Alte domenii de cercetare care sunt în prezent comercializate includ nanotehnologia, biotehnologia și dezvoltarea de biocombustibili pentru a suplimenta rezervele de petrol. Beneficii semnificative pentru mediu au provenit din cercetările pentru dezvoltarea unor procese care conduc la îmbunătățirea cifrei octanice a benzinei, a vopselelor pe bază de apă, a înlocuitorilor pentru clorofluorocarburi (CFC) și a dezvoltării chimiei verzi ca domeniu de cercetare activă.

De la cercetare la producție

Cercetarea efectuată în laboratoarele industriei și universităților reprezintă doar primul pas. Aceste descoperiri trebuie să fie convertite în procese industriale realiste. Aceasta este sarcina inginerului chimist, care este responsabil de transpunerea chimiei de laborator la o scară mai mare. Mărirea producției de la grame în condiții de laborator la mii de tone într-o instalație industrială la scară largă este o muncă foarte laborioasă pentru chimiști și ingineri chimiști. Etapele intermediare dintre producția de laborator și cea la scară largă implică echipamente capabile să imite procesul la scară mare și să permită găsirea celor mai favorabile condiții pentru un randament ridicat de produs obținut la o rată adecvată (figura 7).

Figura 7 Exemplu de prezentare a unor reactoare discontinue pilot care sunt separate și
funcționează în paralel. Un computer controlează fiecare dintre ele și utilizatorii pot efectua serii
de experimente, modificând temperatura, presiunea și compoziția catalizatorului.
Cu permisiunea amabilă a Cambridge Reactor Design Ltd.

Fotografia de mai jos (figura 8) arată o etapă intermediară în care a fost realizată o instalație pilot, pentru a găsi cele mai potrivite condiții pentru noul proces OMEGA de producere a etan-1,2-diolului. Aceasta este o etapă foarte importantă, deoarece, adesea, condițiile care sunt adecvate pentru procesul din laborator nu sunt neapărat adecvate atunci când procesul este transferat la un echipament la scară mai mare. Astfel, se efectuează numeroase experimente în condiții controlate foarte atent pentru a obține un randament maxim. De asemenea, chimiștii și inginerii chimiști care fac această muncă trebuie să țină cont de faptul că randamentul maxim poate implica costuri suplimentare care fac ca procesul să nu fie rentabil.

Figura 8 Instalația pilot pentru noul proces OMEGA de obținere a etan-1,2-diolului.
Cu permisiunea amabilă a Shell International Ltd.

Dacă această lucrare are succes, următoarea etapă este producerea materialului la scară comercială care, ca în cazul etan-1,2-diolului, este de multe sute de mii de tone pe an (figura 9). Rentabilitatea produsului constă în proiectarea reactorului la scară industrială necesar pentru fabricarea în siguranță a produselor dorite. Costul de capital al unei astfel de instalații se va ridica probabil la milioane de dolari.

Figura 9 Instalația actuală pentru noul procedeu OMEGA de fabricare a etan-1,2-diolului, construită după testele reușite pe instalația pilot. Această instalație produce 750 000 de tone de diol în fiecare an. Cu permisiunea amabilă a Shell International Ltd.

Proiectarea unei instalații este un proiect de echipă, iar chimiștii, proiectanții de instalații și inginerii chimiști selectează materialele adecvate pentru construcția instalației. Deși imaginea obișnuită este cea a uzinelor chimice realizate din oțel strălucitor, în construcția lor se folosesc multe alte materiale, inclusiv o mare varietate de metale, materiale plastice, sticlă și cauciuc. Deoarece materialele de construcție sunt ele însele substanțe chimice, alegerea unor materiale care nu reacționează cu substanțele chimice implicate în proces este esențială pentru a evita interacțiunile periculoase, defectarea instalației sau contaminarea produsului.

Materialele de construcție trebuie să fie

• inerte față de reactanți, intermediari și produse
• capabile să reziste la presiuni și temperaturi foarte ridicate atunci când este necesar
• durabile.

Industria chimică: cât de sigură și cât de reglementată din punct de vedere ecologic?

Siguranța trebuie să fie în fruntea agendei industriei chimice și pe bună dreptate. Multe dintre produsele sale sunt potențial periculoase la un moment dat în timpul fabricării și transportului lor. Aceste substanțe chimice pot fi solide, lichide sau gazoase, inflamabile, explozive, corozive și/sau toxice. Procesele de fabricație implică frecvent temperaturi și presiuni ridicate, precum și reacții care pot fi periculoase dacă nu sunt controlate cu atenție. Din această cauză, industria operează în limitele de siguranță cerute de legislația națională și internațională.

Figura 10 Acidul fluorhidric este un lichid foarte coroziv. Aici este
încărcat automat într-o cisternă rutieră.
Cu permisiunea amabilă a Mexichem Fluor.

