Omar Yaghi: «Podemos conseguir miles y miles de litros de agua del aire del desierto»
Este químico de la universidad de California en Berkeley recibió recientemente el premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento por su trabajo en «MOFs», unas moléculas revolucionarias hechas a medida para múltiples aplicaciones.
Omar Yaghi (nacido el 9 de febrero de 1965 en Amán, Jordania) es una persona que transmite calma con su mirada atenta y su voz tranquila. Este químico de la Universidad de California en Berkeley, hijo de una familia de refugiados jordanos, es un pionero en el campo de la química reticular, una disciplina que se encarga, curiosamente, de diseñar moléculas estables y exquisitamente organizadas, quizás incluso hermosas.
De hecho, el propio Yaghi reconoce que fue la belleza de las moléculas, y la necesidad de comprender el orden que esconden, lo que le hizo interesarse por la química. Gracias a eso se ha convertido en un creador de moléculas capaces de absorber dióxido de carbono en chimeneas, de obtener agua del aire en los desiertos o aumentar la capacidad de los depósitos de combustible de coches de gas natural. La clave está en los MOFs («Metal-organic frameworks»), entramados de moléculas de carbono y de metales que se diseñan a medida, como si fueran un Lego, para múltiples funciones. Los trabjos de Omar Yaghi le han hecho merecedor del premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas, que vino a recoger a Madrid recientemente.
En primer lugar me gustaría preguntarle por qué decidió estudiar química.
(Sonríe) Yo era un joven muy tímido y recuerdo que en los recreos no jugaba con los otros niños. En vez de eso me sentaba y observaba todo. Un día, cuando estaba en tercer grado y tenía unos 11 años, intenté entrar en la biblioteca. Normalmente la puerta estaba cerrada con llave, para que los niños no entraran y lo destruyeran todo. Pero aquel día la encontré abierta, y pude entrar. Allí me encontré con un libro lleno de esquemas y dibujos. No sabía qué eran, pero me di cuenta de que eran muy especiales. Años más tarde, cuando empecé a estudiar ciencias, descubrí que esos dibujos eran esquemas de moléculas. Y fue cuando me enamoré de la química. Yo era un crío que no jugaba con las manos, que no tocaba nada, que no desmontaba una radio, pero siempre estuve muy interesado en saber qué había detrás de la construccción de nuestros objetos cotidianos.
Y en la universidad, cuando estudiaba química orgánica, aprendimos a cristalizar moléculas. Esto ahondó aún más mi amor por la química. Pero digamos que mi interés era puramente estético: me atría la belleza de los cristales y de las moléculas.
Ahora mismo, ¿qué objetivos tiene? ¿Qué problemas le gustaría resolver con su química?
Hemos contribuido a inventar un mundo de nuevos materiales: los «metal-organic frameworks» o MOFs (algo así como entramados metal-orgánicos). Tienen capacidades ilimitadas. Son materiales y estructuras químicas que diseñamos para que sean muy estables y duraderos y para usarlos en muchas aplicaciones: como absorber dióxido de carbono o para atrapar el agua de la humedad del ambiente, por ejemplo en el desierto.
Es un área de investigación mundial, con cientos de aplicaciones industriales potenciales, en ámbitos como el medio ambiente, la catálisis, la captación de agua de la atmósfera, la administración de fármacos o incluso en aplicaciones electrónicas. Fácilmente ya puede haber 70.000 de estos MOFs.
Así que, respondiendo a su pregunta, mi objetivo es doble: Por una parte fortalecer el progreso en ciencia básica de MOFs. Y, por otra, potenciar los sectores y las actividades en torno a su aplicación.
Entre todas estas aplicaciones posibles de los MOFs, ¿cuál es la que le interesa más?
La aplicación de captar agua de la atmósfera en los desiertos, para poder emplearla en casa o en la agricultura, es la que más me inspira y emociona. El agua es vida, y un tercio de la población mundial sufre la escasez de agua. Y nunca se ha logrado algo así antes, no hay precedentes. Creo que esta es la gran virtud de estos materiales.
¿Cómo definiría usted un MOF?
