اتانول و کاربردهای آن
اتانول ( Ethanol ) که با نام های الکل اتیلیک یا اتیل الکل شناخته می شود، یک الکل ساده با فرمول C2H5OH است.
این ماده یک مایع فرار ، قابل اشتعال و بی رنگ با بوی مشخص و خاصیت ضدعفونی کننده و نیز روان‌گردان است که ماده اصلی موجود در نوشیدنی های الکلی است.
از آنجاییکه الکل اتیلیک به راحتی می تواند در آب و سایر ترکیبات آلی حل شود در طیف وسیعی از محصولات صنعتی از جمله محصولات مراقبت شخصی و زیبایی از رنگ ها و لاک ها تا سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.
اتانول هم از طریق هیدراتاسیون اتیلن و هم از طریق فرآیندهای بیولوژیکی با تخمیر قندها توسط مخمر تولید می شود. اینکه کدام فرایند اقتصادی تر است به قیمت های غالب سهام نفت و دانه های خوراکی بستگی دارد. با دانستن اطلاعات ارزشمند از علم روز می توان به موفقیت در زندگی دست یافت.
تاریخچه اتانول:
از دوران پیش از تاریخ توسط انسان به عنوان ماده مست کننده نوشیدنی های الکلی از اتانول استفاده می شده است. باقی مانده های خشک شده سفال های 9000 ساله که در شمال سرزمین اصلی چین یافت شده است، حاکی از استفاده از مشروبات الکلی حتی در میان مردم نوسنگی است. انزوای آن به عنوان یک ترکیب نسبتاً خالص ابتدا توسط کیمیاگران پارسی حاصل شد که در دوران خلافت عباسی هنر تقطیر را توسعه دادند، که مشهورترین آن ها الرضی بود.
با تقطیر اتانول از آب محصولی حاصل می شود که حداکثر 6/95 درصد اتانول باشد، زیرا اتانول با آب یک آزوتروپ تشکیل می دهد. اتانول مطلق اولین بار در سال 1796 توسط یوهان توبیاس لوویتز، با فیلتر کردن اتانول مقطر از طریق ذغال به دست آمد.
اتانول برای اولین بار به طور مصنوعی و در سال 1826، با تلاش مستقل هنری هنل در بریتانیا در فرانسه تهیه شد. مایکل فارادی با هیدراتاسیون اسید کاتالیزور اتیلن در سال 1828، فرآیندی مشابه فرآیند تولید سنتز اتانول صنعتی، اتانول را تهیه کرد. امروزه این ماده ی پر استفاده در تولید و صنعت ایرانی به کمک تولید داخلی آمده است.
روش تولید اتانول
این ماده بر خلاف بیشتر الکل‌ها، عمدتا از مواد اولیه زیستی با منشا قندی و نشاسته‌ای و یا سلولزی تولید می‌گردد. تولید بیو اتانول از مواد اولیه پتروشیمیایی (اتیلن و یا گاز سنتز) نیز امکان پذیر است، امروزه درصد بسیار کمی از تولید جهانی این ماده (کمتر از 5 درصد) از مواد اولیه غیرزیستی صورت می‌پذیرد.
البته همین درصد اندک هم با روندی کاهشی همراه است. امروزه با توجه به منابع اولیه تولید و فناوری تولید آن‌ها چهار نسل از بیواتانول قابل تعریف است. نسل اول از مواد قندی نظیر ملاس، چغندر و نیشکر یا مواد اولیه نشاسته‌ای نظیر غلات، سیب زمینی و کاساوا، که عمدتا مواد غذایی به شمار می‌آیند، است. بیواتانول تولیدی از ضایعات گیاهی و کشاورزی لیگنوسلولوزی، نسل دوم بوده که منبع فراوان و مفیدی به نظر می‌رسد. استفاده از جلبک‌ها نیز نسل سوم نامیده می‌شود. اصلاح و مهندسی مواد اولیه ومیکروارگانیسم‌های تخمیرکننده نیز نسل چهار می‌شود.
کاربرد های اتانول در صنایع مختلف
کاربرد اتانول در صنایع بهداشتی و آرایشی
اتانول در از بین بردن ویروس ها و باکتری ها موثر عمل میکند. بنابراین می توان از آن در پزشکی و تولید محصولات بهداشتی و آرایشی به جهت ضد عفونی استفاده نمود. مکانیزم اثر بخشی آن نیزبه این صورت است که پروتئین و چربی موجود در ارگانسیم ها را از می برد و فرآیند ضد عفونی انجام می شود.
کاربرد اتانول در داروسازی
اتانول در مایع آماده سازی حدودا 700 دارو از جمله استامینوفن، مکمل‌های آهن، رانیتیدین، فوروزماید، مانیتول، فنوباربیتال، تری‌متوپریم/سولفامتازول و داروهای ضد سرفه وجو دارد. از کاربردهای دیگر می توان به استفاده در تولید نوشیدنی های الکلی اشاره کرد.
