La industria química comprende las empresas y otras organizaciones que desarrollan y producen productos químicos industriales, especializados y de otro tipo . Central para la economía mundial moderna , convierte materias primas ( petróleo , gas natural , aire , agua , metales y minerales ) en productos químicos básicos para productos industriales y de consumo . Incluye industrias de 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 .
Varios profesionales participan en la industria química, incluidos ingenieros químicos, químicos y técnicos de laboratorio.
Aunque los productos químicos se fabricaron y utilizaron 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 .
Una de las primeras sustancias químicas que se produjo 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, permitiendo 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 utilizarse como agente más eficaz, además de 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 obtuvo haciendo reaccionar cloro con cal apagada seca y resultó ser un producto barato y exitoso. Abrió St Rollox Chemical Works , al norte de Glasgow , y la producción pasó de apenas 52 toneladas en 1799 a casi 10.000 toneladas apenas cinco años después. [3]
La carbonato de sodio se utilizó desde la antigüedad en la producción de vidrio , textiles , jabón y papel , y la fuente de potasa había sido tradicionalmente las cenizas 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 refrescos en Gran Bretaña en Lash, 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 estos aranceles fueron derogados, La industria británica de los refrescos pudo expandirse rápidamente. Las plantas químicas de James Muspratt en Liverpool y el complejo de Charles Tennant cerca de Glasgow se convirtieron en los centros de producción química más grandes del mundo. En la década de 1870, la producción británica de refrescos de 200.000 toneladas anuales excedía la de todas las demás naciones del mundo juntas.
Estas enormes fábricas comenzaron a producir una mayor diversidad de productos químicos a medida que maduró la Revolución Industrial . Originalmente, se liberaban al medio ambiente grandes cantidades de residuos alcalinos procedentes de la producción de refrescos, lo que provocó que se aprobara una de las primeras leyes medioambientales en 1863. Esta preveía una inspección minuciosa de las fábricas e imponía fuertes multas a quienes excedieran los límites. sobre la contaminación. Se idearon métodos para producir 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, se ampliaron a una planta 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 para utilizar su proceso, y él y John Brunner formaron Brunner, Mond & Co. y construyeron una planta de Solvay en Winnington , Inglaterra. Mond contribuyó decisivamente a que el proceso Solvay fuera un éxito comercial. Hizo varios refinamientos entre 1873 y 1880 que eliminaron subproductos que podrían 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 de gas comenzaron a procesarse en 1822 en Bonnington Chemical Works en Edimburgo para producir nafta , aceite de brea (posteriormente llamado creosota ), brea , negro de humo ( negro de humo ) y sal amoniacal ( cloruro amónico ). [6] Posteriormente se agregaron a la línea de productos fertilizantes de sulfato de amonio , pavimentación de carreteras asfálticas , 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. Grandes industrias químicas surgieron en Alemania y más tarde en Estados Unidos.
Sir John Lawes fue pionero en la producción de fertilizantes artificiales fabricados para la agricultura en sus instalaciones de investigación de Rothamsted especialmente diseñadas . 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 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 de color púrpura intenso. También desarrolló los primeros perfumes sintéticos. La industria alemana rápidamente comenzó a dominar el campo de los tintes sintéticos. Las tres grandes empresas , BASF , Bayer y Hoechst , produjeron varios cientos de tintes diferentes. En 1913, las industrias alemanas producían casi el 90% del suministro mundial de colorantes y vendían aproximadamente el 80% de su producción en el extranjero. [7] En los 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 petroleras 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 Parkesine , un celuloide a base de nitrocelulosa tratada con diversos disolventes. [9] Este material, expuesto 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 formando 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 , el polipropileno , el cloruro de polivinilo , el tereftalato de polietileno , el poliestireno y el policarbonato representan aproximadamente el 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 en muchos sectores diferentes. Esto incluye las industrias de manufactura agrícola, construcción y 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 cinco billones de dólares, y las empresas químicas de la UE y Estados Unidos son los mayores productores del mundo. [12]
Las ventas del negocio químico se pueden dividir en algunas categorías amplias, que incluyen productos químicos básicos (alrededor del 35% - 37% de la producción en dólares), ciencias biológicas (30%), productos químicos especializados (20% - 25%) y productos de consumo (alrededor de 10%). [13]
Los productos químicos básicos, o "productos químicos básicos", son una categoría química amplia que incluye polímeros, petroquímicos a granel e intermedios, otros derivados e industriales básicos, productos químicos inorgánicos y fertilizantes .
