เอทานอล
เอทานอล(เรียกอีกอย่างว่าแอลกอฮอล์จากธัญพืชแอลกอฮอล์สำหรับดื่มหรือเรียกง่ายๆ ว่าแอลกอฮอล์)เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีสูตรเคมีCH₃CH₂OHเป็นแอลกอฮอล์ โดย สูตรเขียนได้อีกแบบว่าC₂H₅OH , หรือ EtOH โดยที่ Et เป็นสัญลักษณ์เสมือนของธาตุเอทิลทานลของเหลวระเหยง่ายติดไฟได้ไม่มีสี และมีรสฉุน[ 11 ] [ 12 ]ในฐานะที่เป็นสารกดระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) เอทาน อ ล เป็นส่วนประกอบสำคัญในเครื่องดื่มแอลกอฮอล์และเป็นยาที่บริโภคมากเป็นอันดับสองของโลก รองจากคาเฟอีน[ 13 ]
เอทานอลเกิดขึ้นตามธรรมชาติจากกระบวนการหมักน้ำตาลโดยยีสต์หรือผ่าน กระบวนการ ปิโตรเคมีเช่น การเติมน้ำให้ เอทิลีนในอดีตเคยใช้เป็นยาสลบและปัจจุบันมีการใช้งานทางการแพทย์ในฐานะยาฆ่าเชื้อยาฆ่าเชื้อโรค ตัวทำละลายสำหรับยาบางชนิด และยาแก้พิษสำหรับพิษเมทานอลและพิษเอทิลีนไกลคอล [ 14 ] [ 15 ] ใช้เป็นตัวทำละลาย ทางเคมี และในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ และเป็นแหล่งเชื้อเพลิงสำหรับโคมไฟ เตา และเครื่องยนต์สันดาปภายใน เอทานอลยังสามารถทำให้แห้งเพื่อผลิตเอทิลีน ซึ่งเป็นวัตถุดิบทางเคมีที่สำคัญ ณ ปี 2023 การผลิตเชื้อเพลิงเอทานอลทั่วโลกอยู่ที่112.0 กิกะลิตร (2.96 × 10 10 แกลลอนสหรัฐ)โดยส่วนใหญ่มาจากสหรัฐอเมริกา (51%) และบราซิล (26%) [ 16 ]
คำว่า "เอทานอล" มาจากกลุ่มเอทิลที่บัญญัติขึ้นในปี พ.ศ. 2477 และได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการในปี พ.ศ. 2435 ในขณะที่ "แอลกอฮอล์" ซึ่งปัจจุบันหมายถึงสารประกอบที่คล้ายคลึงกันโดยทั่วไป เดิมทีหมายถึงเครื่องสำอาง ชนิดผง และต่อมาจึงหมายถึงเอทานอลโดยเฉพาะ[ 17 ]เอทานอลเกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นผลพลอยได้จาก กระบวนการเผาผลาญ ของยีสต์ในสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น ผลไม้สุกงอมและดอกปาล์ม ระหว่างการงอก ของพืช ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน ใน อวกาศระหว่างดวงดาว ในลมหายใจของมนุษย์ และในบางกรณีที่หายาก จะเกิดขึ้นภายใน ร่างกายเนื่องจากภาวะการผลิตเบียร์ด้วยตนเอง
เอทานอลถูกใช้เป็นสารมึนเมา มาตั้งแต่สมัยโบราณ การผลิตผ่านกระบวนการหมักและการกลั่นได้พัฒนาขึ้นตลอดหลายศตวรรษในวัฒนธรรมต่างๆ การระบุทางเคมีและการผลิตสังเคราะห์เริ่มต้นขึ้นในศตวรรษที่ 19
ชื่อ
เอทานอลเป็นชื่อระบบที่กำหนดโดยสหภาพเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ระหว่างประเทศสำหรับสารประกอบที่ประกอบด้วยกลุ่มอัลคิล ที่มี อะตอมคาร์บอนสอง อะตอม (คำนำหน้า "eth-") โดยมีพันธะเดี่ยวระหว่างกัน (คำแทรก "-an-") และกลุ่มฟังก์ชัน −OH ที่ติดอยู่ (คำต่อท้าย "-ol") [ 18 ]
คำนำหน้า "eth-" และคำขยาย "ethyl" ใน "ethyl alcohol" เดิมทีมาจากชื่อ "ethyl" ที่กำหนดให้กับหมู่C ในปี ค.ศ. 1834ชั่วโมง − โดยจัสตุส ลีบิกเขาบัญญัติศัพท์คำนี้จากชื่อภาษาเยอรมันว่า อีเธอร์ (Aether)ของสารประกอบCชั่วโมง −O−Cชั่วโมง (โดยทั่วไปเรียกว่า "อีเธอร์" ในภาษาอังกฤษโดยเฉพาะอย่างยิ่งเรียกว่า "ไดเอทิลอีเธอร์") [ 19 ]ตามพจนานุกรมภาษาอังกฤษของออกซ์ฟเอทิลเป็นคำย่อของคำภาษากรีกโบราณαἰθήρ( aithḗr , "อากาศเบื้องบน") และคำภาษากรีกὕλη( hýlē , "ไม้, วัตถุดิบ" ดังนั้นจึงหมายถึง "สสาร, สาร") [ 20 ]เอทานอลถูกบัญญัติขึ้นอันเป็นผลมาจากมติเกี่ยวกับการตั้งชื่อแอลกอฮอล์และฟีนอลที่ได้รับการรับรองในการประชุมนานาชาติว่าด้วยการตั้งชื่อทางเคมีซึ่งจัดขึ้นในเดือนเมษายน ค.ศ. 1892 ที่เจนีวาเซอร์แลนด์ [ 21 ]
ในศัพท์เคมี คำว่าแอลกอฮอล์ในปัจจุบันหมายถึงสารประเภทที่กว้างขึ้น แต่ในภาษาพูดทั่วไปยังคงหมายถึงเอทานอล คำนี้เป็นคำยืมจากภาษาอาหรับ ในยุคกลาง al-kuḥlซึ่งเป็นแร่แอนติโมนี ชนิดผง ที่ใช้เป็นเครื่องสำอางมาตั้งแต่สมัยโบราณ และยังคงความหมายนั้นไว้ในภาษาละตินยุคกลาง[ 22 ]การใช้คำว่า 'แอลกอฮอล์' สำหรับเอทานอล (แบบเต็มคือ "แอลกอฮอล์ของไวน์") ได้รับการบันทึกไว้ครั้งแรกในปี 1753 ก่อนปลายศตวรรษที่ 18 คำว่าแอลกอฮอล์โดยทั่วไปหมายถึงสารที่ระเหิดได้ทุกชนิด[ 23 ]
การใช้งาน
ยาเสพติดเพื่อความบันเทิง
เอ ทานอล เป็น สาร กดระบบประสาทส่วนกลาง และเป็นหนึ่งในยาที่มีฤทธิ์ต่อจิตประสาท ที่บริโภคกันมากที่สุด [ 24 ]แม้ว่าแอลกอฮอล์จะมีฤทธิ์ต่อจิตประสาท เสพติดได้ และเป็นสารก่อมะเร็ง[ 25 ]แต่ก็หาซื้อได้ง่ายและถูกกฎหมายในหลายประเทศ มีกฎหมายควบคุมการขาย การส่งออก/นำเข้า การเก็บภาษี การผลิต การบริโภค และการครอบครองเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ข้อบังคับที่พบได้บ่อยที่สุดคือภาษีสรรพสามิตและการห้ามสำหรับผู้เยาว์
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เอทานอลจะถูกเผาผลาญ เป็นหลัก ในตับและกระเพาะอาหารโดยเอนไซม์ ADH [ 26 ] เอนไซม์เหล่านี้เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของเอทานอลให้กลายเป็นอะเซทัลดีไฮด์ (เอทานอล): [ 27 ]
- CH CH OH + NAD + → CH CHO + NADH + H +
เมื่อมีอยู่ในความเข้มข้นที่สำคัญ การเผาผลาญเอทานอลนี้จะได้รับความช่วยเหลือเพิ่มเติมจากเอนไซม์ไซโตโครม P450 CYP2E1ในมนุษย์ ในขณะที่ปริมาณเล็กน้อยจะถูกเผาผลาญโดยเอนไซม์คาตาเลสด้วย[ 28 ]สารตัวกลางที่เกิดขึ้นคืออะเซทัลดีไฮด์ ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งที่รู้จักกันดี และมีความเป็นพิษต่อมนุษย์มากกว่าเอทานอลเองอย่างมาก อาการหลายอย่างที่มักเกี่ยวข้องกับการมึนเมาแอลกอฮอล์ รวมถึงอันตรายต่อสุขภาพหลายอย่างที่มักเกี่ยวข้องกับการบริโภคเอทานอลในระยะยาว สามารถเกิดจากความเป็นพิษของอะเซทัลดีไฮด์ในมนุษย์ได้[ 29 ]
การออกซิเดชันของอะเซทัลดีไฮด์ไปเป็นอะซิเตต นั้น ดำเนินการโดยเอนไซม์อัลดีไฮด์ดีไฮโดร จีเนส (ALDH) การกลายพันธุ์ในยีน ALDH2 ที่เข้ารหัสเอนไซม์ในรูปแบบที่ไม่ทำงานหรือทำงานผิดปกติส่งผลกระทบต่อประชากรชาวเอเชียตะวันออกประมาณ 50% ซึ่งมีส่วนทำให้เกิด ปฏิกิริยาหน้าแดงจากการดื่มแอลกอฮอล์ที่อาจทำให้ผิวหนังแดงชั่วคราว รวมถึงอาการที่เกี่ยวข้องและมักไม่พึงประสงค์ของพิษอะเซทัลดีไฮด์[ 30 ]การกลายพันธุ์นี้มักจะมาพร้อมกับการกลายพันธุ์อีกอย่างหนึ่งในเอนไซม์ADH1Bในชาวเอเชียตะวันออกประมาณ 80% ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาในการเปลี่ยนเอทานอลเป็นอะเซทัลดีไฮด์[ 30 ]
ทางการแพทย์
