ETANOL

ETANOL NEDİR?





















Kimyasal formülü C2H5OH
Yanıcı, renksiz bir kimyasal bileşiktir.
Görünüşü sıvıdır.
Yoğunluğu 0,789 g/cm3
Su ile tamamen karışabilir.
Erime noktası -114,3°C (158,8 K)
Kaynama Noktası 78,4 °C (351,6 K)
Asitlik 15,9 (H+ OH grup)
Birçok alkolik bileşikler de rahatlıkla bulunabilir..
Etanol, aynı miktarda su ile karışık olduğunda bile soluk, mavimsi, issiz bir alevle yanar.
Etanol etil alkol veya hububat alkolü olarak halk arasında bilinir. Alkoller diye anılan organik bileşikler sınıfının en önemli üyesi. Etanol içeren içeceklerin ortak adı alkolik içeceklerdir. Ayrıca etanol yakıt kullanımı da vardır.

ETANOLÜN TARİHİ

Etanol tarih öncesinden beri insanlar tarafından sarhoş eden olarak bilinir. Kuzey Çin de bulunan 9000 yıllık çömlekler de neolitik çağda insanların alkolik karışımlar yaptığı görülmüştür. İslam dönemine ait simyager tarafından ayrılmış, Abbasiler döneminde ise damıtma teknikleri gelişmiştir. Yazar Jabir Ibn Hayyan (721–815) şarap kaynatıldığında yanabilen buhardan bahseder. Al Kindi (801–873) şarabın damıtılmasını tanımlamıştır. Sudan etanolun damıtılmasında maksimum %96’lık etanol elde edilebilir. İlk etanol ilk olarak 1796 da elde edildi.
Antoine Lawaisier etanolu; karbon, hidrojen ve oksijenin bir bileşiği olarak tanımladı (1808). Nicolas Therodore de Saussure etanolün kimyasal formülünü belirtti. 1858 yılında Archibald Scott Couper etanol için bir yapı formülü yayınladı. Yapısındaki kimyasal maddelerinde belirlenmesi ile kimyasal bir bileşik olduğuna karar verilmiştir.
Henry Hennel (İngiltere) ve S.G. Serullas (Fransa) birbirlerinden habersiz olarak kendi çabaları ile 1826’da yapay etanolu hazırladılar. Michael Faraday asit katalizörü ile etilen hidrasyonu yöntemi ile 1828 de etanol üretti. Günümüzde endüstriyel etanol sentezlerinde bu işlemin benzerleri uygulanıyor.

ETANOLÜN ÜRETİMİ

Etanolun üç önemli üretim şekli vardır, biyolojik olarak maya ile şekerlerin fermantasyonu ile etilenin hidrasyonu ve asetaldehidin indirgenmesi ile üretim şekli vardır.

Etilenin hidrasyonu:

Endüstriyel üretimde önemli bir metodudur. Bir petrol ürünü olan etilenin hidrasyonu (bir su molekülü katılması) değişik şartlarda yapılabilir. Kimyasal denklemi;

H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH

Odun kömürüne fosforik asit tutunması ile bu katalizör kullanılmaya başlandı. 1947 de Shell petrol şirketi tarafından bu katalizör büyük ölçekli etanol üretimi için ilk kez kullanıldı. Katı katalizör olarak çoğunlukla metal oksitler kullanılır. Eski bir yöntem de, Etilen, 100°C de derişik sülfürik asitle tutulduğunda etil hidrojen sülfat ve etil sülfat ara ürünleri meydana gelir:

“H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO3H

Reaksiyon karışımı eşdeğer miktarda sıcak su ile hidroliz edilir. Etanol ve sülfürik asit meydana gelir:

CH3CH2OSO3H + H2O →CH3CH2OH + H2SO4

Bu yöntem artık pek fazla kullanılmamaktadır. Yine etilenden başlamak üzere katı katalizörler kullanarak 300°C ve yüksek basınç altında su buharı etkisiyle etanol sentezi yapılmaktadır.

Fermantasyon:

Etanol alkollü içeceklerin ve yakıt olarak kullanmak için bu yöntem uygulanır. Saccharomyces cerevisiae mayası oksijenin yokluğunda metabolize şekeri etanol ve CO2 dönüştürür. Maya ile yürütülen kimyasal reaksiyonun denklemi;

C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2

Bu şekilde % 20 ye varan alkol üretilir, son üründeki alkolün konsantrasyonu damıtma ile artırılır. Bu yöntemde tahıl tanelerindeki nişasta parçalanır. Bira mayası filizlenmesi için tahılı tetikler. Çimlenme işlemlerin olabilmesi içinde tohum enzimleri üretilir, nişasta şekerleri oluşur. Yakıt olarak kullanılan etanol için mantar amilaz enzimleri ya da seyreltik sülfürik asit hidrolizi ile nişasta şekerleri glikoza daha hızlı parçalanır.

