena di buchi che si riempiono facilmente d’acqua; per espellere quest’ultima, basta solo strizzarla. Le spugne molecolari funzionano in modo simile, solo che i buchi sono piccolissimi, grandi più o meno quanto una molecola. E dentro, invece dell’acqua, ci finiscono i gas.

Il chimico Richard Robson

Vale la pena ripercorrere brevemente la genesi di questi studi. Nella prima metà degli anni Ottanta, Robson provò un’idea che gli era venuta lavorando con i modelli per costruire le molecole, quelli che si usano per insegnare la loro struttura e sono fatti solitamente di palline di legno che rappresentano gli atomi, nei quali vengono inseriti i pioli che rappresentano i legami chimici (più atomi messi insieme formano una molecola). Lo studioso voleva usare le regole del legame degli atomi per unire intere molecole in modo solido e ordinato. Nel primo tentativo si ispirò ai diamanti, ma l’idea era di usare altri mattoncini al posto del carbonio e farli legare in modo simile. Alla fine degli anni Ottanta descrisse le caratteristiche del primo MOF in uno studio, che avrebbe aperto nuove importanti opportunità di ricerca nella scienza dei materiali. Non mancarono le critiche di parte del mondo scientifico, legate soprattutto al fatto che le strutture dei primi cristalli erano più fragili e tendevano a collassare.

Omar Yaghi, Nobel nel 2025

Tra i chimici, non c’erano comunque solamente dei critici: Susumu Kitagawa e Omar Yaghi, incuriositi dalle opportunità dei MOF, all’inizio degli anni Novanta furono autori di una serie di scoperte molto importanti per dare un futuro a quei materiali. Kitagawa riuscì a far comprendere l’utilità delle spugne molecolari che aveva realizzato, dimostrando che potevano essere costruite con molti tipi di molecole; mentre Yaghi aveva fatto progressi importanti con i MOF (fu lui a ideare il termine), riuscendo a sviluppare strutture stabili che resistevano alle alte temperature senza collassare.

A Bergamo Kitagawa (che ha ricevuto dalla Fondazione BergamoScienza la targa Rita Levi Montalcini memorial lectures) ha disegnato uno scenario molto più ambizioso e addirittura sconvolgente per i suoi effetti. Per lo scienziato oggi la nostra civiltà è estrattiva, cioè per produrre energia bisogna scavare, trivellare o bruciare. In futuro, invece di cercare risorse sottoterra, si potranno ottenere dall’aria le molecole utili, semplicemente separandole e passando quindi alla civiltà della separazione. Con un ulteriore beneficio tutt’altro che secondario: catturare quelle dannose, come l’anidride carbonica o il monossido di carbonio.

Il Nobel sottolinea che solo pochi Paesi hanno tante materie prime, mentre l’aria (definita “oro invisibile”) è di tutti. Pensare però che i MOF possano di colpo rendere inutili gas e petrolio è solo un’utopia. Oggi, comunque, ci sono 57 start up, alcune nate proprio dall’Università di Kyoto, e una quantità enorme di nuovi materiali. Alcune di queste spugne sono già in vendita per catturare l’anidride carbonica dei cementifici e per aiutare a produrre idrogeno. Altre si studiano per tirare fuori acqua dall’aria nei posti più secchi o per ripulire le acque di scarico. All’Università di Chicago si sta sperimentando sui pazienti una spugna chiamata RiMO-301, che si inietta nel tumore prima di una radioterapia a basse dosi, con risultati decisamente promettenti. Insomma, le applicazioni potranno essere molteplici in ogni campo, ma bisogna migliorare due fattori decisivi: la stabilità e la produzione su larga scala.

Il filosofo greco Eraclito

Secondo gli esperti i MOF hanno un grande potenziale e le prime applicazioni pratiche lo dimostrano. Nell’industria elettronica, sono usati per trattenere i gas tossici necessari per la produzione dei semiconduttori, mentre ne esistono versioni che sono in grado di degradare i gas nocivi. Un altro importante ambito di sviluppo è legato alla possibilità di impiegarli negli impianti che sottraggono anidride carbonica dall’atmosfera, contribuendo a ridurre i gas serra e di conseguenza il riscaldamento globale.

Kitagawa ha raccontato anche che le sue idee sono nate dal filosofo greco Eraclito e dal suo panta rei (tutto scorre) che lo ha aiutato a immaginare solidi capaci di muoversi. Oggi però bisogna avere la pazienza di aspettare che la scienza compia passi in avanti e diventi tecnologia realmente applicabile, oltre a stanziare ingenti risorse per finanziare le ricerche. L’oro invisibile è intorno a noi, ma per poterlo realmente sfruttare servono nuovi studi e ulteriori progressi.

Buona domenica.