为了激励学生在大学学习化学,学校课程需要更多地将这门学科置于具体的环境中

一本书上展示太阳能电池板和风力涡轮机的图片

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应向学生强调化学在实现环境可持续性方面的作用

未来几十年,世界面临巨大挑战。这不仅仅是气候变化的问题,而是更广泛的环境问题,以及社会必须学会如何以可持续的方式做一切事情,尽管我们需要做出的许多改变将是社会和经济方面的,但仍有许多技术挑战必须解决。化学将在几乎所有的课程中发挥关键作用,因此确保该学科被视为一个有吸引力的学习选择是至关重要的。因此,令人担忧的是,近年来大学化学专业的申请人数大幅下降,但无论这种下降的原因是什么,我们的观点是,各级化学课程都应该而且必须反映出该学科在解决这些问题和其他全球性挑战(如医疗保健)方面的核心贡献。我们并不是在暗示当前的课程中缺少化学的背景基础,一点也不,但我们在这里主张,应该在一个更广泛的背景下教授这门学科,并强调我们仍然需要解决的问题。以下是一些主题的例子:(a)需要解决方案,(b)有望激励年轻人,(c)应该是毕业化学家的一般知识的一部分,即使他们选择追求其他职业。

能源供应对人类社会的持续生存至关重要,但我们需要化石燃料的替代品。一种替代方法是利用太阳能,但许多光伏材料使用的元素正变得越来越稀缺,对这些元素的需求很可能超过供应。因此,我们不仅需要更便宜、效率更高的材料,我们还必须开发更多地利用所谓地球上丰富元素的例子。这些元素在电池方面也很重要,随着我们向电动汽车过渡,对电池的需求将急剧增加。无论是光伏还是电池,我们必须投资于更好的回收技术,但使用更丰富的元素来取代那些稀缺的元素(或主要来自人权记录不佳的国家)将变得至关重要,不仅是电池;电子行业的产品无处不在,如今已成为我们日常生活的重要组成部分,而电子行业所依赖的元素,在某些情况下,只需几十年就能衡量其可用性。

除了能源生产,我们面临的一些最大挑战与交通有关。电池驱动汽车的另一种选择是使用氢气直接燃烧或使用燃料电池提供动力。氢在能源储存等其他领域也可能变得重要,但任何氢经济都需要更好的氢储存材料。然而,虽然电池和氢气都提供了在公路运输中使用碳氢化合物燃料的替代方案,但航空很可能继续需要这种燃料;生物燃料是一个潜在的选择,即使只是作为一种临时措施。

复合材料和塑料呢?用于风力涡轮机和航空航天应用的新型和改进的复合材料将需要由更环保的树脂制成,并且更容易回收。关于塑料,我们将逐步淘汰它们在某些应用中的使用,但在需要它们的地方(它们有很多应用),它们将必须以可持续的方式生产和回收,或者在某些情况下,是可生物降解的。

我们需要在未来的课程设计中更大程度地让工业参与进来

上述所有领域以及许多其他领域的进展,将需要学术界和工业界的协调一致的研究努力,所有这些都需要熟练的研究人员。如果我们要确保有足够数量的研究人员,每个层次的课程都必须包括现实世界挑战的例子,以证明化学的重要性。然而,这不仅仅是教师和教育工作者的问题。我们需要更大程度地让工业界参与未来课程的设计,我们必须继续与工业界和政府发展伙伴关系,不仅要突出科学问题,还要展示毕业生可获得的就业机会。

无论我们的工作细节如何,结论是明确的。化学家,与其他科学家和工程师一起工作,将是开发我们日益迫切需要的解决方案的重要伙伴,因此,我们所有人都有责任不仅要确保后代认识到问题,而且要激励他们成为解决方案的一部分。

自我们首次起草这篇文章以来,世界一直受到冠状病毒大流行及其随之而来的健康和经济后果的困扰。无论是治疗Covid-19的疫苗还是药物,化学已经并将继续成为解决方案的一部分。然而,许多人现在说的是,环境可持续性必须是任何新冠疫情后复苏计划的核心,这只会加强我们上面提出的观点。