Bu makale etanolü daha çok kimyasal bir bileşik olarak tanıtmaktadır. Etanolün bir yakıt olarak kullanımı için etanol yakıtı sayfasını inceleyiniz.
Tarihçesi
Etanol tarih öncesinden bu yana insanlar tarafından, alkollü içkilerin içerisinde, sarhoş edici katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Kuzey Çinde, içerisinde kurumuş etanol bulunan, 9000 yıl öncesinden kalma toprak kaplar, etanolün Neolitik dönemde alkollü içki olarak kullanıldığının bir göstergesidir.Roach, J. (July 18 2005) "9,000-Year-Old Beer Re-Created From Chinese Recipe." National Geographic News. Accessed 14 November 2005. İlk defa, saf bir bileşik olarak ayrıştırlması, damıtma tekniğini geliştiren İslam simyagerleri tarafından gerçekleştirilmiştir.Cabir bin Hayyan (Geber) (721-815) ile ilgili yazılar, kaynatılan şaraptan yanıcı buhar elde edildiğinden bahseder. El-Kindi (801-873) açık bir şekilde şarabın nasıl damıtıldığını tariflemiştir. El-Hasan, A.Y. "Alcohol and the Distillation of Wine in Arabic Sources." Accessed 14 November 2005. Etanolün suyla birleşerek azotrop oluşturması nedeniyle, sudan damıtılması sonucunda ancak %94 etanol içeren bir ürün elde edilebilir. Saf etanol 1796 yılında Johann Tobias Lowitz tarafından, damıtılmış etanolün mangal kömürü ile filtre edilmesi sonucu elde edilmiştir.
1808 yılında Antoine Lavoisier, etanolü karbon, hidrojen ve oksijenden oluşmuş bir bileşik olarak tariflemiştir. Nicolas-Théodore de Saussure ise etanolün kimyasal formülünü tespit etmiştir. 1858 yılında Archibald Scott Couper, etanolün yapısal formülünü yayınlamıştır. Bu yayın, etanolü, kimyasal yapılar içerisinde duyurulmuş ilk kimyasal bileşikler arasına sokmuştur.
Couper, A.S. (1858). "On a new chemical theory." Philosophical magazine 16, 104–116. Online reprint
İlk defa, 1826 yılında, birbirlerinden bağımsız olarak İngiltere'de Henry Hennel ve Fransa'da S.G. Sérullas tarafından sentetik olarak üretilmiştir. Michael Faraday, bugün, endüstriyel etanolün sentezlenmesine benzer şekilde, 1828 yılında, etilenin asit katalize hidrasyonu ile elde etmiştir.Hennell, H. (1828). "On the mutual action of sulphuric acid and alcohol, and on the nature of the process by which ether is formed." Philosophical Transactions 118, 365–371.
Üretimi
Etanol, hem etilenin hidrasyonu sonucu petrokimyasal olarak, hem de şekerin maya ile fermente edilmesi suretiyle üretilebilir. Etilen hidrasyonuEtanol, çoğunlukla petrokimyasal hammaddelerden, etilenin asit-katalize hidrasyonu şeklinde elde edilir ve şu kimyasal denklem ile ifade edilir
etilen|C2H4 + su|H2O → CH3CH2OH
En yaygın katalist olan fosforik asit, diatomize toprak ya da mangal kömürü gibi gözenekli bir yüzeye emdirilir. Bu katalist ilk defa, 1947 yılında, geniş çaplı etanol üretimi amacıyla, Shell Oil Company tarafından kullanılmıştır.Lodgsdon, J.E. (1994). "Ethanol." In J.I. Kroschwitz (Ed.) Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed. vol. 9, p. 820. New York: John Wiley & Sons. Çoğunlukla metal oksitlerden oluşan katı katalistler de kimya kaynaklarında yer alırlar.
Daha eski bir yöntem, 1930 yılında, Union Carbide tarafından endüstriyel ölçekte denenmişLodgsdon, J.E. (1994). p. 817, fakat daha sonra tamamen terk edilmiştir. Eten, konsantre sülfrik asit ile tepkimeye sokularak, etil sülfat elde edilir ve daha sonra hidrolize edilerek etanol ve tekrar sülfirik asit elde edilir:
C2H4]] + sülfrik acit|H2SO4 → [[etil sülfat|CH3CH2SO4H
CH3CH2SO4H + [[su|H2O → CH3CH2OH + H2SO4
Fermentasyon
Alkollü içeceklerde kullanılan etanol ile yakıt olarak kullanılan etanol, fermentasyon yöntemi ile elde edilir: Ethanol for use in alcoholic beverages, and the vast majority of ethanol for use as fuel, is produced by fermentation: bazı mayalar (en önemlisi, Saccharomyces cerevisiae) metabolize şeker, oksijenin yokluğunda, ethanol ve karbondioksit üretirler. Maya tarafından gerçekleştirilen kimyasal tepkimenin tamamı, şu kimyasal denklem ile ifade edilir C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2
Mayalanma ile, nispeten yoğun olmayan etanol konsantrasyonları elde edilir. Konsantre etanol çözeltileri, maya için toksiktir. Etanole en dayanıklı maya özü, hacimsel olarak, en fazla %25 etanolün içerisinde yaşayabilirler.