Es un módulo que contiene unidades metálicas y unidades orgánicas (hechas de cadenas de carbono), que se une a otros módulos para constituir un entramado. Este entramado constituye un espacio donde podemos atrapar otras moléculas o donde podemos colocar átomos que faciliten reacciones químicas, incluso en el orden que nosotros queramos. Cambiando la parte metálica podemos crear un número infinito de variaciones.
Esta idea de usar piezas moleculares me hace pensar en un Mecano…
Sí, nosotros hablamos de un Lego químico. De pequeño, no tenía Legos con los que jugar, porque vengo de una casa humilde, pero puedo decir que ahora hacemos química Lego. Es decir, organizamos los átomos y las moléculas y los unimos, con enlaces muy fuertes, para formar estructuras extendidas y muy estables. Es lo que se conoce como química reticular. Y lo cierto es que es una nueva forma de hacer materiales.
Una de sus ventajas es que tienen mucha superficie interna y pueden atrapar muchas moléculas, ¿no?
Sí. Ahora hay un material, basado en métodos que diseñamos hace tiempo, que tiene una superficie de 7.500 metros cuadrados por gramo de MOF –gracias a esto, un cubo de ciertos MOFs de apenas el tamaño de un terrón de azúcar puede tener una superficie interna comparable a seis campos de fútbol–. Nosotros empezamos por un material que tenía 2.500 metros cuadrados, y el récord ha ido aumentando poco a poco. Creemo que el límite está supuestamente en los 16.000 metros cuadrados por gramo.
¿Hay muchos científicos trabajando en esto?
Diría que hay más de mil investigadores en todo el mundo trabajando en química reticular. Y en todas partes, incluso en países en vías de desarrollo. Como he dicho, ya hay al menos 70.000 MOFs creados. Y va a haber muchísimos más, porque las posibilidades son infinitas y se pueden usar para resolver muchos problemas.
¿Cuánto tiempo tendremos que esperar hasta poder ver las primeras aplicaciones?
Ya hay aplicaciones comercializadas. Una está en una empresa de Chicago y tiene que ver con la absorción de gases tóxicos en una fábrica. La otra se emplea para almacenar gas y liberarlo lentamente y conservar la fruta y la verdura. Poco a poco habrá más.
¿Y qué hay de la aplicación de los MOFs para capturar CO2?
Esta aplicación ya funciona en el laboratorio. Pero todavía no estamos preparados para sacarla a mercado y poder atrapar CO2. Nuestro objetivo es atrapar este gas antes de que se libere a la atmósfera, en las chimeneas centrales eléctricas, aunque también se puede capturar en la atmósfera.
¿Y qué harían después de capturarlo?
Hemos estado trabajando mucho no solamente en atrapar y capturar el CO2 sino también en poder convertirlo en un combustible, como el metanol. Otra cosa en la que estamos trabajando activamente es en producir monóxido de carbono (CO) a partir de CO2, porque resulta muy interesante para fabricar muchos productos químicos. Otras opciones que se barajan es bombearlo bajo tierra, pero nosotros queremos transformar el CO2 en un producto de alto valor.
¿También están trabajando en un MOF para coches de gas natural, no?
Hay un MOF muy próximo a su uso comercial en los automóviles que funcionan con gas natural. Recuerde que estos coches son mucho más limpios que los que funcionan con gasóleo o gasolina. Y gracias al MOF, podemos almacenar tres veces más gas natural en un tanque –esto ocurre porque la estructura del MOF ayuda a estabilizar y organizar el gas–.
Omar Yaghi, en la sede de la Fundación BBVA, donde obtuvo el premio Fronteras del Conocimiento / JOSÉ RAMÓN LADRA
Además, hemos comprobado que solo se pierde un diez por ciento de capacidad al usar estos tanques de gas natural. Así que si nos deshacemos del coche porque está viejo, podemos retirar el tanque y volver a usarlo en otro coche. Esta es la grandeza de poder controlar la materia a nivel atómico –se pueden crear estructuras muy estables y duraderas–.
¿Estos depósitos de gas natural son caros?
No lo son, porque si no BASF no habría llegado al nivel de desarrollo en el que están. El precio del MOF suele corresponderse con el precio del metal, así que algunos MOFs van a ser muy baratos. Si hablamos por ejemplo de la aplicación de capturar agua, resulta que nos sirven MOFs de aluminio, que es muy barato. Piense que las latas de refresco están hechas de este material…
¿Cuánta agua pueden captar en el desierto los MOFs?
