美国“2015年化学事业”远景探讨（上）
化学事业“全球化”助推新   能源开发进程
化工信息中心教授级高级工程师  朱曾惠
    化学事业包括工业、大学和国家试验室等在内的领域在国家生活中起着重要作用，它有助于维护我们的知识
活力，居于国家经济的核心地位。广泛地说化学工业已经超越了传统的化学品和石油化学品，涵盖了能源、生物
技术和药品等。化学事业是具有活力的，在各方面都在发生变化。20世纪，化学科学已经超越了对少数化学品的
研究，数量上也从几克到几吨，现在我们已具备从单个原子到整个生物界的运作能力。
    为适应形势发展，美国于2004年提出了“化学事业”的概念，即将化学工业、化学化工科研开发、化学教
育和化工行业管理作为整体，并提出研究制定化学事业十年规划《化学事业2015》（The Chemistry Enterprise in
2015），组织各方面力量，从分析环境和形势入手，提出规划建议。2004年末由美国化学会（ACS）研究讨论提出
了《2005年化学事业的形势分析》，计划在2005年组织全美国化工界进行讨论，2006年对该项大讨论进行了综
述，共分10个专题，分别是化学专业学科结构，全球化能源和原料的经济性问题，产品方案，制造、加工和生
物加工，可持续性，科学与技术，教育、劳动力和就业，政府政策，本土安全和移民政策。
　　该综述是2005年美国化学事业形势分析的继续和深入，并对2015年化学事业形成了共识，从中可以看到美
国化工界对化学工业发展的分析，对我们认识发展环境和形势是非常有益的。

                                       化学专业学科结构
　　化学专业的性质正在发生变化，其中许多长期存在的基础性问题已经被提出并获得很好的理解，化学家不断
超越以扩增化学品的应用领域。当前的研究发现扩展了分子科学的范围，但是又增加了对范围概念的困惑，需要
从其他多种专业获得更多的信息。
　　化学作为一门核心科学的概念是广为人知的，这种核心地位指导着生物学、地质学和天文学等学科，在它们
的基础教学中都增加了化学，甚至出现了多种多样的化学课程，由此引起化学院系对自身教学任务产生迷惑。美
国的化学教育是很多方面的，例如“化学和生物化学系”主要是为医学预科生开设的，有些人提出化学只是他们
专业的一个应用工具，今后化学作为一个独立的专业学科的要领逐渐模糊。以上分析使我们产生这样一个疑惑：
在21世纪，什么是化学？什么不是化学？
　　化学和生物学之间的交叉越来越多，化学和材料科学间的界限已不复存在，这些领域的内在多学科性与高新
技术相结合并将加速发展，因此需要多层次的跨学科合作。这种趋势可能产生化学家超越专业界限的“身份危机”，
谁是他们团队的同行！谁来评价他们的工作？
　　从新市场开拓的方面来看，化学事业将以强劲增长的势头走向2015年，当然，这种增长将伴随着变化。在
知识和经济两方面将与当前不同，我们要适应新的挑战，抓住机遇。
　  巨大的进展将在边缘和界面上发生，知识的前沿也常在此产生，需要抓住许多机遇，加强核心问题的研究。
在分析方法上，催化、小分子合成和计算机化学等方面存在许多更具吸引力的课题。化学事业将是一个有知识活
力的领域，可以产生新的观念、基础科学和产品。
　　●多学科研究——不同专业的科学家的合作越来越普遍，同时带来了较高层次的专业深度和边缘领域的有价
值的知识，这就很难来确定某一项目的原始专业，核心化学的优势力量将是所有分子科学的主要平台。
　　●在多学科框架中化学事业的成功需要科学家在化学的核心领域中受到高深的培训，而且需要与相关专业进
行交流与合作。
　　领域的扩大使化学回到其基础地位，在有机化学原始定义中，此领域就要了解生命科学并长期为此奋斗，随
着计算机能力的提高使我们能了解化学反应和生命过程中的分子间的互相作用规律。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　化学经济与能源问题
　　1. 全球化——工厂、人才、科研机构东移
    美国化学工业的历史离不开全球性事业，美国化学事业的演变来自于全球经济的驱动而不是其国内的影响。
随着化学领域研究的不断创新和突破，在工业投资不断增长以及现代技术和电子通讯快速发展的推动下，世界特
别是亚洲经济不断增长。许多公司从传统思想上讲是美国或欧洲的公司，但是在发展中国家内建立工厂，为发达
国家和发展中国家市场服务，这种现象被称之为“全球化”。
　　大多数专业人员受聘于专用化学品部门，少数在通用化学品部门。多数化学家经常认为创造性工作在专用化
学品领域完成，而配方研究工作的创造性有限，拥有知识产权不多，应该属于通用化学品领域。近来，在美国以
