La industria química comprende las empresas y otras organizaciones que desarrollan y producen productos químicos industriales, especializados y de otro tipo . Es un elemento central de la economía mundial moderna y convierte materias primas ( petróleo , gas natural , aire , agua , metales y minerales ) en productos químicos básicos para productos industriales y de consumo . Incluye industrias de productos petroquímicos como polímeros para plásticos y fibras sintéticas ; productos químicos inorgánicos como ácidos y álcalis ; productos químicos agrícolas como fertilizantes , pesticidas y herbicidas ; y otras categorías como gases industriales , productos químicos especializados y productos farmacéuticos .
En la industria química intervienen diversos profesionales, incluidos ingenieros químicos, químicos y técnicos de laboratorio.
Aunque los productos químicos se han fabricado y utilizado a lo largo de la historia, el nacimiento de la industria química pesada (producción de productos químicos en grandes cantidades para una variedad de usos) coincidió con los inicios de la Revolución Industrial .
Uno de los primeros productos químicos que se produjeron en grandes cantidades mediante procesos industriales fue el ácido sulfúrico . En 1736, el farmacéutico Joshua Ward desarrolló un proceso para su producción que implicaba calentar azufre con salitre, lo que permitía que el azufre se oxidara y se combinara con agua. Fue la primera producción práctica de ácido sulfúrico a gran escala. John Roebuck y Samuel Garbett fueron los primeros en establecer una fábrica a gran escala en Prestonpans, Escocia , en 1749, que utilizaba cámaras de condensación de plomo para la fabricación de ácido sulfúrico. [1] [2]
A principios del siglo XVIII, la tela se blanqueaba tratándola con orina rancia o leche agria y exponiéndola a la luz solar durante largos períodos de tiempo, lo que creaba un grave cuello de botella en la producción. El ácido sulfúrico comenzó a usarse como un agente más eficiente, así como la cal, a mediados de siglo, pero fue el descubrimiento del polvo blanqueador por Charles Tennant lo que impulsó la creación de la primera gran empresa industrial química. Su polvo se fabricaba haciendo reaccionar cloro con cal apagada seca y resultó ser un producto barato y exitoso. Abrió la St Rollox Chemical Works , al norte de Glasgow , y la producción pasó de solo 52 toneladas en 1799 a casi 10.000 toneladas solo cinco años después. [3]
El carbonato de sodio se ha utilizado desde la antigüedad en la producción de vidrio , textiles , jabón y papel , y la fuente de potasa había sido tradicionalmente la ceniza de madera en Europa occidental . En el siglo XVIII, esta fuente se estaba volviendo antieconómica debido a la deforestación, y la Academia Francesa de Ciencias ofreció un premio de 2400 libras por un método para producir álcali a partir de sal marina ( cloruro de sodio ). El proceso Leblanc fue patentado en 1791 por Nicolas Leblanc , quien luego construyó una planta Leblanc en Saint-Denis . [4] Se le negó el dinero del premio debido a la Revolución Francesa . [5]
En Gran Bretaña, el proceso Leblanc se hizo popular. [5] William Losh construyó la primera fábrica de sosa en Gran Bretaña en las fábricas Losh, Wilson y Bell en el río Tyne en 1816, pero permaneció en pequeña escala debido a los altos aranceles sobre la producción de sal hasta 1824. Cuando se derogaron estos aranceles, la industria británica de la sosa pudo expandirse rápidamente. Las fábricas químicas de James Muspratt en Liverpool y el complejo de Charles Tennant cerca de Glasgow se convirtieron en los mayores centros de producción química del mundo. En la década de 1870, la producción británica de sosa de 200.000 toneladas anuales superó la de todas las demás naciones del mundo juntas.
Estas enormes fábricas comenzaron a producir una mayor diversidad de productos químicos a medida que la Revolución Industrial maduraba. Originalmente, se vertían al medio ambiente grandes cantidades de desechos alcalinos provenientes de la producción de soda, lo que provocó que en 1863 se aprobara una de las primeras leyes ambientales . Esta preveía una inspección minuciosa de las fábricas e imponía fuertes multas a aquellas que excedieran los límites de contaminación. Se idearon métodos para obtener subproductos útiles a partir del álcali.
