Dzisiaj na łamach „Kuryera Polskiego” przyglądamy się bliżej tegorocznej Nagrodzie Nobla w dziedzinie chemii – tej, która może zmienić obraz chemii, technologii materiałowej i środowiska. To nie tylko wielkie wyróżnienie dla laureatów, ale sygnał, że chemia przechodzi w nowe, ekscytujące etapy rozwoju. Wyjaśniamy, jak to się stało, na czym polega nagrodzona praca i dlaczego może mieć znaczenie także dla „zwykłego człowieka”, nie tylko dla laboratoriów.
Ilustracja A. Wozniewicz
Nagrodzono... dziury?
W świecie nauki rzadko zdarza się, by wynalazek był jednocześnie piękny, praktyczny i pełen poetyckiej symboliki. Tegoroczna Nagroda należy właśnie do takich wyjątków. To historia, w której – jak ujął to jeden z członków Komitetu Noblowskiego – „dziury stały się zaletą”.
Nagrodę Nobla 2025 w dziedzinie chemii przyznano trzem naukowcom:
Susumu Kitagawa (Universytet w Kioto, Japonia)
Richard Robson (Uniwersytet w Melbourne, Australia)
Omar M. Yaghi (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley, USA)
Laureaci zostali wyróżnieni „za rozwój struktur metalowo-organicznych”, znanych pod skrótem MOF (metal–organic frameworks). Ich dzieło to rewolucja cicha, ale głęboka – zmieniająca sposób, w jaki naukowcy rozumieją i konstruują materię. Krótko mówiąc: opracowali nową architekturę molekularną – połączenie jonów metali i organicznych molekuł, tworzące krystaliczne sieci z bardzo dużymi wnękami (porami) wewnątrz, w których węzłami są jony metalu, a łącznikami cząsteczki organiczne. To swego rodzaju krystaliczna gąbka, lub pianka.
Na czym polega istota pracy?
Aby to wyjaśnić prosto: wyobraźmy sobie mały pojemnik, który z zewnątrz wydaje się niewielki, ale wewnątrz ma mnóstwo mikroskopijnych tuneli i komór – dzięki czemu może przechowywać znaczną ilość gazu lub cieczy.
W strukturach MOF jony metalu działają jak „węzły” konstrukcji, a organiczne cząsteczki („ramiona”) łączą te węzły w sieć.
Efekt: materiał o bardzo dużej powierzchni wewnętrznej – w przeliczeniu na ilość masy można przechowywać bardzo dużo cząsteczek gazu czy cieczy.
Przykład: jeden gram takiego materiału — wielkości typowej kostki cukru — miałby powierzchnię porów równą boisku piłkarskiemu.
Zastosowania już omawiane przez Akademię Noblowską obejmują m.in.: chwytanie CO₂, wydobywanie wody z bardzo suchego powietrza, przechowywanie gazów toksycznych lub ich separacja.
Potocznie media przyjęły metaforę: „mała struktura, ogromna pojemność” – nawet porównują materiał MOF do torebki Hermione Granger z „Harry’ego Pottera”, która choć wygląda zwyczajnie, mieści niezwykłe ilości rzeczy.
Od chaosu do porządku – jak narodziły się MOF-y
Pod koniec XX wieku chemia materiałów była już bogata w osiągnięcia. Potrafiono tworzyć kryształy, polimery, katalizatory, półprzewodniki. Ale brakowało czegoś: uniwersalnego języka konstrukcji molekularnej, czegoś w rodzaju chemicznego LEGO, gdzie z jonów i cząsteczek można by budować materiały o ściśle określonych cechach.
Właśnie to zaproponowali laureaci. Ich pomysł – by łączyć jony metali (węzły) z organicznie zbudowanymi łącznikami (ramionami) – dał w efekcie regularne sieci krystaliczne z gigantyczną powierzchnią wewnętrzną. W takich strukturach, na poziomie atomowym, powstają mikroskopijne tunele i kieszenie – pory, które mogą magazynować, filtrować, a nawet rozdzielać cząsteczki gazów czy cieczy.
