Il cristallo accumula-ossigeno è il futuro della respirazione subacquea

Ci vogliono solo circa 10 litri di cristalli di cloruro di cobalto per assorbire l'aria che c'è in una stanza, o almeno il 21 percento di quell'aria che contiene ossigeno. Con le giuste condizioni, la giusta temperatura e pressione atmosferica, ci vogliono pochi secondi perché questo materiale faccia il suo lavoro: dopodiché, scaldando leggermente i cristalli o ponendoli in un ambiente a bassa pressione d'ossigeno, il materiale è pronto per rilasciare nell'aria il suo carico di ossigeno.

Questi nuovi cristalli "spugna" sono stati scoperti grazie ad alcuni ricercatori dell'università della Danimarca del Sud. Come molti altri elementi che assorbono l'ossigeno dall'aria circostante, i cristalli si legano chimicamente alle singole molecole. Mentre leggete sta accadendo qualcosa di simile nei vostri polmoni: l'ossigeno si combina con le proteine di emoglobina nel sangue grazie agli ioni ferro che funzionano come "appigli".

Come nel caso dell'emoglobina, all'interno della spugna di ossigeno sintetica creata dai ricercatori danesi avviene un legame chimico reversibile: questa caratteristica non è comune a tutte le reazioni—nella reazione chimica di combustione, per esempio, viene assorbito ossigeno dall'aria, ma i prodotti del processo, anidride carbonica e acqua, sono troppo stabili perché la reazione possa essere invertita.

"Il materiale è sia un sensore che un recipiente per l'ossigeno—possiamo usarlo per vincolare, immagazzinare e trasportare ossigeno—come un'emoglobina solida artificiale," ha affermato Christine McKenzie, professoressa di nano-bioscienza e principale ricercatrice dello studio. Inoltre pare che il materiale sia in grado di svolgere il processo più e più volte, senza perdere le proprie caratteristiche di "spugna".

La struttura dei cristalli è caratterizzata da un reticolo ordinato che immagazzina una grande quantità di ossigeno in uno spazio ridotto. Ogni singola struttura cristallina è formata da due ioni nitrato legati a una base molecolare di metallo. È una dimora mobile per il nitrogeno ma, non appena entra ossigeno gli ioni nitrogeno si rompono, gli ioni di ossigeno si impongono sulla base di cobalto.

Questo succede molto velocemente all'interno di tutta la struttura cristallina, finché tutto l'ossigeno che vaga libero non è finito. Il processo opposto, cioè il riassorbimento di nitrogeno, può accadere alla stessa velocità.

La base di cobalto è fondamentale per questa spugna assorbi-ossigeno. Come l'ossigeno si lega al ferro nel sangue, in questo materiale si lega al cobalto. "Il cobalto è ciò che dà al nuovo materiale la specifica struttura molecolare ed elettronica, che gli permette di assorbire ossigeno dall'ambiente circostante," ha spiegato McKenzie.

"Questo processo avviene in tutte le creature che respirano," ha affermato. "Gli esseri umani e molte altre specie usano il ferro, mentre altri animali, come i granchi e i ragni, utilizzano il rame. Piccole quantità di metallo sono necessarie per l'assorbimento dell'ossigeno, quindi non è così sorprendente vedere questo effetto nel nuovo materiale scoperto."

I ricercatori danesi hanno immaginato una specifica applicazione per questi cristalli. Fornire ossigeno a un essere umano, che sia un paziente affetto da broncopneumopatia cronica ostruttiva o uno scalatore sull'Everest, implica l'utilizzo di complicati macchinari con pompe e serbatoi. McKenzie, invece, immagina che sarà possibile utilizzare una semplice maschera ricoperta di strati di sali di cobalto carichi di ossigeno.

Il materiale è in grado di assorbire ossigeno sia dall'acqua che dall'aria, quindi un giorno potrebbe essere possibile respirare sott'acqua senza l'uso di bombole per lunghi periodi.