Τι κοινό έχουν άραγε ο Μότσαρτ, ο Χριστόφορος Κολόμβος και η JP Morgan; Δεν φαντάζεστε την απάντηση. Ορυκτά που φέρουν το όνομά τους! Σε αυτήν ομάδα προστέθηκε πρόσφατα και ο καθηγητής Μερκούρης Κανατζίδης, ο οποίος είναι μάλλον ο μοναδικός Έλληνας επιστήμονας που έχει δώσει το όνομά του σε ορυκτό τα τελευταία 2000 χρόνια! Όσο για το όνομα του ορυκτού: κανατζιδισίτης!
Από το νέο ορυκτό ξεκινάμε τη συζήτηση διαδικτυακά με τον διακεκριμένο επιστήμονα υλικών στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και καθηγητή στο Πανεπιστήμιο Northwestern στο Ιλινόι, απόγευμα της περασμένης Τετάρτης, εγώ από την Αθήνα και εκείνος από το Σικάγο, όπου μόλις έχει ξημερώσει.
Με τη χαρακτηριστική Θεσσαλονικιώτικη προφορά (σαν να μην έφυγε ποτέ από την Ελλάδα) μου περιγράφει την ιστορία της ονοματοδοσίας του ορυκτού με τον χημικό τύπο (SbBiS3)2Te2, το οποίο ανακάλυψε ο Lucas Bindi στο κοίτασμα Nagybörzsöny στο Alsó-Rózsa της Ουγγαρίας.
Το ορυκτό τώρα βρίσκεται στο Museo di Storia Naturale, Università di Firenze, στη Φλωρεντία.
«Πριν δυο χρόνια έλαβα ένα μήνυμα από έναν καθηγητή Γεωλογίας στη Φλωρεντία, τον οποίο δεν γνώριζα, που μου έγραφε πως είχε βρει ένα καινούργιο ορυκτό και πως θα ήθελε να προτείνει στην Διεθνή ορυκτολογική Εταιρεία να του δώσει το όνομά μου, για να με τιμήσει για όλη την ερευνητική δουλειά που είχα κάνει στα χαλκογονίδια. Το συγκεκριμένο ορυκτό ήταν ένα χαλκογονίδιο και έμοιαζε με πολλά υλικά που έχουμε φτιάξει στο εργαστήριο. Γνώριζε δηλαδή την δουλειά μου από τη βιβλιογραφία και ζητούσε την άδειά μου για να προχωρήσει την πρόταση. Φυσικά και δέχθηκα και μετά από πέντε περίπου μήνες έμαθα τα ευχάριστα νέα. Είναι μια μεγάλη τιμή και νομίζω ότι είναι καλύτερο ακόμη και από ένα βραβείο!».
Ο καθηγητής Κανατζίδης έχει μελετήσει για δεκαετίες τα χαλκογονίδια στο Argonne και στο Northwestern και έχει μεγάλη βιβλιογραφική συνεισφορά στο συγκεκριμένο πεδίο. Τα χαλκογονίδια (chalcogens) περιλαμβάνουν τα χημικά στοιχεία θείο (S), σελήνιο (Se), τελλούριο (Te) και το ραδιενεργό πολώνιο (Po), και ο ίδιος ξεκίνησε να τα μελετά ως μεταπτυχιακός φοιτητής, δουλεύοντας πάνω σε ανάλογα βιολογικών ενζύμων που περιέχουν (S). Και τα επέλεξε γιατί όπως λέει είναι σημαντικά υλικά στην τεχνολογία.
«Εκπόνησα το διδακτορικό μου στο πλάι του διακεκριμένου Έλληνα Δημήτρη Κουκουβάνη στο πανεπιστήμιο της Άϊοβα και του Μίσιγκαν και λάτρεψα την ανόργανη και τη συνθετική χημεία. Μέσα στο εργαστήριό του έμαθα να κάνω σύνθεση καινούργιων υλικών. Η βιοανόργανη και συγκεκριμένα ο ρόλος των μετάλλων στη βιολογία, ήταν τότε πολύ «καυτό» ερευνητικό πεδίο.
