El innovador material desarrollado por los Nobel de Química tiene múltiples usos y hasta puede capturar agua en el desierto

El Premio Nobel de Química 2025 distinguió a un avance científico que permite extraer agua del aire del desierto, capturar sustancias contaminantes y almacenar gases peligrosos, entre múltiples usos.

La Real Academia Sueca de Ciencias anunció que Susumu Kitagawa, de la Universidad de Kioto, Japón; Richard Robson, de la Universidad de Melbourne, Australia; y Omar M. Yaghi, de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, fueron galardonados por el desarrollo de estructuras metalorgánicas, conocidas como MOF, materiales con espacios internos que permiten filtrar, almacenar o transformar sustancias.

Las MOF son “estructuras moleculares con amplios espacios por los que pueden fluir gases y otras sustancias químicas”, según definió el Comité Nobel.

Su arquitectura molecular, permite que las MOF se utilicen en aplicaciones tan diversas como la obtención de agua potable en ambientes áridos como desiertos, la captura de dióxido de carbono, el almacenamiento de hidrógeno y la eliminación de contaminantes (PFAS) del agua.

“Este premio representa el reconocimiento a un desarrollo con tres aspectos muy importantes”, explicó a Infobae Galo Soler Illia, investigador del CONICET y director del Instituto de Nanosistemas (INS-EByN) de la Universidad de San Martín (UNSAM). Los tres aspectos relevantes que destacó Soler Illia sobre las estructuras metalorgánicas (MOF) son:

1. Uso de reacciones químicas simples y conocidas (reacciones de coordinación) para construir materiales complejos a partir de bloques inorgánicos y orgánicos, comparables a un “juego de Lego” molecular.
2. Originalidad estructural: los materiales resultantes forman redes sólidas porosas —como “edificios” con habitaciones— capaces de atrapar o filtrar moléculas según su tamaño o afinidad química.
3. Amplia versatilidad y aplicaciones prácticas: pueden usarse para absorber contaminantes, almacenar gases como el hidrógeno, liberar fármacos o captar agua del aire, y además hoy su producción es más accesible y económica, lo que los vuelve comercialmente prometedores.

Anta la consulta de Infobae, la doctora en Química Florencia Di Salvo, profesora e investigadora del departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física (INQUIMAE-CONICET, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA), explicó que “las MOF son redes bi y tridimensionales formadas por iones metálicos y moléculas orgánicas que los interconectan. Pueden pensarse como una suerte de polímero de coordinación, con cavidades o poros que les otorgan propiedades excepcionales”.

Según detalló la investigadora, “estas estructuras están en el punto medio entre la química inorgánica y la orgánica: los iones metálicos pertenecen al mundo inorgánico, mientras que los conectores o linkers orgánicos, diseñados a medida, provienen del universo de la química orgánica”.

Hoy, las MOF se aplican tanto en laboratorios como en la industria, aunque muchas funciones todavía están en fase experimental. Sin embargo, su crecimiento y potencial son claros: ya existen aplicaciones reales capaces de cambiar la gestión ambiental y energética mundial.

Para Di Salvo, “este Nobel no solo premia a tres investigadores, sino que reconoce a toda una área de la ciencia de materiales que logró entender y controlar la química detrás de estos sistemas. Es sorprendente que el galardón haya llegado recién ahora, porque las MOF revolucionaron la química y la física de los materiales en las últimas dos décadas”.

“Estos materiales son como edificios donde las moléculas orgánicas actúan como vigas y los iones metálicos como conectores”, detalló Soler Illia. “Al unir conectores con vigas, se forman pequeñas habitaciones —los poros— capaces de atrapar moléculas de gases o de interés farmacéutico. Son como redes de pesca o coladores que permiten clasificar o retener determinadas sustancias.”

“Podemos imaginar a las MOF como una especie de esponja sólida”, comparó Di Salvo. “Tienen poros microscópicos donde pueden alojarse moléculas o gases. Según el tamaño y la forma de esas cavidades, se pueden diseñar materiales capaces de retener vapor de agua, contaminantes o dióxido de carbono. Esa porosidad controlada es lo que las hace tan versátiles”.

• Obtención de agua potable en zonas áridas o desérticas. Las MOF extraen vapor de agua del aire durante la noche y lo liberan durante el día gracias al calor solar.
• Captura de dióxido de carbono en la industria. Su eficacia para capturar CO₂ ayuda a reducir las emisiones contaminantes de fábricas y centrales eléctricas.
• Eliminación de contaminantes persistentes (PFAS). Algunas MOF pueden absorber y eliminar sustancias peligrosas del agua.
• Almacenamiento de hidrógeno y gases peligrosos. Permiten guardar grandes volúmenes de hidrógeno o gases tóxicos de manera más segura y eficiente.
• Recuperación de elementos valiosos de residuos. MOF como el ZIF-8 pueden extraer tierras raras de aguas industriales.
• Industria electrónica. Se utilizan para contener gases necesarios en la fabricación de semiconductores, aumentando la seguridad.
• Descomposición de gases nocivos. Algunas MOF neutralizan gases que pueden emplearse como armas químicas.

“Entre las primeras aplicaciones que se vislumbraron estuvo el almacenamiento de hidrógeno —un combustible difícil de manejar— dentro de estos poros microscópicos, lo que permite hacerlo de forma segura”, apuntó Soler Illia. “También pueden actuar como tamices moleculares que dejan pasar ciertas moléculas y otras no, o incluso como materiales capaces de capturar agua en entornos áridos”, agregó el investigador de la UNSAM.