Los polímeros son el segmento de ingresos más grande e incluyen todas las categorías de plásticos y fibras sintéticas. Los principales mercados para los plásticos son los envases , seguidos de la construcción de viviendas, contenedores, electrodomésticos, tuberías, transporte, juguetes y juegos.
Las principales materias primas para los polímeros son productos petroquímicos a granel como etileno, propileno y benceno.
Los productos petroquímicos y productos químicos intermedios se elaboran principalmente a partir de fracciones de gas licuado de petróleo (GLP), gas natural y petróleo crudo . Los productos de gran volumen 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 los materiales de partida utilizados para fabricar muchos polímeros y otros productos químicos orgánicos más complejos, en particular aquellos que se fabrican para su uso en la categoría de productos químicos especializados .
Otros derivados e industriales básicos incluyen caucho sintético , tensioactivos , tintes y pigmentos , trementina , resinas , negro de humo , explosivos y productos de caucho y contribuyen alrededor del 20 por ciento de las ventas externas de productos químicos básicos.
Los productos químicos inorgánicos (alrededor del 12% de los ingresos) constituyen la categoría química más antigua. Los productos incluyen sal , cloro , sosa cáustica , carbonato de sodio , ácidos (como ácido nítrico , ácido fosfórico y ácido sulfúrico ), dióxido de titanio y peróxido de hidrógeno .
Los fertilizantes son la categoría más pequeña (alrededor del 6 por ciento) e incluyen fosfatos , amoníaco y productos químicos potásicos .
Las ciencias de la vida (alrededor del 30% de la producción en dólares del negocio de la química) 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 ciencias biológicas 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", constituyen 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 de 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 y no por los químicos que contienen. Los productos incluyen productos químicos para electrónica, gases industriales , adhesivos y selladores, así como revestimientos, productos químicos de limpieza industrial e institucional y catalizadores. En 2012, excluyendo los productos químicos finos, el mercado mundial de productos químicos especializados, valorado en 546 mil millones de dólares, estaba compuesto por un 33% de pinturas, revestimientos 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 rendimiento. En ocasiones son mezclas de formulaciones, a diferencia de los " químicos finos ", que casi siempre son productos de una sola molécula.
Los productos de consumo incluyen la venta directa de productos químicos como jabones , detergentes y cosméticos . Las tasas de crecimiento típicas son de 0,8 a 1,0 veces el PIB. [ cita necesaria ]
Los consumidores rara vez entran en contacto con productos químicos básicos. Los polímeros y los productos químicos especiales son materiales que se encuentran a diario en todas partes. Algunos ejemplos son los plásticos, los materiales de limpieza, los cosméticos, las pinturas y revestimientos, la electrónica, los automóviles y los materiales utilizados en la construcción de viviendas. [15] Estos productos especiales son comercializados por empresas químicas para las industrias manufactureras posteriores como pesticidas , polímeros especiales , productos químicos electrónicos, tensioactivos , productos químicos para la construcción, limpiadores industriales, sabores y fragancias , recubrimientos especiales, tintas de impresión, polímeros solubles en agua, aditivos alimentarios. , productos químicos para el 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.
Anualmente, el Consejo Estadounidense de Química tabula el volumen de producción estadounidense de los 100 principales productos químicos. En 2000, el volumen de producción total de los 100 principales productos químicos ascendió a 502 millones de toneladas, frente a 397 millones de toneladas en 1990. Los productos químicos inorgánicos tienden a representar el mayor volumen, pero sus ingresos en dólares son mucho menores debido a sus bajos precios. Los 11 principales de los 100 productos químicos en 2000 fueron ácido sulfúrico (44 millones de toneladas), nitrógeno (34), etileno (28), oxígeno (27), cal (22), amoníaco (17), propileno (16), polietileno ( 15), cloro (13), ácido fosfórico (13) y fosfatos diamónicos (12). [ cita necesaria ]
Los mayores productores de productos químicos en la actualidad son empresas globales con operaciones internacionales y plantas en numerosos países. A continuación se muestra 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 sirven para fabricar otros artículos, aunque un número menor va directamente a los consumidores. Los disolventes , los pesticidas , la lejía , la sosa 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 ejemplos de estos productos.
