化学工業

工業プロセスによって大量生産された最初の化学物質の 1 つは硫酸でした。1736 年、薬剤師のジョシュア・ウォードは、硫黄を硝石とともに加熱し、硫黄を酸化させて水と結合させる製造プロセスを開発しました。これは、硫酸の大規模な実用的生産の最初の例でした。ジョン・ローバックとサミュエル・ガーベットは、1749 年にスコットランドのプレストンパンズに大規模な工場を設立し、鉛製の凝縮室を使用して硫酸を製造しました。^{[ 1 ] [ 2 ]}

18世紀初頭、布地の漂白には、古くなった尿や酸っぱい牛乳で処理し、長時間日光にさらすという方法が用いられており、生産に深刻なボトルネックが生じていた。18世紀半ばには、硫酸が石灰とともに、より効率的な漂白剤として使われるようになったが、最初の大規模な化学工業企業の設立を促したのは、チャールズ・テナントによる漂白粉の発見であった。彼の粉は塩素と乾燥消石灰を反応させて作られ、安価で成功した製品であることが証明された。彼はグラスゴーの北にセント・ロロックス化学工場を開設し、生産量は1799年のわずか52トンから、わずか5年後には1万トン近くにまで増加した。^{[ 3 ]}

炭酸ナトリウムは、ガラス、繊維、石鹸、紙の製造に古くから使われており、西ヨーロッパでは伝統的に木灰が原料として用いられていました。18世紀には森林伐採のためこの原料は採算が合わなくなり、フランス科学アカデミーは海塩（塩化ナトリウム）からアルカリを製造する方法に2400リーブルの賞金を授与しました。ルブラン法は1791年にニコラ・ルブランによって特許が取得され、彼はサン＝ドニにルブラン工場を建設しました。^{[ 4 ]}彼はフランス革命のため賞金を受け取ることができませんでした。^{[ 5 ]}

イギリスでは、ルブラン法が普及した。^{[ 5 ]}ウィリアム・ロッシュは1816年にタイン川沿いのロッシュ、ウィルソン、ベル工場にイギリス初のソーダ工場を建設したが、塩生産に対する高額な関税のため、1824年まで小規模にとどまった。これらの関税が撤廃されると、イギリスのソーダ産業は急速に拡大することができた。リバプールのジェームズ・マスプラットの化学工場とグラスゴー近郊のチャールズ・テナントの複合施設は、世界最大の化学生産拠点となった。1870年代までに、イギリスのソーダ生産量は年間20万トンに達し、世界の他のすべての国の生産量を合わせたものを上回った。

産業革命が本格化するにつれ、これらの巨大工場はより多様な化学物質を生産するようになった。当初、ソーダの製造過程で大量のアルカリ性廃棄物が環境に排出され、これがきっかけとなり、1863年に最初の環境法の一つが制定された。この法律は工場の厳格な検査を規定し、汚染基準を超過した工場には高額の罰金を科した。アルカリ性廃棄物から有用な副産物を作る方法が考案された。

ソルベー法は、ベルギーの工業化学者エルネスト・ソルベーによって1861年に開発されました。1864年、ソルベーと弟のアルフレッドはベルギーのシャルルロワに工場を建設しました。1874年には、フランスのナンシーにさらに大きな工場を建設しました。この新しい製法は、ルブラン法よりも経済的で環境汚染も少ないことが証明され、その利用は広まりました。同年、ルートヴィヒ・モンドはソルベーを訪ね、製法の使用権を取得しました。モンドはジョン・ブルナーとブルナー・モンド社を設立し、イギリスのウィニングトンにソルベー工場を建設しました。モンドはソルベー法の商業的成功に大きく貢献しました。彼は1873年から1880年の間に、製法における炭酸ナトリウムの生成を阻害する可能性のある副産物を除去するための改良をいくつか行いました。