„Gram MOF-u, ... wygląda jak kostka cukru - ma wewnętrzną powierzchnię równą boisku piłkarskiemu”
– wyjaśniał z uśmiechem Omar Yaghi w rozmowie z Wall Street Journal.
W latach 90. nikt nie przypuszczał, że te „siatkowe” struktury zainspirują tysiące laboratoriów na świecie. Dziś znamy ponad 100 000 różnych MOF-ów, każdy o innej geometrii i funkcji.
Warto przytoczyć wypowiedź samego Yaghiego:
„Bierzesz molekularne bloki budulcowe i łączysz je ze sobą, tworząc rusztowania o ogromnej powierzchni i wysoce regulowanych właściwościach chemicznych”.
I to słowo „regulowane” jest kluczowe. Nie chodzi tylko o materiał, który będzie działał — ale o materiał, którego właściwości można dostroić: jaki metal, jaki łącznik, jaki rozmiar porów — wszystko to daje możliwość „szycia materiału na konkretne zadanie”.
Trzej laureaci – trzy kontynenty, jeden pomysł
Susumu Kitagawa, Richard Robson i Omar M. Yaghi (Ilustracja: Niklas Elmehed, Komitet Nagrody Nobla)
Przyjrzyjmy się postaciom trzech tegorocznych laureatów:
Susumu Kitagawa
Japoński chemik z Uniwersytetu w Kioto był jednym z pierwszych, którzy dostrzegli potencjał „porowatej” chemii. To on ukuł termin „soft porous crystals” – miękkie, dynamiczne materiały, które potrafią reagować na zmiany ciśnienia czy temperatury.
Kitagawa mówił:
Moim marzeniem jest wychwytywać powietrze, oddzielać z niego tlen, azot, dwutlenek węgla i zamieniać to wszystko w coś użytecznego.
Richard Robson
Australijczyk z Uniwersytetu w Melbourne, już w latach 80. budował pierwsze modele sieci metalowo-organicznych. Jego prace były pionierskie, choć długo pozostawały w cieniu. Dziś to właśnie one stanowią teoretyczny fundament całej dziedziny.
Omar M. Yaghi
Profesor w Berkeley rodem z Jordanii – charyzmatyczny, błyskotliwy, ale też głęboko humanistyczny. Wprowadził pojęcie „reticular chemistry” – chemii siatkowej/ramowej, gdzie buduje się jakby kostkę LEGO z cząsteczek - Yaghi sam używał tej metafory. To podejście, w którym materia traktowana jest jak architektura: z atomów buduje się struktury o pożądanych funkcjach.
Yaghi zyskał też rozgłos dzięki eksperymentom nad pozyskiwaniem wody z powietrza na pustyni. Jego prototypowe urządzenia, oparte na MOF-ach, potrafią kondensować wilgoć nawet przy wilgotności 15%. Dla regionów takich jak Afryka Północna czy Bliski Wschód – to może być technologia przełomowa.
Co właściwie potrafią MOF-y?
Wychwytywanie dwutlenku węgla Struktury MOF potrafią selektywnie „łapać” cząsteczki CO₂ z mieszanin gazów, czyli np. z powietrza. Można je zastosować w kominach elektrowni, w instalacjach przemysłowych czy nawet w urządzeniach osobistych.
Odzyskiwanie wody z powietrza Specjalne MOF-y, takie jak MOF-801, absorbują parę wodną w nocy i uwalniają ją w dzień pod wpływem ciepła słońca. W ten sposób mogą wspomagać uzyskiwanie wody w suchych rejonach – co w czasach susz i niedoborów wody staje się coraz ważniejsze. To już nie teoria – takie urządzenia pracują w Berkeley i Dubaju.
Magazynowanie energii Dzięki ogromnej powierzchni wewnętrznej, MOF-y mogą przechowywać wodór i metan w postaci bezpiecznej, zwartej. To szansa na rozwój transportu wodorowego.
Oczyszczanie i filtracja Niektóre z nich wiążą toksyny, metale ciężkie czy gazy bojowe. Przemysł chemiczny i wojskowy już testuje te rozwiązania.
