化学産業

化学産業は、工業用、特殊化学品、その他の化学品を開発、製造する企業およびその他の組織で構成されています。化学産業は現代の世界経済の中心であり、原材料(石油、天然ガス、空気、水、金属、鉱物)を工業製品および消費者製品用の汎用化学品に変換します。化学産業には、プラスチックや合成繊維用のポリマーなどの石油化学製品、酸やアルカリなどの無機化学品、肥料、殺虫剤、除草剤などの農業用化学品、および工業用ガス、特殊化学品、医薬品などのその他のカテゴリの産業が含まれます。

化学業界には、化学エンジニア、化学者、研究室技術者など、さまざまな専門家が関わっています。

化学物質は歴史を通じて作られ、使用されてきましたが、重化学工業（さまざまな用途のために化学物質を大量に生産する産業）の誕生は、産業革命の始まりと一致しました。

工業プロセスを通じ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年に薬剤師ジョシュア・ワードは、硫黄を硝石で加熱し、硫黄を酸化させて水と結合させる製造方法を考案しました。これは、硫酸の大規模な生産の最初の実用的な例でした。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た最初の人物であり、硫酸の製造に鉛の凝縮室を使用していました。^{[1] [2]}

18世紀初頭、布の漂白には古い尿や酸っぱい牛乳を浸し、長時間日光にさらす方法がとられていたが、これが生産の大きなネックとなっていた。18世紀半ばには石灰だけでなく硫酸もより効果的な漂白剤として使われるようになったが、チャールズ・テナントによる漂白粉の発見が最初の偉大な化学工業企業の創設を促した。彼の漂白粉は乾燥した消石灰と塩素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。彼はグラスゴー北部にセント・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年後にはほぼ1万トンにまで増加した。^[3]

ソーダ灰は古代からガラス、繊維、石鹸、紙の生産に使用されており、西ヨーロッパでは伝統的に木灰がカリの供給源となっていた。18世紀までに、この供給源は森林伐採により不採算となり、フランス科学アカデミーは海塩（塩化ナトリウム）からアルカリを生成する方法に2400リーブルの賞金を提供した。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た。^[4]彼はフランス革命のために賞金の受け取りを拒否された。^[5]

英国では、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、ベル工場に英国初のソーダ工場を建設したが、塩の生産に高額の関税がかかったため、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、英国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センターとなった。1870年代までに、英国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量を上回った。

産業革命が進むにつれ、これらの巨大工場はより多様な化学物質を生産し始めました。当初、ソーダの生産から大量のアルカリ廃棄物が環境に放出され、 1863 年に可決された最初の環境法の 1 つがこれを引き起こしました。この法律により、工場は厳重に検査され、汚染の制限を超えた工場には重い罰金が課せられました。アルカリから有用な副産物を作る方法が考案されました。

ソルベイ法は、1861年にベルギーの工業化学者アーネスト・ソルベイによって開発されました。 1864年、ソルベイ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。この新しい方法は、ルブラン法よりも経済的で汚染が少ないことが証明され、その使用が広まりました。同じ年、ルートヴィヒ・モンドは、彼の方法を使用する権利を取得するためにソルベイを訪れ、ジョン・ブルナーとともにブルナー・モンド社を設立し、イギリスのウィニントンにソルベイ工場を建設しました。モンドは、ソルベイ法を商業的に成功させるのに重要な役割を果たしました。彼は、1873年から1880年の間に、炭酸ナトリウムの生成を妨げる可能性のある副産物を除去するいくつかの改良を行いました。

化石燃料からの化学製品の製造は、19世紀初頭に大規模に始まりました。ガス照明用の石炭ガス製造で生じたコールタールとアンモニア性液体の残留物は、1822年にエディンバラのボニントン化学工場で処理され、ナフサ、ピッチオイル（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）、塩化アンモニウムが製造されました。^[6]後に、硫酸アンモニウム肥料、アスファルト道路舗装、コークスオイル、コークスが製造ラインに追加されました。

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ました。大規模な化学産業がドイツで生まれ、後にアメリカでも生まれました。

