Azken hamarkadetan, arkitektura tridimentsional metalorganikoek mundu osoko ikertzaileen arreta jaso dute. Horren ondorioz, aurtengo kimikako Nobel saria 1990eko hamarkadan material mota hori aurkitu zuten zientzialariei eman diete. Sendagaien garraioan zein gas kutsatzaileen pilaketan ehunka aplikazio dituen egitura molekularra giltzarri izan daiteke klima-aldaketaren eragile nagusiena den negutegi-gasen isurketa murrizteko. Izan ere, gas mota hauen gehienak tenperatura altuetan (>200 °C) isurtzen dira, eta orain, lehen aldiz, UC Berkeley-ko ikertalde batek zink hidruroak arkitektura metalorganikoekin batu ditu tenperatura altuko karbono dioxidoa pilatzeko.
30 urte baino gehiago pasa dira lehen aldiz ioi metalikoz eta molekula organikoz osaturiko egitura errepikakorra aurkitu zenetik. 1989 urtean, aurten kimikako Nobel saria irabazi duen Richard Robson-ek ioi metalikoak konposatu organiko zurrunekin lotu zitezkeela aurkitu zuen Melbourne unibertsitateko laborategietan. Gaur egun, konposatu metalorganiko (‘Metal–Organic Frameworks (MOF)’ ingelesez) deitu ohi zaien egitura hauek porositate handiko sare tridimentsional infinitu periodikoak eratzen dituzte eskala mikroskopikoan.
Garai hartan, ikertzaile australiarrak garatutako material berria oso hauskorra zen eta MOF egitura berriak ez ziren 1990ko hamarkadaren amaiera arte indartu. Izan ere, urte horietan zehar, Robson-ekin Nobel saria irabazi duten Omar M. Yaghi-k eta Susumu Kitagawa-k ikerketa ugari egin zituzten egitura molekular horien aplikazio eta propietateen inguruan. Ondorengo hamarkadetan, hiru ikertzaileek egindako aurkikuntzak aukera eman die munduko milaka ikertzaileri gas-pilaketan, energian, erreakzio kimikoen katalisian, medizinan zein ur-tratamenduan erabiltzen diren 3D-ko arkitektura molekularrak garatzeko. Eta, orain, XXI. mendeko lehengo laurdena igaro denean, material mota hori gako bihur daiteke gaur egun errealitate bihurtu den aldaketa-klimatikoari aurre egiteko. Izan ere, Science aldizkarian argitaratutako ikerketa batek egitura metalorganiko tridimentsional berri bat aurkeztu du CO2 beroa xurga dezakeena.
Tenperaturak baldintzatutako funtzionamendua
Porlana edo altzairua ekoizten duten fabrikek negutegi-efektuko gas kantitate handiak igortzen dituzte. Gaur egun, gas mota hauek pilatzen eta deuseztatzen laguntzen duten teknologiek arazoak izaten dituzte tenperatura altuetan jarduteko. Izan ere, teknologia hauek amina deituriko konposatu likido organikoak erabiltzen dituzte karbonoa xurgatu eta atmosferara ez igortzeko, eta aminen eta karbonoaren arteko esteka sortzen duen erreakzio kimikoa 40-60ºC-an gertatzen da soilik.
Horiek horrela, aipatutako industriek nahiz erregai fosilak erabiltzen dituzten energia-zentralek, oro har negutegi-efektuko gas gehien igortzen dituztenek, 200ºC-tik gora jardun dezaketen teknologia berriak eskatzen dituzte. Nahiz eta azken urteetan ikertzaileak material berriak probatzen aritu diren, amina erantsiak dituzten MOF azpimotak barne, garatutako teknologiek ez dute 150ºC-ko langa gainditu. Hori dela eta, gaur egun zenbait estrategia erabiltzen dira gas kutsatzaileak hozteko, baina Kurtis Carsch-ek, Science aldizkarian argitaratu den artikuluaren bigarren autoreak, adierazten duenez, “Azpiegitura garestiak eta ez-jasangarriak behar dira gas beroko korronte horiek hartu eta karbono-xurgapen teknologiek funtzionatzen duten tenperaturetara hozteko”.
