Industria química

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 consistía en 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 periodos, lo que generaba un grave cuello de botella en la producción. A mediados de siglo, el ácido sulfúrico y la cal comenzaron a utilizarse como agentes más eficaces , pero fue el descubrimiento del polvo blanqueador por Charles Tennant lo que impulsó la creación de la primera gran empresa química industrial. Su polvo se elaboraba mediante la reacción de cloro con cal apagada seca y demostró ser un producto económico y exitoso. Abrió la fábrica química de St Rollox , al norte de Glasgow , y la producción pasó de tan solo 52 toneladas en 1799 a casi 10 000 toneladas solo cinco años después. ^{[ 3 ]}

La ceniza de sosa se ha utilizado desde la antigüedad en la producción de vidrio , textiles , jabón y papel , y la fuente de potasa en Europa Occidental había sido tradicionalmente la ceniza de madera . En el siglo XVIII, esta fuente se volvió 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 premio debido a la Revolución Francesa . ^{[ 5 ]}

En Gran Bretaña, el proceso Leblanc se popularizó. ^{[ 5 ]} William Losh construyó la primera fábrica de sosa en Gran Bretaña en la fábrica Losh, Wilson y Bell a orillas del río Tyne en 1816, pero se mantuvo a pequeña escala debido a los elevados aranceles sobre la producción de sal hasta 1824. Cuando se derogaron estos aranceles, la industria británica de la sosa pudo expandirse rápidamente. La fábrica de productos químicos 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. Para la década de 1870, la producción británica de sosa de 200 000 toneladas anuales superaba 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, la producción de sosa generaba grandes cantidades de residuos alcalinos que se vertían al medio ambiente, lo que motivó la aprobación de una de las primeras leyes ambientales en 1863. Esta ley establecía una estricta inspección de las fábricas e imponía fuertes multas a aquellas que excedían 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 sus instalaciones a una planta más grande en Nancy , Francia. El nuevo proceso resultó ser más económico y menos contaminante que el método Leblanc, y su uso se extendió. Ese mismo año, Ludwig Mond visitó a Solvay para adquirir los derechos de uso de su proceso, y junto con John Brunner fundó Brunner, Mond & Co. , construyendo una planta Solvay en Winnington , Inglaterra. Mond fue fundamental para el éxito comercial del proceso Solvay. Entre 1873 y 1880, realizó varias mejoras que eliminaron subproductos que podían inhibir la producción de carbonato de sodio.

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 producción de gas de hulla para alumbrado público comenzaron a procesarse en 1822 en la planta química de Bonnington en Edimburgo para fabricar nafta , aceite de brea (más tarde llamado creosota ), brea , negro de humo ( negro de humo ) y cloruro de amonio . ^{[ 6 ]} Posteriormente se añadieron a la línea de productos el fertilizante de sulfato de amonio , el asfalto para pavimentación de carreteras , el aceite de coque y el coque .

A finales del siglo XIX se produjo un auge tanto en la cantidad de producción como en la variedad de productos químicos fabricados. Surgieron grandes industrias químicas en Alemania y, posteriormente, en Estados Unidos.

La producción de fertilizantes artificiales para la agricultura fue impulsada por Sir John Lawes en su centro de investigación de Rothamsted , construido específicamente para este fin . En la década de 1840, estableció una gran fábrica cerca de Londres para la producción de superfosfato de cal . Charles Goodyear, en Estados Unidos, y Thomas Hancock, en Inglaterra, patentaron procesos para la vulcanización del caucho también en la década de 1840. El primer tinte sintético fue descubierto por William Henry Perkin en Londres . Perkin transformó parcialmente la anilina en una mezcla cruda que, al extraerse con alcohol, producía una sustancia de intenso color púrpura. También desarrolló los primeros perfumes sintéticos. La industria alemana pronto dominó el campo de los tintes sintéticos. Las tres principales empresas, BASF , Bayer y Hoechst, producían cientos de tintes diferentes. Para 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 Estados Unidos, el uso de la electroquímica por parte de Herbert Henry Dow para producir productos químicos a partir de salmuera fue un éxito comercial que ayudó a promover la industria química del país. ^{[ 8 ]}

