Das „LEGO“ der Chemie, das den Nobelpreis 2025 gewann

Der Nobelpreis für Chemie 2025 wurde gemeinsam an Susumu Kitagawa (Japan), Richard Robson (Großbritannien) und Omar M. Yaghi (Jordanien/USA) für die Entwicklung metallorganischer Gerüstverbindungen (MOFs) verliehen. Diese Materialien haben die Chemie revolutioniert, indem sie wichtige Anwendungen wie die Wassergewinnung in der Wüste, die Schadstoffreinigung und die Energiespeicherung ermöglichten.

Um die Bedeutung dieser Auszeichnung und den Einfluss von MOFs auf die globale Wissenschaft zu verstehen, sprachen wir mit Dr. Ilich Argel Ibarra Alvarado, einem Chemiker an der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko (UNAM) und mexikanischen Experten, der sich der Forschung auf genau diesem Gebiet widmet.

Die Wissenschaft hinter MOFs

Ibarra Alvarado hilft uns, diese Strukturen zu verstehen, indem er sie mit LEGO-Steinen vergleicht. MOFs (Metal Organic Frameworks) bestehen aus zwei Komponenten: einem anorganischen (metallischen) und einem organischen Teil. „Mit zwei Teilen kann ich viel Architektur bauen“, erklärt er.

Die Schönheit und der Grund für den Nobelpreis liegen in der Porosität dieser Strukturen. Wie ein Schwamm verfügen MOFs über individuell gestaltbare Poren, die viele Dinge, viele Moleküle, aufnehmen können – von giftigen bis hin zu nützlichen Molekülen in Medikamenten. Diese Gestaltungsmöglichkeit ermöglicht die Herstellung „perfekter Filter“. Damit lassen sich, um der LEGO-Metapher zu folgen, „Fenster und Türen größer und kleiner gestalten“, um sie an die Größe des gewünschten Moleküls anzupassen.

Das Schöne an diesen Architekturen ist jedoch, dass sie kristallin sind, weil sie perfekt sind. Was bedeutet perfekt? Die gesamte Verteilung dieser molekularen Architektur ist perfekt geordnet. Daher „kann ein MOF so gestaltet werden, dass es Wassermoleküle durchlässt, aber Schadstoffe wie Ethanol, Kohlendioxid (CO²) oder Arsen zurückhält. Bei der Wassergewinnung in der Wüste fangen diese Materialien den Wasserdampf ein, der in kalten Nächten kondensiert.“

Der Ursprung von Entdeckung und Inspiration

Das Nobelkomitee betonte, dass die Idee für MOFs aus einem Chemiekurs bei Professor Richard Robson stammt. Dr. Ibarra betonte, wie ein theoretisches Konzept im Unterricht tatsächlich zu einem Nobelpreis führen kann.

„Im mexikanischen Kontext, und ich wage zu behaupten, auch in Lateinamerika, ist es sehr wichtig, dass unsere Studierenden verstehen, dass sie ein Privileg sind, in einem Klassenzimmer über hochmoderne, innovative Chemie zu lernen. Doch was all der Forschung, Entwicklung und technologischen Anwendung wirklich Bedeutung verleiht, sind die Ideen junger Menschen.“

Für den UNAM-Forscher beruht echter wissenschaftlicher Fortschritt auf den frischen Ideen dieser jungen Menschen. „Die Chemie dieser Materialien kann in Afrika genauso gelehrt werden wie im Bundesstaat Oaxaca. Entscheidend ist, die Ideen der jungen Menschen aufzugreifen und zu versuchen, sie in die Industrie zu übertragen“, sagt er.

Ibarra Alvarado, der seit fast zwei Jahrzehnten mit MOFs arbeitet, betont, dass die besten Ideen für technologische Anwendungen von seinen eigenen Studierenden stammen. „Studenten haben die großartige Fähigkeit, abstraktes Wissen in so einfache Ideen zu verwandeln, dass ihre Nutzung oder Umsetzung sehr komplex sein kann. Doch diese Freiheit, diese Schönheit junger Köpfe ist es, die der Wissenschaft wirklichen Fortschritt bringt.“

Anekdoten unter Kollegen

Der Chemiker erzählt, dass er das Glück hatte, vor zwei Jahren (2023) zum Nobel-Symposium in Schweden eingeladen zu werden, einem wichtigen Treffen vor der Bekanntgabe des Preises, bei dem er Gelegenheit hatte, mit den Preisträgern und mit Professor Susumu Kitagawa zu interagieren.

Dieses Treffen dient dem internationalen Komitee, das den Preis vergibt, als Treffpunkt für die Gemeinschaft. Dazu werden Experten aus Amerika, Europa, Asien usw. eingeladen. Ich hatte das Glück, als Vertreter Lateinamerikas eingeladen zu werden. Das war sehr wichtig, denn es gab uns große Hoffnung, dass der Preis tatsächlich für dieses Thema verliehen wird.