Όταν ολοκλήρωσα την διατριβή μου μετακινήθηκα στο εργαστήριο του Tobin J.Marks και επικεντρώθηκα στην χημεία και τη σύνθεση υλικών, τα οποία εξακολουθούν να αποτελούν τον πυρήνα της έρευνάς μου.
Το διαχρονικό ερώτημα στο οποίο προσπαθούμε να απαντήσουμε στο εργαστήριο είναι «πώς θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε και να δημιουργήσουμε ένα νέο χημικό συστατικό ή ένα νέο υλικό με ορθολογικό τρόπο», λέει ο καθηγητής, που θεωρείται εξπέρ στη σύνθεση νέων χαλκογονιδίων και διαμεταλλικών υλικών.
Όπως μου λέει τα χαλκογονίδια και συγκεκριμένα ένα σουλφίδιο του μολυβδαινίου, καταλύουν μια από τις πιο σημαντικές αντιδράσεις στον κόσμο την υγρή αποθείωση του αργού πετρελαίου, που απαλλάσσει το φυσικό αέριο και το διυλισμένο πετρέλαιο από το θείο.
«Πρόκειται για τον πιο σπουδαίο καταλύτη για διύλιση αργού πετρελαίου. Το αργό πετρέλαιο είναι «μολυσμένο» με μεγάλη ποσότητα θειαφιού που αν δεν καθαριστεί, κάποια στιγμή θα αρχίσει να βρέχει θειικό οξύ. Αν αφαιρέσει κάποιος αυτόν τον καταλύτη από την διαδικασία, η οικονομία μας θα καταρρεύσει. Άλλα χαλκογονίδια χρησιμοποιούνται σε ηλιακά κύτταρα και σε άλλες εφαρμογές», λέει χαρακτηριστικά ο καθηγητής που ηγείται μιας ερευνητικής ομάδας περίπου 25-30 ατόμων επικεντρωμένων στην ανόργανη χημεία στερεάς κατάστασης.
Ένα νέο υλικό μέσα στα τελευταία 40 χρόνια
Στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ το έργο του καθηγητή Κανατζίδη εστιάζει επίσης στην επίδραση των χαλκογονιδίων σε νέους πιθανούς υπεραγωγούς καθώς και σε ανιχνευτές ακτίνων Χ και γ.
Πριν από μια δεκαπενταετία περίπου, ο ίδιος και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι το μολυβδοβρωμικό καίσιο, ένα υλικό που μελετάται για εφαρμογές σε ηλιακά κύτταρα, μπορεί να ανιχνεύει ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας και ακτίνες γ. Η ομάδα πέρασε αρκετά χρόνια στο εργαστήριο αναπτύσσοντας το υλικό, βελτιώνοντας την καθαρότητα του και κλιμακώνοντάς, μέχρι το 2020, που ίδρυσε μια spin-off του πανεπιστημίου Northwestern με την επωνυμία «Actinia».
«Ανακαλύψαμε ένα καινοτόμο υλικό σε ένα πεδίο που ‘φωνάζει’ για κάτι καινούργιο εδώ και 40 χρόνια, το πεδίο της ανίχνευσης ακτίνων Χ και γ, και αποφασίσαμε να ιδρύσουμε μια startup για την εμπορευματοποίησή του», λέει ο κ. Κανατζίδης.
Η Actinia αναπτύσσει υλικά αιχμής για ανιχνευτές ακτινοβολίας για κοινές τεχνικές απεικόνισης στην ιατρική, καθώς και για δοκιμές ασφάλειας και για μη καταστροφικές δοκιμές (NDT). Οι νέοι ανιχνευτές επιτρέπουν τη μείωση στο μισό της δόσης της ακτινοβολίας ή τον διπλασιασμό της ανάλυσης της εικόνας, συγκριτικά με τους κοινούς ανιχνευτές σπινθηρισμού που κυκλοφορούν στην αγορά σήμερα.
«Το μολυβδοβρωμικό καίσιο με τη μορφή κρυστάλλων περοβσκίτη (CsPbBr 3) που αναπτύξαμε και που χρησιμοποιείται στις συσκευές ιατρικής απεικόνισης είναι πολύ ευαίσθητο στις ακτίνες Χ και γ και δεν ανιχνεύει μόνο το είδος της ακτινοβολίας αλλά και το είδος του υλικού που την εκπέμπει δηλαδή, βλέπει αν είναι ραδιενεργό καίσιο ή κοβάλτιο. Το υλικό μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παράδειγμα, στην ανίχνευση της διασποράς του καρκίνου μέσα στο σώμα.
