مقدمة
تشتمل المواد الكيميائية الصناعية على مجموعة واسعة من المركبات التي توفر الأساس لكل عملية إنتاج معاصرة تقريبًا والسلعة النهائية. وعلى الرغم من اعتمادنا الكبير على هذه المواد، فإن الكثير من الناس يفتقرون إلى الفهم الصحيح فيما يتعلق بتصنيفاتها، وتطبيقاتها، ومستويات إنتاجها، والاعتبارات البيئية. ومع تزايد التدقيق العام في الصناعة الكيميائية، يبدو أن الفهم الأفضل للحقائق الأساسية أمر ضروري. تهدف هذه الاكتشافات السبعة إلى تسليط الضوء على المواد الكيميائية الصناعية الحيوية اليوم.
التصنيف الوفرة الكيميائية
تتكون المواد الكيميائية الصناعية من فئتين فرعيتين ضخمتين:
المواد الكيميائية الأساسية
وتشمل هذه السلع الأساسية المنتشرة في كل مكان مثل حامض الكبريتيك والأمونيا والكلور المنتجة بكميات كبيرة بأسعار منخفضة نسبيًا. تتجاوز المقاييس السنوية ملايين الأطنان المترية للمواد الكيميائية الأساسية مثل:
- المواد الكيميائية الزيتية - الأحماض العضوية والكحوليات والجلسرين
- المواد غير العضوية - رماد الصودا وكربونات الكالسيوم والسيليكات
- البوليمرات – البولي إيثيلين، البولي بروبيلين، PVC
- البتروكيماويات - البنزين والإيثان والبروبان
ونظرًا لأن المواد الكيميائية الأساسية تشكل مدخلات رئيسية لجميع الصناعات الأخرى تقريبًا، فإن العرض والتسعير الثابت والوافر يؤثران بشكل حاسم على الاستقرار الاقتصادي العام.
المواد الكيميائية المتخصصة
وتؤدي هذه المواد الكيميائية ذات القيمة المضافة العالية وظائف محددة تتطلبها التطبيقات المتخصصة. بدءًا من إضافات الطلاء إلى مواد تخثر معالجة المياه إلى مواد نقش أشباه الموصلات، تغطي فئة المواد الكيميائية المتخصصة عدة قطاعات رئيسية:
- المواد الكيميائية الزراعية
- المواد الكيميائية الإلكترونية
- الغاز الصناعي
- المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب
- المواد الكيميائية لإدارة المياه
الابتكار في المواد الكيميائية المتخصصة يدفع تطوير المنتجات الثورية عبر القطاعات.
حجم الإنتاج والأثر الاقتصادي
يبلغ إجمالي الإنتاج الكيميائي العالمي الذي يقيسه مجلس الكيميائي العالمي حوالي $3T5.7 تريليون سنويًا اعتبارًا من عام 2020. ويمثل نشاط الصناعة الكيميائية 7% من إنتاج السلع العالمية و14% من جميع الصادرات، ويعزز بشكل حاسم التقدم الاقتصادي العام.
وكما يوضح الجدول أدناه الذي يوضح بالتفصيل مستويات الإنتاج السنوية حسب النوع الكيميائي الرئيسي، تقترب المقاييس الآن من مليار طن متري سنويًا:
| الفئة الكيميائية | الإنتاج المقدر |
|---|---|
| البتروكيماويات | 500 مليون طن متري |
| المواد غير العضوية | 330 مليون طن متري |
| البوليمرات | 330 مليون طن متري |
| تخصص | 225 مليون طن متري |
| الكيماويات الزراعية | 4 مليون طن متري |
سيكون التوسع المستمر في القدرات الإنتاجية لكل من المواد الكيميائية الأساسية والمتخصصة أمرًا ضروريًا لتلبية المتطلبات المستقبلية عبر الصناعات الحديثة المترابطة.