เอทานอลเป็นยาระงับประสาทที่ เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักกัน ใช้เป็นยาสลบทั่วไปแบบ รับประทาน ระหว่างการผ่าตัดในเมโสโปเตเมีย โบราณ และในยุคกลาง [ 14 ] [ 15 ] อาการมึนเมาเล็กน้อยเริ่มต้นที่ความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในเลือด 0.03 – 0.05% และทำให้เกิดอาการโคม่าจากการ ดมยาสลบ ที่ 0.4% [ 31 ]การใช้ในลักษณะนี้มีความเสี่ยงสูงต่อการเสียชีวิตจากพิษแอลกอฮอล์การสำลักเข้าปอดและการอาเจียน ซึ่งนำไปสู่การใช้สารทดแทนในสมัยโบราณ เช่นฝิ่นและกัญชาและต่อมาคือไดเอทิลอีเทอร์ เริ่มตั้งแต่ช่วงปี 1840 [ 32 ]
เอทานอลใช้เป็นสารฆ่าเชื้อในผ้าเช็ดทำความสะอาด ทางการแพทย์และ เจลล้างมือเนื่องจากมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรียและเชื้อรา[ 33 ]เอทานอลฆ่าจุลินทรีย์โดยการละลายชั้นไขมันสองชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์และทำให้โปรตีนเสียสภาพ และมีประสิทธิภาพต่อแบคทีเรีย เชื้อราและไวรัสส่วนใหญ่แต่ไม่มีประสิทธิภาพต่อสปอร์ ของแบคทีเรีย ซึ่งสามารถรักษาได้ด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์[ 34 ]
สารละลายเอทานอล 70% มีประสิทธิภาพมากกว่าเอทานอลบริสุทธิ์ เนื่องจากเอทานอลอาศัยโมเลกุลของน้ำเพื่อฤทธิ์ต้านจุลชีพที่ดีที่สุด เอทานอลบริสุทธิ์อาจทำให้จุลินทรีย์ไม่ทำงานโดยไม่ทำลายพวกมัน เนื่องจากแอลกอฮอล์ไม่สามารถซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์ได้อย่างสมบูรณ์[ 35 ] [ 36 ]เอทานอลยังสามารถใช้เป็นสารฆ่าเชื้อและยาฆ่าเชื้อได้ โดยทำให้เซลล์ขาดน้ำผ่านการรบกวนสมดุลออสโมติกข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้น้ำออกจากเซลล์ ส่งผลให้เซลล์ตาย[ 37 ]
เอทานอลอาจใช้เป็นยาแก้พิษสำหรับพิษเอทิลีนไกลคอล[ 38 ]และพิษเมทานอล [ 39 ] โดยทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งการแข่งขันกับเมทานอลและเอทิลีนไกลคอลสำหรับแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส (ADH) [ 40 ]แม้ว่าจะมีผลข้างเคียงมากกว่า แต่เอทานอลมีราคาถูกกว่าและหาได้ง่ายกว่าโฟเมพิโซลในบทบาทนี้[ 41 ]
เอทานอลใช้ในการละลายยาที่ไม่ละลายน้ำหลายชนิดและสารประกอบที่เกี่ยวข้องตัวอย่างเช่นยาแก้ปวด ยา แก้ไอและหวัด และน้ำยาบ้วนปากชนิด น้ำ อาจมีเอทานอลมากถึง 25% [ 42 ]และอาจต้องหลีกเลี่ยงในผู้ที่มีปฏิกิริยาไม่พึงประสงค์ต่อเอทานอล เช่น ปฏิกิริยาทางเดินหายใจที่เกิดจากแอลกอฮอล์ [ 43 ]เอทานอลมีอยู่ในยามากกว่า 700 ชนิดในรูปของเหลว โดยส่วนใหญ่ใช้เป็นสารกันบูดต้านจุลชีพ รวมถึงอะเซตามิโนเฟ น อาหารเสริม ธาตุเหล็กรานิทิดีน ฟูโรเซ ไมด์ แมน นิ ทอ ลฟีโน บาร์บิทั ลไตรเมโท พริม / ซัลฟาเมโทซาโซลและยาแก้ไอ ที่ จำหน่ายทั่วไป[ 44 ]
สารละลายเอทานอลบางชนิด ที่ใช้เป็นยาเรียกอีกอย่างว่าทิงเจอร์
แหล่งพลังงาน

การใช้เอทานอลที่ใหญ่ที่สุดคือการใช้เป็นเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ และสารเติมแต่งเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บราซิลพึ่งพาการใช้เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์อย่างมาก ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากบทบาทของบราซิลในฐานะหนึ่งในผู้ผลิตเอทานอลชั้นนำของโลก[ 45 ] [ 46 ] น้ำมันเบนซินที่ จำหน่ายในบราซิลมีเอทานอล ปราศจากน้ำอย่างน้อย 25% เอทานอลที่มีน้ำ (ประมาณ 95% เอทานอลและ 5% น้ำ) สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินใหม่มากกว่า 90% ที่จำหน่ายในประเทศ
สหรัฐอเมริกาและประเทศอื่นๆ อีกหลายประเทศส่วนใหญ่ใช้น้ำมันผสมเอทานอล E10 (เอทานอล 10% ซึ่งบางครั้งเรียกว่าแกโซฮอล) และ E85 (เอทานอล 85%) เชื่อกันว่าเมื่อเวลาผ่านไป ส่วนสำคัญของตลาดน้ำมันเบนซินประมาณ150 พันล้านแกลลอนสหรัฐ (570,000,000 ลูกบาศก์เมตร)ต่อปี จะเริ่มถูกแทนที่ด้วยเชื้อเพลิงเอทานอล[ 47 ]

กฎหมายออสเตรเลียจำกัดการใช้เอทานอลบริสุทธิ์จาก กาก อ้อยในรถยนต์ไว้ที่ 10% รถยนต์รุ่นเก่า (และรถยนต์โบราณที่ออกแบบมาเพื่อใช้เชื้อเพลิงที่เผาไหม้ช้ากว่า) ควรได้รับการอัพเกรดหรือเปลี่ยนวาล์วเครื่องยนต์[ 48 ]
จากข้อมูลของกลุ่มสนับสนุน อุตสาหกรรม เอทานอลในฐานะเชื้อเพลิงช่วยลดการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายจากท่อไอเสียเช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ ฝุ่นละออง ออกไซด์ของไนโตรเจนและสารมลพิษอื่นๆ ที่ก่อให้เกิดโอโซน[ 49 ]ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนได้วิเคราะห์การปล่อยก๊าซเรือนกระจกของเครื่องยนต์และเชื้อเพลิงหลายชนิด และพบว่า ส่วนผสมของ ไบโอดีเซล /ปิโตรดีเซล ( B20 ) แสดงให้เห็นถึงการลดลง 8% ส่วนผสมของเอทานอล E85 ทั่วไป ลดลง 17% และเอทานอลจากเซลลูโลส ลด ลง 64% เมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซินบริสุทธิ์[ 50 ]เอทานอลมีค่าเลขออกเทนวิจัย (RON) สูงกว่าน้ำมันเบนซินมาก ซึ่งหมายความว่ามีโอกาสน้อยที่จะเกิดการจุดระเบิดก่อนกำหนด ทำให้สามารถปรับจังหวะการจุดระเบิดได้ดีขึ้น ซึ่งหมายถึงแรงบิดและประสิทธิภาพที่มากขึ้น นอกเหนือจากการปล่อยคาร์บอนที่ลดลง[ 51 ]
การเผาไหม้เอทานอลในเครื่องยนต์สันดาปภายในก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์จำนวนมากเช่นเดียวกับน้ำมันเบนซิน และมีปริมาณฟอร์มาลดีไฮด์และสารประกอบที่เกี่ยวข้อง เช่น อะเซทัลดี ไฮด์ ในปริมาณที่มากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ [ 52 ]ซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมีแสงที่มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและโอโซนระดับพื้นดินที่มากขึ้น[ 53 ]ข้อมูลนี้ได้ถูกรวบรวมไว้ในการเปรียบเทียบการปล่อยมลพิษจากเชื้อเพลิงในรายงานเชื้อเพลิงสะอาด[ 54 ]และแสดงให้เห็นว่าไอเสียเอทานอลก่อให้เกิด โอโซนมากกว่าไอเสียน้ำมันเบนซินถึง 2.14 เท่า[ 55 ]เมื่อนำข้อมูลนี้ไปรวมกับดัชนีมลพิษเฉพาะพื้นที่ ที่กำหนดเอง ของรายงานเชื้อเพลิงสะอาด มลพิษเฉพาะพื้นที่ของเอทานอล (มลพิษที่ก่อให้เกิดหมอกควัน) จะถูกจัดอันดับที่ 1.7 ในขณะที่น้ำมันเบนซินอยู่ที่ 1.0 และตัวเลขที่สูงกว่าแสดงถึงมลพิษที่มากขึ้น[ 56 ]คณะกรรมการทรัพยากรทางอากาศแห่งแคลิฟอร์เนียได้กำหนดประเด็นนี้อย่างเป็นทางการในปี 2551 โดยยอมรับมาตรฐานการควบคุมสำหรับฟอร์มาลดีไฮด์เป็นกลุ่มควบคุมการปล่อยมลพิษ เช่นเดียวกับNO และก๊าซอินทรีย์ที่ทำปฏิกิริยา (ROGs) ทั่วไป [ 57 ]