El proceso Solvay fue desarrollado por el químico industrial belga Ernest Solvay en 1861. En 1864, Solvay y su hermano Alfred construyeron una planta en Charleroi, Bélgica. En 1874, ampliaron su planta a una más grande en Nancy , Francia. El nuevo proceso resultó más económico y menos contaminante que el método Leblanc, y su uso se extendió. Ese mismo año, Ludwig Mond visitó Solvay para adquirir los derechos de uso de su proceso, y él y John Brunner formaron Brunner, Mond & Co. , y construyeron una planta Solvay en Winnington , Inglaterra. Mond fue fundamental para que el proceso Solvay fuera un éxito comercial. Realizó varias mejoras entre 1873 y 1880 que eliminaron los subproductos que podían inhibir la producción de carbonato de sodio en el proceso.
La fabricación de productos químicos a partir de combustibles fósiles comenzó a gran escala a principios del siglo XIX. Los residuos de alquitrán de hulla y licor amoniacal de la fabricación de gas de hulla para iluminación a gas comenzaron a procesarse en 1822 en Bonnington Chemical Works en Edimburgo para fabricar nafta , aceite de brea (más tarde llamado creosota ), brea , negro de humo ( negro de carbón ) y sal amoniacal ( cloruro de amonio ). [6] Posteriormente se añadieron a la línea de productos fertilizantes de sulfato de amonio , revestimiento de asfalto para carreteras , aceite de coque y coque .
A finales del siglo XIX se produjo una explosión tanto en la cantidad de producción como en la variedad de productos químicos que se fabricaban. Surgieron grandes industrias químicas en Alemania y, más tarde, en los Estados Unidos.
La producción de fertilizantes artificiales manufacturados para la agricultura fue iniciada por Sir John Lawes en su instalación de investigación Rothamsted construida especialmente para ese fin . En la década de 1840 estableció grandes fábricas cerca de Londres para la fabricación de superfosfato de cal . Los procesos para la vulcanización del caucho fueron patentados por Charles Goodyear en los Estados Unidos y Thomas Hancock en Inglaterra en la década de 1840. El primer tinte sintético fue descubierto por William Henry Perkin en Londres . Transformó parcialmente la anilina en una mezcla cruda que, cuando se extraía con alcohol, producía una sustancia con un color púrpura intenso. También desarrolló los primeros perfumes sintéticos. La industria alemana rápidamente comenzó a dominar el campo de los tintes sintéticos. Las tres principales empresas BASF , Bayer y Hoechst produjeron varios cientos de tintes diferentes. En 1913, las industrias alemanas producían casi el 90% del suministro mundial de tintes y vendían aproximadamente el 80% de su producción en el extranjero. [7] En Estados Unidos, el uso de la electroquímica por parte de Herbert Henry Dow para producir sustancias químicas a partir de salmuera fue un éxito comercial que ayudó a promover la industria química del país. [8]
La industria petroquímica se remonta a las fábricas de petróleo del químico escocés James Young y del canadiense Abraham Pineo Gesner . El primer plástico fue inventado por Alexander Parkes , un metalúrgico inglés . En 1856, patentó la parkesina , un celuloide basado en nitrocelulosa tratada con una variedad de disolventes. [9] Este material, exhibido en la Exposición Internacional de Londres de 1862, anticipó muchos de los usos estéticos y utilitarios modernos de los plásticos. La producción industrial de jabón a partir de aceites vegetales fue iniciada por William Lever y su hermano James en 1885 en Lancashire basándose en un proceso químico moderno inventado por William Hough Watson que utilizaba glicerina y aceites vegetales . [10]
En la década de 1920, las empresas químicas se consolidaron en grandes conglomerados : IG Farben en Alemania, Rhône-Poulenc en Francia e Imperial Chemical Industries en Gran Bretaña. Dupont se convirtió en una importante empresa química a principios del siglo XX en Estados Unidos.
Los polímeros y plásticos como el polietileno , polipropileno , cloruro de polivinilo , tereftalato de polietileno , poliestireno y policarbonato comprenden alrededor del 80% de la producción de la industria en todo el mundo. [11] Los productos químicos se utilizan en muchos bienes de consumo diferentes y también se utilizan en muchos sectores diferentes. Esto incluye la agricultura, la fabricación, la construcción y las industrias de servicios. [11] Los principales clientes industriales incluyen productos de caucho y plástico , textiles , prendas de vestir, refinación de petróleo, pulpa y papel y metales primarios. Los productos químicos son una empresa global de casi 5 billones de dólares, y las empresas químicas de la UE y los EE. UU. son los mayores productores del mundo. [12]
Las ventas del sector químico se pueden dividir en unas cuantas categorías amplias, entre ellas los productos químicos básicos (alrededor del 35% - 37% de la producción en dólares), las ciencias biológicas (30%), los productos químicos especializados (20% - 25%) y los productos de consumo (alrededor del 10%). [13]
Los productos químicos básicos, o "productos químicos básicos", son una categoría química amplia que incluye polímeros, productos petroquímicos a granel y productos intermedios, otros derivados y productos industriales básicos, productos químicos inorgánicos y fertilizantes .
