★ Premio Nobel per la Chimica 2025

Spugne molecolari: la chimica che cattura il futuro

I reticoli metallorganici (MOF) sono cristalli pieni di vuoti progettati atomo per atomo. Estraggono acqua dall'aria del deserto, catturano la CO₂, intrappolano i PFAS. Il loro sviluppo è valso il Nobel a Kitagawa, Robson e Yaghi.

Scopri le applicazioni → Il Premio Nobel
Scopri le spugne molecolari

Un cristallo fatto quasi solo di spazio vuoto

Le spugne molecolari – in termini tecnici MOF, Metal–Organic Frameworks o reticoli metallorganici – sono materiali cristallini costruiti unendo ioni metallici, che fanno da "pietre angolari", con molecole organiche a base di carbonio, che fanno da "travi".

Il risultato è un'impalcatura tridimensionale ordinata, attraversata da innumerevoli cavità di dimensioni nanometriche. In quei pori possono entrare ed uscire gas e liquidi: proprio come una spugna, ma con la precisione della chimica molecolare. Cambiando il metallo o la molecola di collegamento, i chimici possono decidere forma, dimensione e "chimica interna" dei pori, ottenendo materiali su misura per catturare, separare, immagazzinare o trasformare sostanze specifiche.

Ad oggi sono state descritte decine di migliaia di strutture MOF diverse, e il campo è uno dei più dinamici della chimica dei materiali.

7.000+m² di superficie interna per grammo nei MOF record
1 campoda calcio: la superficie interna di pochi grammi di MOF
1989il primo reticolo di Richard Robson a Melbourne
3scienziati premiati con il Nobel per la Chimica 2025
Perché sono rivoluzionarie

Perché scegliere le spugne molecolari?

Sei proprietà che rendono i MOF una piattaforma tecnologica unica, dalla scala del laboratorio all'impianto industriale.

Porosità record

Superfici interne che superano i 7.000 m² per grammo: nessun materiale tradizionale, nemmeno i carboni attivi o le zeoliti, arriva a tanto.

Progettazione su misura

La "chimica reticolare" permette di scegliere metallo e linker come mattoncini, regolando con precisione dimensione e funzione dei pori.

Selettività

Un MOF può riconoscere e trattenere una singola molecola – CO₂, acqua, un inquinante – lasciando passare tutte le altre.

Strutture flessibili

Come intuito da Kitagawa, alcuni MOF "respirano": si espandono e si contraggono quando assorbono o rilasciano le molecole ospiti.

Riutilizzabili

Il carico catturato si rilascia con un leggero riscaldamento o un calo di pressione: la spugna si "strizza" e torna pronta per un nuovo ciclo.

Pronte per l'industria

Dopo trent'anni di ricerca, i MOF sono prodotti su scala di tonnellate e impiegati in impianti reali di cattura del carbonio e di raccolta dell'acqua.

Cella elementare semplificata di un MOF
Anatomia di una spugna molecolare

Mattoncini, travi e stanze vuote

Un MOF si costruisce come un edificio molecolare: i chimici scelgono i componenti e questi si auto-assemblano in un cristallo regolare che si ripete in tutte le direzioni.

  • Nodi metallici. Ioni o piccoli cluster di zinco, rame, zirconio, alluminio, ferro… sono gli incroci dell'impalcatura e ne definiscono la geometria.
  • Linker organici. Molecole a base di carbonio (carbossilati, imidazolati…) che collegano i nodi. Allungandole si allargano i pori.
  • Molecole ospiti. Acqua, CO₂, idrogeno, metano, inquinanti o farmaci: entrano nelle cavità e vi restano finché non vengono rilasciate.
Le potenzialità della tecnologia

Le nostre applicazioni

Dalla crisi idrica al clima, dall'energia pulita alla salute: ecco dove le spugne molecolari stanno già cambiando le regole.

Acqua

Acqua dall'aria del deserto

Alcuni MOF assorbono il vapore acqueo anche quando l'umidità relativa è bassissima, e lo rilasciano come acqua liquida scaldati dal sole. Il gruppo di Omar Yaghi ha dimostrato dispositivi capaci di raccogliere acqua potabile nel deserto dell'Arizona senza alcuna fonte di energia esterna.

  • Funziona con umidità relativa anche intorno al 10–20%
  • Alimentato da luce solare o calore di scarto, senza elettricità
  • Acqua ultrapura per comunità remote, agricoltura e data center
  • Start-up come Atoco, WaHa e AirJoule in fase di commercializzazione
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Clima

Cattura della CO₂

La cattura del carbonio è oggi il mercato più promettente per i MOF. Il materiale CALF-20, un MOF a base di zinco sviluppato all'Università di Calgary e prodotto su scala industriale da BASF, è impiegato dalla canadese Svante per catturare la CO₂ dai fumi di un cementificio.

  • Cattura alla fonte da cementifici, acciaierie e centrali
  • Direct Air Capture (DAC) direttamente dall'atmosfera
  • Rigenerazione con meno energia rispetto ai solventi amminici
  • Aziende attive: Svante, Nuada, Mosaic Materials, Atoco
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Ambiente

Acqua pulita e veleni sotto controllo

Le spugne molecolari possono separare dall'acqua i PFAS, i "forever chemicals" che contaminano falde in tutto il mondo – Italia compresa – e degradare residui di farmaci e altri inquinanti. Possono anche immagazzinare in sicurezza gas estremamente tossici.

