El Nobel de Química 2025 fue para tres científicos cuya idea pasó del laboratorio a una nueva rama de materiales y a toda una industria: Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi. Su trabajo en marcos metal-orgánicos (MOF) – redes cristalinas de inmensa superficie interna – cambió la forma en que pensamos sobre el almacenamiento de gases, la purificación del aire y del agua, e incluso la entrega de medicamentos. Esta "arquitectura" porosa a escala molecular se considera hoy uno de los descubrimientos más influyentes de la química de materiales moderna; no sorprende, por lo tanto, que 2025 marcara el momento del reconocimiento formal.
Qué son realmente los MOF y por qué son especiales
En el nivel más simple, un MOF es un "andamio" compuesto de nodos metálicos y "barras" orgánicas que los conectan. El resultado es una red cristalina con canales y cavidades regulares. Debido a esta geometría, los MOF pueden tener una superficie interna de varios miles de metros cuadrados por un solo gramo de material. En la práctica, esto significa que en sus poros se puede alojar un número sorprendentemente grande de moléculas – desde vapor de agua hasta dióxido de carbono, metano o hidrógeno – y de manera selectiva, dependiendo del "mobiliario" químico dentro de los poros.
Una comparación que se usa a menudo – y que capta bien la esencia – es la de los trepadores para niños en un parque infantil. La construcción parece masiva, pero es en su mayor parte espacio vacío. Los niños juegan en los espacios intermedios; en los MOF, en lugar de niños, se mueven moléculas. Es precisamente este vacío, que gestionamos a nivel atómico, lo que hace que los MOF sean adsorbentes extremadamente potentes y plataformas reactivas.
Pioneros y el camino al Nobel
El químico australiano Richard Robson ya había esbozado en los años setenta y ochenta la idea de redes cristalinas en las que los metales y los ligandos orgánicos se disponen en patrones infinitos. El investigador japonés Susumu Kitagawa mostró cómo tales estructuras podían ser estables, permeables y útiles, mientras que Omar M. Yaghi desarrolló la química reticular – un enfoque sistemático para "tejer" redes de topología y función predeterminadas. En las décadas siguientes se crearon miles de MOF diferentes, y con ellos nuevos conceptos: isorreticularidad (construcción de "familias" con la misma topología), modificación post-sintética (ajuste de la química de los poros después de la síntesis) y funcionalización a medida del proceso objetivo.
Cómo un MOF "atrapa" y libera moléculas
¿Por qué es importante una superficie inmensa? Porque la adsorción es un fenómeno de superficie. Cuantos más "estantes" y "esquinas", más lugares donde las moléculas pueden unirse temporalmente. Pero la verdadera fuerza de los MOF reside en que podemos "recubrir" químicamente esta superficie: grupos funcionales que aman el agua o, a la inversa, capturan selectivamente CO2, amoníaco o dióxido de azufre pueden incorporarse en el poro. Una vez que llenamos los poros, el material se puede regenerar mediante calentamiento suave, reducción de presión o cambio de humedad – y el ciclo se repite cientos de veces.
Agua del aire: de la curiosidad científica a la prueba de campo
Pocas demostraciones de MOF han suscitado tanta atención como la "cosecha de agua" del aire del desierto. Un equipo de Berkeley dirigido por Omar Yaghi mostró primero que el MOF-801 de circonio puede absorber agua incluso en aire seco, y luego desarrolló el MOF-303 de aluminio, un material con cinética más rápida y mayor capacidad. Las pruebas de campo en entornos extremadamente secos confirmaron que es posible obtener pasivamente, mediante calor solar, cientos de gramos de agua por kilogramo de sorbente al día – sin alimentación externa, en ciclos adaptados al intercambio día-noche de temperatura y humedad. Para las regiones áridas, esto abre una nueva infraestructura espacialmente distribuida para agua potable.
De lo militar a la aplicación civil: el programa de DARPA y una industria naciente
Las operaciones militares sienten especialmente la carga de la "logística del agua": el transporte de bidones y cisternas es costoso y arriesgado. Precisamente por eso DARPA lanzó el programa Atmospheric Water Extraction (AWE) para fomentar el desarrollo de un dispositivo compacto que proporcione suficiente agua potable para un individuo o una unidad en condiciones extremadamente secas. El programa reunió a equipos académicos e industriales con el objetivo de reducir drásticamente la masa, el volumen y el consumo de energía en comparación con los generadores de agua atmosférica clásicos. El químico estadounidense Seth M. Cohen (UC San Diego) también trabajó como gerente de programa, y los resultados – desde prototipos validados hasta la comercialización de la tecnología de sorbentes – trazaron el camino hacia soluciones de mercado.