รถยนต์ของบราซิลมากกว่า 20% สามารถใช้เอทานอล 100% เป็นเชื้อเพลิงได้ ซึ่งรวมถึงเครื่องยนต์ที่ใช้เอทานอลอย่างเดียวและเครื่องยนต์แบบใช้เชื้อเพลิงผสม[ 58 ]เครื่องยนต์แบบใช้เชื้อเพลิงผสมในบราซิลสามารถทำงานได้กับเอทานอลทั้งหมด น้ำมันเบนซินทั้งหมด หรือส่วนผสมใดๆ ของทั้งสองอย่าง ในสหรัฐอเมริกา รถยนต์แบบใช้เชื้อเพลิงผสมสามารถวิ่งได้ด้วยเอทานอล 0% ถึง 85% (น้ำมันเบนซิน 15%) เนื่องจากการผสมเอทานอลที่สูงกว่านี้ยังไม่ได้รับอนุญาตหรือไม่มีประสิทธิภาพ บราซิลสนับสนุนกลุ่มรถยนต์ที่ใช้เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงนี้ด้วยโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ของประเทศที่ผลิตเอทานอลจากอ้อยที่ปลูกในประเทศ
รัฐบาลอินเดียได้ส่งเสริมการผสมเอทานอลอย่างมาก โดยเพิ่งอนุมัติ E100 เป็นครั้งแรก[ 59 ]
เอทานอลสามารถผสมกับน้ำได้ดี ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการขนส่งผ่านท่อส่ง สมัยใหม่ เช่นเดียวกับไฮโดรคาร์บอนเหลว[ 60 ]ช่างเครื่องยนต์พบเห็นกรณีความเสียหายต่อเครื่องยนต์ขนาดเล็กเพิ่มมากขึ้น (โดยเฉพาะคาร์บูเรเตอร์ ) และระบุว่าความเสียหายดังกล่าวเกิดจากการกักเก็บน้ำที่เพิ่มขึ้นของเอทานอลในเชื้อเพลิง[ 61 ]
เอทานอลถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงในจรวดแบบไบโพรเพลแลนต์ (ขับเคลื่อนด้วยของเหลว) ในยุคแรกๆ ร่วมกับสารออกซิไดเซอร์เช่น ออกซิเจนเหลว จรวดขีปนาวุธ A-4 ของเยอรมันในสงครามโลกครั้งที่ 2 (รู้จักกันดีในชื่อโฆษณาชวนเชื่อV-2 ) [ 62 ]ซึ่งได้รับการยกย่องว่าเป็นจุดเริ่มต้นของยุคอวกาศ ใช้เอทานอลเป็นส่วนประกอบหลักของB-Stoffภายใต้ชื่อดังกล่าว เอทานอลถูกผสมกับน้ำ 25% เพื่อลดอุณหภูมิห้องเผาไหม้[ 63 ] [ 64 ] ทีมออกแบบของ V -2ช่วยพัฒนาจรวดของสหรัฐฯ หลังสงครามโลกครั้ง ที่ 2 รวมถึง จรวด Redstoneที่ใช้เอทานอลเป็นเชื้อเพลิงซึ่งส่งนักบินอวกาศคนแรกของสหรัฐฯ ขึ้นสู่วงโคจรย่อยในอวกาศ[ 65 ] [ 66 ]แอลกอฮอล์เลิกใช้โดยทั่วไปเมื่อมีการพัฒนาเชื้อเพลิงจรวดที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า[ 64 ] แม้ว่าเอทานอล จะ ถูกนำมาใช้ใน เครื่องบินแข่งพลังงานจรวดน้ำหนักเบาแบบทดลองในปัจจุบัน[ 67 ]
เซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์ทำงานโดยใช้ก๊าซธรรมชาติที่ผ่านการปฏิรูปไฮโดรเจนหรือเมทานอล เอทานอลเป็นทางเลือกที่น่าสนใจเนื่องจากมีจำหน่ายอย่างแพร่หลาย ต้นทุนต่ำ ความบริสุทธิ์สูง และความเป็นพิษต่ำ มีแนวคิดเกี่ยวกับเซลล์เชื้อเพลิงหลากหลายประเภทที่เข้าสู่การทดลอง รวมถึงเซลล์เชื้อเพลิงเอทานอลโดยตรงระบบการปฏิรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติ และระบบแบบบูรณาการความร้อน งานส่วนใหญ่ดำเนินการในระดับการวิจัย แม้ว่าจะมีองค์กรจำนวนหนึ่งที่เริ่มทำการค้าเซลล์เชื้อเพลิงเอทานอลแล้วก็ตาม[ 68 ]
เตาผิงเอทานอลสามารถใช้สำหรับทำความร้อนในบ้านหรือเพื่อการตกแต่งได้ นอกจากนี้เอทานอลยังสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเตาปรุงอาหารได้อีกด้วย[ 69 ] [ 70 ]
| ประเภทเชื้อเพลิง | เอ็มเจ/แอล | เมกะจูล/กก. | หมายเลขออกเทนวิจัย |
|---|---|---|---|
| ไม้แห้ง (ความชื้น 20%) | ~19.5 | ||
| เมทานอล | 17.9 | 19.9 | 108.7 [ 71 ] |
| เอทานอล | 21.2 [ 72 ] | 26.8 [ 72 ] | 108.6 [ 71 ] |
| E85 (เอทานอล 85%, น้ำมันเบนซิน 15%) | 25.2 | 33.2 | 105 |
| ก๊าซธรรมชาติเหลว | 25.3 | ~55 | |
| ออโต้แก๊ส ( LPG ) ( โพรเพน 60% + บิวเทน 40% ) | 26.8 | 50 | |
| น้ำมันเบนซินสำหรับเครื่องบิน (น้ำมันเบนซินออกเทนสูง ไม่ใช่น้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินเจ็ต) | 33.5 | 46.8 | 100/130 (ไขมันต่ำ/ไขมันสูง) |
| แกโซฮอล์ (น้ำมันเบนซิน 90% + เอทานอล 10%) | 33.7 | 47.1 | 93/94 |
| น้ำมันเบนซิน/น้ำมันเชื้อเพลิงทั่วไป | 34.8 | 44.4 [ 73 ] | นาทีที่ 91 |
| น้ำมันเบนซินพรีเมียม/น้ำมันเชื้อเพลิง | สูงสุด 104 | ||
| ดีเซล | 38.6 | 45.4 | 25 |
| ถ่านอัดขึ้นรูป | 50 | 23 |
การใช้งานอื่นๆ
เอทานอลเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุตสาหกรรมที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในฐานะสารตั้งต้นสำหรับสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ เช่น เอทิลเฮไลด์เอทิลเอสเทอร์ไดเอทิลอีเทอร์ กรดอะซิติก และเอทิลเอมีน นอกจากนี้ เอทานอลยังมี จุดเดือดต่ำจึงสามารถแยกออกจากสารละลายที่ใช้ละลายสารประกอบอื่นๆ ได้ง่าย ทำให้เป็นสารสกัดที่นิยมใช้สำหรับน้ำมันจากพืช
เอทานอลพบได้ในสีทิงเจอร์ ปากกา ผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล เช่น น้ำยาบ้วนปาก น้ำหอม และสารระงับกลิ่นกาย รวมถึงสารกันบูดสำหรับตัวอย่างเปียก[ 74 ]โพลีแซ็กคาไรด์ จะตกตะกอนจากสารละลายในน้ำเมื่อมีแอลกอฮอล์อยู่ และด้วยเหตุผลนี้ การตกตะกอนด้วยเอทานอลจึงถูกนำมาใช้ในการทำให้บริสุทธิ์ของDNAและRNA [ 75 ]เนื่องจากมีจุดเยือกแข็ง ต่ำ ที่−114 °C (−173 °F)และความเป็นพิษต่ำ เอทานอลจึงถูกใช้ในห้องปฏิบัติการ (ร่วมกับน้ำแข็งแห้งหรือสารหล่อเย็นอื่นๆ) เป็นอ่างหล่อเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิของภาชนะให้ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ[ 76 ]ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ เอทานอลจึงถูกใช้เป็นของเหลวที่ออกฤทธิ์ในเทอร์โมมิเตอร์แอลกอฮอล์ ด้วย
เอทานอลยังใช้ในการขจัดคราบหลายชนิด เนื่องจากถือเป็นตัวทำละลายอเนกประสงค์ โครงสร้าง โมเลกุล ของมัน ช่วยให้สามารถละลายสารประกอบทั้งแบบมีขั้วและ ชอบน้ำ รวมถึง สารประกอบแบบ ไม่มีขั้วและไม่ชอบน้ำ ได้ สามารถใช้ละลายน้ำมัน [ 77 ]หมึก [ 78 ]และสารอื่นๆได้
เคมี
เอทานอลเป็น แอลกอฮอล์คาร์บอน 2 อะตอม สูตรโมเลกุลคือCH₃CH₂OH โมเลกุลของเอทานอลคือCH₃ − CH₂ − OH หมู่เอทิลเชื่อมต่อกับหมู่ไฮดรอกซิล ) ซึ่งแสดงว่าคาร์บอนของหมู่เมทิล ( −CH₃ เชื่อมต่อกับคาร์บอนของหมู่เมทิลีน ( −CH₂− )ซึ่งเชื่อมต่อกับออกซิเจนของหมู่ไฮดรอกซิล ( −OH ) เอ อ ลเป็นไอโซเมอร์ โครงสร้าง ของไดเมทิลอีเทอร์ บางครั้งเอทานอลจะ ถูกย่อเป็นEtOHโดยใช้สัญลักษณ์ทางเคมีอินทรีย์ทั่วไปในการแทนหมู่เอทิล −CH₂CH₃ ด้วยEt
คุณสมบัติทางกายภาพ

เอทานอลเป็นของเหลวระเหยง่าย ไม่มีสี มีกลิ่นเล็กน้อย เผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีน้ำเงินที่ไม่มีควัน ซึ่งบางครั้งอาจมองไม่เห็นในแสงปกติ คุณสมบัติทางกายภาพของเอทานอลส่วนใหญ่มาจากหมู่ไฮดรอกซิลและความยาวของโซ่คาร์บอนที่สั้น หมู่ไฮดรอกซิลของเอทานอลสามารถมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะไฮโดรเจน ทำให้มีความหนืดมากกว่าและระเหยยากกว่าสารประกอบอินทรีย์ที่มีขั้วน้อยกว่าที่มีน้ำหนักโมเลกุลใกล้เคียงกัน เช่นโพรเพน[ 79 ]