Ο γιατρός χορηγεί με ένεση στον ασθενή ένα ραδιενεργό υλικό που επικάθεται πάνω στους όγκους και βλέπει, καθώς το μηχάνημα σαρώνει το σώμα, που και πως έχει επεκταθεί ο καρκίνος μέσα στους ιστούς», εξηγεί ο καθηγητής.
Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ποιο είναι το υλικό που εκπέμπει ακτίνες γ, τονίζει ο ίδιος, γιατί κάποια υλικά είναι νόμιμα και άλλα παράνομα. Κάθε ραδιενεργό ισότοπο έχει το δικό του «δακτυλικό αποτύπωμα» δηλαδή, διαφορετική συμπεριφορά διάσπασης και μοναδικό χαρακτηριστικό φάσμα εκπομπής ακτίνων γ. Ο ανιχνευτής του μπορεί να ταυτοποιεί αυτά τα δακτυλικά αποτυπώματα.
Χρησιμοποιώντας το μολυβδοβρωμικό καίσιο η ομάδα του καθηγητή μπορεί να δημιουργήσει μικρούς φορητούς ανιχνευτές για πυρηνικά όπλα, αλλά και μεγάλους υψηλής απόδοσης για εφαρμογές εκτός από τη βιοϊατρική απεικόνιση, στην αστρονομία και τη φασματοσκοπία.
«Οι κυβερνήσεις θέλουν έναν γρήγορο και χαμηλού κόστους τρόπο ανίχνευσης ακτίνων γ και πυρηνικής ακτινοβολίας για την καταπολέμηση τρομοκρατικών ενεργειών, όπως το λαθρεμπόριο πυρηνικών υλικών. Αναπτύξαμε μια συναρπαστική νέα συσκευή ημιαγωγών που είναι φθηνή στην κατασκευή και λειτουργεί καλά σε θερμοκρασία δωματίου», προσθέτει ο Έλληνας χημικός.
Επινοώντας νέες κατηγορίες υλικών
Ο καθηγητής Μερκούρης Κανατζίδης είναι ανάμεσα στους πιο αναφερόμενους ερευνητές στην Επιστήμη και τη Μηχανική Υλικών με βάση τα δεδομένα του Elsevier Scopus. Έχει δημοσιεύσει πάνω από 1.635 μελέτες και κατέχει πάνω από 50 πατέντες. Έχει εκπαιδεύσει περισσότερους από 90 υποψήφιους διδάκτορες και περίπου 130 μεταδιδακτορικούς υπότροφους, οι μισοί σχεδόν από τους οποίους κατέχουν σήμερα ακαδημαϊκές θέσεις σε όλο τον κόσμο, ανάμεσά τους και 5 Έλληνες επιστήμονες και 1 Ελληνίδα, που διδάσκουν σε ελληνικά ΑΕΙ.