El desarrollo de los colorantes sintéticos requirió que los descubrimientos de laboratorio se tradujeran en procesos industriales a gran escala, lo que implicó nuevas habilidades técnicas y sistemas de producción fabril. Durante este período surgieron sofisticadas plantas químicas que reflejaban los métodos de producción de la Revolución Industrial. ^{[ 9 ]} Los historiadores consideran que la industria de los colorantes sintéticos se encuentra entre las primeras industrias basadas en la ciencia, en las que la investigación científica condujo directamente a nuevos productos comerciales. Los laboratorios de colorantes químicos también sirvieron como escenario para el establecimiento de las primeras prácticas de investigación y desarrollo industrial en la Alemania de finales del siglo XIX. ^{[ 10 ]}

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 a base de nitrocelulosa tratada con diversos disolventes. ^{[ 11 ]} 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 . ^{[ 12 ]}

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 productos químicos básicos, o "productos químicos de consumo", constituyen una amplia categoría química que incluye polímeros, productos petroquímicos a granel e intermedios, otros derivados y productos industriales básicos, productos químicos inorgánicos y fertilizantes .

Los polímeros constituyen el segmento de mayor facturación e incluyen todas las categorías de plásticos y fibras sintéticas. Los principales mercados para los plásticos son el embalaje , seguido de la construcción de viviendas, los contenedores, los electrodomésticos, las tuberías, el transporte, los juguetes y los juegos.

• El polímero de mayor volumen, el polietileno (PE), se utiliza principalmente en películas de embalaje y en otros mercados como botellas de leche, envases y tuberías.
• El cloruro de polivinilo (PVC), otro producto de gran volumen, se utiliza principalmente para fabricar tuberías para el sector de la construcción, así como revestimientos exteriores y, en menor medida, materiales de transporte y embalaje.
• El polipropileno (PP), de volumen similar al PVC, se utiliza en mercados que van desde el embalaje, los electrodomésticos y los contenedores hasta la ropa y las alfombras.
• El poliestireno (PS), otro plástico de gran volumen, se utiliza principalmente para electrodomésticos y embalajes, así como para juguetes y actividades recreativas.
• Las principales fibras sintéticas son el poliéster , el nailon , el polipropileno y los acrílicos , con aplicaciones que incluyen prendas de vestir, muebles para el hogar y otros usos industriales y de consumo.

Las principales materias primas para los polímeros son productos petroquímicos a granel como el etileno, el propileno y el benceno.

Los productos petroquímicos e intermedios se elaboran principalmente a partir de gas licuado de petróleo (GLP), gas natural y fracciones de petróleo crudo . Entre los productos de mayor 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 son las materias primas utilizadas para la fabricación de numerosos polímeros y otros compuestos orgánicos más complejos, especialmente aquellos destinados a la categoría de productos químicos especializados .

Otros derivados y productos industriales básicos incluyen caucho sintético , tensioactivos , tintes y pigmentos , trementina , resinas , negro de humo , explosivos y productos de caucho, y representan aproximadamente el 20 por ciento de las ventas externas de productos químicos básicos.

Los productos químicos inorgánicos (que representan aproximadamente el 12% de los ingresos) constituyen la categoría química más antigua. Entre los productos se incluyen la sal , el cloro , la sosa cáustica , la ceniza de sosa , los ácidos (como el ácido nítrico , el ácido fosfórico y el ácido sulfúrico ), el dióxido de titanio y el peróxido de hidrógeno .

Los fertilizantes constituyen la categoría más pequeña (alrededor del 6%) e incluyen productos químicos como fosfatos , amoníaco y potasa .

Las ciencias biológicas (que representan aproximadamente el 30 % de la producción en dólares del sector químico) incluyen sustancias químicas y biológicas diferenciadas, productos farmacéuticos , diagnósticos, productos para la salud animal , vitaminas y plaguicidas . Si bien su volumen es mucho menor que el de otros sectores químicos, sus productos suelen tener precios elevados (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 fabrican con altas especificaciones y son sometidos a un riguroso control por parte de organismos gubernamentales como la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA). Los plaguicidas, también llamados "productos químicos para la protección de cultivos", representan aproximadamente el 10 % de esta categoría e incluyen herbicidas , insecticidas y fungicidas . ^{[ 15 ]}

Los productos químicos especializados constituyen una categoría de productos químicos de valor relativamente alto y rápido crecimiento, con diversos mercados de productos finales. Las tasas de crecimiento típicas oscilan entre una y tres veces el PIB, con precios superiores a un dólar por libra. Generalmente se caracterizan por su carácter innovador. Los productos se venden por sus propiedades, más que por su composición química. Entre ellos se 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, valorado en 546.000 millones de dólares, se distribuyó de la siguiente manera: 33 % pinturas, recubrimientos y tratamientos de superficies; 27 % polímeros avanzados; 14 % adhesivos y selladores; 13 % aditivos; y 13 % pigmentos y tintas. ^{[ 16 ]}

Los productos químicos especializados se venden como productos químicos de efecto o rendimiento. A veces son mezclas de formulaciones, a diferencia de los " productos 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 oscilan entre 0,8 y 1,0 veces el PIB.