Die UNAM-Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Ibarra arbeitet auch mit Professor Susumu Kitagawa zusammen, mit dem sie sogar eine gemeinsame wissenschaftliche Publikation veröffentlicht hat. Darüber hinaus fördert Ibarra eine internationale Konferenz mit dem Titel „Empowering Women and MOF and Beyond“, um das Bewusstsein für Forscherinnen zu schärfen, die in diesem Bereich wissenschaftliche Fortschritte erzielen. Kitagawa ist Teil dieser gemeinsamen Anstrengung und fungiert als „Sponsor“ der Veranstaltung in Mexiko-Stadt. „Dies sind sehr aufregende Zeiten, denn der Gedanke, dass eine frischgebackene Nobelpreisträgerin hier bei uns in Mexiko-Stadt ist und eine einzigartige Konferenz unterstützt, legitimiert die Vision, alle Forscherinnen, die an diesen Themen arbeiten, zu fördern und ihnen die Aufmerksamkeit zu schenken, die sie verdienen.“

Dr. Ibarra hob auch die menschlichen Qualitäten des Preisträgers hervor. „Er ist umgänglich, sehr einfühlsam, äußerst menschlich … der bescheidenste Mensch, den wir uns vorstellen können.“ Ibarra hatte sogar die Gelegenheit, einen Monat mit seiner Forschungsgruppe an der Universität Kyoto zu verbringen, wo sie alltägliche Momente wie Teetrinken miteinander teilten.

(FOTO EINFÜGEN: 2 Argel Ibarra und Susumu Kitagawa im Jahr 2023 in Schweden. Mit freundlicher Genehmigung)

Den Weg für zukünftige Führungskräfte und Nobelpreisträger ebnen

Der UNAM-Forscher betont, dass es in einer überwiegend männlichen Gemeinschaft die Verantwortung der Männer sei, die Führung zu übernehmen. „Meiner Ansicht nach müssen wir männlichen Forscher wirklich vorangehen, damit unsere zukünftigen mexikanischen Forscherinnen die Präsenz erhalten, die sie verdienen, die internationale Präsenz, die sie verdienen.“

Er betonte den Wert internationaler Konferenzen und vor allem die Unterstützung, die Studierende bei der Teilnahme erhalten: „So wird Wissen lebendig geteilt.“

Er erzählte eine rührende Anekdote: Er wollte, dass seine Doktorandin Valeria an der Euromof-Konferenz in Griechenland teilnahm, um einen Vortrag zu halten und ein Poster zu präsentieren, anstatt selbst dorthin zu gehen. So wollte er sicherstellen, dass sie die nötige internationale Erfahrung sammelte. Er behauptet, dass eine von ihnen abreiste und eine andere Valeria zurückbrachte.

Sie fügt hinzu, dass entschlossene Anstrengungen unternommen werden müssen, um mehr Studentinnen in diese Art von Forschung und Entwicklung einzubeziehen, da dies nicht nur einen sozialen Nutzen hat (ein Land mit größerer Gleichberechtigung entwickelt sich besser), sondern auch der Schlüssel dazu ist, dass in naher Zukunft mehr Frauen und neue Gesichter mit dem Nobelpreis ausgezeichnet werden und die derzeitige Hegemonie gebrochen wird. „Das wissenschaftliche Engagement besteht natürlich darin, Innovation und Technologie zu entwickeln, aber es ist auch unsere Verpflichtung, all diese geopolitischen Situationen zu bekämpfen, die historisch sehr negativ waren.“

Die Preisträger

• Omar M. Yaghi (Jordanien, 1965) ist der Sohn palästinensischer Flüchtlinge, die nach Jordanien auswanderten und kaum lesen und schreiben konnten. Der Chemiker, der nach seiner Emigration in die USA seine Karriere fortsetzte, würdigte die Auszeichnung in einem Interview mit der Nobelpreisorganisation als Beispiel für die „gleichmachende Kraft der Wissenschaft“. Derzeit ist er Professor an der University of California, Berkeley.
• Susumu Kitagawa (Japan, 1951), 74, ist Professor an der Universität Kyoto und sagte während der Pressekonferenz, dass er immer noch „überrascht“ sei von den vielfältigen Eigenschaften dieser Strukturen, an denen er weiterhin „zum Spaß“ arbeite.
• Richard Robson (Großbritannien, 1937). Der 88-jährige Chemiker und emeritierte Professor an der Universität Melbourne (Australien) entwickelte 1989 eine Struktur auf der Basis von Kupferionen und organischen Molekülen, die in Kombination einen Kristall mit Hohlräumen bildeten.

Die Gewinner erhalten im Dezember bei einer Zeremonie in Stockholm, Schweden, eine Goldmedaille mit dem Abbild Alfred Nobels sowie eine finanzielle Belohnung in Höhe von insgesamt 11 Millionen schwedischen Kronen (ca. 1,2 Millionen US-Dollar).