Ethanol

Ethanol (ook wel ethylalcohol, graanalcohol of gewoon alcohol genoemd) is een chemische verbinding, een eenvoudige alcohol met de chemische formule C2H6O. De formule kan ook worden geschreven als CH3-CH2-OH of C2H5OH (een ethylgroep gekoppeld aan een hydroxylgroep) en wordt vaak afgekort als EtOH. Ethanol is een vluchtige, brandbare, kleurloze vloeistof met een licht karakteristieke geur. Het is een psychoactieve stof en is het belangrijkste actieve ingrediënt in alcoholische dranken.

Ethanol wordt van nature geproduceerd door de fermentatie van suikers door gisten of via petrochemische processen, en wordt vaak geconsumeerd als een populaire recreatieve drug. Het heeft ook medische toepassingen als antiseptisch en desinfecterend middel. De verbinding wordt veel gebruikt als een chemisch oplosmiddel, hetzij voor wetenschappelijke chemische tests of voor de synthese van andere organische verbindingen, en is een essentiële stof die in veel verschillende soorten maakindustrieën wordt gebruikt. Ethanol wordt ook gebruikt als alternatieve brandstof.

Toepassingen

Medisch

-Antiseptisch 
Ethanol wordt gebruikt in medische doekjes en meestal in antibacteriële handdesinfecterende gels als antisepticum vanwege de bacteriedodende en schimmelwerende effecten. Ethanol doodt micro-organismen door hun membraan lipide dubbellaag op te lossen en hun eiwitten te denatureren, en is effectief tegen de meeste bacteriën en schimmels en virussen. Het is echter niet effectief tegen bacteriële sporen, maar dat kan worden verlicht door waterstofperoxide te gebruiken. Een oplossing van 70% ethanol is effectiever dan pure ethanol omdat ethanol voor optimale antimicrobiële activiteit afhankelijk is van watermoleculen. Absolute ethanol kan microben inactiveren zonder ze te vernietigen, omdat de alcohol het membraan van de microbe niet volledig kan doordringen. Ethanol kan ook worden gebruikt als desinfectiemiddel en antisepticum omdat het uitdroging van de cellen veroorzaakt doordat het de osmotische balans over het celmembraan verstoort, zodat water de cel verlaat en tot celdood leidt.

-Tegengif
Ethanol kan worden toegediend als tegengif voor methanol, isopropylalcohol en ethyleenglycolvergiftiging.

-Medicinaal oplosmiddel
Ethanol, vaak in hoge concentraties, wordt gebruikt om veel in water onoplosbare medicijnen en verwante verbindingen op te lossen. Vloeibare preparaten van bijvoorbeeld pijnstillers, hoest- en verkoudheidsmedicijnen en mondspoelingen kunnen tot 25% ethanol bevatten en moeten mogelijk worden vermeden bij personen met bijwerkingen van ethanol, zoals door alcohol veroorzaakte ademhalingsreacties. Ethanol is voornamelijk aanwezig als antimicrobieel conserveermiddel in meer dan 700 vloeibare medicijnpreparaten, waaronder paracetamol, ijzersupplementen, ranitidine, furosemide, mannitol, fenobarbital, trimethoprim / sulfamethoxazol en vrij verkrijgbare hoestmiddelen.

-Farmacologie
Bij orale inname wordt ethanol uitgebreid gemetaboliseerd door de lever, vooral via het enzym CYP450. Ethylalcohol verhoogt de afscheiding van zuren in de maag. De metaboliet aceetaldehyde is verantwoordelijk voor een groot deel van de kortetermijn- en langetermijneffecten van ethylalcoholtoxiciteit.

Recreatief

Als depressivum voor het centrale zenuwstelsel is ethanol een van de meest gebruikte psychoactieve drugs.

