Noong 2014, napansin ni Omar Yaghi, isang propesor ng kimika sa University of California, ang isang hindi pangkaraniwang bagay tungkol sa bagong materyal na pang-absorb ng tubig na binubuo ng kanyang laboratoryo. Ang pagkuha ng tubig mula sa hangin ay kapaki-pakinabang para sa maraming bagay (isipin ang mga butil ng silica na kasama sa packaging upang panatilihing tuyo ang mga bagay) ngunit ang pagpatuyo ng mga desiccant upang muling gamitin ito ay karaniwang nangangahulugang pagpainit sa mga ito sa napakataas na temperatura, madalas ay humigit-kumulang 400°F, na gumagamit ng maraming enerhiya. Ngunit ang materyal ni Yaghi, isang trabaho sa antas ng atom na may bilyun-bilyong maliliit na butas, na kilala bilang isang metal-organic framework (MOF), ay nagbibigay ng tubig nito sa isang mas mababang temperatura, humigit-kumulang 113°F, katumbas ng isang mainit na tasa ng kape. “Kaagad kong naisip na maaari kong dalhin ito sa disyerto, at sa gabi ay kumukuha ito ng tubig mula sa hangin,” sabi ni Yaghi. “Sa araw kapag mainit at matag-araw maaari kong anihin ang tubig na maiinom.”
Si Yaghi, 58, ay isang uri ng isang pang-isa lamang na fenomeno sa mundo ng kimika. Kilala siya sa kanyang trabaho sa nakalipas na tatlong dekada na nangunguna sa isang larangan na kilala bilang reticular chemistry, na kinasasangkutan ng maingat na pag-iinhinyero ng mga kristal na MOF na may mga butas sa antas ng molekula. Ang mga materyal na iyon ay maaaring magkaroon ng ilang mga kakaibang katangian. Kung sinusubukan mong imbakan ang gaseous na CO2, halimbawa, ang isang lalagyan na naglalaman ng isang MOF na may mga butas na hinubog upang magkasya sa mga molekula ng CO2 ay maaaring talagang mag-imbak ng higit pang mga ito kaysa sa isang walang laman na lalagyan: hinihila ng MOF ang mga molekula ng CO2 na parang mga bubuyog sa pulot. Ang mga materyal na ito ay may dosena-dosenang potensyal na application, mula sa mga electronic sensor hanggang sa paghahatid ng gamot. Ang trabaho ni Yaghi sa pagtatatag at pag-unlad ng larangan ay ginawa siyang isa sa mga pinaka-sinipi na mga kimiko sa mundo, at pinarangalan siya ng mga award at citation para sa kanyang trabaho, kabilang ang nominasyon para sa Nobel Prize sa kimika (ang kanyang pangalan ay nakita sa mga prediksyon para sa 2022 na mananalo).
Mula sa lahat ng potensyal na mga ruta para sa karagdagang pagsisiyasat, bagaman, ang pangunahing focus ni Yaghi sa mga nakalipas na taon ay dalawang potensyal na paggamit para sa reticular chemistry: labanan ang climate change, at palawakin ang access sa tubig na maiinom. Noong 2020, sinimulan niya ang isang kompanya na tinatawag na Atoco upang isakatuparan ang mga layuning iyon (ang pagkakaroon ng kompanya ay hindi pa dati naireport).
Sensitibo si Yaghi kung gaano kahalaga ang tubig na maiinom. Lumaki siya sa Amman, Jordan, noong 1970s, isang panahon kung kailan nagbigay lamang ang lungsod ng tubig nang ilang oras bawat linggo o dalawang linggo. Bilang isang bata, gigising siya nang maaga sa umaga upang maghintay sa gripo na may mga lalagyan upang mag-imbak ng suplay ng tubig para sa isang linggo para sa pamilya. Pagkatapos ng eksperimento noong 2014, naramdaman niya na mayroon siyang batayan para sa isang imbensyon na maaaring magpalaya sa mga pamilya sa buong mundo mula sa uri ng pakikibaka magpakailanman. “Maaari kang magkaroon ng mga taga-ani ng tubig na gumagana nang walang kuryente kahit saan,” sabi ni Yaghi. “May kontrol ka sa iyong sariling tubig. Tinatawag ko itong kasarinlan sa tubig.”
Posible ngayon na kunin ang tubig mula sa hangin (ang payak na dehumidifier ay gumagawa nito, halimbawa) ngunit sinasabi ni Yaghi na ang mga makina na gumagamit ng mga materyal na MOF, na may mga butas na partikular na hinubog upang makuha ang mga particle ng tubig, ay maaaring makapagprodukta ng steady na suplay ng tubig na may napakakaunting enerhiya, at sa mas tuyong mga kapaligiran kaysa anumang available ngayon. Maaari nilang magawa kahit na gamit lamang ang passive na enerhiya mula sa init ng araw. Sa isang papel na inilathala noong Hulyo 2023 sa Nature Water, ipinakita nina Yaghi at isang pangkat ng mga kasamahan ang isang materyal na tinatawag na MOF-303 na nakapagprodukta ng steady na patak ng tubig sa Death Valley, Calif., isa sa mga pinakamatuyong lugar sa mundo, mula lamang sa pagkakaiwan nito sa araw.