農業用の人工肥料の生産は、ジョン・ローズ卿が自ら建設したロザムステッド研究施設で初めて行われた。1840年代に彼はロンドン近郊に過リン酸石灰製造用の大規模な工場を設立した。ゴムの加硫処理は、1840年代に米国のチャールズ・グッドイヤーと英国のトーマス・ハンコックによって特許取得された。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生成された。彼はまた、最初の合成香水も開発した。ドイツの産業界はすぐに合成染料の分野を独占し始めた。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た。1913年までに、ドイツの産業界は世界の染料供給量のほぼ90%を生産し、生産量の約80%を海外で販売した。^[7]アメリカでは、ハーバート・ヘンリー・ダウが電気化学を利用して塩水から化学物質を生産し、商業的に成功し、国の化学産業の促進に貢献しました。^[8]

石油化学産業の起源は、スコットランドの化学者ジェームズ・ヤングとカナダのエイブラハム・ピネオ・ゲスナーの石油工場に遡ります。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し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​​ケシンの特許を取得しました。 ^[9] 1862年のロンドン万国博覧会で展示されたこの材料は、プラスチックの現代の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・ハフ・ワトソンがグリセリンと植物油を使用する現代の化学プロセスに基づいて、1885年にランカシャーでウィリアム・レバーと彼の兄弟ジェームズによって開始されました。^[10]

1920 年代までに、化学会社はドイツの 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大企業に統合されました。デュポンは20世紀初頭にアメリカで大手化学会社になりました。

ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネートなどのポリマーとプラスチックは、世界の産業生産量の約80％を占めています。^[11]化学物質はさまざまな消費財に使用されており、また、さまざまな分野で使用されています。これには、農業製造業、建設業、サービス業が含まれます。^[11]主要な産業顧客には、ゴムおよびプラスチック製品、繊維、アパレル、石油精製、パルプおよび紙、一次金属などがあります。化学品はほぼ5兆ドル規模の世界的企業であり、EUと米国の化学会社は世界最大の生産者です。^[12]

化学事業の売上高は、基礎化学品（ドル換算で約35～37％）、ライフサイエンス（30％）、特殊化学品（20～25％）、消費財（約10％）など、いくつかの大まかなカテゴリーに分けられます。^[13]

基礎化学品、または「汎用化学品」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、および肥料を含む広範な化学カテゴリーです。

ポリマーは最大の収益セグメントであり、あらゆるカテゴリのプラスチックと人造繊維が含まれます。プラスチックの主な市場は包装であり、次いで住宅建設、容器、電化製品、パイプ、輸送、玩具、ゲームとなっています。

• 最も多く生産されている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ます。
• 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サイディングの製造に使用され、ごく少量ではあるが輸送および梱包材にも使用されています。
• ポリプロピレン(PP) は、PVC と同程度の量で、包装、電化製品、容器から衣類やカーペットに至るまで、さまざまな市場で使用されています。
• もう一つの大容量プラスチックであるポリスチレン（PS）は、主に家電製品や包装材のほか、玩具や娯楽にも使用されます。
• 主な人造繊維には、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、その他の産業用および消費者向け用途に使用されています。

ポリマーの主な原料は、エチレン、プロピレン、ベンゼンなどの大量の石油化学製品です。

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、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、エチレンオキシドなどがあります。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、特に特殊化学品の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。

その他の誘導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、基礎化学品の外部売上高の約20％を占めています。

無機化学物質（収益の約 12%）は、化学製品の中で最も古いカテゴリーです。製品には、塩、塩素、苛性ソーダ、ソーダ灰、酸（硝酸、リン酸、硫酸など）、二酸化チタン、過酸化水素などがあります。

肥料は最も小さいカテゴリー（約 6 パーセント）であり、リン酸塩、アンモニア、カリ化学物質が含まれます。

生命科学（化学産業のドル換算生産高の約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、殺虫剤などが含まれる。他の化学部門に比べると生産量ははるかに少ないが、その製品は高価格（1ポンドあたり10ドル以上）で、成長率はGDPの1.5～6倍、研究開発費は売上高の15～25%を占める傾向がある。生命科学製品は通常、高い仕様で生産され、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る。農薬（別名「作物保護化学物質」）はこのカテゴリーの約10%を占め、除草剤、殺虫剤、殺菌剤などが含まれる。^[13]

特殊化学品は、多様な最終製品市場を持つ、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 ドル以上です。これらは一般に革新的な側面が特徴です。製品は、含まれる化学物質ではなく、その機能で販売されます。製品には、電子化学品、工業用ガス、接着剤、シーラント、コーティング、工業用および業務用洗浄用化学品、触媒などがあります。2012 年、ファインケミカルを除く 5,460 億ドルの世界特殊化学品市場は、塗料、コーティング、表面処理が 33%、先端ポリマーが 27%、接着剤とシーラントが 14%、添加剤が 13%、顔料とインクが 13% でした。^[14]

