Нобелевская премия-2025 за MOF: прорыв в улавливании CO₂ и хранении энергии

8 октября 2025 года Нобелевская премия по химии присуждена трём учёным — Сусуму Китагаве, Ричарду Робсону и Омару Яги — за создание металл-органических каркасов (MOF). Эти пористые кристаллические структуры способны захватывать, хранить и высвобождать газы, открывая путь к решению климатических и энергетических проблем от промышленного улавливания углекислого газа до получения воды из воздуха в пустынях.

Революционная архитектура молекул

Металл-органические каркасы представляют собой кристаллические соединения из ионов металлов и органических молекул-линкеров, формирующие трёхмерные структуры с огромными внутренними полостями. История разработки началась в 1989 году, когда австралийский химик Ричард Робсон соединил ионы меди с четырёхлучевой молекулой, получив алмазоподобную структуру с микроскопическими полостями. Однако нестабильность ранних кристаллов препятствовала практическому применению.

Прорыв произошёл благодаря независимым исследованиям Сусуму Китагавы и Омара Яги в период с 1992 по 2003 годы. Китагава продемонстрировал, что газы могут свободно проходить через структуры MOF и что каркасы способны гибко реагировать на внешние воздействия. Яги разработал новое поколение стабильных и высокопористых MOF, внедрив метод рационального дизайна — подход, позволяющий настраивать размер пор, форму и химическое сродство для захвата конкретных молекул.

Это немного похоже на сумку Гермионы — маленькая снаружи, но очень большая внутри— Хейнер Линке, председатель Нобелевского комитета по химии

От лабораторий к промышленности

За три десятилетия учёные синтезировали десятки тысяч вариаций MOF, и сейчас технология переходит от академических исследований к промышленному применению. Глобальный рынок металл-органических каркасов оценивается в 39,89 млн долларов в 2025 году с прогнозируемым ростом до 136,4 млн долларов к 2032 году при среднегодовом темпе роста 19,2%. Производственные мощности концентрируются у нескольких ключевых игроков: BASF обеспечивает производство сотен тонн MOF ежегодно, а NuMat Technologies достигла объёма около 300 тонн в год на американских предприятиях.

Улавливание углерода представляет крупнейший и наиболее перспективный рыночный сегмент для MOF. Компании Svante, Nuada, Mosaic Materials и AspiraDAC разрабатывают решения как для улавливания из точечных источников, так и для прямого улавливания из атмосферы. Внедрение Svante цинкового MOF CALF-20 производства BASF продемонстрировало способность захватывать около одной тонны CO₂ ежедневно из дымовых газов цементного завода, подтверждая коммерческую жизнеспособность технологии.

Практические решения климатических проблем

Возможности металл-органических каркасов выходят далеко за рамки лабораторной химии. MOF способны селективно захватывать диоксид углерода из промышленных выбросов, предлагая путь к смягчению эмиссий в тяжёлой промышленности. Другие разработки проходят тестирование на отделение токсичных PFAS — так называемых вечных химикатов — от воды или разрушение следовых фармацевтических загрязнителей в реках и водоносных горизонтах.

Наиболее впечатляющим применением являются MOF, способные добывать воду из пустынного воздуха. Их ультрапористые структуры поглощают влагу из атмосферы даже в засушливых условиях, высвобождая её в виде чистой воды при нагреве солнечным светом. Алюминиевый MOF-303, разработанный группой Яги, демонстрирует производительность 1,3 литра воды на килограмм MOF в сутки в помещении при влажности 32% и 0,7 л/кг в пустыне Мохаве при экстремальных условиях — улучшение на порядок по сравнению с предыдущими устройствами.

Способность MOF катализировать химические реакции и хранить газы, такие как водород, также позиционирует их в авангарде энергетического перехода. Их модульность означает возможность масштабирования или кастомизации для промышленной интеграции — от энергосетей до портативных систем очистки.

Бизнес-перспективы и инвестиционный потенциал

Решение Нобелевского комитета признать Китагаву, Робсона и Яги подчёркивает, как фундаментальные исследования приводят к конкретным прорывам в устойчивом развитии. MOF соединяют химию и инженерию окружающей среды, позволяя проектировать умные материалы, интеллектуально взаимодействующие с окружением. Для стартапов и венчурных инвесторов это открывает возможности в секторах декарбонизации, водных технологий, хранения чистой энергии и химической сепарации.

Ландшафт производства MOF насчитывает около 50 компаний по всему миру, при этом специализированные производители вроде Promethean Particles и novoMOF фокусируются на масштабируемом производстве индивидуальных формул. Конвергенция экологического давления, регуляторных драйверов и технологических достижений создаёт благоприятные условия для расширенной коммерциализации. Эволюция отрасли от фундаментальных исследований к коммерческому развёртыванию следует паттернам, наблюдаемым у других передовых материалов, где многолетние циклы разработки в конечном счёте приводят к широкому принятию рынком при преодолении критических технических и экономических порогов.

Нобелевская премия по химии 2025 года отмечает не просто научную инновацию — она чествует смену парадигмы в том, как материалы могут быть спроектированы для служения как человечеству, так и планете. Через свои молекулярные архитектуры Китагава, Робсон и Яги не только расширили границы химии, но и предложили практические инструменты для решения грандиозных экологических вызовов нашего времени.