Στον Έλληνα χημικό, εκτός από τα χαλκογονίδια πιστώνεται και η επινόηση μιας νέας κατηγορίας υλικών γνωστών ως chalcogels (χαλκογέλες). Αυτές οι μοναδικές ανόργανες ενώσεις έχουν μια δομή σαν σφουγγάρι που τους επιτρέπει να απορροφούν αποτελεσματικά τα άτομα βαρέων μετάλλων από το μολυσμένο νερό. Ακόμη και μια μικρή ποσότητα χαλκογέλης μπορεί να καθαρίσει χιλιάδες λίτρα νερού. Οι χαλκογέλες έχουν επιδείξει την ικανότητα να μειώνουν τις συγκεντρώσεις υδραργύρου, μολύβδου, καδμίου, αλλά και ραδιενεργών στοιχείων σε επίπεδα ανίχνευσης μερών ανά τρισεκατομμύριο (ppt). Μάλιστα η δράση τους δοκιμάστηκε στη Φουκουσίμα, όταν συνέβη το πυρηνικό ατύχημα το 2011 όπως περιγράφει ο ίδιος:
«Είχαμε δημοσιεύσει μια μελέτη για ένα υλικό που «τραβούσε» μόνο τα τοξικά βαρέα μέταλλα (μόλυβδο, κάδμιο και υδράργυρο), αλλά και ραδιενεργά ιόντα (καίσιο και στρόντιο) από μολυσμένα νερά με μεγάλη αποδοτικότητα. Οι Ιάπωνες μετά το ατύχημα ‘τρώγονταν’ και δικαίως, να καθαρίσουν τα νερά τους, αλλά δεν υπήρχε κάποια εταιρεία στην Ιαπωνία που να διέθετε ανάλογη εμπειρία. Μοιραία στράφηκαν στις ΗΠΑ, οι οποίες είχαν την εμπειρία του πυρηνικού ατυχήματος του Three Mile Island το 1979- του πιο σημαντικού στην ιστορία τους, μέχρι στιγμής. Κάποια στελέχη μιας αμερικανικής εταιρείας που είχαν δει τις δημοσιεύσεις μας, μας προσέγγισαν για να τους δώσουμε δείγμα του υλικού να το δοκιμάσουν στη Φουκουσίμα. Τους δώσαμε, το δοκίμασαν και διαπίστωσαν ότι δούλεψε εξαιρετικά. Ξαναγύρισαν ζητώντας μας να τους δώσουμε τόνους από αυτό το υλικό, πράγμα που ήταν φυσικά αδύνατο γιατί εμείς το παρήγαμε στο εργαστήριο σε γραμμάρια. Σήμερα βέβαια, ξέρουμε να το παράγουμε σε κλίμακα και θα μπορούμε να το διοχετεύσουμε στη βιομηχανία μελλοντικά καθώς το υλικό βρίσκει πρακτική εφαρμογή στον καθαρισμό των βιομηχανικών αποβλήτων από τα βαρέα μέταλλα».
Η έρευνα του Δρα Κανατζίδη έχει μια επιδραστική συνεισφορά και στον τομέα της ηλιακής ενέργειας, με τα αλογονίδια περοβσκίτη, ένα νέο και πολλά υποσχόμενο πεδίο όχι μόνο στη χημεία, αλλά και στη φυσική και τη μηχανική.
Για την ακρίβεια, το 2012, η ομάδα του ουσιαστικά «εγκαινίασε» την «εποχή των περοβσκιτών» με την ανακάλυψη ημιαγωγών περοβσκίτη υψηλής απόδοσης και χαμηλού κόστους (Nature 2012), απαντώντας σε μια σημαντική πρόκληση στην μετατροπή της ηλιακής ενέργειας. Για την πρωτοποριακή συμβολή του στους περοβσκίτες ως νέα φωτοβολταϊκά υλικά, ο καθηγητής απέσπασε το Βραβείο Centenary από την Royal Society of Chemistry το 2023.
«Τα αλογονίδια περοβσκίτη έφεραν ‘επανάσταση’ στον τομέα της ηλιακής ενέργειας, ως ένα από τα πιο υποσχόμενα υλικά για φωτοβολταϊκά επόμενης γενιάς. Προσφέρουν έναν συνδυασμό υψηλής απόδοσης, χαμηλού κόστους και ρυθμιζόμενων ιδιοτήτων, στον δρόμο για πιο προσιτή και αποδοτική ηλιακή ενέργεια. Η δυνατότητά τους να ενσωματώνονται σε ηλιακές κυψέλες tandem και η ευκολία επεξεργασίας τους τα έχουν τοποθετήσει στην κορυφή των μετασχηματιστικών υλικών για το μέλλον της ανανεώσιμης ενέργειας», εξηγεί, αναφέροντας ως ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα της ομάδας του τον εντοπισμό του ιωδιούχου μολύβδου φορμαμιδίου (FAPbI3) ως ανώτερου υλικού για τις ηλιακές κυψέλες.