ديناميات النقل والإمداد
يمثل توصيل المواد الكيميائية بأمان وكفاءة مهمة ضخمة ولكنها غير مرئية في الغالب. تتعامل شبكات التوزيع المعقدة المعروفة باسم "اللوجستيات الكيميائية" مع:
- توريد شحنات كبيرة من المواد الأولية الكيميائية
- نقل المواد الكيميائية بين المصانع
- تصدير الخلطات المتخصصة عالميا
- تسليم الميل الأخير لعملاء الاستخدام النهائي
نظرًا لمخاطر المواد الخطرة، تحكم البروتوكولات المتخصصة الجوانب الصارمة مثل:
- متطلبات التعبئة والتغليف
- مواصفات مقطورة الصهريج
- إجراءات التحميل/التفريغ
- التدريب على سلامة السائقين
- تخطيط الطريق
سيحتاج المجال اللوجستي الكيميائي إلى التكيف ديناميكيًا في السنوات القادمة مع تطور مواقع الإنتاج وتحولات الطلب واعتبارات الاستدامة.
أنماط استخدام المياه والطاقة
تستخدم المصانع الكيميائية الحديثة موردين حاسمين:
ماء – لتبريد العمليات، والتنظيف، والتفاعلات، وتخفيف النفايات.
طاقة - الغاز الطبيعي والنفط بشكل أساسي لتوفير الحرارة والضغط وتوليد الكهرباء لعمليات الطاقة.
تستمر المعدات الأكثر كفاءة وإعادة التدوير في تقليل مستويات الاستخدام القياسية التالية:
| مدخل | الاستخدام لكل طن من الناتج الكيميائي |
|---|---|
| ماء | 80-190 متر مكعب |
| غاز طبيعي | 28-45 جيجا جول |
وخاصة في المناطق المعرضة للجفاف أو الدول التي تفتقر إلى احتياطيات الوقود الأحفوري، يفكر منتجو المواد الكيميائية بشكل متزايد في توفير إمدادات مياه بديلة من خلال إعادة تدوير مياه الصرف الصحي وتحويلها. ويفرض الحصول على مصادر طاقة متجددة منخفضة الكربون تحديات مماثلة في المستقبل.
تطور التصور العام والسياسة
لقد تجنبت المواد الكيميائية الصناعية، التي تعتبر منتجات غير مرئية إلى حد كبير ولكنها أساسية، التدقيق العام لفترة طويلة، ولكنها تواجه اليوم شكوكًا مماثلة لتلك التي تواجهها الصناعات الأخرى. المخاوف بما في ذلك:
- سلامة المنتجات الاستهلاكية
- طعام ملوث
- تلوث المياه الجوفية
- التعرض للانبعاثات السامة
... الآن نقوم بصياغة الأنظمة السياسية مثل REACH في أوروبا وتحديث قانون Lautenberg في أمريكا بهدف:
- تقييد المواد عالية المخاطر
- توسيع نطاق اختبارات السمية الكيميائية
- زيادة الإفصاح عن الشفافية
على الرغم من أهمية الصناعة الكيميائية لعمل الحضارة اليومي، إلا أنها يجب أن تواجه الشكوك من خلال الاستجابة والعناية بالبيئات المشتركة.
اتجاهات ومسارات التنمية
يستمر الابتكار الديناميكي في تطبيق المواد الكيميائية المتخصصة الجديدة أو إعادة صياغة المركبات التقليدية في توسيع الإمكانيات عبر كل قطاع تجاري تقريبًا. وتشمل بعض الاتجاهات الرئيسية ما يلي:
- المواد النانوية – جزيئات ذات خصائص محسنة.
- المواد الأولية الحيوية – المدخلات الزراعية والبيولوجية المتجددة.
- تحسينات محفز – تسريع ردود الفعل والغلة.
- تكثيف العملية** - تعزيز القدرة الإنتاجية بشكل كبير في أحجام التفاعل الأصغر.
