Drinkwater dat ogenschijnlijk uit het niets ontstaat, zelfs in de woestijn. Chemicus Omar Yaghi, die zelf in zijn jeugd kampte met watertekorten, krijgt het met high tech materialen voor elkaar. Vandaag werd bekend dat hij de Nobelprijs krijgt – de Volkskrant interviewde hem eerder dit jaar.
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
Opnieuw relevant
Dit interview verscheen in april 2025 in de Volkskrant.
Omar Yaghi, in 1965 geboren in Amman, Jordanië, als zesde van tien kinderen, kreeg van zijn ouders in zijn jeugd een belangrijke taak. ‘Vers water arriveerde maar één keer per twee weken in onze stad. Dat gebeurde altijd vroeg in de ochtend. Ik stond dan als eerste op, zette alle kranen open en zorgde dat ons reservoir gevuld werd. Met dat water moest ons gezin het twee weken volhouden’, zegt hij. ‘Ik was me daardoor al jong bewust van de enorme kostbaarheid van elke druppel.’
Spoel door naar nu, en Yaghi, die op z’n 15de naar de VS verhuisde, is hoogleraar in de chemie aan de Universiteit van California – Berkeley en een van de meestgeciteerde chemici op deze planeet. De reden voor dat laatste? Zijn ontwikkeling van materialen met de belofte om het soort waterschaarste uit zijn jeugd wereldwijd tot een herinnering te maken.
En dat terwijl de problemen met water tot nog toe alleen maar toenemen. Tegen 2050 zouden drie op de vier mensen te maken krijgen met de gevolgen van droogte, zo stelden experts van de Verenigde Naties vorig jaar.
Op Aquatech in de RAI in Amsterdam, de belangrijkste vakbeurs op het gebied van drink- en afvalwater ter wereld, stelde Yaghi onlangs zijn oplossing voor. Hij ontwikkelde de afgelopen decennia zeer poreuze materialen die hij afkortingen meegaf met de klank van een bezwering om de watergoden te paaien: MOFs, COFs en ZIFs.
Aan de buitenkant ogen ze als anoniem wit poeder, maar ingezoomd tot op moleculair niveau onthullen ze iets van hun superkracht: een structuur met miljarden gaatjes die dienstdoen als ‘een soort parkeerplaats voor watermoleculen’, zoals Yaghi het omschrijft.
Daardoor zijn ze van binnen veel groter dan van buiten. Eén enkele gram MOF herbergt in zijn inwendige het oppervlak van een voetbalveld.
‘Toen we halverwege de jaren negentig de eerste resultaten publiceerden, dachten onze vakgenoten dat er een drukfout in het artikel stond’, zegt Yaghi. Die twijfel is weg: de afgelopen jaren ging de ene na de andere vakgroep aan de slag met de materialen.
Belangrijk is bovendien dat ze de stap hebben gezet van het lab naar de echte wereld. In 2023 beschreef Yaghi in het vakblad Nature Water bijvoorbeeld hoe zijn studenten met ‘MOF-303’ water uit de lucht trokken op een van de droogste plekken ter wereld: Death Valley in de Verenigde Staten.
Water verzamelen met een MOF gaat als volgt. Zet een doos met in het midden een koker vol MOF gedurende de nacht in de woestijn, en het vult zijn poriën als een spons in een badkuip vol water. De volgende ochtend doe je het deksel erop, zodat het materiaal opwarmt, het water eruit ontsnapt en condenseert tegen de wanden van de doos. Voilà: vers drinkwater.
‘Water zien ontstaan is een transformatieve ervaring. Mijn studenten raakten ontroerd’, zegt Yaghi. ‘Er zijn kevers in de woestijn die, als het mistig wordt, water kunnen verzamelen op hun rug. Als de druppels groot genoeg worden, rollen die richting hun mond. Water verzamelen als de luchtvochtigheid even hoog genoeg is: dat kan dus’, zegt hij. Maar hetzelfde doen in kurkdroge lucht? ‘In de gehele geschiedenis van deze planeet is dat nooit eerder mogelijk geweest.’
Die prestaties zijn spectaculair, oordelen ook anderen. ‘Het is fantastisch wat hij doet’, zegt chemicus Bert Weckhuysen van de Universiteit Utrecht. ‘Deze materialen zijn Yaghi’s passie en nu zoekt hij naar de ultieme toepassing.’
Alleen: hij moet nog wel aantonen dat zijn MOFs stabiel blijven onder langdurig gebruik. ‘Net zoals Ikea in de fabriek honderdduizenden keren een nieuw soort deur open en dicht doet voordat ze die in de winkel leggen’, zegt Weckhuysen.
Inmiddels heeft Yaghi zijn materialen verbeterd. In de nieuwe versie, ‘MOF-303-LA2’, past tot 50 procent meer water. ‘Die versie zijn we nu commercieel aan het opschalen’, zegt Yaghi. Dat doet hij met een eigen bedrijf, Atoco.
Waarom heeft een wetenschapper een eigen bedrijf nodig?
‘De taak van een wetenschapper houdt niet op bij de ontdekking. In het begin besloot ik samen te werken met BASF. Zij zijn goed in het opschalen van productieprocessen, en bewezen dat MOFs geproduceerd kunnen worden op een schaal van tonnen. Voor het ontwikkelen van nieuwe technologie richtte ik een nieuw bedrijf op, een start-up. Dat werd Atoco.’
Zijn verwachting is dat het bedrijf komende zomer al apparaten op de markt brengt. Het zet daarbij in op een passief exemplaar – dat geen stroom nodig heeft – en een actieve variant met zonnepanelen. Die apparaten kunnen honderden liters schoon water per dag produceren, zo claimt Atoco.