อุณหภูมิเปลวไฟอะเดียแบติกของเอทานอลสำหรับการเผาไหม้ในอากาศคือ 2082 °C หรือ 3779 °F [ 80 ]
เอทานอลมีค่าการหักเหของแสงมากกว่าน้ำเล็กน้อย โดยมีดัชนีหักเหเท่ากับ 1.36242 (ที่ λ=589.3 nm และ18.35 °C หรือ 65.03 °F ) [ 81 ]จุดสามสถานะของเอทานอลคือ150 ± 20 K [ 82 ]
คุณสมบัติของตัวทำละลาย
เอทานอลเป็นตัวทำละลายอเนกประสงค์สามารถผสมกับน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิด รวมถึงกรดอะซิติก อะซิโตน เบนซีนคาร์บอนเตตระ คลอ ไร ด์ คลอโรฟอร์ม ไดเอทิลอีเทอร์ เอ ทิลีนไกล คอล กลีเซอรอลไนโตรมีเทนไพริดีนและโทลูอีนการใช้งานหลักในฐานะตัวทำละลายคือในการทำทิงเจอร์ไอโอดีน ยาแก้ไอ เป็นต้น[ 81 ] [ 83 ]นอกจากนี้ยังสามารถผสมกับไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกเบา เช่นเพนเทนและเฮกเซนและคลอไรด์อะลิฟาติก เช่นไตรคลอโรอีเทนและเตตระคลอโรเอทิลีน[ 83 ]
ความสามารถในการผสมของเอทานอลกับน้ำนั้นแตกต่างจากความสามารถในการผสมของแอลกอฮอล์สายยาว (คาร์บอนอะตอมห้าอะตอมขึ้นไป) ซึ่งความสามารถในการผสมของน้ำจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อจำนวนคาร์บอนเพิ่มขึ้น[ 84 ]ความสามารถในการผสมของเอทานอลกับแอลเคนนั้นจำกัดอยู่ที่แอลเคนไม่เกินอันเดเคน : สารผสมกับโดเดเคนและแอลเคนที่มีจำนวนอะตอมคาร์บอนมากกว่าจะแสดงช่องว่างของความสามารถในการผสมที่อุณหภูมิต่ำกว่าระดับหนึ่ง (ประมาณ 13 °C สำหรับโดเดเคน[ 85 ] ) ช่องว่างของความสามารถในการผสมมีแนวโน้มที่จะกว้างขึ้นเมื่อใช้แอลเคนที่มีจำนวนอะตอมคาร์บอนมากกว่า และอุณหภูมิสำหรับการผสมที่สมบูรณ์จะเพิ่มขึ้น
ส่วนผสมของเอทานอลและน้ำมีปริมาตรน้อยกว่าผลรวมของส่วนประกอบแต่ละชนิดในสัดส่วนที่กำหนด การผสมเอทานอลและน้ำในปริมาตรเท่ากันจะได้ส่วนผสมที่มีปริมาตรเพียง 1.92 เท่า[ 81 ] [ 86 ]การผสมเอทานอลและน้ำเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนโดยมีการปล่อยความร้อนออกมามากถึง 777 J/mol [ 87 ]ที่อุณหภูมิ 298 K

พันธะไฮโดรเจนทำให้เอทานอลบริสุทธิ์ดูดซับความชื้นได้มากจนสามารถดูดซับน้ำจากอากาศได้อย่างง่ายดาย ลักษณะขั้วของหมู่ไฮดรอกซิลทำให้เอทานอลสามารถละลายสารประกอบไอออนิกได้หลายชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งโซเดียมและโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์แมกนีเซียมคลอไรด์แคลเซียมคลอไรด์ แอมโมเนีย ม คลอไรด์ แอมโมเนียม โบรไมด์และโซเดียมโบรไมด์[ 83 ]โซเดียมและโพแทสเซียมคลอไรด์ละลายได้เล็กน้อยในเอทานอล[ 83 ]เนื่องจากโมเลกุลของเอทานอลยังมีปลายที่ไม่เป็นขั้ว จึงสามารถละลายสารที่ไม่เป็นขั้วได้เช่นกัน รวมถึงน้ำมันหอมระเหย ส่วนใหญ่ [ 88 ]และสารปรุงแต่งรส สี และยาจำนวนมาก
การเติมเอทานอลเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ลงในน้ำจะลดแรงตึงผิวของน้ำลงอย่างมาก คุณสมบัตินี้เป็นส่วนหนึ่งที่อธิบายปรากฏการณ์ " น้ำตาไวน์ " เมื่อไวน์ถูกหมุนในแก้ว เอทานอลจะระเหยอย่างรวดเร็วจากฟิล์มบางๆ ของไวน์ที่เกาะอยู่บนผนังแก้ว เมื่อปริมาณเอทานอลในไวน์ลดลง แรงตึงผิวของไวน์จะเพิ่มขึ้น และฟิล์มบางๆ นั้นจะ "จับตัวเป็นหยด" และไหลลงมาตามแก้วเป็นร่องๆ แทนที่จะเป็นแผ่นเรียบๆ
เอซีโอโทรปกับน้ำ
ที่ความดันบรรยากาศ ส่วนผสมของเอทานอลและน้ำจะเกิดเป็นอะซีโอโทรป ที่เอทานอล ประมาณ 89.4 โมล% (เอทานอล 95.6% โดยมวล[ 89 ]แอลกอฮอล์ 97% โดยปริมาตร ) โดยมีจุดเดือดที่351.3 K (78.2 °C; 172.7 °F) [ 90 ] ที่ความดันต่ำกว่า องค์ประกอบของอะซีโอโทรปเอทานอล-น้ำจะเปลี่ยนไปเป็นส่วนผสมที่มีเอทานอลมากขึ้น[ 91 ] อะซีโอโทร ปที่ความดันต่ำสุดจะมีเศษส่วนของเอทานอล 100% [ 91 ]และจุดเดือดที่306 K (33 °C; 91 °F) [ 90 ]ซึ่งสอดคล้องกับความดันประมาณ 70 torr (9.333 kPa) [ 92 ]ต่ำกว่าความดันนี้ จะไม่มีอะซีโอโทรป และสามารถกลั่นเอทานอลบริสุทธิ์จากส่วนผสมเอทานอล-น้ำได้[ 92 ]
ความไวไฟ
สารละลายเอทานอล-น้ำจะติดไฟได้หากถูกทำให้ร้อนเกินอุณหภูมิที่เรียกว่าจุดวาบไฟและเมื่อนำแหล่งกำเนิดประกายไฟมาสัมผัส[ 93 ]สำหรับแอลกอฮอล์ 20% โดยมวล (ประมาณ 25% โดยปริมาตร) จะเกิดขึ้นที่ประมาณ25 ° C (77 °F)จุดวาบไฟของเอทานอลบริสุทธิ์คือ13 °C (55 °F) [ 94 ]แต่อาจได้รับอิทธิพลเล็กน้อยจากองค์ประกอบของบรรยากาศ เช่น ความดันและความชื้น สารละลายเอทานอลสามารถติดไฟได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้องโดยเฉลี่ย เอทานอลถือเป็นของเหลวไวไฟ (วัสดุอันตรายประเภทที่ 3) ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 2.35% โดยมวล (3.0% โดยปริมาตร; 6 พรูฟ ) [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]
| เศษส่วนโมลของเอทานอล( %) | อุณหภูมิ | |
|---|---|---|
| °C | °F | |
| 1 | 84.5 | 184.1 [ 96 ] |
| 2 | 64 | 147 [ 96 ] |
| 2.35 | 60 | 140 [ 96 ] [ 95 ] |
| 3 | 51.5 | 124.7 [ 96 ] |
| 5 | 43 | 109 [ 98 ] |
| 6 | 39.5 | 103.1 [ 96 ] |
| 10 | 31 | 88 [ 98 ] |
| 20 | 25 | 77 [ 96 ] |
| 30 | 24 | 75 [ 98 ] |
| 50 | 20 | 68 [ 98 ] [ 96 ] |
| 70 | 16 | 61 [ 98 ] |
| 80 | 15.8 | 60.4 [ 96 ] |
| 90 | 14 | 57 [ 98 ] |
| 100 | 12.5 | 54.5 [ 98 ] [ 96 ] [ 94 ] |
ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
เอทานอลเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการเผาผลาญของยีสต์ ดังนั้นเอทานอลจึงมีอยู่ในแหล่งที่อยู่อาศัยของยีสต์ทุกแห่ง เอทานอลมักพบได้ในผลไม้สุกงอม[ 100 ]เอทานอลที่ผลิตโดยยีสต์ที่อยู่ร่วมกันสามารถพบได้ใน ดอก ปาล์มเบอร์แทมแม้ว่าสัตว์บางชนิด เช่น กระรอกต้นไม้หางห้าแฉกจะแสดงพฤติกรรมแสวงหาเอทานอล แต่ส่วนใหญ่ไม่แสดงความสนใจหรือหลีกเลี่ยงแหล่งอาหารที่มีเอทานอล[ 101 ]เอทานอลยังถูกผลิตขึ้นในระหว่างการงอกของพืชหลายชนิดอันเป็นผลมาจากภาวะขาดออกซิเจน ตาม ธรรมชาติ[ 102 ]
ตรวจพบเอทานอลในอวกาศโดยก่อตัวเป็นชั้นน้ำแข็งรอบอนุภาคฝุ่นในเมฆระหว่างดวงดาว[ 103 ]พบเอทานอลและอะเซทัลดีไฮด์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ในปริมาณเล็กน้อย (เฉลี่ย 196 ppb ) ในลมหายใจของอาสาสมัครที่มีสุขภาพดี [ 104 ]กลุ่มอาการผลิตแอลกอฮอล์เองในร่างกาย หรือที่รู้จักกันใน ชื่อ กลุ่มอาการหมักในลำไส้ เป็นภาวะทางการแพทย์ที่หายากซึ่งมีการผลิตเอทานอลในปริมาณ ที่ทำให้มึนเมาผ่านการหมักภายในระบบย่อยอาหาร[ 105 ]
