Нобелевская премия по химии 2025 года вручена за разработку MOF-структур — прорывной технологии для рекуперации хладагентов
В Стокгольме названы имена лауреатов Нобелевской премии по химии 2025 года. Награду присудили профессорам Сусуму Китагаве (Япония), Ричарду Робсону (Австралия) и Омару Яги (США) за разработку металло-органических каркасов (MOF) — пористых материалов, способных избирательно захватывать молекулы газов. Это открытие уже сегодня находит практическое применение в области рекуперации и регенерации хладагентов, что представляет особый интерес для индустрии климатической техники и промышленного холода.
Металло-органические каркасы сравнивают с молекулярными губками исключительной эффективности. Их структура, состоящая из ионов металлов и органических соединений, образует регулярную сеть с наноразмерными порами. Ключевое свойство MOF — возможность «настраивать» размер и форму этих пор, заставляя материал работать с конкретными газами, будь то вода, углекислый газ или молекулы хладагентов.
©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Принцип работы и уникальные свойства MOF
В основе технологии лежит координационная химия: ионы металлов (например, цинка или меди) выполняют роль «узлов», связанных органическими «перекладинами». Эта модульная архитектура позволяет создавать материалы с рекордными показателями. Площадь поверхности MOF достигает 7000 м²/г — всего несколько граммов материала могут иметь площадь поверхности, сопоставимую с футбольным полем. Именно эта огромная внутренняя площадь, совмещена с возможностью тонкой настройки химического состава пор, и обеспечивает беспрецедентную эффективность в захвате, хранении и разделении специфических молекул.
От лаборатории к производству: пример Daikin
Прикладная ценность этой технологии подтверждается реальными проектами. Яркий пример — стратегическое партнерство между японским концерном Daikin и стартапом Atomis, основанным профессором Китагавой. С 2020 года компании совместно работают над применением MOF-материалов для сепарации и очистки хладагентов, извлеченных из климатического оборудования.
На своих производственных мощностях Daikin уже внедряет металло-органические каркасы в процесс регенерации хладагентов. Технология позволяет с высокой селективностью удалять примеси, что значительно повышает эффективность и чистоту восстановленных хладагентов. Этот подход открывает новые возможности для сокращения экологического следа и оптимизации ресурсопотребления в отрасли.
Широкие горизонты применения
Потенциал MOF выходит далеко за рамки работы с хладагентами. Исследовательские группы по всему миру изучают их применение в самых разных сферах. Помимо сбора влаги из воздуха в засушливых регионах и создания систем хранения водорода, MOF демонстрируют высокую эффективность в улавливании парниковых газов, таких как CO2. Такие компании, как ExxonMobil и стартап Nuada, уже патентуют технологии на основе MOF для захвата углерода на промышленных объектах. Также перспективным направлением является использование MOF в качестве катализаторов для топливных элементов и в системах адресной доставки лекарств. Идея состоит в том, чтобы поместить в них лекарство, которое будет медленно высвобождаться в организме.
Создание идеального MOF для конкретной задачи ранее требовало долгого перебора тысяч возможных комбинаций. Сегодня эту работу ускоряет искусственный интеллект. Алгоритмы машинного обучения могут за несколько часов проанализировать и предсказать свойства сотен тысяч структур, что на три порядка быстрее традиционного компьютерного моделирования. Это значительно сокращает путь от теоретического дизайна материала до его практического внедрения.
Присуждение Нобелевской премии за разработку металло-органических каркасов знаменует переход этой технологии из академических лабораторий в область коммерчески перспективных решений. Для индустрии хладоснабжения и ОВиК это означает появление нового, высокоточного инструмента, способного коренным образом изменить подход к управлению хладагентами и другими технологическими газами, открывая путь к более эффективным и экологически ответственным системам.
Полная научная справка о работе лауреатов Нобелевской премии по химии 2025 года.