化石燃料からの化学製品の製造は、19 世紀初頭に本格的に始まった。ガス照明用の石炭ガス製造の石炭タールとアンモニア水残渣は、 1822 年にエジンバラのボニントン化学工場で処理され、ナフサ、ピッチ油（後にクレオソートと呼ばれる）、ピッチ、ランプブラック（カーボンブラック）、塩化アンモニウム（塩化アンモニウム）が製造された。^{[ 6 ]}後に硫酸アンモニウム肥料、アスファルト舗装、コークス油、コークスが製品ラインに追加された。

19世紀後半には、生産量と製造される化学物質の種類が爆発的に増加した。大規模な化学産業はドイツで、そして後にアメリカ合衆国で台頭した。

農業用人工肥料の製造は、ジョン・ローズ卿が専用に建設したロザムステッド研究所で先駆的に行いました。1840年代には、ロンドン近郊に過リン酸石灰製造のための大規模な工場を設立しました。ゴムの加硫法は、 1840年代に米国でチャールズ・グッドイヤー、英国でトーマス・ハンコックによって特許が取得されました。最初の合成染料は、ロンドンのウィリアム・ヘンリー・パーキンによって発見されました。彼はアニリンを部分的に粗混合物に変換し、それをアルコールで抽出すると、濃い紫色の物質が得られました。彼はまた、最初の合成香料も開発しました。ドイツの産業はすぐに合成染料の分野を支配するようになりました。BASF 、バイエル、ヘキストの3大企業は、数百種類の染料を生産しました。1913年までに、ドイツの産業は世界の染料供給量のほぼ90%を生産し、その生産量の約80%を海外に販売しました。^{[ 7 ]}米国では、ハーバート・ヘンリー・ダウが塩水から化学物質を製造するために電気化学を利用したことが商業的に成功し、同国の化学産業の発展に貢献した。^{[ 8 ]}

合成染料の開発には、実験室での発見を大規模な工業プロセスに変換する必要があり、新しい技術スキルと工場生産システムが伴いました。この時期には、産業革命の生産方法を反映した高度な化学プラントが出現しました。^{[ 9 ]}歴史家は、合成染料産業を、科学研究が直接新しい商業製品につながった最初の科学ベースの産業の1つと考えています。化学染料研究所はまた、19世紀後半のドイツで産業研究開発の実践が最初に確立された場としても機能しました。^{[ 10 ]}

石油化学産業は、スコットランドの化学者ジェームズ・ヤングとカナダのアブラハム・ピネオ・ゲスナーの石油工場に遡ることができます。最初のプラスチックは、イギリスの冶金学者アレクサンダー・パークスによって発明されました。1856年、彼はさまざまな溶剤で処理されたニトロセルロースをベースとしたセルロイドであるパー​​ケシンを特許取得しました。 ^{[ 11 ]} 1862年のロンドン国際博覧会に展示されたこの材料は、プラスチックの現代における美的および実用的な用途の多くを先取りしていました。植物油からの石鹸の工業生産は、ウィリアム・レバーとその兄弟ジェームズによって1885年にランカシャーで開始されました。これは、グリセリンと植物油を使用するウィリアム・ホフ・ワトソンによって発明された現代的な化学プロセスに基づいています。^{[ 12 ]}

1920年代までに、化学企業は統合され、ドイツのIGファルベン、フランスのローヌ・プーラン、イギリスのインペリアル・ケミカル・インダストリーズといった巨大複合企業へと成長した。アメリカでは、20世紀初頭にデュポンが大手化学企業となった。

基礎化学品、または「汎用化学品」とは、ポリマー、バルク石油化学製品および中間体、その他の誘導体および基礎工業製品、無機化学品、肥料などを含む幅広い化学品のカテゴリーである。

ポリマーは最大の収益分野であり、あらゆる種類のプラスチックと合成繊維が含まれます。プラスチックの主要市場は包装で、次いで住宅建設、容器、家電製品、パイプ、輸送、玩具、ゲームなどが続きます。

