El desierto de Arizona es extremadamente seco. Cualquier persona que quedara atrapada en él sin agua moriría por deshidratación en tres días.
A menos, claro está, que contara con una de las cosechadoras de agua de última generación de Omar Yaghi. Aunque la humedad durante el día es solo del 10 por ciento, aumenta hasta el 40 por ciento por la noche, lo que significa que hay suficiente agua en la atmósfera para sustentar vida, si puede convertirse en líquido.
Y esto es justamente lo que hace el aparato ideado por Yaghi. Se trata de una caja hecha de plexiglás dentro de otra caja, del tamaño aproximado de un pequeño horno microondas, diseñada para absorber la humedad del aire por la noche y convertirla en agua potable al día siguiente empleando solo el calor del sol como fuente de energía. Funciona gracias a una estructura organometálica (MOF, por sus siglas en inglés) que, a temperaturas normales, atrae moléculas de agua hacia la superficie de los poros internos. Si se calienta, el agua se libera. Cada cosechadora produce un tercio de taza de agua potable pura.
"Con nuevas mejoras, un aparato del tamaño de una lavadora sería capaz de producir agua suficiente para cubrir las necesidades básicas de un hogar", afirma Yaghi, un químico de la Universidad de California en Berkeley.
Un tercio de la población mundial carece de agua potable segura, por lo que un aparato así podría salvar vidas. Pero aquí no acaba la tecnología MOF.
Estas agrupaciones cristalinas de metales como aluminio o magnesio, enlazadas mediante moléculas orgánicas, pueden convertirse en materiales con capacidades de absorción extremadamente altas, atrayendo moléculas especificas a sus superficies. De este modo, las MOF se adhieren a una variedad de líquidos y gases. También pueden emplearse para crear catalizadores o propulsores de electrolisis más eficientes.
Las MOF funcionan gracias a su estructura característica: una profusión de espacios internos de tamaño nanométrico. De hecho, una MOF del tamaño de un terrón de azúcar tiene tantos poros que, si se aplanaran, cubrirían una superficie tan grande como seis campos de fútbol. Las MOF también son altamente estables, ligeras y versátiles: su anatomía molecular puede modificarse para atraer moléculas específicas, como las del agua, y sus poros pueden diseñarse para lograr un mejor almacenamiento. Una pequeña aportación de calor o presión consigue que las MOF liberen su contenido. Hasta la fecha, se han producido más de 70.000 MOF diferentes para diversas aplicaciones.
El prototipo de Yaghi de MOF para cosechar agua está fabricado con circonio metálico caro, pero su siguiente prototipo estará hecho con base de aluminio, que resulta más barato de producir a mayor escala y presenta un enorme potencial de comercialización.
"Estamos deseando probar nuestro próximo prototipo de cosechadora de agua en el Valle de la Muerte de California", comenta Yaghi.
Crear un futuro más sostenible
Igual que las MOF pueden ayudar a solucionar el problema de la escasez de agua, también ofrecen una forma de reducir el exceso de gases de efecto invernadero.
En abril de este año, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera alcanzaron su valor máximo en 800.000 años. Una investigación reciente plantea de qué manera las MOF podrían ayudar a atenuar este peligro en el ecosistema terrestre.
En 2018, en la revista científica Nature Materials, un equipo internacional encabezado por químicos de la Universidad de Mánchester (Reino Unido) publicó que había desarrollado una MOF con base de aluminio que puede eliminar de manera selectiva, reversible y repetida otro gas contaminante, el dióxido de nitrógeno, de la atmósfera en condiciones ambientales. Este descubrimiento podría traer consigo tecnologías de filtración de aire que capturen y conviertan grandes cantidades de otros gases, como el dióxido de carbono, para reducir la contaminación del aire.
"Una MOF resulta muy interesante por esta característica de fuerte interacción con las moléculas que se desea eliminar de la atmósfera", comenta Sihai Yang, uno de los autores principales del estudio y especialista en química inorgánica en la Escuela de Química de la Universidad de Mánchester. "Este material es el primer ejemplo de una MOF que muestra capacidad altamente reversible y selectiva para la separación repetida de dióxido de nitrógeno del aire, incluso en presencia de agua".
Un camino prometedor hacia la comercialización
Las MOF están apareciendo en todos sitios. En 2017, NuMat Technologies, una empresa emergente pionera especializada en MOF con sede en Illinois, sumó esfuerzos con la empresa de materiales electrónicos Versum Materials en Arizona para emplear MOF con el fin de almacenar y suministrar de forma segura gases peligrosos como el arsano, utilizado en la industria de semiconductores. Para una presión dada, un depósito que contiene una MOF conserva más gas que otro sin ella. O, dicho de otra forma, si un depósito de gas contiene una MOF en su interior, entonces no requiere una presurización tan alta para conservar la misma cantidad de gas, convirtiéndolo así en más seguro, posiblemente más económico y con menor probabilidad de explosión.
Después de 20 años de una intensa labor de desarrollo, algunas de las aplicaciones potenciales de las MOF representan oportunidades de inversión prometedoras, comenta Yaghi.
"La primera ola de aplicaciones estaba dirigida al almacenamiento y la liberación de gas", dijo. "Hoy en día, alrededor de dos docenas de empresas en los últimos años se han dado a conocer por impulsar las MOF, desde pequeñas empresas emergentes a grandes empresas químicas y automovilísticas".
QYResearch pronostica que el mercado de las MOF continuará creciendo desde los 70 millones de dólares en 2017 hasta los 750 millones en 2025. "El potencial es simplemente infinito", afirma Yaghi. "A medida que las investigaciones se vayan centrando en materiales más baratos, las oportunidades de comercialización serán incluso mayores".