Etanol sentezi için gerekli glikoz selülozdan da elde edinilebilir. Selülozik etanol normal etanolun bir karışımıdır, kentsel, tarımsal ve orman gibi biokütlenin çeşitliliği üretimi kolaylaştırır. Selülozik etanol fermantasyonunda enzim atik hidroliz ve sentez gaz olmak üzere iki bölüm vardır. Etanol üretimi sırasında da toksit atık açığa çıkar. Bu metot çok yenidir ve şu an pilot tesislerde test aşamasındadır. Sentez gaz fermantasyonu ile etanol elde edilmesi için kentsel, tarımsa ve orman ürünleri kaynak olarak kullanılır. Fosil yakıtlar ve biokütle karışımı besleme olarak ayrıca kullanılabilir. Gazlaştırmadan sonra oksijensiz yaşayabilen bakteriler sentez gazını (CO2, CO, O2) etanole dönüştürür. Gazlaştırma ile açığa çıkan ısı ile elektrik üretilir.

Endüstride fermantasyon ile etil alkol üretiminin büyük bir kısmı kesikli proseslerde gerçekleştirilmektedir. Kesikli fermantasyonda son ürün inhibisyonu nedeniyle seyreltik ürün elde edilmektedir. Son yıllarda, seyreltik etil alkol çözeltisinin saflaştırılması üzerine araştırmalar artmıştır. Alternatif ayırma metotlarından biri de sıvı-sıvı ekstraksiyon prosesleridir. Sıvı–sıvı ekstraksiyon proseslerinde en önemli parametrelerden biri çözücünün mayalar ve fermantasyon üzerine etkisidir. Bu çalışmada, çözücü olarak seçilen Oleil alkolün mayaların ve fermantasyon üzerinde inhibisyonu etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Oleil alkolün mayalar (Saccharomyces cerevisiae) için yaşamsal uygunlukta bir çözücü olduğu saptanmıştır.
Son zamanlarda artan tarım ürünlerindeki üretim maliyetlerinin artması, göreceli olarak fermantasyon ile elde edilen etanolu de artırır.

Asetaldehidin indirgenmesi:

Asetilen kullanılarak elde edilen asetaldehit, 100–130°C de nikel katalizörlüğünde hidrojenlenerek etanol e indirgenir:

H
/
CH3 — C = O +2H → CH3 — CH2 — OH
(Ni)

Arıtma ;

Etanol ve su karışımı azeotrop kaynama %96 etanol ve %4 su olur. Bu yüzden, etanol ve su fraksiyonunda destilasyon ile %96 dan daha fazla saf etanol elde edilemez. Bundan dolayı sudaki etanol %95 olduğu zaman genel çözücüdür. Azeotropik destilasyon performansını kırmak için az miktarda benzen eklenebilir ve karışım tekrar fraksiyon destilasyonu yapılır. Ayrıca durgun basınç salınım damıtma yöntemi de vardır. İdeal basınç salınım damıtma, uygun olan basınca bağlı azeotropik bileşimleri iki farklı basınçta damıtılmasıdır. Örneğin yüksek basınçta %96 olur iken basınç azaldıkça %97 yi elde edilebilir. Etanolu ayırmak bu şekilde de mümkündür.

ETANOLUN KULLANIMI

Yakıt Olarak (Bioetanol):

Fosil yakıtlarla çalışan taşıt araçlarının egzoz gazlarındaki karbondioksit, küresel ısınmaya neden olduğundan, yenilenebilir kaynaklardan üretilen yakıtlara yöneliş başladı. Kyoto Protokolüne uyum sağlamak için kullanılabilecek önemli bir alternatif de Bioetanoldür. Bioetanol, aslında günlük hayatta "alkol" olarak bildiğimiz "etil alkol"den başkası değildir.
Ancak üretimin biyolojik yolla yapılması gerekiyor. Buna fermantasyon deniyor ve hammadde olarak nişastalı, şekerli veya selülozlu bitkiler kullanılabiliyor. Bioetanol üretimi ve tüketiminde, Brezilya başı çekiyor. Bioetanol bu ülkedeki benzin ihtiyacının %40 ını karşılıyor. Yıllık üretim miktarı 14 milyar litre yi buluyor. Bioetanol ABD de oldukça yaygındır. Amerikanın enerji politikasını Bioetanol kullanımı 2012 yılına kadar 7,5 milyar litre artırmayı planlanmaktadır. Satılan benzinlerin %10 undan fazlası % 10 oranında alkol içeriyor. Bu karışıma gasohol adı verilmektedir. Kanada da, 5 tesiste Bioetanol üretiliyor. Yıllık toplam kapasite 175 milyon litredir. Kanada da yılda toplam 240 milyon litre etanol-benzin karışımı satan firmaların yaklaşık 1000 şubesi bulunuyor. İsveç’te, yılda 50 milyon litre Bioetanol üreten bir tesis 2001 den beri faaliyettedir. Günümüzde, Bioetanolün dünyadaki yıllık toplam üretimi 21 milyar m3 e ulaşmış bulunuyor. Hammadde olarak buğday, mısır, patates, şeker pancarı, şeker kamışı, tatlı sorgum, tarımsal atıklar, saman ve hatta odun bile kullanılabiliyor.
Benzine % 5 oranında Bioetanol ilave edilerek elde edilen katkılı yakıt, mevcut petrol istasyonlarında ve motorlu araçlarda hiçbir değişiklik yapmadan kullanılabiliyor. Bu yakıtın 1 litresi yakıldığında, havaya 2,4 kg daha az karbondioksit çıkıyor ve emisyonlar % 4,5 oranında azalıyor. Ayrıca benzinin oktanında iyileşme ve motorun ürettiği güçte de artış meydana geliyor. % 15 etanol, % 84,5 diesel yakıtı ve % 0,5 katkı maddesinden meydana gelen bu karışıma "Diesohol" adı veriliyor.