Itinatag ni Yaghi ang Atoco upang palakihin ang produksyon ng mga reticular na materyal tulad ng MOFs. Habang nakipagtulungan na si Yaghi sa ibang mga kompanya na sinusubukang palakihin ang teknolohiya para sa pag-aani ng tubig sa nakaraan, sinasabi ng Atoco na layon nitong gamitin ang mas bagong, mas advanced na mga reticular na materyal, at bumuo ng mga bagong device tulad ng mga water harvester na gumagana nang walang kuryente (ibang mga kompanya ay nagtatrabaho upang bumuo ng mga electrically-powered na water harvester na gumagamit ng reticular chemistry, gaya rin ng Atoco). Sinabi ni Samer Taha, CEO ng Atoco, na ang kanilang mga makina ay magagawa sa mas tuyong mga kapaligiran kaysa anumang available ngayon, at may humigit-kumulang kalahati ng enerhiya sa average. Kabilang sa mga device na gusto nilang bumuo ay isang electrically powered na makina na kasing laki ng isang malaking desktop computer na magkakaroon ng kakayahang magprodukta ng humigit-kumulang 100-200 litro ng tubig na maiinom bawat araw, sabi ni Taha. Tumanggi ang kompanya na ibahagi kung kailan magiging available ang mga device.
“Ito ay isang bagay na kailangan ng mundo,” sabi ni Yaghi. “Halos isang katlo ng mundo ay nakakaranas ng stress sa tubig halos bawat buwan ng taon. Inaasahan ng U.N. na sa taong 2050 halos 5 bilyong tao ang magkakaroon ng stress sa tubig.”
Ang teknolohiya ni Yaghi ay hindi lamang makakakuha ng tubig mula sa hangin—sinasabi rin niya na magiging kapaki-pakinabang ang kanyang mga materyal para sa pagsipsip ng carbon dioxide. Maaari itong maging kapaki-pakinabang para sa pag-alis ng carbon dioxide mula sa mga smokestack ng industriya, o para sa pagkuha ng greenhouse gas nang direkta mula sa atmospera.
Parehong mga industriya pa rin ang nasa kanilang maagang yugto, bagaman kamakailan ay nakakuha sila ng higit pang traction. Ang mga tax credit na ipinasa sa Inflation Reduction Act noong nakaraang tag-init ay humikayat ng pamumuhunan sa carbon capture para sa mga pasilidad ng industriya, at ang isang $1.2 bilyong pamumuhunan ng U.S. Department of Energy para sa dalawang malalaking proyekto sa Texas at Louisiana noong nakaraang buwan ay nagbigay ng malaking boost sa direct air carbon capture. (Walang mga pasilidad ng direct air capture na kasalukuyang pinaplano ang magiging sapat na malaki upang makabuluhan na offset ang mga emission ng sangkatauhan, bagaman sinasabi ng mga tagapagtaguyod ng teknolohiya na mahalaga na mag-invest sa ngayon upang magkakaroon tayo ng mga pasilidad na sapat na malalaki upang gumawa ng pagkakaiba sa isang araw).
Isang pangunahing hadlang sa sektor ng carbon capture ay ang napakalaking enerhiya na karaniwang kinakailangan upang kunin ang CO2 mula sa hangin, o kahit na upang salain ito sa mga mas mataas na concentration mula sa mga smokestack. Karamihan sa mga proyekto ng carbon capture na ginagamit ngayon ay gumagamit ng mga filter o mga kemikal na solusyon tulad ng potassium hydroxide upang hulihin ang CO2, ngunit sinasabi ni Taha na ang paggamit ng mga materyal na ginawa gamit ang reticular chemistry ay maaaring mabawasan nang malaki ang input na power na iyon. (Ibang mga kompanya ay gumagamit na ng mga reticular na materyal para sa carbon capture, ngunit sinasabi ng Atoco na magagawa nitong mag-alok ng mas epektibong mga kimika at mura itong makagawa). “Talagang mahirap magbigay ng figure ngayon, dahil nasa proseso kami ng pagbuo ng mga system na ito,” sabi ni Taha. “Ngunit inaasahan namin ang isang bagay sa pagitan ng 30 hanggang 50% [efficiency] na pagbuti [sa teknolohiya ng carbon capture ngayon], kung hindi man higit pa.” Ito ay isang claim na hindi pa napatutunayan. Kung matagumpay, bagaman, ang uri ng pagbawas sa power na iyon ay maaaring gumawa ng isang malaking pagkakaiba sa feasibility ng pag-scale up ng malalaking mga systema ng carbon capture.
Ang paggawa ng mabuti sa kanila, gayunpaman, ay magiging hindi madali. Ang produksyon ng mga reticular na materyal na sinusubukan nilang gamitin ay limitado lamang sa laboratory scale, at isa sa mga pangunahing kahirapan ng Atoco ay sa pagsubok na i-scale up ang proseso ng produksyon na iyon. “Hindi namin idinedeklara na mula sa unang araw, gagawin naming napakalaking scalable, napakamura,” sabi ni Taha. “Ngunit kung titingnan natin ang mga panimulang materyal, available ang mga ito at hindi mahal. Kaya iyon ang liwanag sa dulo ng tunnel.”
Si Yaghi, sa kanyang bahagi, ay sinasabi na naka-orient ang Atoco sa paligid ng isang misyon sa lipunan. “Sa totoo lang, orihinal na hindi ako interesado sa [pagtatayo ng kompanya].” sabi ni Yaghi. “Gusto kong t
