Tahun 2025 menjadi momen penting dalam sejarah ilmu kimia dunia. Tiga ilmuwan — Susumu Kitagawa, Richard Robson, dan Omar M. Yaghi — dianugerahi Hadiah Nobel Kimia 2025 atas penemuan dan pengembangan Metal-Organic Frameworks (MOFs). Karya mereka telah mengubah cara para ilmuwan melihat struktur material, membuka jalan bagi teknologi penyimpanan energi, pemurnian udara, hingga upaya besar menanggulangi perubahan iklim.
Penemuan ini bukan sekadar pencapaian laboratorium, tetapi juga simbol bagaimana ilmu pengetahuan dapat membantu manusia melawan salah satu tantangan terbesar abad ke-21: krisis lingkungan dan kebutuhan energi bersih.
Awal Mula Penemuan Metal-Organic Frameworks
Pada akhir tahun 1990-an, banyak peneliti tengah berusaha mengembangkan material baru yang memiliki pori-pori sangat kecil namun stabil. Tujuannya adalah menciptakan bahan yang mampu “menjebak” atau “menyimpan” molekul-molekul gas, seperti karbon dioksida (CO₂) dan hidrogen (H₂). Namun, sebagian besar upaya kala itu menemui jalan buntu — struktur yang terbentuk sering kali tidak stabil atau sulit diproduksi dalam jumlah besar.
Di sinilah ketiga ilmuwan peraih Nobel 2025 tersebut mengambil langkah berani. Mereka menggabungkan logam (metal ions) dengan molekul organik sebagai jembatan penghubung untuk membentuk struktur tiga dimensi yang sangat berpori. Struktur ini kemudian dikenal sebagai Metal-Organic Framework (MOF).
Secara sederhana, MOF dapat dibayangkan seperti “spons pada tingkat molekuler”. Ia memiliki rongga-rongga kecil di dalamnya yang mampu menangkap gas, cairan, atau bahkan molekul tertentu. Berbeda dengan spons biasa, MOF memiliki pola pori yang teratur dan dapat dikendalikan ukurannya. Struktur ini menjadikannya salah satu bahan paling menjanjikan dalam bidang kimia material modern.
Struktur dan Karakteristik Unik MOF
Keunikan MOF terletak pada komposisi dan fleksibilitasnya. MOF terbentuk dari dua komponen utama:
-
Ion logam atau kluster logam — biasanya logam transisi seperti zirkonium, tembaga, seng, atau besi. Logam ini bertindak sebagai “simpul” struktural.
-
Ligand organik — molekul panjang yang menghubungkan ion logam, berperan sebagai “jembatan” di antara simpul-simpul tersebut.
Gabungan keduanya menghasilkan struktur kristalin berpori dengan luas permukaan yang luar biasa. Beberapa MOF bahkan memiliki luas permukaan internal lebih dari 7.000 meter persegi per gram, setara dengan ukuran satu lapangan sepak bola untuk setiap satu gram bahan.
Keunggulan lainnya adalah kemampuan untuk disesuaikan (tunability). Para ilmuwan dapat mengganti jenis logam atau molekul organik untuk mengubah fungsi MOF — misalnya, membuatnya lebih efektif menyerap air, gas, atau senyawa organik tertentu. Fleksibilitas inilah yang menjadikan MOF sebagai bahan serbaguna dengan aplikasi lintas disiplin ilmu.
Aplikasi MOF dalam Kehidupan Nyata
1. Penyerapan dan Penyimpanan Karbon Dioksida (CO₂)
Salah satu isu terbesar di dunia modern adalah emisi karbon yang memicu pemanasan global. Teknologi MOF mampu membantu menyelesaikan masalah ini melalui proses carbon capture — penangkapan dan penyimpanan CO₂ langsung dari udara atau dari sumber industri.
Beberapa jenis MOF mampu menyerap gas CO₂ hingga ratusan kali beratnya sendiri, dan dapat melepaskannya kembali melalui perubahan suhu atau tekanan. Mekanisme ini memungkinkan penggunaan ulang (recycle) CO₂, misalnya untuk produksi bahan bakar sintetis atau pupuk ramah lingkungan.
Dengan demikian, MOF berpotensi menjadi komponen penting dalam strategi global menuju emisi nol bersih (net-zero emission).
2. Produksi dan Penyimpanan Energi Bersih
MOF juga menjadi harapan baru dalam pengembangan hidrogen sebagai sumber energi masa depan. Hidrogen dikenal sebagai bahan bakar bersih karena hanya menghasilkan air saat dibakar, tetapi masalahnya adalah penyimpanan yang sulit — gas hidrogen sangat ringan dan mudah bocor.
Beberapa jenis MOF yang dikembangkan oleh tim Omar Yaghi terbukti mampu menyimpan hidrogen dengan efisiensi tinggi pada suhu dan tekanan rendah. Ini bisa membuka peluang besar bagi mobil hidrogen dan sistem penyimpanan energi skala besar tanpa memerlukan tangki bertekanan tinggi.
Selain itu, MOF juga mulai diterapkan dalam teknologi baterai lithium-sulfur dan superkapasitor, di mana pori-porinya membantu meningkatkan konduktivitas dan mempercepat aliran ion.