การผลิต

เอทานอลผลิตได้ทั้งในรูปของปิโตรเคมีผ่านการเติมน้ำให้กับเอทิลีนและผ่านกระบวนการทางชีวภาพ โดยการหมักน้ำตาลด้วยยีสต์[ 106 ] กระบวนการ ใดจะประหยัดกว่ากันนั้นขึ้นอยู่กับราคา น้ำมันปิโตรเลียมและวัตถุดิบธัญพืชในขณะนั้น
แหล่งที่มา
การผลิตเอทานอลทั่วโลกในปี 2549 มีปริมาณ51 กิกะลิตร (1.3 × 10¹⁰ แกลลอนสหรัฐ)โดย 69% ของปริมาณการผลิตทั่วโลกมาจากบราซิลและสหรัฐอเมริกา[ 16 ]เอทานอลของบราซิลผลิตจากอ้อย ซึ่งมีผลผลิตค่อนข้างสูง (เชื้อเพลิงมากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ใช้ในการผลิตถึง 830%) เมื่อเทียบกับพืชพลังงาน ชนิดอื่น ๆ[ 107 ]อ้อยไม่เพียงแต่มีปริมาณซูโครสเข้มข้นกว่าข้าวโพด (ประมาณ 30%) แต่ยังสกัดได้ง่ายกว่ามากกากอ้อยที่เกิดขึ้นจากกระบวนการนี้ไม่ได้ถูกทิ้ง แต่ถูกนำไปเผาในโรงไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การเผากากอ้อยคิดเป็นประมาณ 9% ของกระแสไฟฟ้าที่ผลิตในบราซิล[ 108 ]
ในช่วงทศวรรษ 1970 เอทานอลอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาผลิตจากปิโตรเคมี แต่ในช่วงทศวรรษ 1980 สหรัฐอเมริกาได้เริ่มให้เงินอุดหนุนสำหรับ เอทานอ ลที่ผลิตจากข้าวโพด[ 109 ]ตามข้อมูลของสมาคมเชื้อเพลิงหมุนเวียน ณ วันที่ 30 ตุลาคม 2550 โรงกลั่นชีวภาพเอทานอลจากธัญพืช 131 แห่งในสหรัฐอเมริกามีกำลังการผลิต เอทานอลได้ 7 พันล้านแกลลอนสหรัฐ (26,000,000 ลูกบาศก์เมตร) ต่อปี โครงการก่อสร้างเพิ่มเติมอีก 72 โครงการที่กำลังดำเนินการอยู่ (ในสหรัฐอเมริกา) สามารถเพิ่ม กำลังการผลิตใหม่ได้ อีก 6.4 พันล้านแกลลอนสหรัฐ (24,000,000 ลูกบาศก์เมตร)ในอีก 18 เดือนข้างหน้า[ 47 ]
ในอินเดีย เอทานอลผลิตจากอ้อย[ 110 ]ข้าวฟ่างหวานเป็นแหล่งเอทานอลที่มีศักยภาพอีกแหล่งหนึ่ง และเหมาะสำหรับการปลูกในสภาพแห้งแล้งสถาบันวิจัยพืชผลนานาชาติสำหรับเขตร้อนกึ่งแห้งแล้งกำลังตรวจสอบความเป็นไปได้ในการปลูกข้าวฟ่างเพื่อเป็นแหล่งเชื้อเพลิง อาหาร และอาหารสัตว์ในพื้นที่แห้งแล้งของเอเชียและแอฟริกา[ 111 ]ข้าวฟ่างหวานต้องการน้ำเพียงหนึ่งในสามของอ้อยในช่วงเวลาเดียวกัน นอกจากนี้ยังต้องการน้ำน้อยกว่าข้าวโพดประมาณ 22% โรงกลั่นเอทานอลจากข้าวฟ่างหวานแห่งแรกของโลกเริ่มการผลิตเชิงพาณิชย์ในปี 2550 ในรัฐอานธรประเทศประเทศอินเดีย[ 112 ]
เอทานอลถูกผลิตขึ้นในห้องปฏิบัติการโดยการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ ผ่าน ปฏิกิริยาทางชีวภาพและทางเคมีไฟฟ้า[ 113 ] [ 114 ]
ความชุ่มชื้น
เอทานอลสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบปิโตรเคมี โดยส่วนใหญ่เกิดจากการเติมน้ำให้ กับเอทิลีน โดยใช้กรด เป็นตัว เร่งปฏิกิริยา มักเรียกกันว่าเอทานอลสังเคราะห์
- C₂H₄ + →
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้กันทั่วไปคือกรดฟอสฟอริก [ 115 ] [ 116 ]ซึ่งถูกดูดซับลงบนตัวรองรับที่มีรูพรุน เช่นซิลิกาเจลหรือไดอะตอมไมต์ตัว เร่ง ปฏิกิริยานี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตเอทานอลในปริมาณมากเป็นครั้งแรกโดยบริษัท Shell Oil Companyในปี 1947 [ 117 ]ปฏิกิริยานี้ดำเนินการภายใต้ไอน้ำแรงดันสูงที่อุณหภูมิ300 °C (572 °F)โดยรักษาสัดส่วนเอทิลีนต่อไอน้ำไว้ที่ 5:3 [ 118 ] [ 119 ]กระบวนการนี้ถูกนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรมโดย บริษัท Union Carbide Corporation และบริษัทอื่นๆ ปัจจุบันไม่ได้ใช้ในสหรัฐอเมริกาแล้ว เนื่องจากเอทานอลที่ได้จากการหมักจากข้าวโพดมีต้นทุนที่ประหยัดกว่า[ 120 ]
ในกระบวนการเก่า ซึ่งเริ่มใช้ในระดับอุตสาหกรรมครั้งแรกในปี พ.ศ. 2473 โดย Union Carbide [ 121 ] แต่ปัจจุบันแทบจะล้าสมัยไปแล้ว เอทิลีนจะถูกไฮเดรตโดยอ้อมโดยการทำปฏิกิริยากับ กรดซัลฟิวริกเข้มข้นเพื่อผลิตเอทิลซัลเฟตซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์เพื่อให้ได้เอทานอลและสร้างกรดซัลฟิวริกขึ้นใหม่: [ 122 ]
- C₂H₄ +
- C₂H₅HSO₄ + → H₂SO₄
การหมัก
เอทานอลในเครื่องดื่มแอลกอฮอล์และเชื้อเพลิงผลิตขึ้นโดยกระบวนการหมัก ยีสต์บางชนิด (เช่นSaccharomyces cerevisiae ) จะย่อยสลายน้ำตาล (โดยเฉพาะพอลิแซ็กคาไรด์ ) ทำให้เกิดเอทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์ สมการเคมีด้านล่างนี้สรุปกระบวนการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว:
การหมักเป็นกระบวนการเพาะเลี้ยงยีสต์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสมเพื่อผลิตแอลกอฮอล์ กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิประมาณ35–40 องศาเซลเซียส (95–104 องศาฟาเรนไฮต์)ความเป็นพิษของเอทานอลต่อยีสต์จำกัดความเข้มข้นของเอทานอลที่สามารถได้จากการผลิตเบียร์ ดังนั้นจึงต้องเติมเอทานอลหรือกลั่น เพื่อให้ได้ความเข้มข้นที่สูงขึ้น สายพันธุ์ยีสต์ที่ทนต่อเอทานอลได้ดีที่สุดสามารถอยู่รอดได้ในเอทานอลที่มีความเข้มข้นสูงถึงประมาณ 18% โดยปริมาตร
ในการผลิตเอทานอลจากวัตถุดิบที่มีแป้งเป็นส่วนประกอบ เช่นธัญพืชจำเป็นต้องเปลี่ยนแป้งให้เป็นน้ำตาลก่อน ในการผลิตเบียร์นั้นโดยทั่วไปจะทำได้โดยการปล่อยให้เมล็ดธัญพืชงอก หรือ ที่เรียก ว่ามอลต์ซึ่งจะทำให้เกิดเอนไซม์อะไมเลสเมื่อนำเมล็ดธัญพืชที่ผ่านการมอลต์ แล้ว มาบด เอนไซม์อะไมเลสจะเปลี่ยนแป้งที่เหลืออยู่ให้เป็นน้ำตาล
น้ำตาลสำหรับการหมักเอทานอลสามารถได้มาจากเซลลูโลส การนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้สามารถเปลี่ยน ผลพลอยได้ทางการเกษตรที่มีเซลลูโลสเป็นส่วนประกอบหลายชนิด เช่นซังข้าวโพดฟางและขี้เลื่อย ให้กลายเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้ เศษเหลือทางการเกษตรอื่นๆ เช่น กากอ้อย และพืชพลังงาน เช่น หญ้าสวิตช์กราสก็อาจเป็นแหล่งน้ำตาลที่สามารถนำมาหมักได้เช่นกัน[ 123 ]
การทดสอบ

โรงเบียร์และ โรงงานผลิต เชื้อเพลิงชีวภาพใช้สองวิธีในการวัดความเข้มข้นของเอทานอล เซ็นเซอร์เอทานอลแบบอินฟราเรดวัดความถี่การสั่นของเอทานอลที่ละลายโดยใช้แถบ C−H ที่ 2900 cm⁻¹ วิธีนี้ใช้เซ็นเซอร์แบบโซลิดสเตทราคาไม่แพงซึ่งเปรียบเทียบแถบ C−H กับแถบอ้างอิงเพื่อคำนวณปริมาณเอทานอล การคำนวณใช้กฎของเบียร์-แลมเบิร์ตอีกวิธีหนึ่งคือการวัดความหนาแน่นของวัตถุดิบเริ่มต้นและความหนาแน่นของผลิตภัณฑ์โดยใช้ไฮโดรมิเตอร์การเปลี่ยนแปลงของความถ่วงจำเพาะระหว่างการหมักจะบ่งชี้ปริมาณแอลกอฮอล์ วิธีที่ไม่แพงและทางอ้อมนี้มีประวัติยาวนานในอุตสาหกรรมการผลิตเบียร์