Etil Ester:

Bir asit katalizörü eşliğinde etanol ve karboksilli asidin reaksiyonu girmesiyle etil ester ve su oluşur.

CH3CH2OH + ROH → RCOOCH2CH3 + H2O

Bilinen etil ester örnekleri etil asetat ve etil arsilattır. Astarlar ve yapıştırıcılarda kullanmak için etil arsilattan arsilat polimeri hazırlanır. Boyalarda astarlarda ve eczacılıkta etil asetat çözücü olarak kullanılır. Bunun en görünür uygulaması oje için çözücü olarak kullanılmasıdır. Diğer bir etil ester uygulaması da olgunlaşmamış meyveleri olgunlaştırmak için az miktarda kullanılabilir.

Sirke:

Sirkenin oluşum süreci iki aşamalı gerçekleşmektedir. Oluşumun birinci aşamasında, etkin olan mayalar Saccharomyces cinsi mayalar olup, bu mayalar başlıcaları üzüm ve elma olmak üzere çeşitli yaş ve kuru meyvelerde (incir, armut vb.) ve maltta (çimlenmiş arpa) bulunan şekerleri etil alkole (etanola) dönüştürürler ki, bu dönüşüm mutlak oksijensiz (anaerobik) bir ortam gerektirmektedir. Bu reaksiyon kimyasal olarak aşağıdaki şekilde özetlenebilir:

C6H12O6 →2CH3CH2OH + 2CO2

İkinci aşamada ise çeşitli Acetobacter spp. Türleri, kendileri için en uygun sıcaklık derecesinde (28 – 30 °C civarlarında) ve oksijen varlığında (hava ile temas eden bir ortamda) etil alkolü, asetik aside parçalarlar. Bu reaksiyonu da kimyasal olarak şu şekilde özetleyebiliriz:

C2H5OH + O2 →CH3COOH (Asetik Asit ) + H2O

Sirke'nin "sirke" olarak nitelendirilebilmesi için içerdiği asetik asit miktarının en az %4 olması gerekmektedir. Sirke üretiminde yaygın olarak kullanılan Acetobacter spp. (Acetobacter acetogenum, Acetobacter curum vb.) türlerinin yanında, Gluconobacter türleri de kullanılabilir. Sonuçta başlangıçta kullanılan meyve ve kullanılan bakteriye göre değişik aroma ve lezzetlerde sirke oluşur.

Etil Amin:

220 °C sıcaklıkta nikel katalizörü eşliğinde silisyum dioksit ve Alüminyum oksit üzerinden püskürtülerek etil amin oluşturulur.

Daha sonraki tepkimelerde dietilamin ve trietilamin oluşur:

CH3CH2OH + NH3 →CH3CH2NH2 + H2O
CH3CH2OH + CH3CH2NH2 →(CH3CH2)2NH + H2O
CH3CH2OH + (CH3CH2)2NH → (CH3CH2)3N + H2O

Etil amin kimyasal tarım ilaçlarının sentezinde ve yüzey aktif maddesi olarak kullanılır.

Diğer Kullanım Alanları:

Etanol çok yönlü bir kimyasal bileşiktir, eskiden ticari olarak yüksek hacimli düzinelerce kimyasal bileşiğin sentezinde kullanılırdı fakat günümüzde değerli daha az uygulaması vardır. Etilen ve bütan üretiminde kullanılan etanol Çin Hindistan Brezilya gibi petrokimya endüstrileri az gelişmiş ülkelerde tarım ürünlerinden, batı ülkeleri ve gelişmiş ülkelerde ise petrolden elde edilir.
Donma noktası düşük olduğundan antifriz olarak kullanılır. Suda kolayca çözülür, iki karışım iken hacimlerindeki oran azalır. Mutlak etanol ve %95 etanol iyi bir solventtir, suda daha düşük kutupludur ve parfüm, boya ve tinerde kullanılır.
Alkolik içeceklerin lezzeti artırdığı için, mayalanma süresinde ayrıca ilave edilir.
Ayrıca mayalanma olayının daha hızlı olması için ilave edilir.
%72’lik etanol çözeltisi dezenfektan olarak kullanılmıştır. %62’lik etanol de anti bakteriyel sağlık jelleri olarak yaygın biçimde kullanılıyor.
Etanol molekülündeki hidroksil grup zayıf asittir, alkali metallerle muamele edildiğinde bünyesinden bir hidrojen ayrılarak ethoxideion C2H5O oluşur.
Antiseptik ve ağrı kesici olarak da kullanımı vardır.