Por cada mil mililitros de MOF se pueden extraer 200 mililitros de agua, por cada ciclo completo de captación y liberación de agua, que dura un día. –Los investigadores han creado «cosechadoras» de agua para el desierto. Estas son básicamente sencillas cajas que contienen un MOF que capta agua de la atmósfera durante la noche, incluso en un desierto. Al día siguiente, y después de cerrar la caja, el sol calienta la caja y hace que el agua salga del MOF y se adhiera a las paredes del recipiente, de forma que se puede recoger y beber–.
Podemos acelerar el proceso y aumentar el número de ciclos cada día, si colocamos un ventilador, alimentado con paneles solares o con baterías, en los dispositivos. Esta tecnología tiene un gran potencial. Podemos conseguir miles de litros así.
¿Y se está haciendo trabajo de campo con esta tecnología?
Sí, ya se ha probado en el desierto. Lo hemos testado en el laboratorio y en el desierto de Arizona y funciona perfectamente. Hemos aprendido mucho, desde el punto de vista teórico y práctico, sobre cómo obtener agua en el desierto. El siguiente paso es comercializar los prototipos. Además, aunque en este caso hemos usado un MOF de zirconio, vamos a usar un MOF de alumnio, que es 150 veces más barato. Así que creo que el coste no será un problema. ¡Es increíble lo que vamos a poder lograr!
Pensando en el futuro, ¿cuáles son sus esperanzas de poder ayudar a evitar el cambio climático o de luchar contra la escasez de agua?
Ya lo estamos haciendo, ya hemos resuelto el reto científico y la recaptación de carbono es una realidad. Además, ya podemos obtener agua líquida del aire del desierto. ¡Ya estamos en el futuro! Ese es el poder de esta química, en la que hemos conseguido controlar la materia a nivel atómico. Es un grandísimo avance para nosotros en relación con como estábamos hace 20 años.
Creo que en el futuro vamos a poder hacer fibras para la ropa en la que las fibras se adapten al entorno. También estoy muy ilusionado porque podemos funcionalizar los poros y crear secuencias de información con propiedades muy específicas, por ejemplo para crear un ADN sintético. Y todo esto va a cambiar la manera en la que pensamos. Podremos crear materiales con secuencias concretas para aplicaciones y funciones especificas.
¿Quizás hace 20 años los químicos trabajaban como artesanos y ahora trabajan más bien como ingenieros?
El avance de la ciencia siempre ha dependido de entender cómo funciona la naturaleza y de controlar su funcionamiento. Ahora se está haciendo con átomos, enlaces y moléculas. La química reticular nos ha permitido tener ese control sobre los materiales, y esto es algo sin precedentes. Podemos decir que las posibilidades son ilimitadas.
Podemos diseñar lo que necesitemos. Sin embargo, debemos dejar que la naturaleza nos sorprenda y nos siga enseñando, si queremos hacer descubrimientos que ni siquiera podríamos haber concebido. De hecho, parte de mi grupo de trabajo está investigando en descubrimientos donde no hay un camino preestablecido y no sabemos lo que estamos buscando. Fue así como surgió la química reticular.
¿Buscan la inspiración en la naturaleza?
Cuando yo estudiaba, mezclábamos una cosa con otra y tratábamos de entender qué nos daba la naturaleza. Creo que es muy importante permitir que la naturaleza se manifieste. Y ahora, estoy más convencido de que si podemos contolar la materia a nivel atómico y molecular podemos abordar problemas de gran magnitud.
Pero cuando empecé a investigar mi objetivo no era resolver los problemas del mundo sino trabajar con estas moleculas maravillosas y esta «química Lego». También quería añadir racionalidad para poder controlar los objetos que nos rodean de manera que nos ofrezcan más beneficios.
¿Qué cambios han ocurrido en la ciencia para que ahora sea posible controlar la materia a nivel molecular?