Gases bajo control: hidrógeno, metano y CO2
Si el agua es la aplicación más emocional, la energía es probablemente la más importante. Los MOF permiten a los tanques de hidrógeno o metano "empaquetar" más combustible a presiones y temperaturas más bajas, porque los gases no "flotan" en el vacío sino que se unen a las paredes de los poros. Los parámetros clave aquí son: tamaño y distribución de los poros, superficie específica, energía de interacción del hidrógeno con las "anclas" en los poros y flujo térmico durante la carga/descarga. Aunque la amplia aplicación comercial en vehículos sigue siendo un desafío – especialmente a temperaturas cercanas a la ambiente – la tendencia es clara: el diseño de poros y grupos funcionales acerca los sistemas a los objetivos de rendimiento prescritos por los reguladores energéticos.
Por otro lado, en la lucha contra el cambio climático, los MOF se imponen como adsorbentes para la captura selectiva de CO2 de los gases de combustión de plantas de energía o incluso del aire. Su ventaja es la capacidad de ajuste: grupos funcionales amina, sitios metálicos abiertos o redes "inteligentes" que cambian de afinidad dependiendo de la humedad y la temperatura. Cada vez más se combinan con membranas, creando así membranas mixtas con permeabilidad y selectividad mejoradas.
Neutralización de vapores tóxicos y protección
Otra área en la que los MOF son extremadamente prometedores es la captura y degradación de gases tóxicos como amoníaco, dióxido de azufre, sulfuro de hidrógeno u óxidos de nitrógeno. Los adsorbentes clásicos a menudo se corroen o se saturan rápidamente; el objetivo es obtener materiales que no solo puedan "atrapar" una molécula a nivel de ppm, sino también transformarla químicamente en especies más inofensivas. En esta dirección se han desarrollado MOF estables de Zr y Al con sitios catalíticos, así como compuestos que portan catalizadores para oxidación y neutralización en los poros.
Medicamentos al ritmo de los poros: entrega lenta y dirigida
Una red porosa no es solo un "almacén"; también puede ser un "programa de entrega". Las moléculas farmacéuticas pueden "aparcarse" en los poros de modo que se liberen lentamente, bajo supervisión y potencialmente de manera dirigida – por ejemplo, bajo la influencia del pH, la luz o la temperatura. Las modificaciones post-sintéticas, un área en la que el grupo de Seth Cohen hizo contribuciones clave, permitieron incorporar dentro de la red grupos funcionales que "sostienen" el medicamento mientras es deseable, y luego lo sueltan en el lugar de efecto. Al mismo tiempo, los nanocompuestos MOF-polímero ofrecen mejor robustez mecánica y biocompatibilidad.
De la "sal" de laboratorio al tanque: cómo se ve el salto a la aplicación
En la historia de los MOF a menudo se destaca el ejemplo contraintuitivo con los tanques de gas. Imaginen un tanque para metano: está vacío y listo para llenarse. Si vierten gránulos de MOF en él, visualmente han "robado" volumen al gas. Pero cada cristalito esconde miles de metros cuadrados de superficie interna en los que el metano puede adsorberse. El resultado: a la misma presión y temperatura, en el tanque "lleno" cabe muchas veces más gas que en el vacío. El desafío de ingeniería es la distribución del calor (la adsorción libera calor), la estabilidad mecánica del lecho empaquetado y largos ciclos sin degradación.
Qué es la química reticular y por qué es crucial
El concepto de química reticular de Yaghi dio las herramientas para diseñar la red de antemano: se eligen la topología (p. ej., cúbica, hexagonal), las distancias entre nodos, la química de los nodos y los "puentes", y luego las propiedades – desde el tamaño de los poros hasta la hidrofilia – se predicen, no se encuentran por casualidad. Esto permitió "familias" como UiO-66 (nodos de circonio, varios ligandos) y series MIL (nodos de aluminio/hierro) que son hoy los caballos de batalla de muchas aplicaciones. Ya el simple hecho de que en la misma topología se puedan "montar" decenas de grupos funcionales hace de los MOF una plataforma, y no un material individual.
