De hacer vino a Cataluña a obtener agua en el desierto: el Nobel premia a los químicos que han revolucionado la creación de materiales

Una nueva forma de pensar en el diseño de la química que ha permitido fabricar materiales a medida y con funciones inauditas ha sido reconocida con el premio Nobel de Química de este año. Los galardonados son el japonés Susumu Kitagawa, de la Universidad de Kyoto; el británico Richard Robson, de la Universidad de Melbourne, y el jordano Omar M. Yaghi, de la Universidad de California.

Los tres premiados contribuyeron a crear una nueva arquitectura química en la que se mezclan conceptos de biología, como el reconocimiento molecular, dentro de una estructura estable, sólida y también porosa. Esto abre la puerta a aplicaciones tan diversas como impulsar reacciones químicas, almacenar gases y capturar y destruir compuestos contaminantes.

Las estructuras que crearon, llamadas redes metaloorgánicas o MOF, contienen grandes cavidades por donde las moléculas pueden entrar y salir. Esta capacidad para seleccionar y almacenar sustancias con tanta precisión ha permitido aplicaciones muy diversas, desde obtener agua del aire del desierto hasta extraer contaminantes del agua y capturar dióxido de carbono.

De hecho, esto es precisamente lo que destaca el veredicto de la Real Academia de Ciencias Sueca, que concede este galardón: el reconocimiento está motivado por haber descubierto las estructuras metaloorgánicas, que "tienen un enorme potencial y ofrecen oportunidades antes impensables para crear materiales a medida con funciones nuevas".

David Fairén-Jiménez, profesor de ingeniería molecular en la Universidad de Cambridge, valora en declaraciones al SMC Spain que "su descubrimiento abrió un nuevo universo de posibilidades en energía, medioambiente y salud y seguirá inspirando generaciones de científicos durante décadas".

"Llevaban más de 10 años estos investigadores entre los favoritos para ganar el Nobel de Química", reconoce al ARA el investigador ICREA JR. Galán Mascarós, investigador principal del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ). Galán destaca la enorme versatilidad de los materiales que pueden crearse a partir de estas redes metalorgánicas, "desde destrucción de venenos y gases tóxicos en aplicaciones militares hasta descontaminación de aguas".

Una intuición a partir de un juego de madera

Todo empezó en 1974, cuando Richard Robson daba clases en la Universidad de Melbourne, en Australia, y para preparar una sesión de lo que hoy llamaríamos de química manipulativa pidió al taller de la universidad que agujereara bolas de madera donde quería empotrar unas barras del mismo material, que recrearían las uniones químicas y así conectarían. Como si fuera una especie de Lego de madera. Robson marcó el sitio exacto en las bolas donde debían hacerse los agujeros. Y cuando desde el taller le devolvieron las bolas, tuvo una revelación: la posición de los agujeros era clave para poder conferir a las moléculas la forma y estructura adecuadas.

Estuvo diez años dando vueltas a esa idea hasta que se decidió a empezar a trabajar con un modelo simple inspirado en la estructura del diamante, donde cada átomo de carbono se une a otros cuatro átomos formando una pequeña pirámide. Sin embargo, la estructura que logró era inestable. Y aquí es donde entran en juego Susumu Kitagawa y Omar Yaghi, que fueron quienes proporcionaron una base sólida a este método. Juntos crearon los primeros MOF y demostraron su potencial.

Vinos con un material Nobel

El trabajo de estos tres investigadores ha propiciado que laboratorios de todo el mundo hayan podido desarrollar aplicaciones basadas en estas MOF para administrar fármacos o liberar ARN en un tumor, así como gestionar gases extremadamente tóxicos.

También para atrapar gases como el CO₂. Es lo que hace un grupo de investigadores en el ICIQ, liderados por JR Galán-Mascarós: han creado la start-upOrchestra Sci que explota un material MOF que separa el CO₂ de cualquier gas y lo purifica. Ahora el producto ya lo están escalando y entre sus aplicaciones está "filtrar el CO₂ de chimeneas o de otras fuentes de emisión". "No sólo se evita emitir gases de efecto invernadero, sino que, además, podemos recoger este dióxido de carbono y reutilizarlo como materia prima para realizar, por ejemplo, polímeros", explica Galán Mascarós.

Un ejemplo es el proyecto con el Celler Torres. "Ellos emiten CO₂ de la fermentación del mosto y deben comprar CO₂ por varios procesos de la fabricación del vino", relata el investigador del ICIQ. Lo que hacen es capturar con un material MOF el CO₂ de la fermentación, y purificarlo para que pueda reutilizarse para inyectar a los vinos. "De esta forma apostamos por una economía circular", apunta Galán Mascarós.

Todavía tres Nobeles por entregar

El año pasado el premio Nobel de química premió los descifradores de las proteínas. Fue un reconocimiento coral a tres investigadores por su contribución al desarrollo y comprensión de las proteínas, auténticas piezas de ingeniería para crear vida, y que hasta hace relativamente poco eran desconocidas para la comunidad científica. Se premió a David Baker, director del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington, "por haber diseñado proteínas empleando herramientas computacionales", y Demis Hassabis y John M. Jumper, de Google DeepMind, "para hacer posible la predicción de la estructura de las proteínas".

El galardón se entregará en una ceremonia que se celebrará el 10 de diciembre en Estocolmo, en Suecia, coincidiendo con la fecha en la que murió Alfred Nobel, impulsor de los premios. Está dotado con 11 millones de coronas suecas (unos 934.243 euros), siguiendo las directrices que el creador del premio, Alfred Nobel, dejó por escrito en 1895, un año antes de su muerte. En ese momento estableció el premio en 31 millones de coronas suecas, una cifra que ha ido evolucionando según la fluctuación del valor de la moneda. El primer Nobel de química se entregó en 1901 al holandés Jacobus Hendricus van Hoff por haber descubierto las llamadas leyes de la cinética química, así como las leyes que gobiernan la presión osmótica de las disoluciones.

El de química es el tercer Nobel que se entrega este 2025, después de que el lunes se concediera el Nobel de medicina a los descubridores de los policías del sistema inmunitario a los inmunólogos americanos Mary E. Brunkow y Fred Ramsdell y al japonés Shimon Sakaguchi. Y el martes, en el marco del Año Internacional de la Cuántica, se entregó el premio Nobel de física a los descubridores de la mecánica cuántica en acción dentro de un chip, los americanos Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis. En los próximos días será el turno de los galardones de literatura, paz y economía.

Desde que se empezaron a conceder se han otorgado 116 galardones de química.