Vào năm 2014, Omar Yaghi, một giáo sư hóa học tại Đại học California, đã chú ý điều bất thường nào đó về một vật liệu hấp thụ nước mới mà phòng thí nghiệm của ông đang phát triển. Việc lấy nước từ không khí rất hữu ích cho rất nhiều thứ (hãy nghĩ về những hạt silica đi kèm trong bao bì để giữ cho các vật phẩm khô ráo) nhưng việc làm khô chất hấp thụ ẩm để tái sử dụng chúng nói chung có nghĩa là phải đun nóng chúng lên nhiệt độ rất cao, thường xung quanh 400°F, sử dụng rất nhiều năng lượng. Nhưng vật liệu của Yaghi, một cấu trúc mạng lưới nguyên tử với hàng tỷ lỗ nhỏ li ti, được gọi là khung kim loại hữu cơ (MOF), đã nhả nước của nó ở nhiệt độ thấp hơn nhiều, khoảng 113°F, tương đương với nhiệt độ của một tách cà phê ấm. “Tôi ngay lập tức nghĩ rằng tôi có thể đưa nó vào sa mạc, và vào ban đêm nó hút nước từ không khí,” Yaghi nói. “Vào ban ngày khi trời nắng và nóng bức tôi có thể thu hoạch nước uống.”
Yaghi, 58 tuổi, là một hiện tượng độc nhất vô nhị trong thế giới hóa học. Ông được biết đến với công việc của mình trong ba thập kỷ qua, tiên phong một lĩnh vực được gọi là hóa học mạng lưới, liên quan đến việc thiết kế chính xác các tinh thể MOF với các lỗ ở cấp độ phân tử. Những vật liệu đó có thể có một số tính chất thú vị. Nếu bạn đang cố gắng lưu trữ khí CO2 dạng khí, ví dụ, một container chứa MOF với các lỗ được điều chỉnh sao cho vừa với các phân tử CO2 thực sự có thể lưu trữ nhiều chúng hơn so với một container trống: MOF thu hút các phân tử CO2 đó như ong với mật ong. Các vật liệu như vậy có hàng chục ứng dụng tiềm năng, từ cảm biến điện tử đến phân phối thuốc. Công việc sáng lập và phát triển lĩnh vực của Yaghi đã biến ông thành một trong những nhà hóa học được trích dẫn nhiều nhất thế giới, và ông đã được tặng thưởng vô số giải thưởng và trích dẫn cho công việc của mình, bao gồm đề cử giải Nobel Hóa học (tên của ông xuất hiện nổi bật trong các dự đoán cho người chiến thắng năm 2022).
Tuy nhiên, trong tất cả các hướng nghiên cứu tiềm năng, Yaghi gần đây đã tập trung chủ yếu vào hai ứng dụng tiềm năng của hóa học mạng lưới: chống lại biến đổi khí hậu và mở rộng quyền tiếp cận nước uống. Vào năm 2020, ông bắt đầu một công ty có tên Atoco để thực hiện các mục tiêu đó (sự tồn tại của công ty chưa từng được báo cáo trước đây).
Yaghi nhạy cảm với tầm quan trọng sống còn của nước uống. Ông lớn lên ở Amman, Jordan, vào những năm 1970, một thời gian thành phố chỉ cung cấp nước vài giờ mỗi tuần hoặc hai. Khi còn nhỏ, ông thức dậy sớm vào buổi sáng để chờ bên vòi nước với các thùng chứa để dự trữ nguồn cung cấp nước cho gia đình trong một tuần. Sau thí nghiệm năm 2014, ông cảm thấy mình đã có cơ sở cho một phát minh có thể giải phóng các gia đình trên khắp thế giới khỏi cuộc đấu tranh đó mãi mãi. “Bạn có thể có máy thu hoạch nước hoạt động ngoài lưới điện ở bất cứ đâu,” Yaghi nói. “Bạn có quyền kiểm soát nguồn nước của riêng mình. Tôi gọi đó là độc lập về nước.”
Ngày nay, việc lấy nước từ không khí là có thể (máy làm khô ẩm khiêm tốn làm điều đó, ví dụ) nhưng Yaghi nói rằng các máy sử dụng vật liệu MOF, với các lỗ được điều chỉnh chính xác để thu giữ các hạt nước, có thể sản xuất một nguồn cung cấp nước ổn định với rất ít năng lượng, và trong các môi trường khô hơn bất cứ thứ gì hiện có ngày nay. Chúng thậm chí có thể sản xuất nước chỉ bằng năng lượng thụ động từ nhiệt mặt trời. Trong một bài báo tháng 7 năm 2023 được công bố trên Nature Water, Yaghi và một nhóm cộng sự đã chứng minh một vật liệu có tên MOF-303 có khả năng sản xuất một dòng nước nhỏ giọt ổn định ở Thung lũng Chết, California, một trong những nơi khô nhất trên trái đất, chỉ bằng cách để nó dưới ánh nắng mặt trời.
Yaghi đã khởi động Atoco để mở rộng quy mô sản xuất các vật liệu mạng lưới như MOF. Trong khi Yaghi đã làm việc với các công ty khác cố gắng mở rộng công nghệ cho việc thu hoạch nước trong quá khứ, Atoco nói rằng họ nhắm đến việc sử dụng các vật liệu mạng lưới tiên tiến hơn, và phát triển các thiết bị mới như máy thu hoạch nước hoạt động không cần điện (các công ty khác đang làm việc để phát triển máy thu hoạch nước sử dụng điện dựa trên hóa học mạng lưới, cũng như Atoco). Samer Taha, CEO của Atoco, nói rằng các máy của họ sẽ có thể hoạt động trong các môi trường khô hơn bất kỳ thứ gì hiện có ngày nay, và với khoảng một nửa năng lượng trung bình. Trong số các thiết bị mà công ty muốn phát triển là một máy sử dụng điện có kích thước bằng một máy tính để bàn lớn có thể sản xuất khoảng 100-200 lít nước uống mỗi ngày, Taha nói. Công ty từ chối chia sẻ thời gian các thiết bị sẽ có sẵn.
“Đây là điều mà thế giới cần,” Yaghi nói. “Gần một phần ba thế giới đang trải qua tình trạng thiếu nước gần như mỗi tháng trong năm. Liên Hợp Quốc dự báo rằng vào năm 2050 gần 5 tỷ người sẽ trải qua tình trạng thiếu nước.”
Công nghệ của Yaghi không chỉ có thể lấy nước từ không khí – ông nói các vật liệu của mình cũng sẽ hữu ích để hấp thụ carbon dioxide. Điều đó có thể hữu ích để loại bỏ carbon dioxide khỏi ống khói công nghiệp, hoặc để chiết xuất khí nhà kính trực
