Pada tahun 2014, Omar Yaghi, profesor kimia di University of California, menyedari sesuatu yang luar biasa tentang bahan penyerap air baru yang sedang dibangunkan makmalnya. Menarik air keluar dari udara berguna untuk banyak perkara (fikirkan tentang manik-manik silika yang datang dalam pembungkusan untuk menjaga kekeringan) tetapi mengeringkan penyerap untuk digunakan semula biasanya bermaksud memanaskannya pada suhu yang sangat tinggi, sering kali sekitar 400°F, yang menggunakan banyak tenaga. Tetapi bahan Yaghi, rangka kerja logam-organik berskala atom (MOF) yang penuh dengan bilion liang kecil, dikenali sebagai rangka kerja logam-organik (MOF), melepaskan airnya pada suhu yang jauh lebih rendah, sekitar 113°F, setara dengan suhu cawan kopi hangat. “Saya segera berfikir saya boleh membawanya ke gurun, dan pada waktu malam ia mengekstrak air dari udara,” kata Yaghi. “Pada siang hari ketika panas dan cerah saya boleh menuai air minuman.”

Yaghi, 58, adalah sesuatu fenomena satu lelaki dalam dunia kimia. Dia dikenali dengan karyanya selama tiga dekad terakhir mempelopori bidang yang dikenali sebagai kimia retikular, yang melibatkan merekayasa kristal MOF dengan liang molekul peringkat. Bahan-bahan itu boleh mempunyai beberapa sifat yang menarik. Jika anda cuba menyimpan CO2 gas misalnya, bekas yang mengandungi MOF dengan liang yang diubah suai untuk memuatkan molekul CO2 sebenarnya boleh menyimpan lebih banyak daripada bekas kosong: MOF menarik molekul CO2 itu seperti lebah ke madu. Bahan sedemikian mempunyai lusinan aplikasi potensi, dari sensor elektronik hingga penghantaran ubat. Karya Yaghi mengasaskan dan membangunkan bidang ini telah menjadikannya salah seorang ahli kimia yang paling banyak dirujuk di dunia, dan beliau telah menerima banyak anugerah dan sitasi atas karyanya, termasuk pencalonan untuk Hadiah Nobel dalam kimia (namanya menonjol dalam ramalan untuk pemenang 2022).

Daripada semua laluan potensi untuk eksplorasi lanjut, bagaimanapun, Yaghi baru-baru ini telah memberi tumpuan terutamanya kepada dua kegunaan potensi untuk kimia retikular: memerangi perubahan iklim, dan memperluaskan akses kepada air minum. Pada tahun 2020, beliau memulakan sebuah syarikat yang dipanggil Atoco untuk melaksanakan tujuan tersebut (kewujudan syarikat itu belum dilaporkan sebelum ini).

Yaghi sensitif terhadap betapa pentingnya air minum. Dia membesar di Amman, Jordan, pada tahun 1970-an, ketika bandar itu hanya membekalkan air beberapa jam setiap minggu atau dua. Semasa kecil, dia akan bangun awal pagi untuk menunggu di paip dengan bekas untuk menyimpan bekalan air seminggu untuk keluarga. Selepas eksperimen 2014, dia merasakan dia mempunyai asas untuk ciptaan yang boleh membebaskan keluarga di seluruh dunia daripada perjuangan seperti itu selamanya. “Anda boleh mempunyai penuai air yang beroperasi di luar grid di mana sahaja,” kata Yaghi. “Anda mempunyai kawalan ke atas air anda sendiri. Saya menamakannya kemerdekaan air.”

Mungkin hari ini untuk menarik air keluar dari udara (penyahlembapan rendah melakukannya, misalnya) tetapi Yaghi berkata bahawa mesin yang menggunakan bahan MOF, dengan liang yang diubah suai secara tepat untuk menangkap zarah air, boleh menghasilkan bekalan air yang mantap dengan sangat sedikit tenaga, dan dalam persekitaran yang lebih kering daripada yang tersedia pada hari ini. Mereka bahkan boleh menghasilkan air hanya menggunakan tenaga pasif dari haba matahari. Dalam kertas Julai 2023 diterbitkan dalam Nature Water, Yaghi dan sekumpulan kolaborator menunjukkan bahan yang digelar MOF-303 yang mampu menghasilkan titisan air yang mantap di Lembah Kematian, Calif., salah satu tempat terkering di bumi, hanya dengan ditinggalkan di bawah matahari.