Etanolün tahıl gibi nişastalı malzemelerden üretilebilmesi için, nişastanın önce parçalanarak şekere dönüşmesi gerekmektedir. Biranın mayalandırılmasında, bu geleneksel olarak, taneciklerin filizlendirilmesi sonucu ya da malttan elde edilir. Filizlenme prosesi sırasında tanecikler, nişastayı parçalayarak şekere dönüştürecek enzimler üretirler. Etanolün yakıt amaçlı üretilmesi sürecinde, nişastanın glikoza hidrolize olması, sulandırılmış sülfrik asit ve fungal amilaz enzimleri uygulaması ile çok daha hızlı gerçekleştirilir.
Petrol fiyatlarının bu kadar yükselmesi ile, saflaştırılmış etanol üretilmesi amacıyla etilen hidrasyonu, fermentasyondan daha ekonomik bir proses haline gelmiştir. Petrol fiyatlarındaki artışın, zirai ürün fiyatlarına da etkisi olduğu için, petro kimyasal etanol ile fermente edilmiş etanolün üretim maliyetlerini karşılaştırmayı güçleştirmektedir.
Saflaştırma
Gerek etilen hidrasyonu gerek ise mayalanma prosesi sonucunda etanol-su karışımı bir ürün elde edilir. Endüstriyel ve yakıt amaçlı kullanımlarda, çoğunlukla etanolün saflaştırılması gerekir. Kısmi damıtma etanolü hacimsel olarak %96'lık bir konsantrasyona getirebilir. %96 etanol, %4 su karışımı 78.2 °C'de kaynayan fakat damıtım yöntemi ile daha fazla saflaştırılamayan bir azotroptur. Bu nedenle, suyun içerisnde %95 etanol konsantrsyonu oldukça yaygın bir çözeltidir.Damıtma işleminde sonra etanol, ancak kireç ya da tuz kullanılarak, kurutma yöntemi ile daha fazla saflaştırılabilir. Kireç (kalsiyum oksit), etanolün içerisindeki su ile karıştırıldığı zaman kalsiyum hidroksit oluşturarak ayrıştırılabilir. Kuru tuzdan geçirilen etanolün içerisindeki su ise tuzla çözünerek, daha saf etanolün geçmesini sağlar. [1]
Mutlak etanol elde etmek için birkaç yöntem kullanılır. Etanol-su azotropu az miktarda benzen ilave edilmesi ile kırılabilir. Benzen, etanol ve su kaynama sıcaklığı 64.9 °C olan bir üçlü azotrop oluştururlar. Bu azotrop, etanol-su azotropundan çok daha volatil olduğu için etanol-su karışımında kısmi olarak damıtılarak, suyun tamamen uzaklaştırlmasını sağlar. Bu şekilde damıtımın sonucunda, içerisinde birkaç parts per million benzen bulunan susuz etanol elde edilebilir. Benzen zehirlidir ve yerine çoğunlukla siklohekzan kullanılır.
Alternatif olarak, bir moleküler filtre de %96'lık etanol çözeltisinin içerisindeki suyu tutmak amacıyla kullanılabilir. Bitkilerden elde edilmiş, mısırunu, saman ya da tahta talaşı gibi emicilerin yanı sıra, küçük parçacıklar halindeki sentetik zeolit de kullanılabilir. Zeolit parçacıklar sıcak karbondioksit püskürtülmesi suretiyle kurutularak defalarca kullanılabilirler. Mısırunu ya da bitklierden elde edilen diğer emiciler tekrar kullanılamazlar fakat nispeten daha düşük maliyetlidirler. Bu şekilde üretilmiş olan saf etanol benzen kalınıtısı içermez ve bir yakıt olarak ya da şeri ya da gelenksel şarap üretiminde kullanılabilir.
Atmosforik basıncın altındaki basınçlarda, etanol-su azotropunun kompozisyonu daha fazla zengin etanol içerikli karışımlara doğru kayar. 70 torrun altındaki basınçlarda, azotrop yoktur ve etanol-su karışımından saf etanol damıtmak mümkündür. Etanolün vakum altında damıtımı bugün için çok ekonomik olmamakla birlikte düşük basınç altında damıtım hala bir araştırma konusudur.