外的国家建立的低成本生产装置不断增加，使一些专用化学品价格下跌，甚至逼近通用化学品价格，这在专用化
学品市场上称之为“通用化”。长远来看，亚洲制造业的发展在一定程度上制约了美国的制造业增长。发展中国
家生产专用化学品等产品，在规模和成本方面具有较强的竞争力，出口到发达国家后对其制造业的赢利水平带来
一定的冲击，而且通用化学品也不例外。
　　目前，化工企业生产能力不断扩大，但大多位于人口众多的发展中国家，约95%的世界人口和95%的化学产
品的潜在市场存在于美国以外，靠近市场建设生产装置可以降低运输费用。工业发展使人们的生活水平逐渐提高，
同时也使得燃料用量迅速增加，10年内亚洲的GDP将相当于美国，但人均GDP差别仍很大。
　　全球化可以使一些公司利用发展中国家的一些合作机构进行科学研究或发挥其他技术性功能，此过程一般称
之为“海外化”。大型公司在海外建立研究所，作为其全球事业的一个组成部分，此现象值得关注，但它对美国
就业状况的影响尚难估计。
　　在管理和投资方面，一些不确定因素受到了关注。发展中国家政府的优惠政策使海外投资具有吸引力，但这
种吸引力受到稳定性、安全性和所在国国内基础设施的影响，而知识产权亦是要考虑的。
　　目前，世界化学品生产重心逐步向东转移，主要是中国、印度和中东，生产装置新型高效，而工程和劳动力
成本较低，同时能源价格低廉，对美国化工厂的东移形成了强大的吸引力。
　　此外，在经济领域要考虑以下一些情况：
　　●到2015年，中国和印度将发生整体性的社会变革和环境灾害，各国的化学事业必须要平衡制造、销售、
营销和技术方案以便为新兴市场服务。中国将成为一个保持平衡的生产国，或是通用化学品的出口国，同时在专
用化学品制造和生产技术上，包括生物技术可能成为美国强劲的国际竞争对手。
　　●大部分化学品生产将在亚洲进行，亚洲生活标准提高了，劳动力价格也会相应增涨，优秀人才的工资也会
迅速提升，这将逐渐提升美国公司“海外发展”的压力。
　　●2004年美国贸易赤字为6000亿美元，如果没有大量的货币影响仍会无限制的增长，一些国家仍将向美国
出口作为主要经济战略。中国和一些新兴经济地区要保持自身发展就要找寻其他出口市场。而且到2015年，中
国会有许多全球性公司，在美国也会出现许多中国的化学生产企业。
　　●到2015年，外国学生向美国的流动现象以及美国劳动力都会大幅度减少。例如一些中国公司现在签订了
许多共同研究合同或与西方公司合资经营，今后会加强科研创新能力，中国的大学将参与到世界一流学校的竞争
队伍中，随着中国各项制度的不断发展和完善，中国学生去国外做研究生或博士后研究将逐渐减少。
　　2. 能源问题——化学事业机遇
　　能源费用直接反映着一个国家的经济竞争能力、就业和财富水平。2000～2005年能源价格已经成为美国变革
的主要推动力，随着发展中国家经济快速增长，对传统能源主要是石油和天然气的需求不断增加，而且其经济增
长并不像发达国家那样依靠提高能源效率，而是通过将较高的矿物燃料成本通过产品链转嫁到各种相关化学品，
从而抑制经济发展。
　　能源价格已经促使投资地区发生变化，特别是通用化学品的制造。但是，原材料价格的上涨看来并未限制全
球化学工业的增长。
　　天然气  美国化学工业主要以天然气为原料和能源，其在世界的竞争力已经由于国内气价上扬而受到影响。
北美的天然气供应由于没有发现新气田而受到限制，最终必然导致进口量增加。目前油气价格的上涨已转移到用
户，北美的通用化学品生产的可持续性遭遇“严冬”。因此，需要出台能源政策，推动天然气的勘探开发，使美
国化学工业处于较好的竞争地位。通用化学品的生产最好靠近新市场（亚洲）或廉价原料供应地（中东）。中东
将成为液化天然气的主要供应者，也可转化为便于运输的液态燃料。
　　石油  欧洲化学工业更多依靠石脑油，与天然气原料相比，竞争优势经常波动，但是相对于天然气而言更容
易运输。预计到2015年油价不会回落到20世纪的价位水平。如果世界石油产量高峰在2010年前出现，而且同
时迎来全球性需求高峰，必将导致油价大幅上涨。高油价将推动油田的勘探和开采，以及对天然气和煤的创新性
应用。2015年中国的经济和能源消耗将翻番，对汽油的需求将使全球性石油供应受到压力。中东将建成多套裂解
装置，同时将生产环氧乙烷、乙二醇、聚乙烯等衍生产品，美国将从中东进口这些化学品。
　　煤  美国的电力主要由煤来生产，中国也蕴藏着丰富的煤资源，是中国经济发展的重要因素。许多国家特别
是不依赖煤资源的国家，要在2015年实施CO2减排政策，而在美国、欧洲和中国，与CO2捕集结合的清洁煤技
术将在能源和原材料生产方面扩大应用。
　　核能  2015年美国的核能发电将占发电总量的20%，但在过去15年中却没有新建核电厂，冷战退出历史舞