Los polímeros son el segmento de mayor volumen de ingresos e incluyen todas las categorías de plásticos y fibras artificiales. Los principales mercados de los plásticos son los envases , seguidos de la construcción de viviendas, los contenedores, los electrodomésticos, las tuberías, el transporte, los juguetes y los juegos.
Las principales materias primas de los polímeros son productos petroquímicos a granel como el etileno, el propileno y el benceno.
Los productos petroquímicos y los productos químicos intermedios se fabrican principalmente a partir de gas licuado de petróleo (GLP), gas natural y fracciones de petróleo crudo . Entre los productos de gran volumen se incluyen etileno , propileno , benceno , tolueno , xilenos , metanol , monómero de cloruro de vinilo (VCM), estireno , butadieno y óxido de etileno . Estos productos químicos básicos o básicos son las materias primas que se utilizan para fabricar muchos polímeros y otros productos químicos orgánicos más complejos, en particular los que se fabrican para su uso en la categoría de productos químicos especiales .
Otros derivados e industriales básicos incluyen caucho sintético , surfactantes , colorantes y pigmentos , trementina , resinas , negro de carbón , explosivos y productos de caucho y contribuyen con alrededor del 20 por ciento de las ventas externas de productos químicos básicos.
Los productos químicos inorgánicos (alrededor del 12% de la producción de ingresos) constituyen la categoría química más antigua. Entre los productos se incluyen la sal , el cloro , la sosa cáustica , el carbonato de sodio , los ácidos (como el ácido nítrico , el ácido fosfórico y el ácido sulfúrico ), el dióxido de titanio y el peróxido de hidrógeno .
Los fertilizantes son la categoría más pequeña (alrededor del 6 por ciento) e incluyen fosfatos , amoníaco y productos químicos de potasa .
Las ciencias de la vida (alrededor del 30% de la producción en dólares del negocio químico) incluyen sustancias químicas y biológicas diferenciadas, productos farmacéuticos , diagnósticos, productos para la salud animal , vitaminas y pesticidas . Si bien son mucho más pequeños en volumen que otros sectores químicos, sus productos tienden a tener precios altos (más de diez dólares por libra), tasas de crecimiento de 1,5 a 6 veces el PIB y un gasto en investigación y desarrollo de entre el 15 y el 25% de las ventas. Los productos de las ciencias de la vida generalmente se producen con altas especificaciones y son examinados de cerca por agencias gubernamentales como la Administración de Alimentos y Medicamentos. Los pesticidas, también llamados "productos químicos para la protección de cultivos", representan aproximadamente el 10% de esta categoría e incluyen herbicidas , insecticidas y fungicidas . [13]
Los productos químicos especializados son una categoría de productos químicos de valor relativamente alto y rápido crecimiento con diversos mercados de productos finales. Las tasas de crecimiento típicas son de una a tres veces el PIB con precios superiores a un dólar por libra. Generalmente se caracterizan por sus aspectos innovadores. Los productos se venden por lo que pueden hacer en lugar de por los productos químicos que contienen. Los productos incluyen productos químicos electrónicos, gases industriales , adhesivos y selladores, así como recubrimientos, productos químicos de limpieza industrial e institucional y catalizadores. En 2012, excluyendo los productos químicos finos, el mercado mundial de productos químicos especializados de $546 mil millones estaba compuesto por un 33% de pinturas, recubrimientos y tratamientos de superficies, un 27% de polímeros avanzados, un 14% de adhesivos y selladores, un 13% de aditivos y un 13% de pigmentos y tintas. [14]
Los productos químicos especiales se venden como productos químicos de efecto o de rendimiento. A veces son mezclas de fórmulas, a diferencia de los " productos químicos finos ", que casi siempre son productos de una sola molécula.