Brandstof

Het grootste eenmalige gebruik van ethanol is als motorbrandstof en als brandstofadditief. Vooral Brazilië is sterk afhankelijk van het gebruik van ethanol als motorbrandstof, mede dankzij zijn rol als een van 's werelds toonaangevende producenten van ethanol. In Brazilië verkochte benzine bevat ten minste 25% watervrije ethanol. Waterhoudende ethanol (ongeveer 95% ethanol en 5% water) kan als brandstof worden gebruikt in meer dan 90% van de nieuwe auto's op benzine die in het land worden verkocht. Braziliaanse ethanol wordt geproduceerd uit suikerriet en staat bekend om zijn hoge koolstofopslag. De VS en vele andere landen gebruiken voornamelijk E10 (10% ethanol, ook wel bekend als gasohol) en E85 (85% ethanol) ethanol / benzinemengsels.

Ethanol is gebruikt als raketbrandstof en bevindt zich momenteel in lichtgewicht raketaangedreven racevliegtuigen.

De Australische wet beperkt het gebruik van pure ethanol uit suikerrietafval tot 10% in auto's. Bij oudere auto's (en oldtimers die zijn ontworpen om langzamer brandende brandstof te gebruiken) moeten de motorkleppen worden verbeterd of vervangen.

Volgens een belangengroep van de industrie vermindert ethanol als brandstof de schadelijke uitlaatemissies van koolmonoxide, fijn stof, stikstofoxiden en andere ozonvormende verontreinigende stoffen. Het Argonne National Laboratory analyseerde de broeikasgasemissies van veel verschillende motor- en brandstofcombinaties en ontdekte dat het biodiesel / petrodieselmengsel (B20) een vermindering van 8% liet zien, het conventionele E85-ethanolmengsel een reductie van 17% en cellulose-ethanol 64%, vergeleken met pure ethanol benzine.

Ethanolverbranding in een verbrandingsmotor levert veel van de onvolledige verbrandingsproducten van benzine en aanzienlijk grotere hoeveelheden formaldehyde en aanverwante soorten zoals aceetaldehyde op. Dit leidt tot een aanzienlijk grotere fotochemische reactiviteit en meer ozon op leefniveau. Deze gegevens zijn gebundeld in de vergelijking van brandstofemissies in The Clean Fuels Report en laten zien dat ethanoluitlaat 2,14 keer zoveel ozon produceert als benzine-uitlaatgassen. Wanneer dit wordt toegevoegd aan de aangepaste Localized Pollution Index (LPI) van The Clean Fuels Report, wordt de lokale vervuiling van ethanol (vervuiling die bijdraagt ​​aan smog) gewaardeerd als 1,7, waarbij benzine 1,0 is en hogere cijfers duiden op grotere vervuiling. De California Air Resources Board heeft dit probleem in 2008 geformaliseerd door controlenormen voor formaldehyden te erkennen als een emissiebeheersingsgroep, net zoals de conventionele NOx en reactieve organische gassen (ROG's).

De wereldproductie van ethanol in 2006 was 51 gigaliter (1,3 x 1010 US gal), met 69% van het wereldaanbod uit Brazilië en de Verenigde Staten. Meer dan 20% van de Braziliaanse auto's kan 100% ethanol als brandstof gebruiken, waaronder motoren met alleen ethanol en flexfuelmotoren. Flexfuelmotoren in Brazilië kunnen werken met alle ethanol, alle benzine of elk mengsel van beide. In de VS kunnen flexfuelvoertuigen op 0% tot 85% ethanol (15% benzine) rijden, omdat hogere ethanolmengsels nog niet zijn toegestaan ​​of efficiënt zijn. Brazilië ondersteunt deze vloot van auto's die ethanol verbranden met een grote nationale infrastructuur die ethanol produceert uit in het binnenland verbouwd suikerriet. Suikerriet heeft niet alleen een hogere concentratie sucrose dan maïs (met ongeveer 30%), maar is ook veel gemakkelijker te extraheren. De biomassa die door het proces wordt gegenereerd, wordt niet verspild, maar wordt gebruikt in energiecentrales om elektriciteit te produceren

In de Verenigde Staten is de ethanolbrandstofindustrie grotendeels gebaseerd op maïs. Volgens de Renewable Fuels Association hebben per 30 oktober 2007 131 bio-raffinaderijen voor ethanol in de Verenigde Staten de capaciteit om 7,0 miljard US gallons (26.000.000 m3) ethanol per jaar te produceren. Nog eens 72 bouwprojecten in uitvoering (in de Verenigde Staten) kunnen de komende 18 maanden 6,4 miljard US gallons (24.000.000 m3) nieuwe capaciteit toevoegen. In de loop van de tijd wordt aangenomen dat een materieel deel van de ≈150 miljard US-gallon (570.000.000 m3) per jaar voor benzine zal worden vervangen door brandstofethanol.