台后，美国的核技术有所下降。在矿物燃料价涨及新技术辈出等因素推动下，美国计划新建一座新型核发电装置。
2015年中国将建30座反应堆，使核电成为主要电力来源。未来世界各国在核能开发利用领域的政策和技术将面
临许多挑战，化学工程师要参与解决核燃料的各种问题，包括再加工和核废料的处理。
　  可再生资源  基于生物和可再生资源的新工艺不断实现工业化，与此同时需要提供大量的清洁水，这对美国
是一个竞争优势。以农业为基础的专用性材料将会具有相当的优势，但是化学工业要向生物基产品作根本性转变
将有困难。因为整个种植开发周期的能源费用较高，给燃料和化学产品的生产带来阻碍。许多化学工艺过程可能
在酶催化反应方面取得进展，其中有些要适应不同的温度、溶剂和PH值，与酶相比微生物所引发的反应更为复
杂。
　　太阳能  对当前大规模能源生产来讲，太阳能电池制造成本高难以形成竞争力。通过研究， 2015年光电发
电效率将有可能得到大幅度提高，但是还难以工业化。
　　氢能  所谓氢能经济是指用各种技术生产的氢作为能量贮存介体。它具有吸引力，但同时也面临巨大的效率
和基础设施费用方面的挑战。氢能经济预测的基础是催化的进展，能够从水直接裂解制氢。如果基础研究取得成
就，2015年后将要进行工程系统工作，使之成为成本低且产量大的制氢系统，但将其用作汽车燃料及其他应用将
面临基础设施是否健全的挑战。
　　氢衍生的液体燃料和原料如甲醇具有广阔的发展前景。但是，2015年前这类燃料发展较慢，主要由于高产率
催化剂不易开发，这种催化剂要能模拟光合作用。在此期间，核能是用来从水制氢的最好手段。
　　目前美国尚未形成能源独立自主的强烈竞识，但美国正在开发多种能源生产技术，并紧密联系自己的丰富资
源，为未来的化学工业提供一个坚实有力的健康基础。在所有这类技术的工业化中，化学起着核心作用，包括催
化、光电子学、轻型大容量电池、用LED取代白炽灯照明以及风车用的高强度结构材料等。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　化工产品方案发生变化
　　在过去15年内，只有几家通用化学品工厂建在国内。经济因素影响地区性的分散投资，从而推动了美国化
工产品方案的变化。
　　公司方案平衡  大多数石油公司进行重组，并将重点集中在能源相关的核心事业，有些公司将石油化学公司
剥离。主要生产化学品的全球性公司（不仅是石油化工公司）通过地区分布来平衡其通用化学品和专用化学品生
产。对于专用性产品，除改善产品本身的质量和性能，还要加强技术支持的能力。
　　医药品  生物医学和保建的发展是化学领域的主要推动力，不仅是科学本身，其他如研究、生产率、利润率
和可靠性确认等都在影响化学事业各部门的工作。在制药行业中这种影响尤其强烈，降低价格，减少副反应对用
户的风险都形成了压力，扩大对药品的有效应用范围特别重要。
　　新型研究开发工具在医药工业中使用是非常有效的，如高收率的筛选方法、组合方法和基因操作等。但在一
些传统的化学领域中尚未能成功地应用于产品开发，但是，到2015年可将会得到大大改观。
　　制药企业将通过收购、重组等措施不断壮大，进而成为全球性公司，但其利润率将主要依靠当地政府对风险、
利益和可信度的政策。如果大量进口低价药品或降低政府给予企业的优惠政策，将催生美国药品市场的价格拼杀。
但另一方面，也导致企业不断降低成本，而以知识为基础的核心研究将成为降低成本的有效途径。如果制药公司
有助于稳定或减缓高速增长的保健费用（现在约占美国GDP的15%），在此行业中将会产生新的扩增热潮。
    事业发展和新技术  由于资本利用的限制，非生物化学领域公司的建立在短期内不会成为经济增长的主要因
素。但是，新的机遇仍然来自化学与生物学、物理学、材料科学和计算机科学的界面上，在生物学还未成为开辟
新领域的可能之时，巨大的发展机遇是存在的。
　　美国化学工业将走向专用化，2015年美国的化学技术将更具有企业化精神和开发性，一些小型公司在新的技
术领域内不断创新，或向市场提供产量不高的专用化学品。美国将成为全世界制造成本最昂贵的地方，美国制造
的产品必须要有更高的附加值才能支持制造成本。生物技术的发展必须得到世界公众的认可，这才可能成为一个
新的增长平台。
　　设备  国内的通用化学品和专用化学品产品方案的变化引起对化学制造设备的重新评价。然而，对老产品来
说，新技术很少能按“关停经济学”原则，使老工厂和老工艺关停，而用新工厂或工艺来更替。许多现有设备将
在临界产能水平上运行，为工艺过程的强化或安全的环境问题的改进而进行设备改造，少数工厂则彻底关闭。美
国的通用化学品设备是极少扩建的，但是此工业仍然是世界规模，既未消失也没有明显的发展。