Als alles werkt zoals verwacht, wat is dan de volgende stap?
‘Dan gaan we miljoenen van dat soort apparaten maken. Er is interesse vanuit overheden die de watervoorziening van kleine dorpen willen aanvullen. Van hotels, die nu nog waterflesjes inkopen. Van boeren, die het water willen gebruiken voor irrigatie. Er zijn honderden potentiële toepassingen en alles is schaalbaar: van een paar gram materiaal in een apparaat voor privégebruik tot grote hoeveelheden voor de watervoorziening van hele dorpen en steden.’
Zijn technologie zal mensen onafhankelijk maken, hoopt Yaghi. ‘Iedereen kan straks voor zijn eigen water zorgen.’
Als mensen op grote schaal water uit de lucht trekken, pas je dan niet per ongeluk weerpatronen aan?
‘Ik verwacht van niet. Als ik ieder mens 50 liter water geef, dan gebruik ik nog minder dan een tiende van een procent van het in de lucht aanwezige water. In de lucht zit meer water dan in alle meren en rivieren op aarde bij elkaar opgeteld. Bovendien verdwijnt het water niet: het vloeit weer terug in de watercyclus en komt ook weer de lucht in. Natuurlijk moet je verantwoordelijk zijn en onderzoek doen naar eventuele onverwachte gevolgen. Maar mijn intuïtie zegt dat daar niets zorgwekkends uit zal komen.’
De belofte van materialen als MOFs, COFs en ZIFs is groter dan ‘slechts’ het leveren van schoon drinkwater: andere varianten van het materiaal zijn bijvoorbeeld in staat CO2 uit de lucht te halen, een tweede toepassing waar Atoco commerciële varianten van ontwikkelt.
‘Er bestaan al manieren om dat te doen, maar ons materiaal is het meest geschikt’, zegt Yaghi, verwijzend naar de resultaten met ‘COF-999’ die hij en zijn collega’s vorig jaar publiceerden in het vakblad Nature. Ze lieten onder meer zien dat het materiaal honderden keren gebruikt kon worden om CO2 uit de lucht af te vangen zonder dat het instabiel werd.
Ook bij die toepassing is de belofte groot. ‘Met een half pond COF kun je per jaar net zoveel CO2 uit de lucht halen als één volwassen boom’, zegt hij.
Zet er écht groot op in en COFs kunnen zelfs het klimaatprobleem oplossen, rekent hij voor. ‘Met één fabriek waarin ik honderdduizend ton van dit materiaal gebruik, kan ik een halve gigaton CO2 per jaar uit de lucht halen’, zegt hij. In totaal is de ‘extra’ CO2 in de lucht, toegevoegd door menselijke activiteiten, ongeveer 1.100 gigaton. ‘Zet ik zo’n fabriek neer in zevenhonderd steden, verspreid over de wereld, dan kunnen we in 3,5 jaar alle CO2 die de mensheid de atmosfeer in heeft gepompt er weer uithalen’, zegt hij.
‘Een mooie denkoefening’, reageert chemicus Bert Weckhuysen. Maar, benadrukt hij: 100 duizend ton COF heeft een volume van ongeveer 1 miljoen kubieke meter, grofweg de inhoud van de Empire State Building in New York. ‘Je hebt dan dus echt heel grote reactoren nodig’, zegt hij. ‘De technische uitdaging is enorm, de vereiste investering ook, maar het is niet onmogelijk.’
En dan resteert nog de vraag wat je met alle CO2 moet doen, nadat die uit de lucht is gehaald. ‘Je kunt er weer brandstof van maken. En je kunt een deel de grond in pompen voor ondergrondse opslag’, zegt Yaghi. ‘Dat is iets waar we nu nog over nadenken.’
Yaghi ziet een ‘encyclopedische lijst van mogelijke toepassingen’ voor zijn materialen. Niet alleen in drinkwater, maar ook in koelvloeistoffen voor datacenters. En niet alleen in het bestrijden van klimaatverandering, maar bijvoorbeeld ook in het opschonen van CO2-rijke lucht in klaslokalen en hotelkamers.
Yaghi zegt daarom vaak dat de mensheid – in analogie van de bronstijd, de ijzertijd en de steentijd – is aanbeland in een periode die je kunt beschouwen als de ‘MOF-tijd’. En dat is geen grootspraak, bezweert hij desgevraagd. ‘Alle technologieën die de wereld fundamenteel hebben veranderd, zijn voortgekomen uit een revolutie in het ontwerp van materialen’, zegt hij.
‘Dit type chemie wordt onderzocht in honderd landen en het onderzoeksveld groeit al 35 jaar exponentieel. Slechts heel weinig onderzoeksvelden hebben dat bereikt. Op termijn geloof ik dat deze materialen de wereld ingrijpend zullen veranderen.’
Omar Yaghi’s materialen kunnen nog meer dan alleen drinkwater produceren of CO2 afvangen. Ze kunnen bijvoorbeeld pfas opnemen, de ‘eeuwige chemicaliën’ die wereldwijd vanuit de chemische industrie in ons grondwater zijn terechtgekomen.
‘En ze zijn ook ideaal voor de opslag van waterstof’, zegt Yaghi.
Tot slot zijn er nog toepassingen die wat meer in de kinderschoenen staan, zoals het onderzoek dat laat zien dat MOFs gebruikt kunnen worden voor het transport van geneesmiddelen in het lichaam. ‘Er loopt al een onderzoek met kankermedicijnen.’
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant