Cei mai faimoăi oameni de știință sunt adesea cei care explorează întrebări existențiale, precum fizicienii care studiază găurile negre sau teoriile gravitației, sau cei care rezolvă probleme medicale, cum ar fi creatorii vaccinurilor anti-covid sau cercetătorii care caută tratamente pentru cancer. Există însă un grup de oameni de știință cu un impact asupra vieții noastre cotidiene chiar mai mare decât cei menționați anterior, dar care trec adesea neobservați. Chimistul John Hartwig (Illinois, SUA, 60 de ani), de la Universitatea din California, Berkeley (SUA), face parte din acest grup.

Cercetătorul tocmai a primit premiul Fundației BBVA Fronteras del Conocimiento în Științe Fundamentale pentru impulsionarea unor progrese esențiale în domeniul catalizei. Deși realizarea poate suna ezoteric, aceasta a făcut posibil controlul și accelerarea reacțiilor chimice care au permis producerea de medicamente împotriva HIV, hepatitei sau depresiei, care altfel ar fi fost imposibile. După cum estimează el însuși într-o conversație video din California, «domeniul catalizei contribuie la aproximativ 30% din PIB-ul SUA» iar cifra este similară în alte țări dezvoltate.

În lumea chimiei, unele reacții sunt prea lente sau prea dificile și necesită ajutorul metalelor care acționează ca și catalizatori pentru a le accelera. Unul dintre progresele la care a participat Hartwig este cataliza omogenă, unde catalizatorii și reactanții sunt în aceeași fază, de obicei lichidă, permițând reacții mai precise și eficiente.

Una dintre marile realizări ale lui Hartwig a fost dezvoltarea de catalizatori capabili să rupă legăturile carbon-hidrogen, foarte stabile și dificil de modificat. Aceste legături abundă în moleculele organice, dar stabilitatea lor le făcea puțin utile pentru sintetizarea medicamentelor. Hartwig și grupul său au reușit să transforme aceste legături în legături carbon-bor (C-B), o transformare cheie deoarece borul acționează ca un «cârlig chimic», ceva ce permite asamblarea moleculelor complexe în mod eficient. Astăzi, aceste reacții sunt utilizate în producția de medicamente antivirale sau împotriva cancerului pancreatic sau pulmonar. «Surprinzător este că acest proces a ajuns să fie utilizat la scară largă. De exemplu, a fost folosit pentru a produce un compus de aproximativ o mie de kilograme pentru studii clinice cu Amgen în tratamentul tumorilor solide», explică Hartwig. Chimia sa a fost aplicată și în dispozitive electronice precum diodele organice emițătoare de lumină (OLED), utilizate în ecranele strălucitoare ale telefoanelor mobile sau în televizoarele de înaltă gamă.

Întrebare. Cum vedeți situația cercetării în SUA după primele luni ale lui Donald Trump ca președinte?

Răspuns. Situația pentru știință în SUA este teribilă. Problema este cum să exprim asta fără a da impresia că ar trebui să fugim cu toții din țară. Dar cred că publicul trebuie să înțeleagă ce se întâmplă. De exemplu, multe granturi de la Institutele Naționale de Sănătate (NIH) nu sunt finanțate din cauza strategiilor indirecte ale Guvernului, cum ar fi blocarea reuniunilor comitetelor care iau aceste decizii. Am trei postdoctoranzi cu cereri de burse care nici măcar nu sunt revizuite.

Mai mult, am un grant de 3,5 milioane de dolari recomandat pentru finanțare, destinat proiectelor de reciclare a plasticului, iar acum se află într-o «pauză de comunicare». Nu știu dacă va fi aprobat în final sau dacă pur și simplu va dispărea. Acest lucru ne împiedică să lucrăm la viabilitatea comercială a reciclării chimice pe care am dezvoltat-o și care ar putea beneficia multe alte persoane din domeniu.

Universitățile pierd, de asemenea, fonduri din motive care nu au nicio legătură cu programele lor științifice. De exemplu, din cauza protestelor studențești legate de conflictul dintre Gaza și Israel, unele instituții suferă reduceri bugetare. Este înfricoșător să văd această situație după ce am lucrat 30 de ani în știința din SUA. Ideea de a tăia atât de mult sprijinul pentru cercetare în SUA este alarmantă. Știința și inovația au fost una dintre mărcile noastre distinctive, semnătura noastră ca națiune. Și, în plus, economia viitorului depinde de descoperirile care se fac astăzi.

Aceste descoperiri pot fi făcute în universități sau în industrie, dar persoanele care le realizează trec mai întâi prin universități, obțin diplome avansate în științe, iar apoi, poate, înființează o companie de biotehnologie care descoperă un nou medicament sau dezvoltă tehnologii care schimbă viața a milioane de oameni. Este ciclul natural al inovației.

Companii precum Google sau multe altele din sectorul tehnologic s-au hrănit cu oameni formați în aceste instituții. Dacă tăiem această bază de formare și finanțare, ce se va întâmpla cu poziția SUA ca lider tehnologic? Există o senzație îngrijorătoare: aceștia sunt pașii pe care îi urmează regimurile autoritare pentru a-și consolida puterea. Și vedem cum se întâmplă sub ochii noștri. Cum o oprim? Este foarte dificil.

Î. Cum vedeți influența inteligenței artificiale în domeniul dumneavoastră?

R. Avem un proiect cu Merck cu scopul de a dezvolta modalități de a utiliza inteligența artificială pentru a prezice ce va face un catalizator. Au existat progrese incredibile în chimia computațională. Astăzi, cercetătorii pot calcula care vor fi structurile moleculelor și care va fi bariera energetică pentru ca o reacție să aibă loc. Dar aceste calcule, deși sunt foarte valoroase, necesită mult timp și o cantitate mare de putere computațională. De aceea, noi și alte grupuri din domeniu încercăm să aflăm dacă am putea combina aceste cunoștințe cu învățarea automată pentru a face predicții despre catalizatori. Este un domeniu încă la început, dar, desigur, am văzut o creștere impresionantă a învățării automate în multe aspecte ale vieții noastre. Deci întrebarea este: se poate întâmpla același lucru în chimie?

Scopul final, Sfântul Graal în acest domeniu, pe care nimeni nu l-a atins încă, ar fi utilizarea inteligenței artificiale generative pentru a prezice un catalizator care poate realiza o transformare complet nouă sau poate efectua o reacție selectivă asupra a ceva ce nu s-a mai făcut niciodată. Cred că există mult potențial. Sunt convins că va avea un impact mare în viitor, dar a prezice exact care va fi acel impact este complicat.

Î. Și ce ne puteți spune despre aplicațiile pentru mediu? Am văzut că ați lucrat cu materiale plastice care sunt mai ușor de reciclat.

R. O numim reciclare chimică. Reciclarea care se face astăzi este, în mare parte, ceea ce numim reciclare mecanică. Adică, iei materiale plastice, le mărunțești și apoi le topești pentru a forma un obiect nou. Dar majoritatea produselor obținute prin acest proces sunt materiale de valoare mult mai mică. De exemplu, dacă iei un ambalaj sau o jucărie de plastic cu anumite proprietăți, prin reciclarea mecanică se amestecă cu alte materiale plastice de același tip, se mărunțește și se reformează într-un material nou. Cu toate acestea, acest material este de obicei folosit pentru produse precum mobilier de exterior sau pardoseli din plastic care imită lemnul, dar nu pentru fabricarea ambalajelor alimentare sau a materialelor plastice transparente de înaltă calitate.

Ceea ce încercăm noi să facem este să dezvoltăm metode pentru a descompune aceste materiale plastice. Ne-am concentrat pe polietilenă și polipropilenă, care sunt materialele plastice cu cel mai mare volum de producție. Împreună reprezintă mai mult de jumătate din toate materialele plastice fabricate. Dar sunt extrem de stabile și căutăm modalități de a rupe selectiv legăturile lor. Recent, am publicat un studiu în care am demonstrat că se poate lua polietilenă și, cu etilenă, se poate produce propilenă. Adică, luăm un lanț lung de polietilenă, compus din mii de atomi de carbon, îl fragmentăm în părți mai mici și, în final, obținem o unitate de trei atomi de carbon care poate fi utilizată pentru fabricarea polipropilenei, unul dintre materialele plastice cu cel mai mare volum de producție. Sperăm să putem duce acest proces mai departe și, în timp, să îl dezvoltăm până la a deveni o soluție viabilă comercial.

Î. Credeți că soluțiile la schimbările climatice pot fi obținute exclusiv prin inovații științifice, sau rămâne o problemă cu o dimensiune socială mai mare?

R. Este dificil de răspuns la asta. Am o cunoaștere rezonabilă a subiectului, dar a face o predicție reală necesită expertiza persoanelor specializate în analize tehno-economice și evaluări ale ciclului de viață. Ceea ce pot spune este că multe dintre soluțiile tehnologice vor depinde de progresele în chimie. De exemplu, să luăm cazul turbinelor eoliene moderne. Nu vorbesc despre morile de vânt din Olanda de acum secole, ci despre cele actuale, care au pale gigantice din plastic. Aceste structuri trebuie să reziste la forțe enorme și să dureze mult timp, ceea ce reprezintă o provocare importantă în știința materialelor. Când aceste pale cedează sau ajung la sfârșitul duratei de viață, este necesar să fie înlocuite și să se caute modalități de a le recicla sau reutiliza. Aici chimia poate aduce noi soluții prin dezvoltarea de noi materiale. Un alt exemplu este reducerea greutății vehiculelor. Dacă reușim să înlocuim anumite metale cu materiale mai ușoare, am putea îmbunătăți eficiența energetică. Și dacă reușim să transformăm dioxidul de carbon într-un combustibil într-un mod practic, ar avea un impact enorm.

În același timp, schimbarea anumitor obiceiuri este, de asemenea, cheia. Este complicat, recunosc. Eu însumi am luat un avion pentru a veni la San Diego, apoi voi lua un alt zbor spre Tennessee și apoi mă voi întoarce acasă. Dar dacă reușim să modificăm unele comportamente, acesta va fi, de asemenea, un factor determinant.

Î. Avem nevoie de schimbări tehnologice și de obiceiuri.

R. Schimbările climatice sunt o problemă complexă. Dacă ne gândim la scara lucrurilor, combustibilii fosili sunt utilizați într-o cantitate de zece ori mai mare decât produsele chimice. Uneori ne îngrijorăm de impactul unei pungi de plastic ușoare, dar călătoria la supermarket are un impact ambiental mult mai mare decât cel al acelei pungi.

Î. Dacă ați fi un cercetător tânăr, ce domeniu vi s-ar părea cel mai interesant sau promițător?

R. Cred că există direcții foarte interesante în combinarea chimiei cu enzimele și abordările chimio-enzimatice pentru sinteză. Unii cercetători tineri au avut mult succes în acest domeniu și cred că există multe oportunități acolo. Nu va revoluționa totul, dar are un potențial mare.

Un alt domeniu important este integrarea inteligenței artificiale în chimie. Utilizarea învățării automate pentru a avansa în descoperirea chimică este o linie promițătoare. Cu toate acestea, ceea ce vedem de obicei este că un nou cercetător — sau chiar cineva cu experiență, ca mine — propune ceva complet neașteptat și surprinzător, ceva ce ne face să ne întrebăm cum de nu ne-a venit ideea mai devreme. Se întâmplă, de asemenea, ca anumite descoperiri din trecut, care au fost abandonate, să reapară cu noi aplicații. Un bun exemplu în acest sens este fotochimia. În loc să se folosească căldura pentru a impulsiona reacțiile chimice, se utilizează lumina. În ultimii ani, acest domeniu a cunoscut o creștere mare.

Când am început să lucrăm în domeniul pentru care ni s-a acordat această recunoaștere, mulți credeau că este ceva foarte de nișă, ceva ce se va folosi doar în cazuri speciale, ca ultimă soluție în sinteza moleculelor organice. Dar astăzi a devenit ceva complet mainstream. Este dificil să prezici viitorul, dar, în general, continui să cred în importanța combinării disciplinelor.

Î. Dacă priviți în urmă, de când ați început, ce progrese din domeniul dumneavoastră v-au surprins cel mai mult?

R. Când am început, existau două tipuri principale de reacții pe care oamenii le foloseau în mod obișnuit, și exista un pas fundamental al unei reacții pe care nimeni nu îl observase înainte. Pentru a explica simplu: într-o reacție catalitică, adaugi o cantitate mică de catalizator și acesta permite producerea unei cantități mari de produs. Măsurăm acest lucru în cicluri catalitice: câte molecule de produs generează reacția pentru fiecare moleculă de catalizator. Acest număr poate fi foarte mare deoarece reacția are loc într-un ciclu. Catalizatorul începe prin a lua un reactant, îl transformă, apoi ia un al doilea reactant, îi combină și eliberează produsul, revenind la starea sa originală. Este un proces ciclic cu mai mulți pași. Noi, la început, eram interesați doar de unul dintre acești pași. Nimeni nu îl observase înainte și m-am gândit că, dacă reușesc să-l identific și să-i demonstrez existența, poate aș putea obține un post la universitate.

Acel pas a ajuns să devină baza unei reacții catalitice complete, și nimeni nu și-a imaginat cât de utilă va deveni. Astăzi, acea reacție a devenit cea mai utilizată în ultimii 40 de ani în cadrul catalizei omogene. Când am realizat prima noastră reacție, am testat-o doar pe o moleculă foarte simplă, fără nicio aplicație farmaceutică. Dar după 20 de ani de progrese, pas cu pas, această reacție a ajuns să fie larg utilizată în industrie. Nu mi-aș fi imaginat niciodată că ceva atât de teoretic la începuturi ar avea un impact atât de mare.