Paradigma alda dezakeen amina gabeko MOF teknologia
Gaur egun pilatzen diren negutegi efektuko gasak lur azpian biltegiratzen dira edo balio erantsiko produktu kimiko berriak garatzeko erabiltzen dira. Estrategia hauek klima-aldaketaren paradigma alda dezakete, baina ezinbestekoa bihurtu da gas kutsatzaile gehien igortzen dituzten industrietan esku-hartzea. “Altzairuaren eta zementuaren industrien CO2 emisioetan pentsatzen hasi behar dugu, karbonoa kentzeko zailak baitira; izan ere, litekeena da CO2 igortzen jarraitzea, baita gure energia-azpiegitura energia berriztagarrietara gehiago bideratzen den heinean ere”, adierazten du lanaren lehen autore den Rachel Rohde-k.
UC Berkley-ko ikertaldeak hamarkada bat baino gehiago darama CO2-a adsorbatzen duten MOF-ak ikertzen. 2015 urtean, ikertaldea zuzentzen duen Jeffrey Long irakasleak etorkizun handiko materiala sortu zuen. Teknologia honetan azalera erraldoia duen matrize porotsu eta kristalinoa eskaintzen zuen MOF-ak, eta aminak finkatzen zuen karbono dioxidoa. “MOF-ek duten egitura paregabeei esker, CO2 kondizio egokietan harrapatu eta askatzeko puntu asko aurki dezakegu”, dio Carsch-ek. Baina, materialak aminen beharra zuenez, ez zen eraginkorra tenperatura altuetan. Orduan, UC Berkeleyko ikertzaileak aminarik gabeko MOF egiturak ikertzen hasi ziren.
Molekula organikoen alternatibak bilatzen ari zirela zink hidruroekin egin zuen topo ikertaldeak. Normalean hidruro metaliko molekularrak erreaktiboak dira eta, beraz, nahiz eta CO2-a finkatzeko gaitasuna handia duten, egonkortasun txikia izan dezakete. Rodhe-ren hitzetan, ordea, “garatutako materiala oso egonkorra zen, eta karbonoa sakon finkatzen zuen. Horrela, karbono dioxidoaren % 90 harrapatzen zuen amina erantsia duten MOF-en antzera, baina tenperatura askoz altuagoetan”.
Tenperatura igo ahala entropiak karbono dioxidoa gas-fasean egotea ahalbidetzen duenez, lehen pentsatzen zen ezinezkoa zela molekula horiek solido porotsu batekin harrapatzea 200 °C-tik gorako tenperaturan. “Lan honek erakusten du, behar bezalako funtzionaltasunarekin (kasu honetan, zink hidruroko finkapen-puntuak erabiliz), tenperatura altuetan (adibidez, 300 °C-an) CO2-aren finkapen azkarra, itzulgarria eta gaitasun handikoa lor daitekeela”, dio UC Berkleyko Long irakasleak.
Orain ikertzaileak aztertzen ari dira garatutako materialek zer beste gas adsorba dezaketen edo zein izango diren CO2 are gehiago adsorbatzeko aukera emango dieten aldaketak. “Zorionez, aurkikuntza honek bide berriak ireki ditu gasen bereizketaren zientzian, tenperatura altuetan lan egin dezaketen adsorbatzaile solido funtzionalen diseinuan oinarrituta”, ondorioztatzen du Carsch-ek.
Erreferentzia bibliografikoa:
Egileaz:
Oxel Urra Elektrokimikan doktorea da, zientziaren eta artea uztartzen duten proiektuetan aditua, egun zientzia-komunikatzailea da.