Hubo un científico que llamó al aire que respiramos un "recurso". En octubre de 2025, Susumu Kitagawa, de la Universidad de Kioto y a sus 74 años, recibió el Premio Nobel de Química junto con una visión audaz: extraer CO2, agua e hidrógeno del fino aire que nos rodea. El material que lo hace posible se llama MOF. La suiza Climeworks gasta hoy unos 1.000 dólares por tonelada en captura directa del aire, y un avance japonés de ciencia básica está reordenando ese panorama.

Un viaje de 30 años, finalmente reconocido

El 8 de octubre de 2025, la Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Química a tres investigadores: Susumu Kitagawa, profesor distinguido del Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Kioto; Richard Robson (88), profesor emérito de la Universidad de Melbourne en Australia; y Omar M. Yaghi (60), profesor de la Universidad de California en Berkeley.

La distinción fue clara: "por el desarrollo de los marcos metalorgánicos (MOF, por sus siglas en inglés)". Kitagawa se convirtió en el noveno laureado japonés de Química, el primero desde Akira Yoshino, pionero de la batería de litio, en 2019, y en el laureado japonés número 27 en ciencias naturales en total.

Suele decirse en círculos científicos que "un Premio Nobel toma treinta años". El primer polímero de coordinación poroso tridimensional de Kitagawa, hecho con iones de cobre, níquel o zinc y una molécula llamada 4,4'-bipiridina, se publicó en 1997. Veintiocho años después, el largo camino llega a su destino.

¿Qué es un MOF? Diseñando el propio espacio

Los MOF son materiales inusuales. Imagine una construcción de Lego en la que los iones metálicos son las uniones (nodos) y las moléculas orgánicas son los puntales (linkers). Juntos forman un cristal que parece un polvo común, pero que por dentro está perforado por poros a escala nanométrica. La superficie interna es asombrosa: un terrón de azúcar de MOF, desplegado, cubriría un campo de fútbol.

El truco está en que el tamaño y la forma de esos poros se pueden diseñar a medida.

"Durante mucho tiempo los químicos diseñaron moléculas. Nosotros diseñamos el espacio que las moléculas crean", ha dicho Kitagawa. Tratar el espacio vacío mismo como elemento funcional fue un cambio de paradigma.

Combinando el metal y el linker correctos, los investigadores fabrican poros que atrapan solo CO2, solo vapor de agua o solo hidrógeno. El comité Nobel lo llamó "una nueva forma de arquitectura molecular", y a esa libertad de diseño se refería.

La intuición de Kitagawa: cristales que respiran

Cada uno de los tres laureados aportó algo distinto. Robson construyó los primeros compuestos de red en 1989, pero sus estructuras eran frágiles y se desplomaban con facilidad. A finales de los noventa, Kitagawa y Yaghi descifraron, por separado, cómo hacer MOF que realmente funcionaran.

La aportación clave de Kitagawa fue mostrar que los gases pueden entrar y salir de estos cristales, y que los MOF pueden ser flexibles, marcos blandos que cambian de forma a demanda. Su artículo de 1997 demostró que su MOF tridimensional adsorbía y liberaba metano, oxígeno y nitrógeno, presentando al mundo el concepto de "cristales que respiran".

Yaghi, por su parte, construyó MOF más estables y promovió la "química reticular", una filosofía de diseño racional. Los aparatos para extraer agua del aire desértico que ha mostrado son descendientes directos de ese enfoque.

"El aire como recurso": la ciencia básica baja a la industria

Dos semanas después del anuncio del Nobel, el 22 de octubre, Kitagawa habló en un evento de la Sociedad Química de Japón en Tokio. Su comentario captó el momento: muchas startups de todo el mundo están aumentando la producción de MOF, y lo que en su laboratorio antes eran apenas diez miligramos hoy se mide en toneladas anuales.

Atomis, la spin-off de la Universidad de Kioto donde Kitagawa es asesor científico, es una de aproximadamente 51 startups relacionadas con MOF activas en el mundo según las cifras que el propio Kitagawa mencionó en ese evento.

La visión que ha defendido durante años es la del "aire como recurso". El aire no pertenece a nadie y existe en todas partes, pero la humanidad ha carecido de herramientas para extraer selectivamente sus moléculas útiles. Los MOF cambian esa ecuación.

Capturar CO2 es acción climática. Recoger vapor de agua es agua potable. Almacenar hidrógeno es portar energía. Confinar gases tóxicos hace más segura a la industria química. La vieja dificultad de "separar gases" cede, por fin, ante el diseño en ingeniería.