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ています。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、特殊化学品は配合物の混合物である場合もあります。

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ます。典型的な成長率は GDP の 0.8 ～ 1.0 倍です。^[要出典]

消費者が基礎化学物質に接触することはめったにありません。ポリマーや特殊化学物質は、消費者が毎日あらゆる場所で遭遇する材料です。例としては、プラスチック、洗浄剤、化粧品、塗料とコーティング剤、電子機器、自動車、住宅建設に使用される材料があります。^[15]これらの特殊製品は、化学会社によって、殺虫剤、特殊ポリマー、電子化学薬品、界面活性剤、建設化学薬品、工業用クリーナー、香料と芳香剤、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、製紙用化学薬品、油田用化学薬品、プラスチック接着剤、接着剤とシーラント、化粧品用化学薬品、水管理用化学薬品、触媒、繊維用化学薬品として下流の製造産業に販売されています。化学会社がこれらの製品を直接消費者に供給することはめったにありません。

アメリカ化学協会は毎年、米国における上位 100 種の化学物質の生産量を集計しています。2000 年、上位 100 種の化学物質の総生産量は 5 億 200 万トンで、1990 年の 3 億 9,700 万トンから増加しました。無機化学物質は生産量が最も多い傾向にありますが、価格が低いためドル換算の収益ははるかに小さくなっています。2000 年の上位 100 種の化学物質のうち上位 11 種は、硫酸(4,400 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) でした。^{[引用が必要]}

現在、最大の化学製品メーカーは、国際的な事業展開と多数の国に工場を持つグローバル企業です。以下は、2015 年の化学製品の売上高上位 25 社の化学製品メーカーのリストです。(注: 一部の企業では、化学製品の売上高は総売上高の一部に過ぎません。)

2015年の化学品売上高上位化学企業。^[16]

化学技術者の観点から見ると、化学産業は化学反応や精製法などの化学プロセスを利用して、さまざまな固体、液体、気体の物質を生産する産業です。これらの製品のほとんどは他の製品の製造に使用されますが、少数は直接消費者に届けられます。溶剤、農薬、苛性ソーダ、洗濯用ソーダ、ポートランドセメントなどは、消費者が使用する製品の例として挙げられます。

この業界には、無機および有機工業用化学薬品、セラミック製品、石油化学製品、農薬、ポリマーおよびゴム（エラストマー）、油脂化学製品（油、脂肪、ワックス）、爆薬、香料およびフレーバーの製造業者が含まれます。これらの製品の例を下の表に示します。

関連産業には、石油、ガラス、塗料、インク、シーラント、接着剤、医薬品、食品加工などが含まれます。

化学反応などの化学プロセスは、化学工場で行われ、さまざまなタイプの反応容器で新しい物質を生成します。多くの場合、反応は触媒を使用して、高温高圧の特殊な耐腐食性装置で行われます。これらの反応の生成物は、蒸留、特に分留、沈殿、結晶化、吸着、濾過、昇華、乾燥などのさまざまな技術を使用して分離されます。

プロセスおよび製品は通常、安全な操作を確保し、製品が必要な仕様を満たすことを保証するために、製造中および製造後に専用の機器と現場の品質管理 研究所によってテストされます。業界内では、高品質の製品と製造基準を維持するために、化学コンプライアンスソフトウェアを導入する組織が増えています。^[17]製品は、パイプライン、タンク車、タンクローリー（固体と液体の両方）、シリンダー、ドラム、ボトル、箱など、さまざまな方法で梱包され、配送されます。化学会社には、製品とプロセスの開発とテストを行う研究開発研究所があることがよくあります。これらの施設にはパイロットプラントが含まれる場合があり、そのような研究施設は製造工場とは別の場所に設置されている場合があります。

化学製品製造の規模は、生産量が最も多いもの（石油化学製品および汎用化学製品）から、特殊化学製品、そして最も少ないもの（ファインケミカル）まで分類される傾向があります。