- الكيمياء C1 – تحويل الغاز الصخري الرخيص إلى مواد كيميائية مربحة.
إن الاستفادة من هذه الإنجازات في المواءمة الكاملة مع أهداف الاستدامة ستحدد المستقبل لكبار منتجي المواد الكيميائية.
محرك النمو الاقتصادي
ومن الواضح أن توقعات الطلب تتنبأ بتوسع قوي في المستقبل لكل من المواد الكيميائية الأساسية والمتخصصة مع قيام المناطق النامية بالتصنيع واعتماد التكنولوجيات الجديدة على المركبات الهندسية. ويتوقع الخبراء:
- مبيعات المواد الكيميائية العالمية تقترب من $7 تريليون بحلول عام 2030
- زيادة السعة العالمية بأكثر من 50% بحلول عام 2030.
- بناء 40-50 مصنعًا جديدًا ضخمًا سنويًا حتى عام 2030.
ومن الوقود إلى مواد البناء إلى الهواتف الذكية إلى الأدوية، تعمل المواد الكيميائية على تمكين نوعية الحياة المعاصرة بشكل لا يمكن محوه وتدفع المضاعفات الاقتصادية ــ وهي حقيقة مركزية يسهل نسيانها عند التدقيق في السلامة. ويظل النمو المسؤول المستمر لهذه الصناعة التأسيسية أمرًا ضروريًا.
الخلاصة: المواد الكيميائية الصناعية
لا يمكن إنكار أن المواد الكيميائية الصناعية تعمل على تمكين عالمنا الحديث ولكنها تحجب الروابط الرئيسية من خلال أدوارها المشتتة عبر معظم المنتجات النهائية. إن تقدير ضرورتها العميقة ونطاقها الهائل يمثل اختباراً حاسماً للواقع ــ موازنة بين المطالبات الصحيحة بالرقابة الدقيقة. ومن خلال هذا الفهم المستنير والابتكار المستمر الموجه علمياً، تستطيع الصناعة الكيميائية تلبية الطلب المتزايد في حين تحقق تركيبات أكثر أماناً وإدارة الموارد المشتركة لتحقيق المنفعة المشتركة.
التعليمات
سؤال - ما هي المواد الكيميائية المسببة لاختلال الغدد الصماء ولماذا تثير قلق الجهات التنظيمية؟
أ- هذه المركبات مثل BPA والفثالات تحاكي الهرمونات، وتتداخل مع البيولوجيا الإنجابية وعمليات النمو عند تناول جرعات منخفضة للغاية. تهدف القيود إلى التخلص منها تدريجياً.
س - ما هي التحسينات التي تمكننا من جعل البيئة أكثر خضرة؟ المواد الكيميائية إنتاج؟
أ - إن منهجيات مثل المحاكاة الحيوية لنمذجة كفاءات الطبيعة، والتعايش الصناعي الذي يعيد استخدام مجاري النفايات، والتحفيز الحيوي باستخدام الإنزيمات المتجددة تجعل العمليات أكثر استدامة بكثير.
س - ما هو الدور الذي سيلعبه البلاستيك الحيوي ليحل محل البوليمرات التقليدية؟
ج: مع ارتفاع الاستثمار، فإن البلاستيك الحيوي المنشأ من السليلوز واللجنين، سيحل محل PLA بشكل ثابت ما يصل إلى 30% من المواد البلاستيكية القائمة على النفط بحلول عام 2030 مع مراعاة البنية التحتية لإعادة التدوير.
س - كيف يمكن تحصين سلاسل التوريد الكيميائية ضد الاضطرابات مثل الكوارث أو الصراعات؟
أ - تساعد المخزونات الاحتياطية الاستراتيجية للمخزون، والتصنيع الهزيل، والإنتاج القريب، والتعاقد على مرونة السوق، على مرونة سلسلة التوريد في مواجهة الانقطاعات الجذرية غير المتوقعة.
