di Danilo Preto
Intanto precisiamo cosa sono i MOF (metal organic frameworks) e parliamo del suo artefice, Susumo Kitagawa che nel 2025 ha ricevuto il premio Nobel per la chimica proprio per questa scoperta.
Gli studi di Kitagawa sono stati pionieristici per rivelare i MOF, cioè le spugne molecolari che sono capaci di catturare e rilasciare gas come anidride carbonica e idrogeno. In sostanza sono reticoli cristallini composti da ioni metallici legati a molecole organiche che possono essere immaginate come microscopiche impalcatura tridimensionali o come edifici vuoti su scala atomica. Nella gabbia molecolare dei MOF, i metalli agiscono come nodi d’angolo stabili, cioè i pilastri di una impalcatura, mentre le molecole organiche fanno da travi connettrici.
Provo a spiegarlo ancora meglio o, almeno, tento. Potete pensare ad un cubo dove nei due angoli opposti c’è il nodo metallico e negli altri due opposti c’è il legante organico. Nello spazio vuoto in mezzo, il poro, viene ospitato il gas a bassa pressione.
Per tessere queste strutture geometriche perfette capaci di intrappolare il gas, il team di Susumu Kitagawa e gli scienziati del settore, utilizzano principalmente metalli di transizione.
Quali sono? Il rame innanzitutto e lo zinco perché offrono una eccellente geometria di coordinazione, cioè si legano in modo sicuro, prevedibile e simmetrico e soprattutto costano poco, cosa che diventa un elemento fondamentale nella produzione in serie.
Poi ci sono il ferro e l’alluminio che rappresentano la frontiera più sostenibile e sicura. I MOF a base di ferro o alluminio sono particolarmente importanti per applicazioni ecologiche. In sostanza, e per complicare le cose, i MOF sono reticoli cristallini composti da ioni metallici legati a molecole organiche e, come si diceva prima, possono essere immaginati come microscopiche impalcature tridimensionali o meglio ancora come edifici vuoti su scala atomica.
E qui scatta il confronto con Akira Kurosawa, il famoso regista giapponese autore di capolavori come “I 7 Samurai” e di altri film storici. Quindi ora provate a pensare alla scenografia del vuoto. Vi ricordate le famose inquadrature di Kurosawa che usava le pareti mobili delle case tradizionali giapponesi per sezionare lo spazio?
Allo stesso modo Kitagawa ha creato delle “gabbie” in cui la materia solida occupa pochissimo spazio lasciando enormi stanze vuote. Queste stanze sono talmente microscopiche e precise da poter raccogliere, ordinare e “intrappolare” le molecole di gas come il metano o l’anidride carbonica, ad esempio.
Quindi, quello che in realtà sembrerebbe essere un granello di polvere solido in realtà è una spugna molecolare con una superficie interna gigantesca.
Ma la magia della sua scoperta sta nel fatto che questi nodi metallici creano cristalli flessibili: la struttura, quindi, può allargarsi quando il gas entra e restringersi quando esce, proprio come un polmone atomico, senza mai collassare.
Il problema del gas è noto ed è un problema millenario: i gas sono indisciplinati! Sono caotici e tendono ad espandersi in ogni direzione. Per domarli l’industria ha sempre usato immensi tubi, tipo i gasdotti o pesantissimi bombole di acciaio in cui il gas viene compresso ad altissime atmosfere. Immaginiamo che sia l’equivalente di una folla disordinata che si scontra.
Kitagawa ha cambiato totalmente visione partendo dal caos della battaglia alla rigorosa coreografia dei guerrieri di Akira per arrivare ai MOF dove il gas viene schiacciato a pressioni molto più basse rendendo quindi il contenitore più leggero, sicuro e facilmente trasportabile, ad esempio, nelle zone rurali o isolate.
Possiamo pensare a gasdotti virtuali. Così come nelle sue sequenze e inquadrature del regista giapponese che sembravano statiche e vuote, e che naturalmente in Italia o in Occidente i produttori avrebbero tagliato, Akira le considerava fondamentali per dare respiro e significato alla storia del film.
Nello stesso modo Kitagawa ha costruito la sua intera carriera accademica studiando la chimica del vuoto e dei pori, cioè i buchi della materia. Inizialmente era un campo ritenuto bizzarro e privo di risultato pratico immediato.
Sembrava una teoria della inutilità che ci sta invece ora regalando una tecnologia commerciale che già dal 2027 permetterà di ridisegnare i sistemi di distribuzione delle energie permettendo di trasportare biogas e idrogeno in maniera flessibile, ecologica e leggera proprio come un’inquadratura di Kurosawa dove il vuoto si rivela la parte più importante di tutte le scene.
Akiro riempiva l’inquadratura non solo con i corpi degli attori, ma con gli elementi naturali come il vento che sollevava la polvere, la pioggia battente o la nebbia e riusciva nell’impresa impossibile di riempire i vuoti.
Ora il MOF è arrivato alla sua prima applicazione commerciale il Kubitan. Il suo lancio, come si diceva, è stato affidato ad una società che fa capo allo stesso Kitagawa, la Atomis, ed è una startup ufficiale della Kyoto University. Qui si cambia totalmente la visione del prodotto finale.
I test si sono svolti in Indonesia, Malesia e Thailandia sotto l’egida e il controllo del ministero dell’economia giapponese con esiti brillanti. L’obiettivo era di creare un network testando i serbatoi per distribuire fuel gas in modo economico in paesi con infrastrutture carenti di metanodotti ed è stato pianificato con l’obiettivo di aumentare la produzione fino a dieci volte la sintesi del MOF abbattendo drasticamente i costi dei materiali.
Alcuni giganti tecnologici hanno recentemente acquisito quote di Atomis, ripeto la società di Kitagawa, per combinare le competenze chimiche sui gas con le tecnologie di lavorazione industriale delle superfici accelerando la produzione di massa.
Il Kubitan, infatti, propone bombole quadrate leggere e digitalizzate per monitorare la pressione interna da remoto pronte a viaggiare su comodi camion per poter distribuire biometano e idrogeno riducendo i rischi e i costi del trasporto ad alta pressione.
Pensate ad una bombola di gas che oggi è di 60 litri e che viene sostituita da un cubo da 30 cm di lato. Il costo del Kubitan non è ancora noto ma ad esempio in Giappone il servizio viene offerto a università e agli istituti di ricerca tramite un noleggio.
Per concludere, pensate che Kitagawa sostiene che nell’aria ci sia già tutto quello di cui abbiamo bisogno per ricavare energia rinunciando alle fonti inquinanti di idrocarburi e gas. Ma possiamo avere anche molto altro. Oltre una maggior salute personale e del pianeta.
Insomma, il futuro è già qui anche se non lo sappiamo.