Zoete sorghum is een andere potentiële bron van ethanol en is geschikt voor groei in droge omstandigheden. Het International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) onderzoekt de mogelijkheid om sorghum te verbouwen als bron van brandstof, voedsel en diervoeder in droge delen van Azië en Afrika. Zoete sorghum heeft een derde van het water nodig.

Raketbrandstof 
Ethanol werd vaak gebruikt als brandstof in voertuigen met vroege bipropellantraket (vloeistofaangedreven), in combinatie met een oxidatiemiddel zoals vloeibare zuurstof. De Duitse A-4 ballistische raket, beter bekend onder zijn propagandanaam V-2 raket uit de Tweede Wereldoorlog, gecrediteerd met het begin van het ruimtetijdperk, gebruikte ethanol als het belangrijkste bestanddeel van B-Stoff, onder een dergelijke nomenclatuur was de ethanol gemengd met 25% water om de temperatuur in de verbrandingskamer te verlagen. Het ontwerpteam van de V-2 hielp bij de ontwikkeling van Amerikaanse raketten na de Tweede Wereldoorlog, waaronder de Redstone-raket op ethanol die de eerste Amerikaanse satelliet lanceerde. Alcohol werd steeds meer in onbruik omdat er meer energierijke raketbrandstoffen werden ontwikkeld.

Brandstofcellen
Commerciële brandstofcellen werken op gereformeerd aardgas, waterstof of methanol. Ethanol is een aantrekkelijk alternatief vanwege de brede beschikbaarheid, lage kosten, hoge zuiverheid en lage toxiciteit. Er is een breed scala aan brandstofcelconcepten uitgeprobeerd, waaronder brandstofcellen met directe ethanol, auto-thermische reformeersystemen en thermisch geïntegreerde systemen. Het merendeel van het werk wordt uitgevoerd op onderzoeksniveau, hoewel er een aantal organisaties zijn aan het begin van de commercialisering van ethanolbrandstofcellen.

Huishoudelijke verwarming
Ethanolhaarden kunnen worden gebruikt voor huisverwarming of voor decoratie.

Feedstock
Ethanol is een belangrijk industrieel ingrediënt. Het wordt op grote schaal gebruikt als voorloper voor andere organische verbindingen zoals ethylhalogeniden, ethylesters, diethylether, azijnzuur en ethylamines.

Oplosmiddel
Ethanol wordt beschouwd als een universeel oplosmiddel, omdat de moleculaire structuur ervan het oplossen van zowel polaire, hydrofiele als niet-polaire, hydrofobe verbindingen mogelijk maakt. Omdat ethanol ook een laag kookpunt heeft, is het gemakkelijk te verwijderen uit een oplossing die is gebruikt om andere verbindingen op te lossen, waardoor het een populair extractiemiddel is voor botanische oliën. Bij extractiemethoden voor cannabisolie wordt vaak ethanol gebruikt als extractiemiddel en ook als nabewerkingsoplosmiddel om oliën, wassen en chlorofyl uit de oplossing te verwijderen in een proces dat bekend staat als winterklaar maken.

Ethanol wordt aangetroffen in verven, tincturen, markers en producten voor persoonlijke verzorging, zoals mondwater, parfums en deodorants. Polysacchariden slaan echter neer uit een waterige oplossing in aanwezigheid van alcohol, en ethanolprecipitatie wordt om deze reden gebruikt bij de zuivering van DNA en RNA.

Vloeistof met lage temperatuur
Vanwege het lage vriespunt (−114,14 ° C) en de lage toxiciteit wordt ethanol soms gebruikt in laboratoria (met droogijs of andere koelmiddelen) als koelbad om vaten op temperaturen onder het vriespunt van water te houden. Om dezelfde reden wordt het ook gebruikt als de actieve vloeistof in alcoholthermometers.