3. Pemurnian Air dan Udara
Masalah polusi udara dan kekurangan air bersih kini menjadi krisis global. MOF dapat membantu di dua arah sekaligus.
Pertama, beberapa MOF mampu menyerap kelembapan dari udara, bahkan di wilayah yang sangat kering. MOF yang dikembangkan di laboratorium Kitagawa mampu mengumpulkan air dari udara dengan kelembapan hanya 20%, menjadikannya solusi potensial bagi daerah gurun.
Kedua, MOF juga dapat menangkap gas berbahaya seperti amonia, sulfur dioksida, atau nitrogen oksida dari udara. Dengan demikian, MOF dapat digunakan dalam filter udara untuk pabrik, kendaraan, atau bahkan rumah tangga.
4. Katalisis dan Industri Kimia
Struktur berpori MOF sangat cocok digunakan sebagai katalis — zat yang mempercepat reaksi kimia tanpa ikut bereaksi. Dengan menambahkan atom logam tertentu di dalam pori-porinya, MOF dapat mempercepat proses seperti pemecahan air, sintesis bahan bakar, atau pembuatan obat-obatan.
Bahkan, beberapa penelitian terbaru menunjukkan bahwa MOF bisa bertindak seperti “pabrik miniatur molekuler”, di mana setiap pori berfungsi sebagai ruang reaksi dengan kondisi yang dapat diatur secara presisi.
Dari Laboratorium ke Dunia Industri
Selama dua dekade terakhir, penelitian tentang MOF berkembang sangat pesat. Ribuan jenis MOF telah berhasil disintesis di laboratorium di seluruh dunia, masing-masing dengan fungsi spesifik. Tantangan berikutnya adalah membawa penemuan ini ke tahap produksi massal.
Beberapa perusahaan kimia besar kini telah mulai menginvestasikan dana besar untuk mengembangkan MOF skala industri. Misalnya, perusahaan energi menggunakan MOF untuk meningkatkan efisiensi penyerapan gas, sementara startup lingkungan menggunakannya dalam sistem penangkap udara langsung (direct air capture).
Produksi skala besar ini bukan hal yang mudah. Diperlukan material yang murah, proses yang cepat, dan stabilitas jangka panjang agar MOF bisa digunakan secara komersial. Namun, kemajuan terbaru menunjukkan bahwa hambatan ini perlahan mulai teratasi.
Perjalanan Ilmuwan Peraih Nobel
Ketiga ilmuwan peraih Nobel Kimia 2025 memiliki kontribusi yang saling melengkapi.
-
Susumu Kitagawa (Kyoto University, Jepang) dikenal sebagai pelopor yang pertama kali mendemonstrasikan “porositas fleksibel” pada MOF — yaitu kemampuan struktur untuk membuka dan menutup pori sesuai kondisi lingkungan.
-
Richard Robson (University of Melbourne, Australia) memperkenalkan konsep dasar penggabungan logam dan ligan organik dalam pola geometris yang stabil, menjadi dasar desain MOF modern.
-
Omar M. Yaghi (University of California, Berkeley, AS) dikenal luas karena menciptakan istilah “reticular chemistry”, yaitu seni merancang jaringan kristalin berdasarkan ikatan kimia yang dapat diprediksi — fondasi bagi pengembangan berbagai jenis MOF dan COF (Covalent Organic Frameworks).
Penghargaan Nobel ini dianggap sangat pantas, mengingat ketiganya tidak hanya menemukan konsep baru, tetapi juga menunjukkan relevansi nyata bagi keberlanjutan planet ini.
Harapan bagi Masa Depan
Dengan kemampuan untuk menangkap karbon, memurnikan air, menyimpan energi, dan mempercepat reaksi kimia, MOF bisa menjadi “bahan keajaiban abad ke-21”. Jika riset dan produksi terus dikembangkan, dunia bisa memiliki solusi baru untuk masalah yang selama ini tampak tak terpecahkan — mulai dari pemanasan global hingga kebutuhan energi hijau.
Selain aplikasi praktisnya, penemuan ini juga mengajarkan nilai penting dalam sains: inovasi tidak selalu datang dari teknologi canggih, tetapi dari cara berpikir kreatif terhadap hal yang sederhana. Menggabungkan logam dan molekul organik mungkin tampak seperti eksperimen biasa, tetapi hasilnya mengubah paradigma dunia kimia.
Sebagaimana dikatakan dalam pidato Nobel 2025 di Stockholm, “MOF mengingatkan kita bahwa dunia molekul adalah dunia yang hidup — di mana setiap atom dapat menjadi jembatan menuju masa depan yang lebih bersih, lebih hijau, dan lebih berkelanjutan.”
Penutup
Hadiah Nobel Kimia 2025 bukan hanya penghargaan bagi tiga ilmuwan luar biasa, tetapi juga simbol kemenangan ilmu pengetahuan terhadap tantangan zaman. Dalam dunia yang tengah berjuang menghadapi krisis iklim, inovasi seperti Metal-Organic Frameworks memberi harapan baru bahwa manusia masih memiliki peluang untuk memperbaiki planet ini.
Dengan kombinasi riset mendalam, kolaborasi global, dan semangat keberlanjutan, MOF dapat menjadi salah satu penemuan paling berpengaruh di abad ini — mengubah cara kita memandang energi, lingkungan, dan bahkan masa depan kehidupan di Bumi.