水から収穫する「奇跡の材料」、MOF とその開発者オマール・ヤギ教授

MOF（金属有機フレームワーク）とは

• 革命的な結晶性固体: 温室効果ガスや薬物ナノキャリアなど、多種多様な物質を捕捉可能です。
  • 砂漠の乾燥した空気から水を回収する機能也具有しています。
• 「奇跡の材料」と呼ばれる理由:
  • 膨大な内部空間を持ち、「極めて多孔質」と表現されるスポンジ様ナノ構造です。
  • 現時点で知られるすべての物質の中で最大の内表面積を誇ります。
  • 展開・平面上げた場合、MOF 1g でアメリカンフットボールフィールド全体を覆う広がりを持ちます。
• 所属分野: レティキュラー化学（網状化学）。
  • この用語はカリフォルニア大学サンタバーバラ校およびローレンス・バークレー国立研究所に所属するオマール・ヤギ教授が考案しました。

太陽エネルギーで水を収穫する最新技術

• 開発者: オマール・ヤギ教授と UC バークレーチーム。
• 仕組み:
  • MOF が overnight（一夜）に水分子を捕捉します。
  • 翌朝、水蒸気として放出し、凝結させて飲料可能な水を得ます。
• 性能データ:
  • MOF 粉 1 パウンドが 12 時間に約 1.3 リットルの水を回収可能。
  • 太陽エネルギーのみで動作します。
  • MOF は再利用可能で、夜をまたいで繰り返し運用できます。
• スケール可能性:
  • ヤギ教授によれば、技術は非常にスケーラブルです。
  • 「村の水やりにキログラム単位から、百キログラム、千キログラムまで使用可能」だそうです。

開発の歴史と成長

• 概念の発案（2014 年）:
  • ヤギ教授とチームが、ジルコニウム金属とアジピン酸を組み合わせて設計。
  • H₂O と結合する構造を創造し、水回収型 MOF のコンセプトを実証しました。
• 実用化への歩み:
  • MIT のエンジニアリング専門家らと協力し、水を収穫するための装置の設計を行いました。
  • 現在は企業と連携し、実用化に向けて取り組み、水の不足・争点となっている地域の人々に届けることを急いでいます。
• レティキュラー化学の革新:
  • 20 年前から金属と有機分子を組み合わせてガスや液体の貯蔵性能向上を目指していましたが、従来の類似構造は崩壊してしまいました。
  • アリゾナ州立大学のチームが建築的に堅牢な大きなクラスターを創成し、分野を急成長させました。
  • MOF の種類は現在約 2 万種に達し、用途も数知れません（エネルギー・環境分野での応用拡大）。

多様な応用例と今後の課題

• 主な活用分野:
  • 炭素捕集: 石炭火力発電所から排出される大気中の CO₂を鉱山のように「採掘」し、地球温暖化の進行を遅らせます。
  • 安全な農薬運搬: 農薬をより安全かつ効果的に輸送します。
  • 医療分野: 生分解性の MOF をキャリアとして使用し、化学療法剤を直接癌細胞に運搬します。
• ヤギ教授の展望:
  • 「MOF をより広く普及させ、人々にその可能性を理解してもらうことが次のステップ」です。
  • 残された課題は、「これらの技術を実際に社会のために展開させること」とあります。

受賞歴とエピソード

• 主要な受賞賞:
  • アルベルト・アインシュタイン世界科学賞（2017 年）
  • キング・ファイサル国際賞（2015 年）
  • Wolf Prize in Chemistry（2018 年）
• ノーベル賞への噂: 入賞という噂もあります。
• 開発者の想い:
  • ヤギ教授は当初、社会の問題解決ではなく「独りでいること」を望んで化学分野に入ったと話しています。初期の野心からはかけ離れていると言えます。