การทำให้บริสุทธิ์
การไฮเดรชั่นหรือการผลิตเอทิลีนทำให้เกิดส่วนผสมของเอทานอลและน้ำ สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ เอทานอลจะต้องได้รับการทำให้บริสุทธิ์การกลั่นแยกส่วนที่ความดันบรรยากาศสามารถทำให้เอทานอลมีความเข้มข้นถึง 95.6% โดยน้ำหนัก (89.5 โมล%) ส่วนผสมนี้เป็นอะซีโอโทรปที่มีจุดเดือด78.1 °C (172.6 °F)และไม่สามารถทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมได้ด้วยการกลั่น การเติมสารช่วยแยก เช่น เบนซีนไซโคลเฮกเซนหรือเฮปเทนทำให้เกิดอะซีโอโทรปสามองค์ประกอบใหม่ที่ประกอบด้วยเอทานอล น้ำ และสารช่วยแยก อะซีโอโทรปสามองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำกว่านี้จะถูกกำจัดออกไปก่อน ทำให้ได้เอทานอลที่ปราศจากน้ำ[ 116 ]
นอกจากการกลั่นแล้ว เอทานอลยังสามารถทำให้แห้งได้โดยการเติมสารดูดความชื้นเช่นตะแกรงโมเลกุลเซลลูโลส หรือแป้งข้าวโพดสารดูดความชื้นสามารถทำให้แห้งและนำกลับมาใช้ใหม่ได้[ 116 ]ตะแกรงโมเลกุลสามารถใช้ดูดซับน้ำจากสารละลายเอทานอล 95.6% ได้อย่างเลือกสรร[ 124 ]ตะแกรงโมเลกุลที่มีขนาดรูพรุน 3 Å ซึ่งเป็น ซีโอไลต์ชนิดหนึ่งสามารถกักเก็บโมเลกุลน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่กีดกันโมเลกุลเอทานอล การให้ความร้อนแก่ตะแกรงที่เปียกจะขับไล่น้ำออกไป ทำให้สามารถฟื้นฟูความสามารถในการดูดความชื้นได้[ 125 ]
เยื่อกรองยังสามารถใช้ในการแยกเอทานอลและน้ำได้ด้วย การแยกโดยใช้เยื่อกรองนั้นไม่มีข้อจำกัดของสารผสมอะซีโอโทรปของน้ำและเอทานอล เนื่องจากกระบวนการแยกไม่ได้อาศัยสมดุลไอ-ของเหลว เยื่อกรองมักถูกใช้ในกระบวนการกลั่นแบบไฮบริด (hybrid membrane distillation) กระบวนการนี้ใช้คอลัมน์กลั่นแบบเข้มข้นเป็นขั้นตอนการแยกขั้นแรก จากนั้นจึงทำการแยกเพิ่มเติมโดยใช้เยื่อกรองที่ทำงานในโหมดการซึมผ่านของไอ (vapor permeation) หรือโหมดการระเหยผ่านเยื่อ (pervaporation) การซึมผ่านของไอใช้การป้อนไอผ่านเยื่อกรอง และการระเหยผ่านเยื่อใช้การป้อนของเหลวผ่านเยื่อกรอง
มีการหารือเกี่ยวกับเทคนิคอื่นๆ อีกหลายอย่าง รวมถึงสิ่งต่อไปนี้: [ 116 ]
- การเติมเกลือโดยใช้โพแทสเซียมคาร์บอเนตเพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่ไม่ละลายน้ำ จะทำให้เกิดการแยกเฟสระหว่างเอทานอลและน้ำ ซึ่งจะทำให้มีโพแทสเซียมคาร์บอเนตเจือปนในแอลกอฮอล์ในปริมาณน้อยมาก และสามารถกำจัดออกได้โดยการกลั่น วิธีนี้มีประโยชน์มากในการทำให้เอทานอลบริสุทธิ์โดยการกลั่น เนื่องจากเอทานอลสามารถเกิดสารผสมอะซีโอโทรปกับน้ำได้
- การลดคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้าโดยตรงเป็นเอทานอลภายใต้สภาวะแวดล้อมโดยใช้อนุภาคนาโนทองแดงบนฟิล์มนาโนสไปค์คาร์บอนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา[ 126 ]
- การสกัดเอทานอลจากกากธัญพืชโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในสภาวะวิกฤตยิ่งยวด
- การระเหยผ่านเยื่อ ;
- การแช่แข็งแบบแยกส่วนยังใช้ในการทำให้สารละลายแอลกอฮอล์ที่ผ่านการหมักมีความเข้มข้นมากขึ้น เช่นแอปเปิ้ลแจ็ค (เครื่องดื่ม)ที่ ผลิตด้วยวิธีดั้งเดิม
- การดูดซับแบบสวิงความดัน[ 127 ]
เกรดของเอทานอล
เอทานอลบริสุทธิ์และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ถูกเก็บภาษี อย่างหนัก ในฐานะยาออกฤทธิ์ต่อจิตประสาท แต่เอทานอลมีประโยชน์หลายอย่างที่ไม่เกี่ยวข้องกับการบริโภค เพื่อลดภาระภาษีสำหรับการใช้งานเหล่านี้ เขตอำนาจศาลส่วนใหญ่จึงยกเว้นภาษีเมื่อมีการเติมสารบางอย่างลงในเอทานอลเพื่อให้ไม่เหมาะสำหรับการดื่ม สารเหล่านี้ได้แก่สารให้รสขมเช่นเดนาโทเนียมเบน โซเอต และสารพิษ เช่น เมทานอลแนฟทาและไพริดีน ผลิตภัณฑ์ประเภทนี้เรียกว่าแอลกอฮอล์ที่ทำให้เสียสภาพ[ 128 ] [ 129 ]
แอลกอฮอล์บริสุทธิ์หรือแอลกอฮอล์ปราศจากน้ำ หมายถึง เอทานอลที่มีปริมาณน้ำต่ำ มีหลายเกรดที่มีปริมาณน้ำสูงสุดตั้งแต่ 1% ถึงไม่กี่ส่วนในล้านส่วน (ppm) หาก ใช้ การกลั่นแบบอะซีโอโทรปิกเพื่อกำจัดน้ำ จะมีสารแยกตัว (เช่น เบนซีน) ในปริมาณเล็กน้อย[ 130 ]แอลกอฮอล์บริสุทธิ์ไม่ได้มีไว้สำหรับการบริโภคของมนุษย์ เอทานอลบริสุทธิ์ใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม ซึ่งน้ำจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีอื่นๆ และใช้เป็นแอลกอฮอล์เชื้อเพลิง เอทานอลสเปกโทรสโคปิกเป็นเอทานอลบริสุทธิ์ที่มีการดูดกลืนแสงอัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้ต่ำ เหมาะสำหรับใช้เป็นตัวทำละลายใน สเปกโทรส โคปีอัลตราไวโอเลต-มองเห็นได้[ 131 ]เอทานอลบริสุทธิ์จัดอยู่ในประเภท 200 พรูฟในสหรัฐอเมริกา เทียบเท่ากับ 175 องศาพรูฟในระบบของสหราชอาณาจักร[ 132 ]สุรากลั่นบริสุทธิ์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบอะซีโอโทรปิกของเอทานอล 96% ที่มีน้ำ 4% ใช้แทนเอทานอลปราศจากน้ำสำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ สุราที่ทำจากไวน์มีเอทานอลประมาณ 94% (188 พรูฟ) สารเจือปนจะแตกต่างจากเอทานอลในห้องปฏิบัติการที่มีความเข้มข้น 95% (190 พรูฟ) [ 133 ]
ปฏิกิริยา
เอทานอลจัดเป็นแอลกอฮอล์ปฐมภูมิ หมายความว่าคาร์บอนที่หมู่ไฮดรอกซิลเกาะอยู่จะมีอะตอมไฮโดรเจนอย่างน้อยสองอะตอมเกาะอยู่ด้วย ปฏิกิริยาของเอทานอลส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่หมู่ไฮดรอกซิลของมัน
การก่อตัวของเอสเทอร์
เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด เอทานอลจะทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิกเพื่อผลิตเอทิลเอสเทอร์และน้ำ:
ปฏิกิริยานี้ซึ่งดำเนินการในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ จำเป็นต้องกำจัดน้ำออกจากส่วนผสมของปฏิกิริยาขณะที่มันเกิดขึ้น เอสเทอร์ทำปฏิกิริยาในที่ที่มีกรดหรือเบสเพื่อให้ได้แอลกอฮอล์และเกลือกลับคืนมา ปฏิกิริยานี้เรียกว่าการเกิดสบู่ (saponification)เนื่องจากใช้ในการผลิตสบู่ เอทานอลยังสามารถสร้างเอสเทอร์กับกรดอนินทรีย์ได้อีกด้วยไดเอทิลซัลเฟตและไตรเอทิลฟอสเฟตเตรียมได้โดยการนำเอทานอลไปทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ไตรออกไซด์และฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ตามลำดับ ไดเอทิลซัลเฟตเป็นสารที่ใช้ในการเติมหมู่เอทิล (ethylating agent) ที่มีประโยชน์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ เอทิล ไนไตรต์ซึ่งเตรียมได้จากปฏิกิริยาของเอทานอลกับโซเดียมไนไตรต์ และกรดซั ลฟิวริก เคยถูกใช้เป็นยาขับปัสสาวะ มาก่อน