Las industrias relacionadas incluyen petróleo , vidrio , pintura , tintas , selladores , adhesivos , productos farmacéuticos y procesamiento de alimentos .
Los procesos químicos, como las reacciones químicas, operan 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 destilación, especialmente destilación fraccionada , precipitación , cristalización , adsorción , filtración , sublimación y secado .
Los procesos y 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 garantizar que el producto cumplirá con las especificaciones requeridas . 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 mediante muchos métodos, incluidos oleoductos, vagones y camiones cisterna (tanto para sólidos como para líquidos), cilindros, tambores, botellas y cajas. Las empresas químicas suelen tener 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 las plantas de producción.
La escala de fabricación de productos químicos tiende a organizarse desde los de mayor volumen ( petroquímicos y productos químicos básicos ), hasta los químicos especializados y los más pequeños, los químicos finos .
Las unidades de fabricación de petroquímicos y productos 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, pero los grupos de materiales relacionados a menudo deben inducir simbiosis industrial, así como eficiencia de materiales, energía y servicios públicos y otras economías de escala .
Esos productos químicos elaborados a la mayor 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 Estados Unidos , en Teesside ( Reino Unido ) y en Rotterdam en los Países Bajos . Los lugares de fabricación a gran escala suelen tener grupos de unidades de fabricación que comparten servicios públicos e infraestructura de gran escala, como centrales eléctricas , instalaciones portuarias y terminales de carreteras y ferrocarriles. Para demostrar la agrupación y la integración mencionadas anteriormente, alrededor del 50% de los petroquímicos y productos químicos básicos del Reino Unido son producidos por el Clúster de Industrias de Procesos del Noreste de Inglaterra en Teesside .
La fabricación de productos químicos especiales y químicos finos se realiza principalmente en procesos por lotes discretos. Estos fabricantes suelen encontrarse en ubicaciones similares, pero en muchos casos se encuentran en parques empresariales multisectoriales.
En Estados Unidos hay 170 importantes empresas químicas. [18] Operan internacionalmente con más de 2.800 instalaciones fuera de los EE. UU. y 1.700 subsidiarias o afiliadas extranjeras operativas. La producción química de Estados Unidos es de 750 mil 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 la fabricación y gasta más de 5 mil millones de dólares al año en la reducción de la contaminación.
En Europa, los sectores químico, plástico y del caucho se encuentran entre los sectores industriales más importantes. [19] Juntos generan alrededor de 3,2 millones de puestos de trabajo en más de 60.000 empresas. Desde 2000, el sector químico por sí solo ha representado 2/3 de todo el superávit comercial 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 mundiales, aunque los últimos datos muestran que Asia se está poniendo al día con 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 hubo una balanza comercial química. El superávit comercial de Europa con el resto del mundo asciende hoy a 41,7 mil millones de euros. [21]
Durante los 20 años transcurridos entre 1991 y 2011, la industria química europea vio aumentar sus ventas de 295 mil millones de euros a 539 mil 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 el resultado del enorme aumento de la producción y las ventas en mercados emergentes como India y China. [22] Los datos sugieren que el 95% de este impacto proviene únicamente de 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, Reino Unido, Italia y Países Bajos. [23]
La industria química ha experimentado un crecimiento en China, India, Corea, Medio Oriente, 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 emergen como los principales productores de la industria química, también podemos observar a una escala más global cómo se clasifican los países industrializados, con respecto a los miles de millones de dólares de producción que un país o región podría exportar. Aunque el negocio de la química tiene alcance mundial, la mayor parte de la producción química mundial de 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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