Selama ribuan tahun, peradaban manusia menentukan usia mereka berdasarkan material dominan pada masanya: Batu, Perunggu, Silikon. Kini, peraih Nobel Omar Yaghi berpendapat bahwa era baru telah tiba, didorong oleh kelas material revolusioner yang dikenal sebagai kerangka logam-organik (MOFs) dan kerangka organik kovalen (COFs). Struktur kristal ini, yang dirintis pada tahun 1990an, memiliki porositas yang tak tertandingi – secara efektif menghasilkan material yang volume internalnya jauh melebihi ukuran eksternalnya. Penemuan ini, yang diakui dengan Hadiah Nobel Kimia tahun 2025, siap mengubah industri mulai dari pengambilan air hingga penangkapan karbon.
Terobosan: Memanfaatkan Konstruksi Molekuler
Karya Yaghi berpusat pada “kimia retikuler”, yaitu perakitan material secara tepat pada tingkat molekuler. Tidak seperti sintesis bahan tradisional, yang sering kali menghasilkan struktur yang tidak teratur, kimia retikuler bertujuan untuk menghasilkan bentuk kristal yang berulang dan sempurna. Tantangannya sangat besar; alam sendiri menyukai ketidakteraturan, sehingga penciptaan material yang stabil dan teratur dalam skala besar tampaknya mustahil.
Namun, pada tahun 1999, tim Yaghi mensintesis MOF-5, bahan berbasis seng dengan luas permukaan yang belum pernah terjadi sebelumnya – beberapa gram setara dengan ruang internal setara lapangan sepak bola. Terobosan ini mengungkap potensi MOF dan COF: material yang mampu memerangkap gas secara selektif, mengekstraksi air dari udara kering, dan merevolusi proses kimia.
Dari Keingintahuan Intelektual hingga Dampak Sosial
Awalnya didorong oleh tantangan intelektual murni – keinginan untuk menyusun molekul bahan demi molekul – penelitian Yaghi dengan cepat berkembang ke arah mengatasi masalah dunia nyata. Kunci stabilitas terletak pada pengendalian lingkungan sintesis secara hati-hati, memungkinkan pembentukan struktur yang teratur. Setelah dikuasai, porositas MOF dan COF yang luar biasa membuka pintu bagi penerapan yang sebelumnya dianggap tidak mungkin tercapai.
“Saat Anda mengetahui seberapa besar porositas yang dimiliki bahan-bahan ini, Anda langsung berpikir untuk memerangkap gas,” jelas Yaghi. “Bahan-bahan ini mencakup kompartemen ruang tempat molekul air atau karbon dioksida… dapat berada.” Sifat mendasar ini kini dimanfaatkan dalam teknologi yang dirancang untuk mengekstraksi air dari udara gurun (bahkan dalam kelembapan di bawah 20%) dan menangkap karbon dioksida langsung dari atmosfer.
Peningkatan: Dari Lab ke Industri
Perusahaan Yaghi, Atoco (didirikan pada tahun 2020), mendorong komersialisasi bahan-bahan ini. Kemajuan terbaru termasuk COF-999, bahan penangkap karbon yang sangat efisien yang diuji selama lebih dari 100 siklus di Berkeley, dan perangkat yang mampu menghasilkan ribuan liter air per hari.
Visi jangka panjang melampaui penerapan saat ini:
- Produksi Berkelanjutan: MOF dan COF dapat dibongkar di dalam air tanpa melepaskan residu berbahaya, sehingga mengatasi potensi masalah limbah.
- Efisiensi Energi: Memanfaatkan limbah panas dan sinar matahari sekitar untuk siklus penangkapan/pelepasan daya mengurangi konsumsi energi.
- Desain Berbasis AI: Kecerdasan buatan mempercepat optimalisasi properti MOF dan COF, sehingga memperpendek siklus pengembangan.
Masa Depan Material: Heterogenitas dan Katalisis
Meskipun penelitian saat ini berfokus pada pengoptimalan material yang ada, laboratorium Yaghi sedang mengeksplorasi “material multivariat” – struktur dengan lingkungan internal yang sengaja dibuat tidak rata. Dengan menggabungkan kerangka yang tersusun dengan “usus” yang heterogen, bahan-bahan ini dapat mencapai selektivitas dan efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam penyerapan gas dan reaksi kimia.
Selain itu, MOF dan COF menjanjikan dalam katalisis, berpotensi mereplikasi efisiensi enzim untuk sintesis kimia industri. Hal ini dapat menghasilkan produksi obat-obatan dan senyawa penting lainnya yang lebih cepat dan berkelanjutan.
“Kita sedang mengalami revolusi,” Yaghi menegaskan. “Kami dapat merancang material dengan cara yang belum pernah kami lakukan sebelumnya, dan menghubungkannya dengan kegunaan yang belum pernah kami lakukan sebelumnya.”
Pertumbuhan eksponensial dalam paten yang berkaitan dengan Kementerian Keuangan dan COF menunjukkan bahwa revolusi ini sudah berlangsung. Ketika penelitian menyatu dengan teknik dan kecerdasan buatan, kimia retikuler siap untuk mendefinisikan era baru dalam ilmu material – sebuah era di mana material tidak hanya dirakit, namun justru dirancang untuk masa depan yang berkelanjutan dan efisien.