Riscuri și vătămări

În ciuda faptului că are de-a face cu operațiuni periculoase, industria chimică are de fapt un număr mai mic de accidente decât industria în ansamblu. Între 1995 și 2005, în întreaga industrie prelucrătoare europeană de toate tipurile, s-au înregistrat peste 4 accidente la fiecare 1000 de angajați, de două ori mai multe decât cele suferite în industria chimică. Datele din SUA, înregistrate ca zile pierdute din cauza accidentelor, arată o diferență și mai evidentă; numărul de zile pierdute în marile companii din industria chimică din cauza accidentelor este de 4 ori mai mic decât în industria prelucrătoare în general.

Figura 11 Personalul beneficiază de o instruire amplă în ceea ce privește utilizarea îmbrăcămintei și a echipamentului de siguranță. În această fotografie, se efectuează lucrări de întreținere la un reactor utilizat pentru a produce hidrofluoroalcani. Cu permisiunea amabilă a Arkema.

Reglementări de mediu

Există preocupări serioase cu privire la impactul potențial al anumitor produse chimice fabricate asupra organismelor vii, inclusiv asupra noastră, și asupra mediului natural. Aceste preocupări includ poluarea aerului, a solului și a mării, încălzirea globală și schimbările climatice, epuizarea stratului superior al atmosferei cu ozon și ploile acide.

Industria chimică are o inițiativă la nivel mondial intitulată Responsible Care. Aceasta a început în Canada în 1984 și este practicată în prezent în peste 60 de țări. Aceasta angajează asociațiile naționale ale industriei chimice și companiile să:

• Îmbunătățească în mod continuu cunoștințele și performanțele în materie de mediu, sănătate, siguranță și securitate ale tehnologiilor, proceselor și produselor noastre de-a lungul ciclurilor lor de viață, astfel încât să evite daunele aduse oamenilor și mediului.
• Utilizeze resursele în mod eficient și să reducă la minimum deșeurile.
• Raporteze în mod deschis cu privire la performanțe, realizări și neajunsuri.
• Asculte, se angajează și colaborează cu oamenii pentru a înțelege și a răspunde preocupărilor și așteptărilor acestora.
• Cooperați cu guvernele și organizațiile în elaborarea și punerea în aplicare a unor reglementări și standarde eficiente și pentru a le respecta sau a le depăși.
• Furnizați ajutor și consultanță pentru a încuraja gestionarea responsabilă a substanțelor chimice de către toți cei care le gestionează și le utilizează de-a lungul lanțului de produse.

În SUA, companiile chimice cheltuiesc peste 12 miliarde de dolari pe an pentru programe de mediu, sănătate și siguranță. Acest lucru, de exemplu, a dus la reducerea cu 80% a emisiilor periculoase în aer, pământ și apă în ultimii 25 de ani. O altă măsură de mediu se referă la utilizarea energiei. În cei 20 de ani începând cu 1994, industria chimică din SUA a economisit aproximativ 20% energie pe unitate de producție, iar în aceeași perioadă, energia economisită pe unitate de producție în UE a scăzut cu 55%. Emisiile de gaze cu efect de seră pe unitate de producție (intensitatea gazelor cu efect de seră) au scăzut cu 58% și, respectiv, 75% în SUA și UE, între 1990 și 2014.

În fiecare țară importantă sunt în vigoare reglementări. În Europa, acestea sunt puse în aplicare prin intermediul REACH (Înregistrare, evaluare, autorizare și restricționare a substanțelor chimice). Acestea schimbă în mod fundamental modul în care sunt fabricate, vândute și utilizate substanțele chimice, oferind un cadru standardizat unic pentru gestionarea în siguranță a substanțelor chimice. REACH impune atât producătorilor, cât și importatorilor responsabilitatea de a se asigura că toate substanțele chimice produse în cantități mai mari de o tonă pe an nu afectează în mod negativ sănătatea umană sau mediul înconjurător. Industria furnizează informații complete și documentate pentru toate substanțele chimice și substanțele conexe care se califică, permițând utilizatorilor de substanțe chimice să se asigure că există controale adecvate. Substanțele chimice care sunt produse în cantități de 1 000 de tone sau mai mult pe an trebuie să fi fost înregistrate până în decembrie 2010, iar cele mai mari de o tonă trebuie să fie înregistrate până în iunie 2018.

Doar o mică parte din deșeurile chimice sunt toxice sau periculoase. Cele mai multe dintre acestea, împreună cu materialele care rezistă la descompunerea naturală, sunt incinerate la temperaturi ridicate. Ori de câte ori este posibil, deșeurile însele furnizează combustibilul pentru acest proces. Gazele produse sunt curățate temeinic și „spălate” înainte de a fi eliberate în atmosferă, rămânând doar cenușa pentru eliminare. Exemple de modul în care sunt tratate subprodusele sunt văzute în toate unitățile de pe acest site.