Η Ελλάδα είναι πάντα η πατρίδα μου
Ο καθηγητής Κανατζίδης γεννήθηκε στη Θεσσαλονίκη αλλά έχει ρίζες από Προύσσα και Καππαδοκία. Όταν ήταν μικρός, οι βιοπαλαιστές γονείς του τον πίεζαν να σπουδάσει, αλλά εκείνος ήθελε να δουλέψει σε συνεργείο αυτοκινήτων. «Έβλεπα τους συνομήλικούς μου που από το δημοτικό εργάζονταν στα συνεργεία και κάθε Σαββατοκύριακο είχαν λεφτά και ζήλευα! (γελάει)».
Κάπου στα 16 του άρχισαν να του αρέσουν τα Μαθηματικά, η Χημεία και η Φυσική και μέχρι την Ε’ Γυμνασίου παθιάστηκε μαζί τους. Αρχικά σκέφτηκε να γίνει μαθηματικός αλλά επέλεξε τη Χημεία γιατί είχε περισσότερες επιλογές.
«Πέρασα 8ος σε ολόκληρη την Ελλάδα στο Χημικό του ΑΠΘ και αυτό μου έδωσε αυτοπεποίθηση», θυμάται.
Κάποια στιγμή ένας καθηγητής του στο πανεπιστήμιο τον προσκάλεσε να ακούσει μια διάλεξη ενός διακεκριμένου Έλληνα επιστήμονα που είχε έρθει από το εξωτερικό. Ο κ. Κανατζίδης πήγε να τον ακούσει και από εκεί ξεκίνησαν όλα. Ήταν ο Δημήτρης Κουκουβάνης, ο μετέπειτα μέντοράς του…
«Όταν έγινα δεκτός στο πανεπιστήμιο της Αϊόβα ήταν η πιο ευτυχισμένη μέρα της ζωής μου!», προσθέτει.
Ο καθηγητής μετράει μέχρι στιγμής περισσότερα από 35 βραβεία και διακρίσεις. Ανάμεσά τους, ξεχωρίζει ως πιο σημαντικά το υψηλού κύρους βραβείο ΕΝΙ στην κατηγορία των «Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας», το βραβείο Samson, για την καινοτομία στα εναλλακτικά καύσιμα μεταφοράς, ύψους 1 εκατομμυρίου $, το οποίο μοιράστηκε με τον Έλληνα Γρηγόρη Στεφανόπουλο στο MIT, το Βραβείο της Αμερικανική Χημικής Εταιρείας (ACS) στην Ανόργανη Χημεία, αλλά και την εκλογή του στην Αμερικανική Ακαδημία Τεχνών και Επιστημών πέρσι και στην Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ φέτος, στην οποία όπως λέει, δεν φανταζόταν ποτέ ότι θα γίνει μέλος.
Ο ίδιος, συγκρίνοντας την δική του εποχή με τη σημερινή παραδέχεται πως το πεδίο της έρευνας στην Ελλάδα έχει αλλάξει: «Όταν έφυγα στα τέλη της δεκαετίας του ’70, η Ελλάδα είχε σκοτάδι. Τώρα είναι σαφώς πολύ καλύτερα. Δεν είναι βέβαια εκεί όπου θα έπρεπε ή όπου θα μπορούσε να είναι αλλά είναι σε καλό δρόμο».
Αν και έχει στήσει τη ζωή και την καριέρα του στις ΗΠΑ, λέει πως πατρίδα του είναι μόνο η Ελλάδα στην οποία επιστρέφει με κάθε ευκαιρία και φυσικά κάθε καλοκαίρι.
Μάλιστα, στις 20-24 Οκτωβρίου θα βρεθεί στην Κρήτη για να συμμετάσχει στο Sustainable Industrial Processing Summit (SIPS 2024), στην ετήσια διεθνή εκδήλωση που από το 2003 εστιάζει στη βιομηχανική μηχανική και στην βιωσιμότητα μέσω της επιστήμης και της τεχνολογίας.
Φέτος, οι διοργανωτές τιμούν τον Έλληνα χημικό διοργανώνοντας το ‘Kanatzidis International Symposium’, που είναι αφιερωμένο στη χημεία στερεών υλικών και στη νανοεπιστήμη.
Νωρίτερα, στις 16 Οκτωβρίου, ο Καθηγητής θα αναγορευτεί σε Επίτιμο Διδάκτορα της Σχολής Θετικών & Εφαρμοσμένων Επιστημών του Πανεπιστημίου Κύπρου.