Los consumidores rara vez entran en contacto con productos químicos básicos. Los polímeros y los productos químicos especializados son materiales con los que se encuentran a diario en todas partes. Ejemplos de ello son los plásticos, los productos de limpieza, los cosméticos, las pinturas y los recubrimientos, la electrónica, los automóviles y los materiales utilizados en la construcción de viviendas. ^{[ 16 ]} Estos productos especializados son comercializados por las empresas químicas a 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 papel , productos químicos para yacimientos petrolíferos, adhesivos plásticos, adhesivos y selladores , productos químicos cosméticos , productos químicos para el tratamiento del agua , catalizadores y productos químicos textiles. Las empresas químicas rara vez suministran estos productos directamente al consumidor.

Anualmente, el Consejo Estadounidense de Química (ACQ) recopila el volumen de producción en EE. UU. de los 100 productos químicos más importantes. En 2000, el volumen total de producción de estos 100 productos químicos ascendió a 502 millones de toneladas, frente a los 397 millones de toneladas de 1990. Los productos químicos inorgánicos suelen representar el mayor volumen, pero generan muchos menos ingresos en dólares debido a sus bajos precios. Los 11 productos químicos más importantes de los 100 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).

En Estados Unidos existen 170 importantes empresas químicas. ^{[ 19 ]} Estas operan internacionalmente con más de 2800 instalaciones fuera de Estados Unidos y 1700 filiales o empresas asociadas en el extranjero. La producción química estadounidense asciende a 750 mil millones de dólares anuales. La industria estadounidense registra grandes superávits comerciales y emplea a más de un millón de personas solo en Estados Unidos. Además, la industria química es el segundo mayor consumidor de energía en el sector manufacturero y gasta más de 5 mil millones de dólares anuales en la reducción de la contaminación.

En Europa, los sectores químico, de plásticos y de caucho se encuentran entre los más importantes del sector industrial. ^{[ 20 ]} En conjunto, generan alrededor de 3,2 millones de empleos en más de 60 000 empresas. Desde el año 2000, el sector químico por sí solo ha representado dos tercios del superávit comercial manufacturero total 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 datos más recientes muestran que Asia se está acercando, alcanzando el 34% de las exportaciones y el 37% de las importaciones. ^{[ 21 ]} Aun así, Europa mantiene un superávit comercial con todas las regiones del mundo, excepto Japón y China, con las que en 2011 se registró un superávit comercial en el sector químico. El superávit comercial de Europa con el resto del mundo asciende actualmente a 41.700 millones de euros. ^{[ 22 ]}

Durante los 20 años transcurridos entre 1991 y 2011, la industria química europea experimentó un aumento en sus ventas, pasando de 295 mil millones de euros a 539 mil millones de euros, lo que refleja un crecimiento constante. A pesar de ello, la cuota de mercado de la industria europea en el sector químico mundial se redujo del 36% al 20%. Esto se debe al enorme incremento de la producción y las ventas en mercados emergentes como India y China. ^{[ 23 ]} Los datos sugieren que el 95% de este impacto proviene únicamente de China. En 2012, los datos del Consejo Europeo de la Industria Química mostraron que cinco países europeos representaban el 71% de las ventas de productos químicos de la UE: Alemania, Francia, Reino Unido, Italia y Países Bajos. ^{[ 24 ]}

La industria química ha experimentado crecimiento en China, India, Corea, Oriente Medio, el Sudeste Asiático, Nigeria y Brasil. Este crecimiento se debe a cambios en la disponibilidad y el precio de las materias primas, los costos laborales y energéticos, las diferentes tasas de crecimiento económico y las presiones ambientales.

Así como las empresas se consolidan como los principales productores de la industria química, también podemos analizar a escala global la posición de los países industrializados en relación con los miles de millones de dólares en producción que un país o región podría exportar. Si bien el sector químico tiene alcance mundial, la mayor parte de la producción química mundial, que asciende a 3,7 billones de dólares, corresponde a tan solo un puñado de naciones industrializadas. Solo Estados Unidos produjo 689 mil millones de dólares, el 18,6 % de la producción química mundial total en 2008. ^{[ 25 ]}