  • Rimozione selettiva dei PFAS dalle acque potabili
  • Degradazione catalitica di contaminanti ambientali
  • Stoccaggio sicuro di gas tossici per l'industria elettronica
  • Protezione da agenti chimici e filtrazione dell'aria
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Energia

Energia e chimica più efficienti

Grazie all'enorme superficie interna, i MOF possono stoccare idrogeno e metano a pressioni più basse, separare gas industriali con meno energia rispetto alla distillazione e fare da catalizzatori per reazioni chimiche utili.

  • Serbatoi per idrogeno e gas naturale più compatti
  • Separazione di idrocarburi e gas industriali
  • Catalisi eterogenea e conversione della CO₂
  • Climatizzazione (HVAC) a basso consumo deumidificando l'aria
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Salute

Medicina e agroalimentare

Nei pori dei MOF possono essere caricati farmaci da rilasciare in modo controllato nell'organismo. Altre strutture catturano l'etilene, il gas che fa maturare frutta e verdura, per allungarne la conservazione.

  • Rilascio mirato e controllato di farmaci
  • Sensori chimici per diagnostica e sicurezza
  • Assorbimento dell'etilene per ridurre gli sprechi alimentari
  • Imaging e terapie biomediche in fase di ricerca
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Premio Nobel per la Chimica 2025

I tre architetti delle spugne molecolari

L'8 ottobre 2025 l'Accademia Reale Svedese delle Scienze ha assegnato il Premio Nobel per la Chimica a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi «per lo sviluppo dei reticoli metallorganici». Il premio è stato consegnato a Stoccolma il 10 dicembre 2025.

RR1989

Richard Robson

Università di Melbourne · Australia

Nato nel 1937 nel Regno Unito, è il pioniere. Nel 1989, combinando ioni di rame con una molecola a quattro braccia, ottenne un cristallo ordinato e spazioso, "come un diamante pieno di innumerevoli cavità". La struttura era ancora fragile, ma l'idea era nata.

SK1997

Susumu Kitagawa

Università di Kyoto · Giappone

Nato nel 1951 a Kyoto, dimostrò che i gas possono fluire dentro e fuori questi reticoli, assorbiti e rilasciati senza distruggerli. Intuì inoltre che i MOF potevano essere resi flessibili, capaci di cambiare forma come un organismo che respira.

OY1999

Omar M. Yaghi

UC Berkeley · Stati Uniti

Nato nel 1965 ad Amman, in Giordania, coniò il termine "MOF" e nel 1999 presentò il MOF-5, un reticolo molto stabile con un'enorme cavità interna. Dimostrò che i MOF si possono modificare in modo razionale, fondando la "chimica reticolare".

11 mlncorone svedesi, il valore del premio diviso fra i tre laureati
~0,8 mld $stima del mercato globale dei MOF nel 2026
~3,9 mld $proiezione al 2034, con crescita annua oltre il 20%
45+aziende attive nel settore, fra start-up e grandi gruppi chimici
Dalla scoperta al mercato

Trentacinque anni di spugne molecolari

1989

La prima intuizione

Robson costruisce un reticolo di rame con ampie cavità interne.

1997

I gas entrano ed escono

Kitagawa dimostra l'assorbimento reversibile di metano, azoto e ossigeno.

1999

Nasce il MOF-5

Yaghi presenta un reticolo stabile e vastissimo: pochi grammi, la superficie di un campo da calcio.

2003

Chimica reticolare

Il design razionale dei MOF diventa una disciplina: migliaia di nuove strutture.

2025

Il Premio Nobel

Kitagawa, Robson e Yaghi ricevono il Nobel per la Chimica.

2026

Verso il mercato

Impianti di cattura della CO₂ e raccoglitori d'acqua entrano in fase commerciale.

Le spugne molecolari sono solo all'inizio

Ricerca, start-up e industria stanno portando i MOF dal laboratorio alla vita quotidiana. Resta aggiornato sulle novità.

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Domande frequenti

Spugne molecolari in breve

Che cosa significa MOF?

MOF sta per Metal–Organic Framework, in italiano "reticolo metallorganico". È un materiale cristallino in cui ioni metallici sono collegati da molecole organiche, formando una struttura porosa regolare. La stampa li ha soprannominati "spugne molecolari".

Perché vengono chiamate "spugne"?

Perché, come una spugna, sono fatte in gran parte di spazio vuoto e possono assorbire e poi rilasciare sostanze. A differenza di una spugna comune, però, i pori sono di dimensione molecolare e possono essere progettati per catturare una sola sostanza specifica.

Quanto è grande la superficie interna di un MOF?

Enorme: alcuni MOF superano i 7.000 m² per grammo. Già con il MOF-5 di Yaghi, pochi grammi di materiale offrivano una superficie interna paragonabile a quella di un campo da calcio.

I MOF sono già usati nella realtà?

Sì. Il MOF CALF-20 è prodotto su scala industriale da BASF e usato per catturare CO₂ dai fumi di un cementificio in Canada; diversi raccoglitori d'acqua atmosferica e sistemi di climatizzazione basati su MOF sono in fase di commercializzazione. Altre applicazioni, come i farmaci, sono ancora in fase di ricerca.

Le spugne molecolari possono risolvere la crisi climatica?

Da sole no, ma sono uno strumento importante: rendono più efficiente e meno energivora la cattura della CO₂ e possono contribuire a fornire acqua potabile nelle regioni aride. La riduzione delle emissioni resta la priorità.

Per approfondire

Fonti