Medycyna i biotechnologia MOF-y można ładować cząsteczkami leków i kontrolować tempo ich uwalniania. To coś na kształt „inteligentnych kapsuł”, które wiedzą, kiedy się otworzyć.
Nowe technologie materiałowe Dzięki możliwości projektowania tych struktur – dobierania metali i organicznych „łączników” – możliwe staje się tworzenie materiałów wręcz szytych na konkretną funkcję. To znaczy: dla danego zadania można zaprojektować MOF o właściwościach zoptymalizowanych.
Przełom w chemii Nagroda pokazuje, jak chemia może wychodzić poza czyste „badanie”, poza typowe reakcje w probówkach. Nie chodzi tylko o zrozumienie reakcji w kolbie, ale o tworzenie zupełnie nowych struktur, które mają rzeczywisty potencjał zastosowania - to architektura molekularna.
Chemia z duszą – połączenie nauki i sztuki
Choć brzmi to technicznie, w pracy laureatów jest coś głęboko humanistycznego. Yaghi często powtarza:
Chemia to piękno. Kiedy patrzysz na kryształ i widzisz, jak z chaosu wyłania się idealny porządek – to jest poezja.
To niezwykłe: naukowiec, który mówi o poezji struktur, a jednocześnie tworzy rozwiązania dla problemów globalnych. Właśnie ta równowaga między estetyką a praktyką zachwyciła Komitet Noblowski.
Zrozumieć świat poprzez jego... dziury
Naukowcy uwielbiają liczby. A liczby w tym przypadku są imponujące:
Powierzchnia właściwa MOF-5 ≈ 2900 m²/g; MOF-5 to jedna z rozpoznawalnych struktur MOF-ów (Zn₄O(BDC)₃).
Wykazuje trwałą porowatość a gęstość porów to ok. 50 % objętości,
Objętość adsorbowanego gazu – nawet 800 cm³/g.
Ale za tymi liczbami kryje się coś głębszego: idea kontroli przestrzeni na poziomie atomowym. Jeśli potrafimy zaprojektować pustkę, która przyjmuje tylko określone cząsteczki, to wchodzimy w erę programowalnej materii.
„Tegoroczna nagroda to historia pełna dziur – ale mająca ogromny potencjał, by pochłonąć całą twoją uwagę”. – Olof Ramström, Komitet Noblowski
Ciekawostki i anegdoty
„Hermione’s Handbag” (Torebka Hermiony) – tak tytułował swój artykuł The Guardian, porównując MOF-y do magicznej torby z Harry’ego Pottera: z zewnątrz niepozorna, wewnątrz bezdenna.
Omar Yaghi był nominowany do Nobla już wcześniej – mówiono o nim jako o „chemicznym architekcie XXI wieku”.
Susumu Kitagawa zaczynał jako badacz katalizy, a do MOF-ów trafił… przypadkiem. „To miała być praca pomocnicza dla doktoranta” – żartował po ogłoszeniu nagrody.
Richard Robson przez lata nie miał wielkiego zespołu. Pracował z kilkoma studentami i prowizorycznym sprzętem. Dopiero po dwudziestu latach jego prace zaczęły być cytowane setki razy rocznie.
Dlaczego to przełom na miarę Nobla?
Zmienili sposób myślenia o chemii. Wcześniej chemik był raczej obserwatorem – badał, jak substancje reagują. Teraz staje się architektem, który projektuje reakcje i przestrzeń.
Połączyli naukę z inżynierią. MOF-y są pomostem między teorią a praktyką – od modelu kwantowego po filtr przemysłowy. Chemię łączy się tutaj z fizyką, inżynierią materiałową, technologiami środowiskowymi.
Otworzyli nową dziedzinę. „Reticular chemistry”, chemia siatek, to dziś osobny kierunek badań.
Pokazali globalny wymiar nauki. Japonia, Australia, USA – trzy różne kontynenty, trzy różne szkoły, jeden język molekuł.