Los productos de consumo incluyen las ventas directas de productos químicos como jabones , detergentes y cosméticos . Las tasas de crecimiento típicas son de 0,8 a 1,0 veces el PIB. [ cita requerida ]
Los consumidores rara vez entran en contacto con productos químicos básicos. Los polímeros y los productos químicos especiales son materiales con los que se encuentran en todas partes a diario. Algunos ejemplos son los plásticos, los materiales de limpieza, los cosméticos, las pinturas y los revestimientos, los productos electrónicos, los automóviles y los materiales utilizados en la construcción de viviendas. [15] Las empresas químicas comercializan estos productos especializados a las industrias manufactureras posteriores como pesticidas , polímeros especiales , productos químicos electrónicos, surfactantes , productos químicos para la construcción, limpiadores industriales, sabores y fragancias , revestimientos especiales, tintas de impresión, polímeros solubles en agua, aditivos alimentarios , productos químicos para papel , productos químicos para yacimientos petrolíferos, adhesivos plásticos, adhesivos y selladores , productos químicos cosméticos , productos químicos para la gestión del agua , catalizadores y productos químicos textiles. Las empresas químicas rara vez suministran estos productos directamente al consumidor.
Cada año, el American Chemistry Council elabora un cuadro con el volumen de producción de los 100 principales productos químicos de Estados Unidos. En 2000, el volumen de producción total de los 100 principales productos químicos ascendió a 502 millones de toneladas, frente a los 397 millones de toneladas de 1990. Los productos químicos inorgánicos tienden a ser los de mayor volumen, pero mucho menores en ingresos en dólares debido a sus bajos precios. Los 11 principales de los 100 productos químicos en 2000 fueron el ácido sulfúrico (44 millones de toneladas), el nitrógeno (34), el etileno (28) , el oxígeno (27), la cal (22), el amoníaco (17), el propileno (16), el polietileno (15), el cloro (13), el ácido fosfórico (13) y los fosfatos diamónicos (12). [ cita requerida ]
En la actualidad, los mayores productores de productos químicos son empresas globales con operaciones internacionales y plantas en numerosos países. A continuación, se incluye una lista de las 25 principales empresas químicas por ventas de productos químicos en 2015. (Nota: Las ventas de productos químicos representan solo una parte de las ventas totales de algunas empresas).
Principales empresas químicas por ventas de productos químicos en 2015. [16]
Desde la perspectiva de los ingenieros químicos, la industria química implica el uso de procesos químicos , como reacciones químicas y métodos de refinación , para producir una amplia variedad de materiales sólidos, líquidos y gaseosos. La mayoría de estos productos se utilizan para fabricar otros artículos, aunque una cantidad menor va directamente a los consumidores. Los disolventes , los pesticidas , la lejía , el carbonato de sodio y el cemento Portland son algunos ejemplos de productos utilizados por los consumidores.
La industria incluye fabricantes de productos químicos industriales inorgánicos y orgánicos , productos cerámicos, petroquímicos, agroquímicos, polímeros y caucho (elastómeros), oleoquímicos (aceites, grasas y ceras), explosivos, fragancias y sabores. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de estos productos.
Las industrias relacionadas incluyen petróleo , vidrio , pintura , tinta , selladores , adhesivos , productos farmacéuticos y procesamiento de alimentos .
Los procesos químicos, como las reacciones químicas, se llevan a cabo en plantas químicas para formar nuevas sustancias en varios tipos de recipientes de reacción. En muchos casos, las reacciones tienen lugar en equipos especiales resistentes a la corrosión a temperaturas y presiones elevadas con el uso de catalizadores . Los productos de estas reacciones se separan utilizando una variedad de técnicas que incluyen la destilación , especialmente la destilación fraccionada , la precipitación , la cristalización , la adsorción , la filtración , la sublimación y el secado .
Los procesos y productos o productos generalmente se prueban durante y después de la fabricación mediante instrumentos dedicados y laboratorios de control de calidad en el sitio para garantizar un funcionamiento seguro y asegurar que el producto cumplirá con las especificaciones requeridas . Cada vez más organizaciones dentro de la industria están implementando software de cumplimiento químico para mantener productos de calidad y estándares de fabricación . [17] Los productos se envasan y entregan por muchos métodos, incluidos oleoductos, vagones cisterna y camiones cisterna (tanto para sólidos como líquidos), cilindros, tambores, botellas y cajas. Las empresas químicas a menudo tienen un laboratorio de investigación y desarrollo para desarrollar y probar productos y procesos. Estas instalaciones pueden incluir plantas piloto y dichas instalaciones de investigación pueden estar ubicadas en un sitio separado de la(s) planta(s) de producción.
La escala de fabricación de productos químicos tiende a organizarse desde los de mayor volumen ( petroquímicos y productos químicos básicos ), hasta los productos químicos especializados y los más pequeños, los productos químicos finos .
