A humanidade precisa de novos materiais que a ajudem a passar de uma “civilização escavadora” para uma “civilização separadora”. Essa é a grande idéia Susumu Kitagawa na Universidade de Quioto, um dos vencedores do ano passado do Prémio Nobel de Química pelo seu trabalho sobre estruturas metal-orgânicas (MOFs), que afirma que precisamos de nos concentrar em “minerar” o “ouro invisível” que nos rodeia – o ar.
Kitagawa ganhou o prêmio Nobel de química de 2025, ao lado de Omar Yaghi e Richard Robson, pela criação e desenvolvimento de polímeros de coordenação porosos que incluem MOFs. A contribuição pessoal de Kitagawa, que lhe rendeu um terço do prêmio de química de 2025, foi o desenvolvimento de MOFs estáveis. Ele então deu um passo além, desenvolvendo uma terceira geração de MOFs que eram muito menos rígidos do que aqueles que os precederam.
Os MOFs são sintetizados pela combinação de um metal com um ligante orgânico. À medida que a estrutura se automonta, um íon metálico fica no centro de cada unidade com vários ligantes orgânicos conectando-o a vários outros íons metálicos. Este padrão de um íon metálico conectado a outro íon metálico por ligantes orgânicos se repete muitas vezes para formar uma estrutura cristalina enorme, aberta, geralmente 3D. Estas estruturas são altamente porosas, por isso podem capturar outras moléculas dentro das suas estruturas e tem havido grande entusiasmo sobre o seu potencial para capturar e armazenar gases. Kitagawa observa que um único grama de MOF pode ter a mesma área de superfície de um campo de futebol.
Kitagawa disse ao público no 10º Congresso de Química EuChemS em Antuérpia, Bélgica, que embora a humanidade tivesse obtido alguns sucessos no domínio do controlo de sólidos e líquidos, os gases revelavam-se mais difíceis. Ao utilizar materiais porosos, como os MOF, a civilização humana poderia extrair matérias-primas do ar, como carbono, oxigénio e hidrogénio, para abastecer as suas indústrias. Esta abordagem tem a vantagem de estes materiais estarem disponíveis gratuitamente em todos os países, serem abundantes e não ameaçarem recursos escassos, como a água doce.
«As pessoas já utilizam o azoto do ar, por exemplo, no método Haber-Bosch (para produzir amoníaco para fertilizantes)», observa Kitagawa. «Mas o problema é que o hidrogénio provém de recursos subterrâneos – gás natural e petróleo.» Ele acredita que, no futuro, será possível fornecer hidrogénio através da decomposição do vapor de água recolhido em oxigénio e hidrogénio. Este hidrogénio poderia então ser combinado com azoto para produzir uma série de produtos químicos, incluindo fertilizantes. O hidrogénio também poderia ser utilizado no processo Fischer-Tropsch para produzir combustíveis. Isso significaria combinar o hidrogênio com o dióxido de carbono capturado por meio da reação reversa de mudança água-gás para produzir uma mistura de monóxido de carbono e água. A secagem dessa mistura e a adição de mais hidrogênio ao monóxido de carbono criam gás de síntese, que pode reagir com catalisadores metálicos para produzir uma variedade de hidrocarbonetos líquidos.
‘Então, podemos visualizar essas tecnologias e ciência, mas o problema é a questão política’, acrescenta. ‘Porque os governos pensam principalmente nos próximos dois a três anos.’ Kitagawa diz que a sua visão de “minerar o ouro invisível” do ar é dispendiosa de implementar e é um projecto que levaria 50 anos a concretizar-se. “Então foi por isso que aceitei esta plenária para divulgar (essa ideia) aos jovens”, afirma.
Kitagawa reconhece que a transição para uma “economia de moléculas diluídas” não é simples. Como o dióxido de carbono representa apenas 0,04% da nossa atmosfera, capturá-lo do ar consome atualmente muita energia e é caro. Ele acredita que novos materiais porosos poderiam tornar esse processo de captura seletiva de gases muito mais barato.
A contribuição do grupo de Kitagawa para esta grande ideia é o desenvolvimento de novos MOFs macios e porosos. Eles desenvolveram uma série de estruturas que vão desde MOFs flexíveis – que podem dobrar de volume quando acomodam convidados – até estruturas que quase não apresentam alteração de volume durante a ligação do gás, de modo que apenas o arranjo local de ligantes orgânicos dentro do cristal muda. Os primeiros são adequados para funções mecânicas, como atuadores, enquanto os últimos são adequados para a separação seletiva de gases. Eles são muito mais robustos que seus antecessores e podem passar por repetidos ciclos de adsorção e dessorção do gás alvo. Outro problema que a equipe busca resolver é que os gases de exaustão e o ar contêm vapor d’água, o que dificulta a captura seletiva de dióxido de carbono. Uma inovação introduzida pela equipe de Kitagawa é tornar os poros desses MOFs hidrofóbicos, permitindo assim a captura de dióxido de carbono e, ao mesmo tempo, excluindo a água.
Gill Reidex-presidente da Royal Society of Chemistry e pesquisador coordenador de química na Universidade de Southampton, Reino Unido, descreve o conceito de Kitagawa como uma “visão extraordinária”. “Ouvi-lo traçar a sua jornada científica, desde a descoberta inicial do seu grupo de uma nova família de complexos de coordenação que contêm “buracos” moleculares até à sua apreciação de como estas estruturas dinâmicas flexíveis podem ser racionalmente concebidas e exploradas para a adsorção e libertação de moléculas como o metano e o dióxido de carbono a partir de misturas complexas com um controlo notável, foi profundamente inspirador”, acrescenta ela.
