Este año, el Premio Nobel de Química ha reconocido una de las revoluciones más trascendentes de la ciencia de materiales: las redes organometálicas, o MOF por sus siglas en inglés (Metal–Organic Frameworks). Un descubrimiento que no solo ha abierto caminos inéditos en la ciencia del estado sólido, sino que también está cambiando la manera en que almacenamos, transportamos y transformamos la energía.
El galardón ha recaído en los pioneros de estos materiales —el alemán Omar Yaghi, el japonés Susumu Kitagawa y el inglés Richard Robson— por haber diseñado y sintetizado materiales con una enorme porosidad —la más alta conocida en estado sólido, generando estructuras tridimensionales con espacios vacíos ordenados y tan minúsculos como un átomo—, por su modularidad —se pueden diseñar a medida, casi como montar un Lego— y por su funcionalidad— son capaces de atrapar gases, catalizar reacciones o almacenar energía con una eficiencia sin precedentes.
Qué es un MOF y por qué merece un Nobel
Los MOF están formados por metales (o clústeres metálicos) unidos por ligandos orgánicos. Cada metal actúa como un nodo y cada molécula orgánica como un conector, formando una red tridimensional con una regularidad cristalina. Su principal característica —y la razón de su fama— es su porosidad extrema: un solo gramo de MOF puede tener una superficie interna de más de 5.000 metros cuadrados, equivalente a un campo de fútbol. O lo que es lo mismo: un MOF del tamaño de un terrón de azúcar puede almacenar todo el aire contenido en un balón de playa.
Esa arquitectura los convierte en esponjas moleculares, capaces de adsorber gases o líquidos en su interior mediante interacciones reversibles y selectivas. Desde un punto de vista químico, cada hueco o canal puede diseñarse a medida para capturar moléculas específicas como CO2, hidrógeno, metano o agua.
La química de los MOF es una química de diseño, una química reticular, como la bautizó Yaghi: no se trata de mezclar, sino de ensamblar, como si la materia fuera un Lego a escala atómica.
Del laboratorio a las aplicaciones: una revolución porosa
Los primeros MOF fueron diseñados por Robson en 1989, aunque la estructura que consiguió colapsaba fácilmente. A finales de los años noventa, Yaghi y Kitagawa demostraron que podían sintetizar estructuras estables con poros abiertos, algo que antes se creía imposible. Su hallazgo fue tan revolucionario que en apenas tres décadas los MOF se han convertido en un campo científico con miles de publicaciones al año y centenares de aplicaciones industriales en desarrollo. Son tan útiles porque su enorme superficie interna permite interactuar con grandes volúmenes de gases o líquidos, y hacerlo con un control químico exquisito.
Los poros de los MOF ofrecen una enorme superficie activa donde las moléculas pueden entrar, colocarse y reaccionar, lo que los convierte en excelentes catalizadores. Los metales actúan como centros reactivos y los ligandos orgánicos como canales que orientan y seleccionan las moléculas adecuadas, de modo que las reacciones ocurren más rápido, con menos energía y menos residuos. En lugar de usar catalizadores disueltos (que luego hay que separar del producto), los MOF son sólidos: pueden recuperarse, reciclarse y reutilizarse sin contaminar el medio ni los productos. También hay MOF bioinspirados, que imitan a las enzimas — llamados “enzimomiméticos”— cuyos canales dirigen las moléculas igual que los pliegues de una proteína: son como enzimas artificiales hechas de metal y carbono.
Los MOF también se usan como materiales inteligentes en sensores. Pueden cambiar de color, forma o conductividad eléctrica al capturar una molécula específica. Por ejemplo, hay MOF que se vuelven fluorescentes al absorber
humedad, y otros que detectan trazas de gases tóxicos o explosivos a niveles imposibles para otros sensores. La química de los MOF es tan precisa que pueden ajustarse para reaccionar solo a una molécula específica. Por eso también se utilizan en biomedicina, para liberar fármacos de forma controlada o para detectar biomarcadores en una muestra de sangre. Podemos decir que son materiales inteligentes, capaces de percibir su entorno y responder.
Las aplicaciones medioambientales de los MOF son las más reconocidas. Los MOF pueden capturar CO2 como si fueran una esponja molecular, adsorbiéndolo —no absorbiéndolo, sino adsorbiéndolo, es decir, reteniéndolo en su superficie interna— y luego liberándolo cuando cambia la temperatura o la presión. Así, los MOF pueden utilizarse para filtrar los gases que salen de las chimeneas industriales, capturando el CO₂ antes de que llegue a la atmósfera. Y, al poder liberarse de forma controlada, puede reutilizarse para fabricar combustibles sintéticos, producir metanol o incluso crear nuevos polímeros.
Los MOF también sirven para almacenar hidrógeno. El hidrógeno es uno de los combustibles más limpios que conocemos, pero es muy difícil de almacenar: o se comprime a muy alta presión o se congela a -253 ºC. Ambas opciones son caras y peligrosas. Los MOF ofrecen una alternativa: almacenar hidrógeno en sus poros a temperatura ambiente y baja presión. Es como poner el gas dentro de una esponja sólida. Esto podría ser clave para los vehículos de pila de hidrógeno o para almacenar el exceso de energía renovable de parques eólicos o solares, convirtiéndolo en hidrógeno y almacenándolo hasta que se necesite.
En términos energéticos y medioambientales, los MOF prometen algo que parecía utópico: almacenar energía térmica o química en materiales sólidos limpios, reciclables y altamente eficientes. Y aquí es donde entra en juego la aportación española.