Care sunt provocările actuale ale industriei chimice?

Industria chimică trece prin schimbări uriașe la nivel mondial. După cum am văzut mai sus, una dintre ele se referă la apariția țărilor din Orientul Mijlociu și a Chinei, Indiei și Braziliei ca producători de produse chimice pe o scară mamut, pentru consumul propriu, dar și pentru export în întreaga lume. Companiile din aceste țări investesc, de asemenea, în fabrici în SUA și Europa, în timp ce companiile americane și europene investesc în fabrici în aceste mari țări emergente, ceea ce face ca industria în ansamblul ei să fie complet internațională în ceea ce privește modul în care își desfășoară activitatea. Provocarea pentru companiile din SUA și Europa este de a reduce costurile, asigurându-se în același timp că se conformează celor mai bune practici de protecție a mediului. Această preocupare pentru mediul înconjurător este discutată în unitățile separate privind produsele chimice individuale.

O nouă revoluție ne așteaptă. Pe măsură ce petrolul și gazele naturale devin din ce în ce mai rare și mai scumpe, chimiștii sunt în căutarea unor noi materii prime care să completeze sau chiar să înlocuiască petrolul și gazele naturale. Și redescoperă virtuțile cărbunelui (încă foarte bine aprovizionat, chiar dacă este un combustibil fosil care nu poate fi înlocuit) și ale biomasei.

Așa se închide cercul. La sfârșitul secolului al XIX-lea și în prima parte a secolului al XX-lea, industria chimică organică se baza în mare parte pe cărbune și biomasă. Cărbunele era încălzit puternic în absența aerului pentru a forma gazul de huilă (un amestec de hidrogen, metan și monoxid de carbon). Ca produs secundar se forma un lichid (gudron de cărbune) care conținea multe substanțe chimice organice utile, inclusiv benzen, iar reziduul solid era cocsul, o formă impură de carbon. Cocsul a fost sursa a ceea ce astăzi numim gaz de sinteză. Peste el se trecea abur la temperaturi ridicate pentru a obține monoxid de carbon și hidrogen. O altă sursă de substanțe chimice organice a fost biomasa. De exemplu, sursa multor substanțe chimice C2 a fost etanolul, produs prin fermentarea biomasei. Produsele chimice C3 și C4, cum ar fi propanona și butanolul, au fost, de asemenea, produse pe scară largă prin fermentarea biomasei.

De atunci, începând cu anii 1940, industria a găsit modalități din ce în ce mai bune de a utiliza produsele rezultate din rafinarea petrolului pentru a produce nu numai toate substanțele chimice menționate mai sus, ci și multe altele. Un exemplu este creșterea industriei petrochimice, cu gama de noi polimeri, detergenți și o multitudine de produse chimice sofisticate produse la costuri reduse.

Pe cale de consecință, poate că cea mai mare provocare constă în găsirea unor modalități de a reduce dependența noastră de resursele neregenerabile. Astfel, pe măsură ce rezervele de petrol și gaze naturale se diminuează, trebuie să găsim modalități de a utiliza tehnologiile mai vechi bazate pe biomasă pentru a produce substanțe chimice într-un mod cât mai acceptabil din punct de vedere ecologic, în ceea ce privește energia consumată și efluenții produși. De exemplu, o parte din etenă și o serie de polimeri, precum și cantități foarte mari de etanol, sunt acum produse din biomasă.

O altă provocare este reducerea dependenței noastre de resursele neregenerabile pentru a produce energie. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este de a găsi modalități de a face să funcționeze instalațiile noastre chimice la temperaturi mai scăzute cu ajutorul catalizatorilor sau prin utilizarea unor căi alternative. Acest lucru a început deja în mod serios, după cum s-a menționat în ultima secțiune. Consumul de energie pe unitate de producție a scăzut cu aproximativ 55% în UE din 1994 și cu aproximativ 22% în SUA din 1990. În consecință, emisiile de dioxid de carbon au scăzut cu aproximativ la fel pe aceleași intervale de timp.

Noile tehnologii bazate pe nanomateriale vor fi, de asemenea, în prim-planul viitoarelor progrese din industria chimică și va fi important să se asigure că producția acestor materiale revoluționare este sigură și aduce beneficii economice.

Industria chimică are multe provocări în secolul XXI, care trebuie depășite pentru a rămâne în centrul fiecărei țări importante. Numai astfel, industria poate ajuta societatea să își mențină și să își îmbunătățească nivelul de trai și să facă acest lucru într-un mod durabil.

Multe dintre datele utilizate în această unitate provin din lucrări publicate de CEFIC (Conseil Européen des Fédérations de l’Industrie Chimique, Consiliul European al Industriei Chimice) și de American Chemical Council.

.