ภาวะขาดน้ำ
ในสภาวะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด แอลกอฮอล์สามารถเปลี่ยนเป็นแอลคีนได้ เช่น เอทานอลเปลี่ยนเป็นเอทิลีน โดยทั่วไปจะใช้กรดแข็งเช่นอลูมินา[ 134 ]
- CH CH OH → H C=CH + H O
เนื่องจากน้ำถูกกำจัดออกจากโมเลกุลเดียวกัน ปฏิกิริยานี้จึงเรียกว่าการกำจัดน้ำภายในโมเลกุลการกำจัดน้ำภายในโมเลกุลของแอลกอฮอล์ต้องใช้อุณหภูมิสูงและมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด เช่น กรดซัลฟิวริก[ 135 ]เอทิลีนที่ผลิตจากเอทานอลที่ได้จากน้ำตาล (ส่วนใหญ่ในบราซิล) แข่งขันกับเอทิลีนที่ผลิตจากวัตถุดิบปิโตรเคมี เช่น แนฟทาและอีเทน[ 136 ]ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการกำจัดน้ำภายในโมเลกุลการกำจัดน้ำระหว่างโมเลกุลของแอลกอฮอล์อาจเกิดขึ้น ทำให้เกิดอีเทอร์แบบสมมาตร นี่คือปฏิกิริยาการควบแน่นในตัวอย่างต่อไปนี้ ไดเอทิลอีเทอร์ถูกผลิตจากเอทานอล:
- 2 CH CH OH → CH CH OCH CH + H O [ 137 ]
การเผาไหม้
การเผาไหม้เอทานอลอย่างสมบูรณ์จะก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ:
- C H OH (l) + 3 O (g) → 2 CO (g) + 3 H O (l); −Δ H = 1371 กิโลจูล/โมล[ 138 ] = 29.8 กิโลจูล/กรัม = 327 กิโลแคลอรี/โมล = 7.1 กิโลแคลอรี/กรัม
- C H OH (l) + 3 O (g) → 2 CO (g) + 3 H O (g); −Δ H = 1236 กิโลจูล/โมล = 26.8 กิโลจูล/กรัม = 295.4 กิโลแคลอรี/โมล = 6.41 กิโลแคลอรี/กรัม[ 139 ]
ความร้อนจำเพาะ = 2.44 กิโลจูล/(กิโลกรัม·เคลวิน)
เคมีกรด-เบส
เอทานอลเป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง และค่า pHของสารละลายเอทานอลในน้ำจะอยู่ที่ประมาณ 7.00 เอทานอลสามารถแปลงเป็นเบสคู่ควบ ของมันได้อย่างสมบูรณ์ คือไอออนเอทอกไซด์ (CH CH O − ) โดยการทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลเช่นโซเดียม : [ 84 ]
- 2 CH CH โอ้ + 2 นา → 2 CH CH ONa + H
หรือเบสที่แรงมาก เช่นโซเดียมไฮไดรด์ :
- CH CH OH + NaH → CH CH ONa + H
ความเป็นกรดของน้ำและเอทานอลนั้นเกือบเท่ากัน ดังที่แสดงโดยค่า pKaที่ 15.7 และ 16 ตามลำดับ ดังนั้น โซเดียมเอทอกไซด์และโซเดียมไฮดรอกไซด์จึงอยู่ในสภาวะสมดุลที่ใกล้เคียงกันมาก
- CH CH OH + NaOH ⇌ CH CH ONa + H O
การเติมฮาโลเจน
เอทานอลไม่ได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเป็นสารตั้งต้นในการผลิตเอทิลเฮไลด์ แต่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนั้นเป็นตัวอย่างที่ดี เอทานอลทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเฮไลด์เพื่อผลิตเอทิลเฮไลด์เช่นเอทิลคลอไรด์และเอทิลโบรไมด์ผ่าน ปฏิกิริยา S 2 :
- CH₃CH₂OH + HCl → +
HCl ต้องการตัวเร่งปฏิกิริยา เช่นซิงค์คลอไรด์ [ 122 ] HBr ต้องการการกลั่นย้อนกลับโดยใช้กรดซัลฟิวริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา[ 122 ]โดยหลักการแล้ว เอทิลเฮไลด์ยังสามารถผลิตได้โดยการบำบัดเอทานอลด้วยสารฮาโลเจนที่ เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เช่นไทโอนิลคลอไรด์หรือฟอสฟอรัสไตรโบรไมด์[ 84 ] [ 122 ]
- CH₃CH₂OH + SOCl₂ CH₃CH₂Cl +
เมื่อทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนในที่ที่มีเบส เอทานอลจะให้ฮาโลฟอร์ม ที่สอดคล้องกัน (CHX โดยที่ X = Cl, Br, I) การแปลงนี้เรียกว่าปฏิกิริยาฮาโลฟอร์ม[ 140 ] สารตัวกลางในปฏิกิริยากับคลอรีนคืออัลดีไฮด์ที่เรียกว่าคลอรัลซึ่งจะเกิดเป็นคลอรัลไฮเดรตเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ: [ 141 ]
- 4 Cl + CH CH OH → CCl CHO + 5 HCl
- CCl CHO + H O → CCl C(OH) H
ออกซิเดชัน
เอทานอลสามารถถูกออกซิไดซ์เป็นอะเซทัลดีไฮด์และถูกออกซิไดซ์ต่อไปเป็นกรดอะซิ ติกได้ ขึ้นอยู่กับสารรีเอเจนต์และสภาวะ[ 122 ]การออกซิเดชันนี้ไม่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรม แต่ในร่างกายมนุษย์ ปฏิกิริยาออกซิเดชันเหล่านี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ADH ในตับผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของเอทานอล คือ กรดอะซิติก ซึ่งเป็นสารอาหารสำหรับมนุษย์ เป็นสารตั้งต้นของอะเซทิล CoAซึ่งหมู่แอเซทิลสามารถใช้เป็นพลังงานหรือใช้สำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพได้
การเผาผลาญ
เอทานอลมีลักษณะคล้ายกับสารอาหารหลักเช่น โปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต ตรงที่ให้พลังงาน เมื่อบริโภคและเผาผลาญแล้ว จะให้พลังงาน 7 กิโลแคลอรีต่อกรัมผ่านกระบวนการเผาผลาญเอทานอล[ 142 ]
ความปลอดภัย
เอทานอลไวไฟมากและไม่ควรใช้ใกล้เปลวไฟ ความเข้มข้นในบรรยากาศที่สูงกว่าหนึ่งส่วนต่อพันถือว่าเกินขีดจำกัดการสัมผัสในที่ทำงานของ สหภาพยุโรป [ 143 ]
เอทานอลบริสุทธิ์จะทำให้ผิวหนังและดวงตาระคายเคือง[ 144 ]อาการคลื่นไส้อาเจียนและอาการมึนเมาเป็นอาการของการรับประทาน การใช้ในระยะยาวโดยการรับประทานอาจส่งผลให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อตับ[ 143 ]ทั่วโลก เอทานอลเป็นสาเหตุของการเสียชีวิต 1.8 ล้านคนในปี 2021 [ 145 ]
ประวัติศาสตร์
การหมักน้ำตาลให้กลายเป็นเอทานอลเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีชีวภาพ ที่เก่าแก่ที่สุด ที่มนุษย์นำมาใช้ เอทานอลได้รับการระบุชื่อต่างๆ กันมาตั้งแต่สมัยโบราณ เช่น สุราหรือสุราที่ทำให้เกิดอาการมึนเมา[ 146 ]และน้ำแห่งชีวิต ( ภาษาละตินแปลว่า "น้ำแห่งชีวิต") หรือน้ำแห่งชีวิต ผลกระทบที่ทำให้มึนเมาจากการบริโภคเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ มนุษย์ใช้เอทานอลมาตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ในฐานะส่วนผสมที่ทำให้มึนเมาของเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ คราบแห้งบนเครื่องปั้นดินเผาอายุ 9,000 ปีที่พบในประเทศจีนบ่งชี้ว่า ผู้คน ในยุคหินใหม่บริโภคเครื่องดื่มแอลกอฮอล์[ 147 ]