• 最も生産量の多いポリマー製品であるポリエチレン（PE）は、主に包装フィルムや、牛乳瓶、容器、パイプなどの市場で使用されている。
• もう一つの大量生産品であるポリ塩化ビニル（PVC）は、主に建設市場向けの配管や外壁材の製造に使用され、ごく少量ではあるが輸送資材や包装材にも使用されている。
• ポリプロピレン（PP）は、体積がPVCとほぼ同じで、包装材、家電製品、容器から衣料品、カーペットまで、幅広い市場で使用されている。
• ポリスチレン（PS）は、もう一つの大量生産されるプラスチックであり、主に家電製品や包装材のほか、玩具やレクリエーション用品にも使用されている。
• 主要な人工繊維には、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、アクリルなどがあり、衣料品、家庭用家具、その他の産業用途や消費者向け用途に用いられている。

ポリマーの主要原料は、エチレン、プロピレン、ベンゼンなどの石油化学製品である。

石油化学製品および中間化学品は、主に液化石油ガス（LPG）、天然ガス、および原油留分から製造されます。大量生産される製品には、エチレン、プロピレン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メタノール、塩化ビニルモノマー（VCM）、スチレン、ブタジエン、および酸化エチレンなどがあります。これらの基礎化学品または汎用化学品は、多くのポリマーやその他のより複雑な有機化学品、特に特殊化学品分野で使用される化学品の製造に使用される出発原料です。

その他の派生製品および基礎工業製品には、合成ゴム、界面活性剤、染料および顔料、テレビン油、樹脂、カーボンブラック、爆薬、ゴム製品などがあり、基礎化学品の海外売上高の約20％を占めている。

無機化学品（売上高の約12%を占める）は、化学品の中で最も歴史の古いカテゴリーである。製品には、塩、塩素、苛性ソーダ、炭酸ナトリウム、酸（硝酸、リン酸、硫酸など）、二酸化チタン、過酸化水素などが含まれる。

肥料は最も小さなカテゴリー（約6％）であり、リン酸塩、アンモニア、カリウムなどの化学薬品が含まれる。

ライフサイエンス（化学産業のドル建て生産高の約30%）には、差別化された化学物質や生物学的物質、医薬品、診断薬、動物用医薬品、ビタミン、農薬が含まれます。他の化学分野に比べて生産量ははるかに少ないものの、その製品は1ポンドあたり10ドル以上という高価格帯で、成長率はGDPの1.5～6倍、研究開発費は売上高の15～25%を占めています。ライフサイエンス製品は通常、高い仕様で製造され、食品医薬品局などの政府機関によって厳しく監視されています。農薬は「作物保護化学物質」とも呼ばれ、このカテゴリーの約10%を占め、除草剤、殺虫剤、殺菌剤が含まれます。^{[ 15 ]}

特殊化学品は、比較的価値が高く、急速に成長している化学品のカテゴリーであり、多様な最終製品市場があります。典型的な成長率はGDPの1～3倍で、価格は1ポンドあたり1ドルを超えています。一般的に、革新的側面が特徴です。製品は、含まれる化学物質ではなく、その機能に基づいて販売されます。製品には、電子化学品、工業用ガス、接着剤およびシーラント、コーティング、工業用および業務用洗浄化学品、触媒などがあります。2012年、ファインケミカルを除くと、5,460億ドルの世界特殊化学品市場は、塗料、コーティングおよび表面処理が33%、先進ポリマーが27%、接着剤およびシーラントが14%、添加剤が13%、顔料およびインクが13%でした。^{[ 16 ]}

特殊化学品は、効果化学品または性能化学品として販売されます。これらは、ほとんどの場合単一分子製品である「ファインケミカル」とは異なり、複数の製剤を混合したものである場合があります。