İleri Teknolojiler
Etanole fermente edilmek üzere kullanılan glikoz, selulozdan da elde edilebilir. Yakın zaman kadar, selulozu hidrolize edebilen selulaz enzimlerinin maliyeti oldukça yüksek idi. Kanadalı bir şirket Iogen, 2004 yılında seluloz bazlı ilk etanol tesisini hayata geçirdi.Ritter, S.K. (May 31 2004). "Biomass or Bust." Chemical & Engineering News 82(22), 31–34. Selulozik etanolün ticarileşebilmesine katkıda bulunmak üzere milyonlarca dolar yatırım yapan Amerika Birleşik Devletleri (özellikle Enerji Departmanı'na bağlı, Ulasal Yenilenebilir Enerji Laboratuarı) ve Kanada hükümetleri öncelikli müşterileri oldular. Böyle bir teknolojinin gerçekleştirilebilmesi, mısır koçanı, saman ve tahta talaşı gibi seluloz içeren pek çok zirai yan ürünün yenilenebilir enerji kaynağına dönüşmesine olanak sağlayacaktı.
Dyadic International, Inc. (AMEX: DIL) gibi diğer enzim üreten şirketler, 1994 yılından bu yana, seluloz üretmek ve çoğaltmak amacıyla mantarları kullanmaktaydılar. Genetik mühendisliği ve genom bilim dalındaki gelişmelerle, Dyadic, Genencor ve Novozymes gibi şirketler, selulozik etanolü daha ekonomik bir şekilde üretebilmek üzere, yeni ve daha yüksek performanslı enzim karışımlarını geliştirebilecekleri, Dyadic'in patentli C1 Host Teknolojisi [2] gibi modern biyolojik araçlara kavuştular.
Selulozik maddeler, seluloza ek olarak, hemiseluloz dahil olmak üzere, diğer polisakaritleri de içerirler. Hidrolize edildiği zaman hemiseluloz, çoğunlukla sikloz gibi beş karbonlu şekerlere bölünür. Etanol üretiminde kullanılan en yaygın maya, S. cerevisiae, siklozu metabolize edemez. Diğer mayalar ( örneğin]) ve bakteriler ( örneğin) siklozun metabolize edilmesi ve böylece selulozik maddelerden etanolun elde edilmesini kolaylaştırabilmek için araştırılmaktadır.
Yakın bir zamanda, işlenmiş tavuk atıklarının içerisinde bulunduğu keşfedilmiş olan anaerobik bakteri Clostridium ljungdahlii, bir karbodioksit ve hidrojen karışımından ve karbonmonoksit gibi tek karbonlu kaynaklardan etanol üretebilmektedir. Bu bakteriden yararlanılarak, sentez gazından etanol üretmek üzere Fayetteville, Arkansas'ta, BRI Energy, LLC isimli bir tesisin kurulumu sürmektedir. Sentez gazı, fosil yakıtlar ya da biyokütlenin kısmi yakılması suretiyle elde edilen karbonmonoksit ve hidrojen karışımı bir gazdır. Gazın elde edilemsi sırasında açığa çıkan enerji, etanol üretimi ile birlikte elektrik üretimi için de kullanılabilir.
Kaynaklar
- "Alcohol." (1911). In Hugh Chisholm (Ed.) Encyclopædia Britannica, 11th ed. Çevirimiçi baskı
- Great Britain (2005). The Denatured Alcohol Regulations 2005. Statutory Instrument 2005 No. 1524. http://www.opsi.gov.uk/si/si2005/20051524.htm Çevirimiçi baskı]
- Smith, M.G., and M. Snyder. (2005). "Ethanol-induced virulence of Acinetobacter baumannii". American Society for Microbiology meeting. June 5-June 9. Atlanta.
- http://sci-toys.com/ingredients/alcohol.html Sci-toys website explanation of US denatured alcohol designations
Dış bağlantılar
*http://www.ilo.org/public/english/protection/safework/cis/products/icsc/dtasht/_icsc00/icsc0044.htm International Chemical Safety Card 0044 - http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/35.html National Pollutant Inventory - Ethanol Fact Sheet
- http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0262.html NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
- http://www.compchemwiki.org/index.php?title=Ethanol Coordinates of the ethanol molecule] on Computational Chemistry Wiki. 8 Eylül 2005.
- http://www.bluerhinos.co.uk/molview/indv.php?id=4 Molview from bluerhinos.co.uk] See Ethanol in 3D
- http://www.ethimex.com Ethimex is specialised in the world-wide trading of bulk ethanol of beverage, industrial, raw and fuel grades.
- http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?Name=ethanol&Units=SI NIST Chemistry WebBook page for ethanol
- http://video.google.com/videoplay?docid=-570288889128950913&q=engEDU Biofuels: Think Outside The Barrel]-- Google talk on ethanol by Vinod Khosla, a Silicon Valley billionaire
Kaynaklar
* Vikipedi