Los MOF respiro-calóricos: cuando los materiales respiran frío
En 2006, Yaghi y sus colaboradores publican un artículo científico en el que describen un nuevo MOF, posteriormente llamado MOF-508b, que puede cambiar de una configuración “abierta (a)” a otra “densa (b)”, resultando muy útil para separar mezclas químicas. En 2024, casi 18 años después, los investigadores de los grupos UDCSolids y ChemxTech, del Centro Interdisciplinar de Química y Biología (CICA), descubrieron que este material poseía una propiedad inesperada y aún más valiosa: era respiro-calórico.
Un material respiro-calórico es aquel que absorbe o libera calor cuando respira gases. Es decir, cuando las moléculas de gas entran o salen de su estructura porosa, el material intercambia energía térmica con el entorno.
En el caso del MOF-508b, al adsorber o liberar CO2, su temperatura cambia de forma reversible y controlada, alcanzando temperaturas de calentamiento cercanas a +60 oC útiles para calefacción, así como temperaturas de congelación de hasta -10 oC, un fenómeno que podría aprovecharse para sistemas refrigeración libres de gases contaminantes y con un gasto energético mínimo.
Este hallazgo, publicado en la portada de Advanced Materials —la revista de ciencia de materiales más prestigiosa del mundo—, situó a la Universidade da Coruña en la élite de la investigación en MOF. Por primera vez, un grupo español demostraba experimentalmente un efecto respiro-calórico en un material de este tipo, abriendo un nuevo campo dentro de la ciencia de los sólidos porosos.
De los laboratorios del CICA al aire acondicionado del futuro
La investigación de los grupos UDCSolids y ChemxTech no se ha quedado en el laboratorio. En el marco del Programa Ignicia de la Axencia Galega de Innovación (GAIN), los investigadores están desarrollando el proyecto ECOFROST-B, que explora el uso de nuevos materiales respiro-calóricos en sistemas de climatización eficientes.
La idea es tan simple como brillante: aprovechar la capacidad respiro-calórica de los MOF para climatizar espacios reutilizando el CO2 y convirtiendo un residuo habitual en un recurso de alto valor añadido. En lugar de forzar el ciclo de refrigeración mediante compresión de fluidos —como hacen los aires acondicionados actuales—, estos sistemas usarían un sólido que "respira" CO2 y genera o absorbe calor según sea necesario. Además de favorecer la economía circular de las emisiones de carbono, los investigadores están trabajando en paralelo para fabricar nuevos MOF respiro-calóricos empleando residuos textiles y plásticos como materia prima.
El impacto potencial es enorme. Los sistemas de climatización son responsables de cerca del 10 % del consumo eléctrico mundial y una gran fuente de emisiones indirectas de CO2. Sustituir los refrigerantes tradicionales por un material sólido, reciclado, reciclable y sin fugas supondría un salto tecnológico y ambiental comparable al del silicio en la electrónica.
El proyecto ECOFROST-B ha sido presentado por el investigador Juan Manuel Bermúdez como caso de éxito dentro de la red OTRI gallega, y se perfila como uno de los desarrollos tecnológicos más prometedores en eficiencia energética con sello gallego.
El frío que salva vidas: MOF y transporte de órganos
La otra línea de investigación impulsada desde el CICA lleva el potencial de los MOF al terreno de la biomedicina. En colaboración con el CHUAC (Complejo Hospitalario Universitario de A Coruña), el equipo trabaja en un sistema inteligente para el transporte de órganos destinados a trasplantes.
Hoy, los órganos se transportan en neveras portátiles con placas de hielo, muy similares a las que cualquiera podría llevar a la playa. Aunque el método ha funcionado durante décadas, no garantiza una temperatura constante, lo que puede provocar daños por isquemia en los tejidos.
La propuesta gallega es sustituir ese sistema por un contenedor que integre un MOF respiro-calórico con un sensor térmico acoplado, capaz de mantener una temperatura estable y ajustable en tiempo real. Cuando el órgano se calienta, el material "respira" liberando gas y absorbiendo calor; cuando se enfría, vuelve a adsorber el gas, liberando calor. Todo de forma pasiva, sin compresores, sin hielo y con una estabilidad térmica mucho mayor.
El mismo principio podría aplicarse a la conservación de muestras biológicas, medicamentos y vacunas, o incluso al tratamiento localizado de inflamaciones, donde el control preciso de la temperatura es esencial. Un campo que se ha bautizado ya como "frío clínico", y en el que España se está posicionando en la vanguardia gracias a este proyecto conjunto entre el CICA y el CHUAC.
Ciencia global con acento gallego
En un momento en que los titulares suelen destacar la fuga de talento, el caso de los MOF respiro-calóricos demuestra justo lo contrario: que en España estamos haciendo ciencia puntera, competitiva y con impacto real. Los grupos UDCSolids y ChemxTech del CICA, formado por jóvenes investigadores y liderado por expertos en química y tecnología de materiales, ha convertido un hallazgo fundamental en una fuente de innovación aplicada, con potencial industrial y biomédico.
Que una investigación realizada en Galicia haya llegado a la portada de Advanced Materials y que su desarrollo se esté probando en aplicaciones tan diversas como la climatización sostenible o el transporte de órganos, no es solo una buena noticia científica: es un motivo de orgullo nacional.
Los MOF respiro-calóricos gallegos representan la esencia de lo que la ciencia del siglo XXI necesita: investigación básica, aplicada con creatividad, con compromiso social y con voluntad de trascendencia global. Y lo hacen respirando frío, desde A Coruña, hacia el futuro.
