亚伦·佩奇是多塞特郡海克里夫学校的六年级学生。他获得了奥斯卡优秀奖，化学论文类，这篇文章…
在思考今天的化学如何帮助解决明天的问题时，我们必须睁大眼睛，小心翼翼地面对地平线。我们可以用今天的工具创造明天，同时修复昨天造成的混乱。考虑一个由今天的化学技术塑造的未来并不是一项简单的任务，但我相信我能做到的最好的方式就是向你们描述未来的一天。这将展示我们如何继续利用化学来促进个人、社区、国家甚至地球层面的福祉。
展望2050年的种种可能性
从梦中醒来可能是唯一能与在一个与你40年前生活的时代几乎无法辨认的时代醒来相比的事情。
睁开眼睛，又一个完美的夜晚过后，寂静是奇怪的。你再也听不到令人不快的引擎轰鸣声和野蛮的机器，尽管你仍然住在老地方，就在A21公路的东边。改变的是，过去噪音巨大的车辆已经演变成安静、复杂的设备，由无噪音的氢燃料电池提供动力。在这些细胞中，氢气和空气中的氧气一起被泵入反应室。氢和氧反应只产生一种最终产物:水。这可能是最清洁的能源形式，由于使用冰储存罐，可以将氢保持在3.8%的可观密度[1]。这意味着不需要高压或高温来达到所需的密度，从而降低了价格。在温暖的床上，你发现很难理解自己是如何在化石燃料交通的持续不和谐中入睡的。
起床后，你去洗了个澡。温暖的水轻柔地抚摸着你的皮肤。你使用的所有这些热水曾经要花一大笔钱，但现在使用太阳能热板意味着完全免费。即使是现在，源源不断地从插头流下的水也在促使纳米发电机运动，从而产生小电流[2]。你家里的纳米发电机系统远不如现在在溪流、河流和海洋中使用的水力发电机那么强大，但它们加在一起产生的能量足够你喝第一杯茶了。纳米发电机的工作原理是将微小的压电导线置于柔性基板上，导线的末端与金膜电极接触。来自环境的运动，比如流动的水，会使纳米线压缩，使电子流向金导体。连续的压缩就产生了电流。这个简单的系统可以帮助你重新获得一些你可能会浪费的能量。
洗完澡后，你的脸上浮现出一丝微妙的微笑，因为你意识到你现在完全过着“碳中和”的生活。在你下楼去开水壶之前，你的天性就在召唤你，你在马桶上坐了下来。当你坐在那里时，你会考虑如何利用你的废物来制造肥料或生物燃料[3]。作为生物燃料，垃圾将被附近的发电厂用来发电。虽然一开始，利用自己的废物为每个人发电的概念似乎很奇怪，但它对能源成本产生了强大的影响。价格是合理的，但对你的日常生活没有影响。
用你的氢灶给自己做早餐后，你就开车去上班了。在打开汽车后，你意识到你的氢快用完了，所以你在上班的路上停在一个加油站。该站将水的废产物进行电解反反应。通过通电，它们可以再次制造氢气和氧气。由于这整个过程需要一些时间，水被简单地排出你的车，新鲜的氢气被泵入油箱。这两个过程都需要能量来使浓度梯度超过平衡;为了在氢燃料电池中达到最大氢密度，必须这样做。这样做的能量来自你刚刚行驶的道路;太阳光线和轮胎摩擦产生的能量可以用来加热水，带动蒸汽涡轮机。这与太阳能电池[4]相结合，为这个加油过程产生足够的能量。
你离开加油点，继续上班。即使在你的车里，引擎的声音也不过是微风中的低语。然而，当你经过当地机场，听到飞机引擎准备起飞的轰鸣声时，这一切都被打破了。尽管技术在不断进步，但在高海拔地区使用氢发动机可能存在安全隐患，因为氢需要更高的安全活化能，因此更难控制。取而代之的是，人们在海上建立了藻类农场，在不侵占农业用地的情况下，高效地为生物燃料生产有机材料[5,6]。
当你靠近你的工作地点时，你会注意到新的LED(发光二极管)路灯，它由一个核聚变反应堆供电，也为全国所有家庭提供电力。核聚变是恒星中自然发生的过程;原子核被迫聚集在一起，形成一个新的更重的原子核，释放出巨大的能量，足以开动全国所有的固定装置。与本世纪初仍在使用的旧核裂变不同，2050年的核聚变替代方案不会产生需要非常小心处理的放射性废物。
一到工作岗位，你就知道你再也不可能回到过去的生活了，那里有污染，有油价导致的经济通胀，还有严重的全球变暖问题。
那么，对未来的展望能证明什么呢?
我对未来的展望表明，今天的化学已经有潜力做大多数这些事情;目前正在开发氢燃料汽车，世界各地的大学都在研究如何使藻类生物燃料农场可行。也许最令人兴奋的是，未来或许还能为我们提供终极能源——核聚变。实际上，用一个单一的替代品——核裂变来取代我们目前严重以化石燃料为中心的基础设施，将是非常困难和昂贵的。但在未来，我们将不得不利用我们现有的每一种能源，并使它们在我们现有的基础设施周围工作。
事实是，我们永远不可能完全消除对碳氢化合物的需求，因为塑料和某些药物都需要它们。但我们需要解决我们对化石燃料的依赖，这样我们才能继续在最重要的应用中使用它们，并在可能的地方使用替代品。我们正在迅速耗尽化石燃料，它们在很长一段时间内无法满足我们的高需求。然而，研究表明，原油可以从猪粪和牛粪中提取，并暴露在高压下[6]。尽管如此，创造更好能源的竞赛仍在继续，很可能会持续下去，直到我们能够在地球上进行安全的核聚变……
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