El duelo del DAC: ¿pueden los MOF ganarle a Climeworks?

La frontera de la tecnología climática ahora mismo es la captura directa del aire (Direct Air Capture, DAC): extraer CO2 de la atmósfera abierta, no solo de chimeneas.

En mayo de 2024, la suiza Climeworks puso en marcha en Islandia su planta "Mammoth". Con una capacidad nominal de 36.000 toneladas de CO2 al año a plena operación, es una de las mayores instalaciones DAC del mundo. El CO2 capturado se inyecta, gracias al socio Carbfix, en basalto profundo donde se mineraliza de forma permanente.

Pero las cuentas siguen siendo duras. La propia Climeworks ha reconocido que su costo actual está mucho más cerca de 1.000 dólares (unos 160.000 yenes) por tonelada que del umbral de asequibilidad de 100 dólares. La compañía se ha fijado metas de 400-600 dólares por tonelada para 2030 y de 200-350 dólares por tonelada para la década de 2040. Análisis independientes informaron además que la captura real de Mammoth en 2024 quedó muy por debajo de su capacidad de diseño, y a mediados de 2025 Climeworks anunció el despido de al menos el 10% de sus aproximadamente 500 empleados.

Climeworks usa sorbentes basados en aminas que liberan el CO2 a unos 80-100 °C. Los MOF, en principio, pueden adsorber y liberar CO2 a temperaturas más bajas y con menos energía. Esa es la apertura que apuntan los actores japoneses.

La línea japonesa MOF × DAC: Atomis, SyncMOF, Kobe Steel

Varios actores japoneses están aplicando los MOF a la captura de CO2.

Atomis, la spin-off de la Universidad de Kioto fundada para comercializar la investigación de Kitagawa, firmó una alianza de capital y negocio con la trading Nagase & Co. en 2021, y luego recibió inversión de la gigante del aire acondicionado Daikin en 2023. Construye así un canal para el despliegue temprano de MOF a través de la red industrial de Nagase.

SyncMOF, spin-off de la Universidad de Nagoya, ya desarrolló una unidad DAC del tamaño de un refrigerador doméstico. Junto con la productora de mermeladas Aohata, realiza una prueba que alimenta con CO2 capturado a fresas para aumentar el rendimiento. El vicepresidente de SyncMOF, Akihiro Hori, describe los MOF como "una especie de hemoglobina de los glóbulos rojos", una comparación que captura bien su unión selectiva con gases.

El movimiento más reciente viene de la alianza tripartita entre Kobe Steel, Atomis y Nagase. Su unidad de captura de CO2 cargada con MOF alcanzó la separación de 30 kg de CO2 al día, y los socios anunciaron planes para escalar a una demostración de tonelada por día en el año fiscal 2026. Que un gran siderúrgico adopte MOF en el lado de las emisiones puede ser un punto de inflexión para la industria CCUS japonesa.

Los obstáculos: costo y producción masiva

El sueño de los MOF es enorme, y también lo son los obstáculos.

Primero, el costo de fabricación. Pasar de gramos en el laboratorio a toneladas en proceso continuo exige innovación de fondo en la síntesis. Actores japoneses como Atomis ya establecen rutas de síntesis de bajo costo y bajo impacto, pero la carrera global por la producción masiva apenas comienza.

Segundo, la durabilidad. ¿Aguantará la estructura cristalina miles de ciclos de adsorción y desorción de CO2? La resistencia a la humedad y a los gases ácidos definirá qué MOF sobreviven en campo.

Tercero, el balance energético. No tiene sentido capturar CO2 si el equipo emite más del que captura. La ventaja de los MOF de operar a baja temperatura solo rinde si se combina con electricidad renovable o calor residual industrial.

Aun así, Kitagawa se mantiene optimista. Al día siguiente del anuncio del Nobel, recordó que en los noventa muchos no creían que los MOF llegaran a ser útiles, pero él siguió adelante. De la investigación básica a la industria pasaron treinta años. En los próximos treinta, el aire que nos rodea podría empezar a explotarse, por fin, por todo lo que lleva.

En Japón, una química "que diseña el espacio" nacida en un pequeño laboratorio de Kioto está sacudiendo los cimientos del negocio global de la descarbonización. ¿Cómo va la captura directa del aire en tu país? ¿Hay empresas invirtiendo en firmas como Climeworks, o tu gobierno apoya la tecnología? Cuéntanoslo en los comentarios.

Referencias