Curvas de sorción, histéresis y condiciones reales
En el laboratorio es fácil lograr cifras impresionantes, pero la industria exige rendimiento en condiciones reales: presencia de humedad, temperaturas variables, mezclas de impurezas, vibraciones mecánicas. Por eso hoy, junto a las isotermas clásicas (Langmuir, BET), cada vez tienen más importancia las pruebas dinámicas a través de miles de ciclos, la desorción rápida bajo condiciones suaves y la resistencia a gases corrosivos. Para capturar amoníaco o SO2 se desarrollan MOF con sitios "de sacrificio" que se regeneran, mientras que para CO2 cada vez se prefieren más redes aminofuncionalizadas que conservan la selectividad incluso en corrientes de gas húmedas.
El papel de las universidades y las agencias estatales
El Nobel es un reflector, pero la infraestructura que conduce a él – laboratorios, centros y programas – a menudo permanece en la sombra. UC Berkeley, Kioto y Melbourne lideraron el desarrollo conceptual, mientras que UC San Diego y otras instituciones empujaron los materiales hacia la modificación post-sintética, membranas y biomedicina. Por el lado del estado, programas como AWE de DARPA jugaron un papel importante en la "traducción" de materiales en dispositivos, desde prototipos del tamaño de un horno microondas hasta sistemas para campamentos enteros. No menos importante es la ola de asociaciones industriales que sacan la tecnología de las publicaciones y la convierten en equipo robusto.
Dónde estamos hoy y qué sigue
Hoy el catálogo de MOF conocidos es inmenso, y el aprendizaje automático ayuda a predecir combinaciones de metales y ligandos con una energética de enlace de hidrógeno objetivo o selectividad hacia el CO2 en condiciones húmedas. Los productos comerciales son todavía de nicho – por ejemplo, contenedores para el control de etileno que prolongan la frescura de la fruta, filtros para la eliminación selectiva de vapores desagradables o prototipos de recolectores de agua domésticos – pero la tendencia es clara: con la caída del precio de los sorbentes y la integración con intercambiadores de calor eficientes, los MOF salen del laboratorio.
Por qué el reconocimiento de 2025 es importante más allá de la química
Las historias del Nobel a menudo permanecen "dentro de la profesión", pero este caso tiene un significado más amplio. El mundo lucha simultáneamente contra la inseguridad hídrica, la descarbonización y la calidad del aire. Los MOF son un raro ejemplo de plataforma que abre opciones en múltiples frentes: recolección pasiva de agua al sol, tanques que facilitan la logística de combustibles limpios, filtros y catalizadores que protegen la salud. El premio a Kitagawa, Robson y Yaghi es, por lo tanto, también un mensaje simbólico: invertir en los fundamentos de la química de materiales puede traer soluciones que son tanto prácticas como escalables.
Cómo reconocer el "hype" y distinguirlo del progreso
Vale la pena decir esto también: los MOF fueron durante mucho tiempo "estrellas" de portadas porque las cifras sobre superficies y capacidades sonaban increíbles. Las preguntas críticas – precio de síntesis, reciclabilidad de metales y ligandos, seguridad en la lixiviación, cohesión mecánica en dispositivos reales – no han desaparecido. Lo que ha cambiado es que los investigadores e ingenieros en los últimos años han comenzado a mostrar ciclos confiables en terreno desértico, prototipos validados para agua del aire y rendimientos medidos según métricas industriales. En otras palabras, el "hype" se retira ante pruebas de ingeniería concretas.
Nota sobre la fecha y el contexto
La ceremonia central de entrega de los Nobel es tradicionalmente el 10 de diciembre, y este año llega después de los anuncios de octubre de los laureados. En la comunidad científica, los debates continuarán – quién hizo qué primero, cuál fue la publicación decisiva – pero hay pocas dudas de que los ganadores de 2025 han incorporado los MOF en los cimientos de la química de materiales moderna. Su trabajo seguirá siendo una referencia para todos los que quieran extraer agua del aire, almacenar hidrógeno en tanques o limpiar gases cuyo lugar está en los procesos, y no en nuestros pulmones.