Yaghi melancarkan Atoco untuk meningkatkan pengeluaran bahan retikular seperti MOF. Walaupun Yaghi telah bekerja dengan syarikat lain yang cuba meningkatkan teknologi untuk penuaian air pada masa lalu, Atoco berkata ia bertujuan untuk menggunakan bahan retikular yang lebih baru dan lebih canggih, dan untuk membangunkan peranti baru seperti penuai air yang berfungsi tanpa elektrik (syarikat lain sedang berusaha untuk membangunkan penuai air bertenaga elektrik menggunakan kimia retikular, begitu juga Atoco). Samer Taha, CEO Atoco, berkata bahawa mesin mereka akan dapat berfungsi dalam persekitaran yang lebih kering daripada yang tersedia pada hari ini, dan dengan kira-kira separuh tenaga purata. Antara peranti yang ingin syarikat bangunkan adalah mesin bertenaga elektrik bersaiz komputer meja besar yang akan dapat menghasilkan kira-kira 100-200 liter air minum sehari, kata Taha. Syarikat itu enggan berkongsi bila peranti itu akan tersedia.

“Ini adalah sesuatu yang dunia perlukan,” kata Yaghi. “Hampir sepertiga dunia mengalami tekanan air hampir setiap bulan dalam setahun. PBB menjangkakan pada tahun 2050 hampir 5 bilion orang akan mengalami tekanan air.”

Teknologi Yaghi tidak hanya akan dapat menarik air dari udara—dia berkata bahan-bahannya juga akan berguna untuk menyerap karbon dioksida. Itu boleh berguna untuk menyingkirkan karbon dioksida dari cerobong asap industri, atau untuk mengekstrak gas rumah hijau secara langsung dari atmosfera.

Kedua-dua industri masih dalam peringkat awal, walaupun baru-baru ini mendapat lebih banyak sambutan. Kredit cukai yang diluluskan dalam Akta Pengurangan Inflasi musim panas lalu telah mendorong pelaburan dalam penangkapan karbon untuk kemudahan industri, dan pelaburan $1.2 bilion oleh Jabatan Tenaga AS untuk dua projek besar di Texas dan Louisiana bulan lalu telah memberi dorongan besar kepada penangkapan karbon udara langsung juga. (Tiada kemudahan penangkapan udara langsung yang dirancang pada masa ini akan cukup besar untuk mengimbangi emisi manusia secara bermakna, walaupun penyokong teknologi itu berkata adalah penting untuk melabur dalamnya sekarang supaya kita akan mempunyai kemudahan yang cukup besar untuk membuat perbezaan suatu hari nanti.)

Halangan utama untuk sektor penangkapan karbon adalah tenaga yang sangat banyak yang biasanya diperlukan untuk menarik CO2 dari udara, atau bahkan untuk menapisnya dalam kepekatan yang lebih tinggi dari cerobong asap. Kebanyakan projek penangkapan karbon yang digunakan hari ini menggunakan penapis atau larutan kimia seperti kalium hidroksida untuk menangkap CO2, tetapi Taha berkata bahawa menggunakan bahan yang dibuat menggunakan kimia retikular dapat mengurangkan input kuasa itu dengan ketara. (Syarikat lain sudah menggunakan bahan retikular untuk penangkapan karbon, tetapi Atoco berkata ia akan dapat menawarkan kimia yang lebih berkesan dan menghasilkannya dengan murah). “Sangat sukar untuk memberi angka sekarang, kerana kami sedang membina sistem ini,” kata Taha. “Tetapi kami menjangkakan sesuatu antara 30 hingga 50% [kecekapan] peningkatan [berbanding teknologi penangkapan karbon piawai hari ini], jika tidak lebih.” Ia adalah tuntutan yang belum terbukti. Jika berjaya walau bagaimanapun, pengurangan kuasa sedemikian boleh membuat perbezaan besar dalam kebolehlaksanaan menskala sistem penangkapan karbon berskala besar.

Membuat yang baik padanya, bagaimanapun, tidak akan mudah. Pengeluaran bahan retikular yang mereka cuba gunakan telah terhad ke skala makmal, dan salah satu kesulitan utama Atoco adalah dalam cuba untuk meningkatkan proses pengeluaran itu. “Kami tidak mendakwa bahawa dari hari pertama, kami akan menjadikannya sangat boleh diskalakan, sangat murah,” kata Taha. “Tetapi jika kami lihat bahan permulaan, ia tersedia dan tidak mahal. Jadi itulah cahaya di hujung terowong.”

Yaghi, bagi pihaknya, berkata Atoco berorientasikan misi sosial. “Dengan jujurnya, pada asalnya saya tidak berminat [memulakan syarikat].” Yaghi berkata. “Saya mahu t