Polska perspektywa
Co to oznacza dla nas w Polsce? Choć nagroda przyznana jest naukowcom z Japonii, Australii i USA, jej konsekwencje są globalne – również dla Polski:
Zastosowania w przemyśle i środowisku: Technologie oparte na MOF-ach mogą zostać wdrożone także w Polsce — np. w oczyszczaniu powietrza, magazynowaniu gazów, odzysku wody.
Wyzwanie dla polskiej chemii i materiałoznawstwa: To sygnał, iż Polska może i powinna inwestować w badania zaawansowanych materiałów, by nie zostać tylko użytkownikiem, ale twórcą.
Edukacja i przyszłość: Dla młodzieży i młodych naukowców to okazja, by zobaczyć, że chemia to nie tylko pipety i kolby — że to budowanie przyszłości. MOF-y są dziedziną otwartą – można w nich łączyć chemię, fizykę, inżynierię, informatykę.
Współpraca nauka-przemysł: Nadchodząca era materiałów funkcjonalnych wymaga współpracy: uczelnie, instytuty badawcze, przemysł. Polska ma w tym pole do popisu.
Choć tegoroczna nagroda nie ma bezpośredniego „polskiego” wątku, jej znaczenie dla naszego kraju jest oczywiste. Polska ma silne tradycje chemiczne – od Mari Skłodowskiej-Curie po współczesne ośrodki w Krakowie, Warszawie czy Poznaniu. W instytutach PAN prowadzi się już badania nad MOF-ami do wychwytywania CO₂.
Spojrzenie w przyszłość
MOF-y to dopiero początek. Naukowcy już tworzą ich „następców”: COF-y (covalent organic frameworks) i ZIF-y (zeolitic imidazolate frameworks). Wszystkie łączą tę samą ideę: kontrolowane projektowanie materii.
„W przyszłości materiały będą tak samo programowalne jak oprogramowanie.” – Omar Yaghi
Brzmi jak science-fiction, ale pierwsze kroki już postawiono. Jeśli uda się zautomatyzować projektowanie i syntezę MOF-ów, chemia stanie się równie cyfrowa jak informatyka.
Skala i produkcja
Oczywiście, jest wyzwanie: badania laboratoryjne – to jedno, skala przemysłowa – to drugie. Wiele z materiałów MOF działa świetnie, ale droga do masowej produkcji, niskich kosztów, integracji z przemysłem bywa długa. Media zauważają, że „teraz problemem jest po prostu inżynieria” (the issue now is simply engineering).
Dla Polski to potencjalna przestrzeń, w której inwestycje w infrastrukturę badawczą, produkcyjną i transfer technologii mogą przynieść wyraźne efekty.
Podsumowanie
Nagroda Nobla 2025 w dziedzinie chemii to nie tylko honor dla trzech wybitnych naukowców, ale także sygnał, że chemia nowoczesna zajmuje się wyzwaniami globalnymi: klimatem, wodą, zasobami. Ich praca – nad strukturami metalowo-organicznych siatek – może w przyszłości zmieniać sposób, w jaki wykorzystujemy materiały i jak radzimy sobie z problemami środowiskowymi.
Nagroda Nobla z chemii 2025 roku to triumf idei, że nauka nie musi być spektakularna, by być rewolucyjna. Trzech badaczy, pracujących przez dziesięciolecia w różnych częściach świata, połączyło prosty pomysł z genialnym wykonaniem. Z jonów i cząsteczek stworzyli coś więcej niż materiał – stworzyli język nowej chemii. Często takie przełomowe prace wymagają wielu lat zanim doczekają się uznania – i tak było tutaj: pierwsze prace Robsona sięgają lat 80. i 90. XX w.
Dziś ich prace inspirują inżynierów środowiska, architektów, biologów, a także ekonomistów, którzy widzą w tym potencjał nowej, czystszej gospodarki. Dla nas to przypomnienie, że nauka to codzienność, że rozwiązania jutra mogą powstawać dziś. Warto śledzić, jak ta nagrodzona technologia będzie się rozwijać, i pytać: jak będzie można z niej skorzystać lokalnie, w Polsce.