Las unidades de fabricación de productos petroquímicos y químicos básicos son, en general, plantas de procesamiento continuo de un solo producto. No todos los materiales petroquímicos o químicos básicos se fabrican en un solo lugar, sino que a menudo se producen grupos de materiales relacionados para inducir una simbiosis industrial, así como eficiencia de materiales, energía y servicios públicos y otras economías de escala .
Los productos químicos que se fabrican a gran escala se fabrican en unos pocos lugares de fabricación en todo el mundo, por ejemplo, en Texas y Luisiana a lo largo de la costa del Golfo de los Estados Unidos , en Teesside ( Reino Unido ) y en Rotterdam en los Países Bajos . Los lugares de fabricación a gran escala a menudo tienen grupos de unidades de fabricación que comparten servicios públicos e infraestructura a gran escala, como centrales eléctricas , instalaciones portuarias y terminales de carreteras y ferrocarriles. Para demostrar la agrupación e integración mencionadas anteriormente, aproximadamente el 50% de los productos químicos petroquímicos y básicos del Reino Unido se producen en el Clúster de la Industria de Procesos del Noreste de Inglaterra en Teesside .
La fabricación de productos químicos especiales y de química fina se lleva a cabo principalmente en procesos por lotes discretos. Estos fabricantes suelen estar ubicados en lugares similares, pero en muchos casos se encuentran en parques empresariales multisectoriales.
En Estados Unidos hay 170 grandes empresas químicas [18] . Operan a nivel internacional con más de 2.800 instalaciones fuera de Estados Unidos y 1.700 filiales o subsidiarias extranjeras. La producción química estadounidense es de 750.000 millones de dólares al año. La industria estadounidense registra grandes superávits comerciales y emplea a más de un millón de personas sólo en Estados Unidos. La industria química es también el segundo mayor consumidor de energía en el sector manufacturero y gasta más de 5.000 millones de dólares anuales en la reducción de la contaminación.
En Europa, los sectores químico, de plásticos y de caucho se encuentran entre los sectores industriales más importantes. [19] En conjunto, generan alrededor de 3,2 millones de puestos de trabajo en más de 60.000 empresas. Desde el año 2000, el sector químico por sí solo ha representado dos tercios del superávit comercial total del sector manufacturero de la UE.
En 2012, el sector químico representó el 12% del valor añadido de la industria manufacturera de la UE. Europa sigue siendo la mayor región comercial de productos químicos del mundo, con el 43% de las exportaciones mundiales y el 37% de las importaciones, aunque los últimos datos muestran que Asia está alcanzando el 34% de las exportaciones y el 37% de las importaciones. [20] Aun así, Europa todavía tiene un superávit comercial con todas las regiones del mundo, excepto Japón y China, donde en 2011 había una balanza comercial química. El superávit comercial de Europa con el resto del mundo asciende hoy a 41.700 millones de euros. [21]
En los 20 años transcurridos entre 1991 y 2011, la industria química europea ha visto aumentar sus ventas de 295.000 millones de euros a 539.000 millones de euros, una imagen de crecimiento constante. A pesar de ello, la cuota de la industria europea en el mercado químico mundial ha caído del 36% al 20%. Esto ha sido consecuencia del enorme aumento de la producción y las ventas en mercados emergentes como la India y China. [22] Los datos sugieren que el 95% de este impacto se debe únicamente a China. En 2012, los datos del Consejo Europeo de la Industria Química muestran que cinco países europeos representan el 71% de las ventas de productos químicos de la UE. Se trata de Alemania, Francia, el Reino Unido, Italia y los Países Bajos. [23]
La industria química ha experimentado un crecimiento en China, India, Corea, Oriente Medio, el Sudeste Asiático, Nigeria y Brasil. El crecimiento está impulsado por cambios en la disponibilidad y el precio de las materias primas, los costos laborales y energéticos, las tasas diferenciales de crecimiento económico y las presiones ambientales.
Así como las empresas se están convirtiendo en los principales productores de la industria química, también podemos observar a escala más global cómo se clasifican los países industrializados en relación con los miles de millones de dólares de producción que un país o región podría exportar. Aunque el negocio de la química tiene un alcance mundial, la mayor parte de la producción química mundial, que asciende a 3,7 billones de dólares, corresponde a sólo un puñado de naciones industrializadas. Sólo Estados Unidos produjo 689 mil millones de dólares, el 18,6 por ciento de la producción química mundial total en 2008. [24]
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