นักปรัชญาธรรมชาติโบราณ เช่นอริสโตเติล (384–322 ปีก่อนคริสตกาล) ธีโอฟราสตัส ( ประมาณ371–287ปีก่อนคริสตกาล) และพลินีผู้เฒ่า (23/24–79 คริสตกาล) ต่างก็ทราบถึงคุณสมบัติที่ติดไฟได้ของไอระเหยจากไวน์อยู่แล้ว [ 148 ]อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้นำไปสู่การแยกเอทานอลออกมาในทันที แม้ว่าจะมีการพัฒนาเทคนิคการกลั่นที่ก้าวหน้ามากขึ้นในอียิปต์สมัยโรมัน ในศตวรรษที่ 2 และ 3 ก็ตาม[ 149 ]การค้นพบที่สำคัญ ซึ่งพบครั้งแรกในงานเขียนชิ้นหนึ่งที่เชื่อกันว่าเป็นของจาบีร์ อิบนุ ฮัยยาน (ศตวรรษที่ 9 คริสตกาล) คือ การเติมเกลือลงในไวน์ที่กำลังเดือด ซึ่งจะเพิ่มความระเหย ของไวน์ อาจทำให้ไอระเหยที่เกิดขึ้นติดไฟได้ง่ายขึ้น[ 150 ]การกลั่นไวน์มีหลักฐานปรากฏในงานเขียนภาษาอาหรับที่เชื่อกันว่าเป็นผลงานของอัล-คินดี ( ประมาณ ค.ศ. 801–873 ) และอัล-ฟาราบี ( ประมาณ ค.ศ. 872–950 ) และในหนังสือเล่มที่ 28 ของKitāb al-Taṣrīf ของ อัล-ซาห์ราวี (ภาษาละติน: Abulcasis, ค.ศ. 936–1013) (ซึ่งต่อมาแปลเป็นภาษาละตินว่าLiber servatoris ) [ 151 ]ในศตวรรษที่สิบสอง สูตรสำหรับการผลิตaqua ardens ("น้ำเผาไหม้" หรือเอทานอล) โดยการกลั่นไวน์กับเกลือเริ่มปรากฏในงานเขียนภาษาละตินหลายเล่ม และเมื่อสิ้นสุดศตวรรษที่สิบสาม สารนี้ก็กลายเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในหมู่นักเคมีชาวยุโรปตะวันตก[ 152 ]
ผลงานของTaddeo Alderotti (ค.ศ. 1223–1296) อธิบายวิธีการทำให้เอทานอลเข้มข้นขึ้นโดยใช้การกลั่นแยกส่วนซ้ำๆ ผ่านเครื่องกลั่นที่ระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งทำให้ได้เอทานอลที่มีความบริสุทธิ์ถึง 90% [ 153 ]คุณสมบัติทางการแพทย์ของเอทานอลได้รับการศึกษาโดยArnald of Villanova (ค.ศ. 1240–1311) และJohn of Rupescissa ( ประมาณ ค.ศ. 1310–1366 ) ซึ่งคนหลังถือว่าเอทานอลเป็นสารที่ช่วยรักษาชีวิตและสามารถป้องกันโรคภัยไข้เจ็บได้ทุกชนิด ( aqua vitaeหรือ "น้ำแห่งชีวิต" ซึ่ง John เรียกอีกอย่างว่าแก่นแท้ของไวน์) [ 154 ]ในประเทศจีนหลักฐานทางโบราณคดีบ่งชี้ว่าการกลั่นแอลกอฮอล์ที่แท้จริงเริ่มต้นขึ้นในช่วงราชวงศ์จิน (ค.ศ. 1115–1234) หรือ ราชวงศ์ ซ่งใต้ (ค.ศ. 1127–1279) [ 155 ]พบเครื่องกลั่นสุราที่แหล่งโบราณคดีในเมืองชิงหลงมณฑลเหอเป่ยซึ่งมีอายุย้อนไปถึงศตวรรษที่ 12 [ 155 ]ในอินเดีย การกลั่นสุราอย่างแท้จริงได้รับการนำเข้ามาจากตะวันออกกลาง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในรัฐสุลต่านเดลีในศตวรรษที่ 14 [ 156 ]
ในปี ค.ศ. 1796 โยฮันน์ โทเบียส โลวิตซ์ นักเคมีชาวเยอรมัน-รัสเซีย ได้เอทานอลบริสุทธิ์โดยการผสมเอทานอลที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์บางส่วน (เอซีโอโทรปของแอลกอฮอล์และน้ำ) กับด่างที่ปราศจากน้ำในปริมาณมากเกินพอ แล้วจึงกลั่นส่วนผสมนั้นด้วยความร้อนต่ำ[ 157 ] ออง ตวน ลาวัวซิเยร์นักเคมีชาวฝรั่งเศสอธิบายว่าเอทานอลเป็นสารประกอบของคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน และในปี ค.ศ. 1807 นิโคลัส-เธโอโดร์ เดอ ซอสซูร์ได้กำหนดสูตรเคมีของเอทานอล[ 158 ] [ 159 ]ห้าสิบปีต่อมาอาร์ชิบัลด์ สก็อตต์ คูเปอร์ได้ตีพิมพ์สูตรโครงสร้างของเอทานอล ซึ่งเป็นหนึ่งในสูตรโครงสร้างแรกๆ ที่ถูกกำหนด[ 160 ]
เอทานอลถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1825 โดยไมเคิล ฟาราเดย์เขาพบว่ากรดซัลฟิวริกสามารถดูดซับก๊าซถ่านหินได้ในปริมาณมาก[ 161 ]เขาได้มอบสารละลายที่ได้ให้กับเฮนรี เฮนเนลล์นักเคมีชาวอังกฤษ ซึ่งพบในปี ค.ศ. 1826 ว่ามันมี "กรดซัลโฟวินิก" (เอทิลไฮโดรเจนซัลเฟต) อยู่[ 162 ] ในปี ค.ศ. 1828 เฮนเนลล์และจอ ร์จส์-ไซมอน เซรูลลาสนักเคมีชาวฝรั่งเศสได้ค้นพบโดยอิสระว่ากรดซัลโฟวินิกสามารถสลายตัวเป็นเอทานอลได้[ 163 ] [ 164 ]ดังนั้น ในปี ค.ศ. 1825 ฟาราเดย์จึงได้ค้นพบโดยไม่ได้ตั้งใจว่าเอทานอลสามารถผลิตได้จากเอทิลีน (ส่วนประกอบของก๊าซถ่านหิน) โดยการ ไฮเดรชั่น ที่เร่งปฏิกิริยาด้วยกรดซึ่งเป็นกระบวนการที่คล้ายกับการสังเคราะห์เอทานอลในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน[ 165 ]
เอทานอลถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับตะเกียงในสหรัฐอเมริกาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1840 แต่ภาษีที่เรียกเก็บจากแอลกอฮอล์อุตสาหกรรมในช่วงสงครามกลางเมืองทำให้การใช้งานดังกล่าวไม่คุ้มค่า ภาษีดังกล่าวถูกยกเลิกในปี ค.ศ. 1906 [ 166 ]การใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานยนต์มีมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1908 โดยรถยนต์ฟอร์ดโมเดลทีสามารถวิ่งได้ด้วยน้ำมันเบนซินหรือเอทานอล[ 167 ] นอกจากนี้ยังใช้เป็นเชื้อเพลิง สำหรับตะเกียงแอลกอฮอล์บางชนิดด้วย
เอทานอลที่ใช้ในอุตสาหกรรมมักผลิตจากเอทิลีน[ 168 ]เอทานอลมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในฐานะตัวทำละลายของสารที่ใช้สำหรับการสัมผัสหรือบริโภคของมนุษย์ รวมถึงน้ำหอม กลิ่นรส สี และยา ในทางเคมี เอทานอลเป็นทั้งตัวทำละลายและวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์อื่นๆ เอทานอลมีประวัติยาวนานในฐานะเชื้อเพลิงสำหรับความร้อนและแสงสว่าง และเมื่อไม่นานมานี้ในฐานะเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Boyce JM, Pittet D (2003). "สุขอนามัยมือในสถานพยาบาล" . แอตแลนตา, จอร์เจีย: ศูนย์ควบคุมและป้องกันโรค .
- Onuki S, Koziel JA, van Leeuwen J, Jenks WS, Grewell D, Cai L (มิถุนายน 2551). เทคนิคการผลิต การทำให้บริสุทธิ์ และการวิเคราะห์เอทานอล: บททบทวน . การประชุมนานาชาติประจำปี ASABE ปี 2008. พรอวิเดนซ์ รัฐโรดไอส์แลนด์. สืบค้นเมื่อ16 กุมภาพันธ์ 2556 .
- "คำอธิบายเกี่ยวกับการกำหนดประเภทของแอลกอฮอล์ที่ทำให้เสียสภาพในสหรัฐอเมริกา" Sci - toys
- Lange, Norbert Adolph (1967). John Aurie Dean (บรรณาธิการ). คู่มือเคมีของ Lange ( ฉบับที่ 10). McGraw-Hill.
- ชมิดต์, เอคคาร์ต ดับเบิลยู. (2022) "แอลกอฮอล์". สารานุกรมเชื้อเพลิงเหลว . เดอ กรอยเตอร์. หน้า12– 32. ดอย : 10.1515/9783110750287-001 . ไอเอสบีเอ็น 978-3-11-075028-7.
ลิงก์ภายนอก
- แอลกอฮอล์ (เอทานอล)ในตารางธาตุแห่งวิดีโอ (มหาวิทยาลัยนอตติงแฮม)
- ข้อมูลด้านความปลอดภัยของเอทานอลจากองค์การแรงงานระหว่างประเทศ
- เอกสารข้อมูลเกี่ยวกับเอทานอลจากบัญชีรายชื่อสารมลพิษแห่งชาติ
- คู่มือพกพาของ CDC – NIOSH เกี่ยวกับอันตรายจากสารเคมี – เอทิลแอลกอฮอล์
- ข้อมูลทางเคมีเกี่ยวกับเอทานอลจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ
- ข่าวสารและข้อมูลตลาดฟิวเจอร์สเอทานอลจากตลาดซื้อขายสินค้าโภคภัณฑ์ชิคาโก (Chicago Board of Trade)
- การคำนวณความดันไอความหนาแน่นของของเหลว ความหนืดของของเหลวและ แรง ตึงผิวของเอทานอล
- ประวัติความเป็นมาของเอทานอล:มาดูประวัติความเป็นมาของเอทานอลกัน
- ChemSub Online: เอทิลแอลกอฮอล์
- แผนภาพแสดงกระบวนการผลิตเอทานอลในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้เอทิลีนและกรดซัลฟิวริก