石油化学製品および汎用化学製品の製造ユニットは、全体として単一製品の連続処理プラントです。すべての石油化学製品または汎用化学製品が 1 つの場所で製造されるわけではありませんが、関連する材料のグループは、産業の共生、材料、エネルギー、ユーティリティの効率、およびその他の規模の経済を誘発することがよくあります。

最大規模で生産される化学製品は、世界中の数か所の製造拠点で生産されており、例えば、米国のメキシコ湾岸のテキサス州やルイジアナ州、英国のティーズサイド、オランダのロッテルダムなどです。大規模な製造拠点では、発電所、港湾施設、道路や鉄道のターミナルなど、ユーティリティや大規模インフラを共有する製造ユニットが集まっていることがよくあります。上記のクラスター化と統合を実証するために、英国の石油化学製品と一般化学製品の約50％がティーズサイドのイングランド北東部プロセス産業クラスターで生産されています。

特殊化学品およびファインケミカルの製造は、主に個別のバッチプロセスで行われます。これらの製造業者は、多くの場合、同様の場所に存在しますが、多くの場合、複数のセクターのビジネスパークに存在します。

米国には170社の大手化学会社がある。^[18]これらの会社は国際的に事業を展開しており、米国外に2,800以上の施設を持ち、1,700社の海外子会社や関連会社が運営している。米国の化学生産高は年間7,500億ドル。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100万人以上の雇用を生み出している。化学産業は製造業で2番目にエネルギーを消費する産業でもあり、汚染防止に年間50億ドル以上を費やしている。

ヨーロッパでは、化学、プラスチック、ゴム部門が最大の産業部門の一つです。^[19]これら部門は合わせて6万社以上の企業で約320万人の雇用を生み出しています。2000年以降、化学部門だけでEU全体の製造業貿易黒字の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%、世界の輸入の37%を占めているが、最新のデータでは、アジアが輸出の34%、輸入の37%で追い上げている。^[20]それでも、ヨーロッパは2011年に化学品貿易収支があった日本と中国を除く世界のすべての地域と貿易黒字を維持している。今日のヨーロッパと世界のその他の地域との貿易黒字は417億ユーロに上る。^[21]

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、着実に成長している。それにもかかわらず、世界の化学市場における欧州産業のシェアは36%から20%に低下している。これは、インドや中国などの新興市場での生産と販売の大幅な増加によるものだ。^[22]データによると、この影響の95%は中国のみによるものである。2012年の欧州化学工業評議会のデータによると、EUの化学品売上高の71%を5つの欧州諸国が占めている。これらの国は、ドイツ、フランス、イギリス、イタリア、オランダである。^[23]

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ます。この成長は、原料の入手可能性と価格、労働コストとエネルギーコスト、経済成長率の差、環境圧力の変化によって推進されています。

企業が化学産業の主な生産者として台頭するのと同時に、より世界規模で、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、先進国がどの程度の順位にあるかを見ることもできる。化学産業は世界規模だが、世界の3.7兆ドルの化学生産量の大部分は、ほんの一握りの先進国によって占められている。米国だけで、2008年の世界の化学生産量の18.6%にあたる6,890億ドルを生産した。^[24]

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• 北東イングランドプロセス産業クラスター(NEPIC)

• アフタリオン、フレッド（1991年）。国際化学産業の歴史。ペンシルバニア大学出版局。ISBN 978-0-8122-1297-6。オンライン版 2011-06-04 にWayback Machineでアーカイブ
• Brandt, EN (1997)。『成長企業：ダウケミカルの第一世紀』ミシガン州立大学出版局。ISBN 0-87013-426-4。. オンラインレビュー
• チャンドラー、アルフレッド D. (2005)。『産業の世紀の形成：現代化学・製薬産業の驚くべき進化物語』ハーバード大学出版局。ISBN 0-674-01720-X。第 3 章から第 6 章では、米国のデュポン、ダウケミカル、モンサント、アメリカンシアナミド、ユニオンカーバイド、アライド、および欧州の化学メーカーであるバイエル、ファルベン、ICI について取り上げます。
• McCoy, Micheal; et al. (2006 年 7 月 10 日). 「化学産業の事実と数字」. Chemical & Engineering News . 84 (28): 35–72.
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• Woytinsky, WS; Woytinsky, ES (1953).世界人口と生産の動向と展望. pp. 1176–1205.1950 年の世界の化学産業に関する多くの表と地図が含まれています。

• 化学精製リソース: ccc-group.com