کاربرد در صنایع غذایی
اتانول در فرمولاسیون مواد غذایی جهت حل شدن بهتر و یکنواخت اسانس ها در آب و استخراج طعم‌ها اضافه می شود تا یک مخلوط همگن شفاف ایجاد کند. این الکل به عنوان یک نگهدارنده مناسب جهت تثبیت محصول و محافظت از آن در برابر آلودگی میکروبی کمک می کند و در محصول نهایی اثری از الکل نخواهد بود.
افرادی برای صرفه جویی در هزینه ها از متانول به جای اتانول در صنایع غذایی استفاده می کنند. متانول برای انسان بسیار سمی است و تشخیص آن برای افزایش ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای تشخیص متانول از روش کروماتوگرافی گازی استفاده می شود که بالاترین میزان دقت را دارد.
استفاده در تمیز سازی سطوح
- در اغلب شیشه پاک کن ها اتانول به دلیل تبخیر سریع ، مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند لکه ها را از بین ببرد.
- این ترکیب می تواند سبب از بین رفتن لکه های موجود بر روی پارچه ها شود.
- این ماده به عنوان ماده ی ضد عفونی کننده ی سطوحی از جمله، پلاستیک، شیشه و چوب مورد استفاده قرار می گیرد.
- محلول های شست و شوی دست
استفاده به عنوان سوخت
امروزه منابع تامین انرژی بشر عمدتا از سه منبع فسیلی، هسته‌ای و تجدیدپذیر تشکیل شده است. در دهه‌های اخیر بیشترین استفاده از منابع فسیلی بوده که شامل آسیب‌های زیست محیطی و تولید گازهای گلخانه‌ای و گرمایش بیش از پیش زمین می‌شود. علاوه براین این منابع تجدیدناپذیر هستند و در آینده‌ای نه‌چندان دور به پایان خواهند رسید. از طرفی منابع هسته‌ای دارای مزایایی هستند، اما زباله‌های سوخت هسته‌ای تا هزاران سال در طبیعت باقی می‌مانند که بسیار پرتوزا و خطرناک هستند، همچنین تاسیس نیروگاه‌های هسته‌ای پرهزینه بوده و نیز منابع اورانیوم محدود و غیرقابل بازیافت می‌باشند.
از دیگر معایب این منبع انرژی می‌توان به هزینه دفن زباله‌ها و خطر نشت مواد رادیواکتیو در حمل و نقل آن‌ها اشاره کرد. بنابراین یافتن منبعی پایدار و اقتصادی به عنوان جایگزین ضروری خواهد بود. منابع تجدید پذیر مانند استفاده از انرژی خورشیدی، زمین گرمایی، باد و دریا، هیدروژن و زیست توده دارای پتانسیل بالا برای جایگزینی به شمار می‌آیند. یکی از این سوخت‌های جایگزین می تواند اتانول باشد.
بر اثر سوختن این ماده در هوا دی‌اکسیدکربن و آب تولید می‌شود. همچنین می‌توان آن را با بنزین مخلوط کرد و بنزول تولید کرد.
CH3CH2OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
بیشترین استفاده از اتانول به عنوان سوخت موتور و افزودنی‌های سوخت است. از آن به عنوان سوخت موشک نیز استفاده می‌شود. اخیرا نیز از آن به عنوان سوخت در هواپیماهای مسابقه‌ای سبک وزن استفاده می‌شود.
استفاده از اتانول به عنوان حلال
محصول فوق به شدت در آب انحلال‌پذیر است. لذا این حلال ایده‌آل برای تولید محصولات مختلفی از قبیل عطر ها، بوزداها یا دئودورانت‌ها، اسپری مو و مواد صنعتی مانند لاک و رنگ استفاده می‌شود. این ماده به عنوان حلال مورد استفاده قرار می‌گیرد تا اجزای فعالی که در آب حل نمی‌شوند، نرم و قابل حل شوند.
تولید مواد شیمیایی یک بازار یزرگ برای الکل است و حجم زیادی از اتانول مصنوعی با خلوص بالا در ساخت اتیل اکریلات و اتیل استات در آفریقای جنوبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
خطرات اتانول
- اتانول یک ماده قابل اشتعال است و نباید از آن در نزدیکی آتش استفاده شود.
- استنشاق اتانول می تواند باعث سرفه یا سر درد شود.
- استفاده از اتانول در محصولات غذایی – از جمله افزودنی ها – بی خطر است اما مقادیر مناسب آن زیر نظر سازمان های مربوطه تنظیم و کنترل می شود.
- اتانول خالص سمی است و سیستم عصبی مرکزی را تحت تاثیر قرار می دهد.
- مصرف مقادیر متوسط آن ماهیچه ها را شل کرده و روی مغز اثر می گذارد و مقادیر زیاد آن هماهنگی بدن را مختل کرده و در نهایت ممکن است به کما و حتی مرگ منجر شود.
- از جمله عوارض مصرف اتانول خالص می توان به تحریک پوست و چشم، حالت تهوع، استفراغ و مسمومیت اشاره کرد.
- مصرف طولانی مدت اتانول ممکن است باعث آسیب جدی کبد شود.
- اتانول یک ماده اعتیاد آور برای برخی افراد است و به بیماری الکلیسم – اعتیاد حاد به الکل – منجر می شود.