En cuanto a los usos de estas estructuras, Di Salvo señaló: “Las aplicaciones en catálisis son sumamente importantes. Estos materiales se usan tanto en procesos de remediación y biorremediación, en medios líquidos o gaseosos, como en la absorción y transporte de moléculas de interés. Gracias a su estructura porosa y a la presencia de iones metálicos, las MOF pueden captar gases —incluso tóxicos— o actuar como catalizadores, facilitando reacciones químicas dentro de sus propios poros. Esa combinación de estabilidad estructural y reactividad las convierte en herramientas muy valiosas para distintas ramas de la química y la industria.”

El trabajo comenzó en la década de 1970 con la idea de crear materiales personalizables a escala atómica. Robson diseñó las primeras cavidades cristalinas novedosas. Kitagawa mejoró estos materiales volviéndolos flexibles, y Yaghi los hizo aún más espaciosos y resistentes. Así, se abrió la puerta para crear decenas de miles de nuevas MOF, cada uno preparado para tareas específicas.

Uno de los logros más impactantes derivados de los trabajos de Yaghi y su equipo fue la creación de materiales capaces de extraer agua potable directamente del aire en entornos desérticos. Yaghi sentó las bases para las estructuras metalorgánicas en 2002 y 2003. En dos artículos, publicados en Science y Nature.

En el desierto de Arizona, donde la humedad ambiental es mínima y la disponibilidad de agua resulta crítica, sus MOF demostraron una solución innovadora: durante la noche, capturan el vapor de agua que existe en el aire y, cuando el material se calienta con la salida del sol, liberan ese líquido para su recolección.

Este sistema, que utiliza únicamente la energía solar y la propia estructura del material, permite obtener agua allí donde antes era impensable.

Sobre el potencial de estos materiales para abordar la escasez de agua, Soler Illia explicó que las estructuras metalorgánicas funcionan como un colador pequeño capaz de atrapar moléculas de vapor. “Si el material se diseña adecuadamente —detalló—, el agua puede colarse dentro de esos diminutos poros y quedar allí retenida. Luego, al cambiar la presión, es posible liberarla y transportarla hacia otro lugar”. El investigador señaló que este principio podría aplicarse para obtener agua en entornos áridos o purificarla en zonas desérticas, incluso en proyectos vinculados a minería o potabilización en regiones con baja disponibilidad hídrica.

La capacidad de las MOF para adaptarse y cambiar su estructura según la sustancia almacenada los hace únicos frente a otros materiales más rígidos. Por ejemplo, MOF-303 se utiliza para captar agua en ambientes secos; MIL-101 cataliza la descomposición de contaminantes y almacena distintos gases; UiO-67 elimina PFAS del agua; y NU-1501 almacena hidrógeno a presión normal, mejorando la seguridad de este combustible.

Aunque la mayoría de estos usos se encuentran en desarrollo, ya existen ejemplos industriales con resultados concretos.

El potencial de las MOF sigue aumentando, y ofrecen nuevas soluciones para problemas como la escasez de agua, la contaminación ambiental y la transición a energías limpias.

El avance en las MOF fue posible por la visión de combinar disciplinas como la química inorgánica, la ciencia de materiales y la nanotecnia. A medida que el trabajo de Robson, Kitagawa y Yaghi fue reconocido, equipos de todo el mundo comenzaron a investigar cómo modificar las estructuras para tareas específicas. Hoy, existen decenas de miles de MOF diferentes, y la lista se expande año tras año.

El intercambio científico internacional fue clave. Laboratorios de Asia, Oceanía, América y Europa colaboran tanto en el diseño y síntesis de nuevos materiales como en la transferencia de estas tecnologías hacia aplicaciones reales. Universidades y empresas unen esfuerzos en explorar usos agrícolas, industriales, médicos y ambientales.

En tanto, la investigadora del Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física (INQUIMAE, UBA-CONICET) recordó que “el avance en este campo fue vertiginoso: si uno mira la cantidad de artículos científicos sobre MOF desde el año 2000 hasta hoy, el crecimiento es exponencial. Eso muestra cómo esta línea de investigación se volvió central para pensar materiales del futuro”.

• Escalabilidad: Uno de los grandes desafíos es producir MOF a gran escala de forma económica y sostenible. Ya existen iniciativas industriales para fabricar MOF a toneladas, pero se requiere optimizar procesos para reducir costos y residuos.
• Integración en dispositivos y sistemas: No basta con crear una MOF: es necesario desarrollarlo en formatos útiles, como membranas, filtros o cápsulas, y probarlo en condiciones reales de operación.
• Normativas y seguridad: Antes de su adopción masiva, estos materiales deben ser evaluados para asegurar que su producción y disposición final no generen nuevos riesgos ambientales o para la salud.
• Educación y desarrollo local: La capacitación de científicos y técnicos en países en vías de desarrollo es fundamental para que los beneficios de las MOF lleguen a todos los rincones del planeta.

De seguir avanzando la investigación y la aplicación práctica, las MOF podrían convertirse en protagonistas de la lucha contra la escasez de agua, la reducción de gases de efecto invernadero y la remediación de suelos y aguas contaminadas.

“Estos materiales son altamente originales, tienen múltiples aplicaciones y, además, hoy se pueden fabricar de manera mucho más económica que hace una década”, subrayó Soler Illia. “Eso los vuelve comercialmente atractivos y abre un abanico enorme de investigación y desarrollo. Es, en definitiva, un nuevo juego de construcción para la química, con posibilidades casi ilimitadas.”