En realidad, somos nosotros los que hemos tenido que cambiar, no la ciencia. El reto de construir materiales a través de bloques tenía siglos. Estaba ahí, pero nadie lo estaba intentando por miedo al fracaso. Pero pensamos que podíamos ir más allá y hacer que funcionara. Nuestra persistencia e insistencia nos llevó a romper el dogma de que no se podía lograr y de ir más allá de las fronteras. Esto es lo que intento transmitirlea los estudiantes todos los días: la necesidad de empujar las fronteras de la ciencia.
Desués, es cierto que desarrollamos nuevas herramientas científicas y computacionales. Pero digamos que el cambio inicial fue nuestra voluntad de empujar las fronteras. Como ocurre con cualquier descubrimiento científico.
¿Animaría a otros estudiantes a seguir este ejemplo?
Claro. Pero el problema es que los jóvenes son personas que están formadas para optimizar el éxito, para seguir un esquema. Es por eso que están malgastando mucho tiempo. Debemos enseñarles a desviarse de los esquemas prefijados, a tener éxito desviándose y ser capaces de alcanzar descubrimientos completamente diferentes, capaces de cambiar a la humanidad, de transformar nuestro modo de pensar o nuestra forma de cambiar nuestro medio ambiente.
Por desgracia, todo está diseñado para que sigamos un camino y que adoptemos unas estrategias encaminadas al éxito y a conseguir reconocimiento. Nosotros, sin embargo, lo que buscamos es impacto. Queremos salirnos del camino establecido y lograr cosas que cambien nuestra forma de pensar. Creo que esta es una forma muy poderosa de hacer investigacion, y así es como intento formar a mis estudiantes.
Parece tener una visión optimista…
Claro, me pagan para ser optimista. Pero no soy idiota. Sé cuales son los retos que tenemos que afrontar. Pero, ¿por qué centrarnos tanto en los retos con la cantidad de oportunidades que tenemos?
Soy optimista porque cuando ponemos nuestra atención en algo, logramos hacer grandes cosas. El problema es que nos centramos demasiado en cosas superficiales que no tienen que ver nada con nuestros valores centrales.
Las redes sociales y los medios de comunicación tienen responsabilidad en esto. Nos bombardean con una basura que nos distancia de los problemas reales. Nos dificultan poder entender la naturaleza y de comprender lo que no está diciendo. Vivimos a la velocidad de la luz, cualquier persona tiene acceso a una comunicación instantánea en su teléfono, pero no teneos contacto con cosas esenciales de la realidad. Es un infierno. No tenemos tiempo para reflexionar ni pensar.
¿Quizás es la curiosidad uno de estos valores centrales?
Sí. Pero debe ser cultivada y alimentada. Debemos comprender que es necesario invertir en nuestro futuro. Hay fuerzas empujándonos en todas direcciones. Pero necesitamos tener una comprensión de cómo está progresando nuestra civilización. Necesitamos mover las fronteras del conocimiento, no solo recopilar información a la velocidad de la luz.
Y no creo que esto sea un proceso automático. Debe ser alimentado, vigilado y cultivado entre los jóvenes. Necesitamos que los gobiernos y la sociedad comprendan que esto es una inversión en el futuro. Sobre todo si hay un descenso en el interés de la ciencia o en las vocaciones científicas. Creo que esto es un mal presagio de un futuro poco prometedor.
Muchas personas suelen criticar la ciencia que no busca aplicaciones inmediatas. ¿Qué opina?
Bien, se trata de ciencia básica, no de ingeniería. Las aplicaciones eliminan la creatividad. Por ejemplo, si nosotros no hubiéramos sido creativos y no nos hubiéramos desviado del camino establecido, no habríamos creado los MOFs. Solo si estamos abiertos a nuestro mundo podemos hacer observaciones y descubrir cosas nuevas. Pero esto no ocurre si tienes un objetivo que perseguir.
Los científicos necesitamos ser conscientes de esto y además establecer un puente entre lo que hacemos y lo que la sociedad necesita. Pero el negocio de hacer descubrimientos implica fracasar una y otra vez.
Día a día, mis estudiantes me inspiran, porque son jóvenes que siguen este camino de errores para hacer descubrimientos, aunque vayan a tener que invertir muchos años. Por eso soy muy optimista. Si mis estudiantes quisieran ser politicos o aruqitectos de las redes sociales, sería mucho más pesimista.