消費財には、石鹸、洗剤、化粧品などの化学製品の直接販売が含まれる。典型的な成長率はGDPの0.8～1.0倍である。

消費者が基本的な化学物質に触れる機会はめったにありません。ポリマーや特殊化学品は、消費者が毎日あらゆる場所で目にする材料です。例としては、プラスチック、洗浄剤、化粧品、塗料やコーティング剤、電子機器、自動車、住宅建設に使用される材料などがあります。^{[ 16 ]}これらの特殊製品は、化学会社によって下流の製造業向けに、殺虫剤、特殊ポリマー、電子化学品、界面活性剤、建設用化学品、工業用洗浄剤、香料、特殊コーティング剤、印刷インク、水溶性ポリマー、食品添加物、製紙用化学品、油田用化学品、プラスチック接着剤、接着剤やシーラント、化粧品用化学品、水管理用化学品、触媒、繊維用化学品として販売されています。化学会社がこれらの製品を消費者に直接供給することはめったにありません。

米国化学工業協会は毎年、上位100種類の化学物質の米国における生産量を集計している。2000年には、上位100種類の化学物質の総生産量は5億200万トンとなり、1990年の3億9700万トンから増加した。無機化学物質は生産量が最も多い傾向にあるが、価格が低いため、ドル建ての収益ははるかに少ない。2000年の上位100種類の化学物質のうち上位11種類は、硫酸（4400万トン）、窒素（34）、エチレン（ 28）、酸素（27）、石灰（22）、アンモニア（17）、プロピレン（16）、ポリエチレン（15）、塩素（13）、リン酸（ 13） 、リン酸二アンモニウム（12）であった。

米国には170の主要化学企業があります。^{[ 19 ]}これらの企業は国際的に事業を展開しており、米国外に2,800以上の施設と1,700の海外子会社または関連会社を運営しています。米国の化学製品の生産額は年間7,500億ドルです。米国の化学産業は大きな貿易黒字を記録しており、米国だけで100万人以上を雇用しています。化学産業は製造業の中で2番目にエネルギーを消費する産業でもあり、汚染対策に年間50億ドル以上を費やしています。

ヨーロッパでは、化学、プラスチック、ゴム産業が最大規模の産業部門の一つです。^{[ 20 ]}これらを合わせると、6万社以上の企業で約320万人の雇用が生まれています。2000年以降、化学部門だけでEUの製造業貿易黒字全体の3分の2を占めています。

2012年、化学部門はEU製造業の付加価値の12%を占めた。ヨーロッパは依然として世界最大の化学品貿易地域であり、世界の輸出の43%、輸入の37%を占めているが、最新のデータによると、アジアが輸出の34%、輸入の37%で追いついてきている。^{[ 21 ]}それでも、ヨーロッパは2011年に化学品貿易収支が均衡していた日本と中国を除く世界のすべての地域に対して貿易黒字を維持している。現在、ヨーロッパのその他の地域に対する貿易黒字は417億ユーロに達する。^{[ 22 ]}

1991年から2011年までの20年間で、欧州化学産業の売上高は2,950億ユーロから5,390億ユーロに増加し、継続的な成長を示しました。それにもかかわらず、世界の化学品市場における欧州産業のシェアは36%から20%に低下しました。これは、インドや中国などの新興市場における生産と販売の大幅な増加によるものです。^{[ 23 ]}データによると、この影響の95%は中国のみによるものです。2012年の欧州化学工業協議会のデータによると、EUの化学品販売の71%は5つの欧州諸国によるものです。これらは、ドイツ、フランス、英国、イタリア、オランダです。^{[ 24 ]}

化学産業は、中国、インド、韓国、中東、東南アジア、ナイジェリア、ブラジルで成長を遂げている。この成長は、原料の入手可能性と価格の変化、労働コストとエネルギーコストの変化、経済成長率の差、そして環境圧力によって促進されている。

企業が化学産業の主要生産者として台頭するのと同様に、国や地域が輸出できる数十億ドル相当の生産物に関して、工業国がどのような順位にあるのかをよりグローバルな視点から見てみることもできます。化学ビジネスは世界規模ですが、世界の3.7兆ドルの化学製品生産の大部分は、ほんの一握りの工業国によって占められています。米国だけで2008年に6890億ドルを生産し、これは世界の化学製品生産総額の18.6%に相当します。^{[ 25 ]}