Etanoli
Etanoli eli etyylialkoholi on primäärisiin alkoholeihin kuuluva väritön, tulenarka ja antiseptinen neste. Alkoholijuomissa käytettävä etanoli on useimmissa maissa sosiaalisesti hyväksytty nautinto- ja huumausaine. Alkoholijuomien käytön laillisuus vaihtelee maittain täysin laillisesta täydelliseen kieltolakiin. Teolliseen käyttöön tarkoitettu etanoli eli sprii denaturoidaan eli tehdään juomakelvottomaksi.
Yhdistettä esiintyy kukkien tuoksuissa ja semiokemikaalina eliöiden viestinnässä.
Etanoli sekoittuu veteen kaikissa suhteissa tuottaen lämpöä ja aiheuttaen kokonaistilavuuden pienentymisen. Puhdas etanoli absorboi vesihöyryä eikä pysy siis puhtaana avoimessa astiassa. Tislattaessa etanolin vesiliuoksia saadaan tuotteena seos, joka sisältää korkeintaan 96 prosenttia etanolia ja loput vettä. Vesi ja etanoli muodostavat tällöin niin sanotun atseotrooppisen seoksen. Seosta kutsutaan väkiviinaksi. Tätä puhtaampaa etanolia, ns. absolutoitua etanolia voidaan valmistaa poistamalla 96-prosenttisesta etanolista vettä esimerkiksi molekyyliseuloilla, jolloin saadaan noin 99,5-prosenttista etanolia. Vettä voidaan poistaa vielä tätäkin enemmän esim. tislaamalla etanolia sopivan kuivausaineen, kuten esim. natriumboorihydridin kanssa.
Etanoli on monipuolinen liuotin ja useiden orgaanisten yhdisteiden valmistuksessa käytetty lähtöaine. Etanoli on lievästi polaarinen yhdiste, ja siksi etanoli liukenee täydellisesti veteen sekä muihin polaarisiin liuottimiin. Etanolin hiilivetyrunko taas mahdollistaa sen liukenemisen poolittomiin orgaanisiin yhdisteisiin, kuten hiilivetyihin, bensiiniin ja dieselöljyyn.
Etanoli on hyvin tulenarka yhdiste, ja se palaa nokeamattomalla, sinertävällä liekillä. Se kelpaa ottomoottorin polttoaineeksi ja sitä käytetään polttoaineena sokeriruo’osta tai maissista valmistettuna bioetanolina. Etanolia käytetään myös desinfiointiaineena, sillä väkevä etanoli tappaa pieneliöitä.
Luonnossa etanolia syntyy pieniä määriä käymisreaktioissa. Myös ihmiselimistössä etanolia muodostuu aineenvaihduntatuotteena vähäisessä määrin.
Etanolia valmistetaan käymisreaktiolla käymiskelpoisista hiilihydraateista (sokeri- ja tärkkelyspitoisista aineista, tavallisimmin rypäleistä, hedelmistä, viljasta ja perunoista).
Katalyyttinä toimivat hiivan entsyymit.
Toinen menetelmä eteeniin hydraatio, jossa katalyytin avulla liitetään eteeniin vettä:
Katalyytteinä käytetään muun muassa zeoliittejä. Reaktioon tarvitaan korkea paine. Lämpötilan on oltava vähintään 100 °C. Eteeniä valmistetaan kevyestä bensiinistä, joten myös tuotettu etanoli on fossiilinen. Molemmat prosessit tuottavat etanolin ja veden seoksen, joten jatkokäsittely (tislaus) on sama. Prosessien kannattavuus toisiinsa nähden riippuu etanolin ja eteenin kunkinhetkisestä hinnasta. Toisekseen bioetanolin tuotantoa tuetaan suoraan tai välillisesti valtiontuilla ja lainsäädännöllä.
Kolmas mahdollinen prosessi on synteesikaasusta Fischer-Tropsch-synteesin kautta. Tämä prosessi on vähän käytetty, mutta myös mahdollinen.
Etanolia hapettaa elimistössä asetaldehydiksi (eli etanaaliksi) alkoholidehydrogenaasi, joka on muun muassa maksassa toimiva entsyymi. Etanaalin muuttumista asetyylikoentsyymi-A:ksi puolestaan katalysoi aldehydidehydrogenaasi, jonka toiminnan kautta etanoli saadaan sitruunahappokiertoon, energiaa tuottavaan muotoon. Kehoon kerääntyvä asetaldehydi aiheuttaa useita etanolin nauttimisesta aiheutuvia epämiellyttäviä oireita, jotka korostuvat aldehydidehydrogenaasin estäjän disulfiraamin (ns. antabus) vaikutuksesta. Puhdas etanoli sisältää energiaa 7 kcal/g eli 29,3 kJ/g.
Etanoli lisää aivoissa dopamiinin ja endorfiinien eritystä, estää NMDA-reseptoreita sekä aktivoi GABA-A-reseptoreita. Krooninen alkoholinkäyttö vahingoittaa NMDA-järjestelmiä pysyvästi. Muita aineita, jotka aktivoivat GABA-reseptoreita, ovat mm. gammahydroksivoihappo, barbituraatit ja bentsodiatsepiini. Muita NMDA-antagonisteja ovat mm. ketamiini, dekstrometorfaani ja fensyklidiini.
Etanolin nauttiminen aiheuttaa päihtymistä ja suurina annoksina myrkytysoireita. Etanolin hapettuessa elimistössä syntyy asetaldehydiä, joka on myrkyllistä ja aiheuttaa pahoinvointia. Pitkäaikaisesta säännöllisestä alkoholin käytöstä seuraa vaikea riippuvuus, ja vieroitusoireina voi tulla juoppohulluus, jonka oireina ilmenee vapinaa, pahoinvointia, hikoilua, kuumetta ja hallusinaatioita (ns. ”pikku-ukot”, "liskot" ja ”viinapirut”). Krapula on lyhytaikainen lievä vieroitusoireyhtymä. Alkoholin pitkittynyt liikakäyttö voi johtaa alkoholismiin ja korvikealkoholien käyttöön. Suomessa alkoholijuomien kulutusta säännöstellään alkoholiverolla.
Etanoli saattaa aiheuttaa häiriöitä näköaistissa, tasapainoaistissa ja tuntoaistissa. Myös harkintakyky voi hämärtyä, mikä voi johtaa irrationaaliseen käyttäytymiseen. Liian korkea alkoholikonsentraatio elimistössä voi aiheuttaa kuolettavan myrkytystilan, oksentamista ja sydämen pysähtymisen. Alkoholin käyttö voi aiheuttaa psykoosin ja muita mielen sairauksia.
Alkoholijuomien säännöllinen käyttö pienentää jonkin verran aivojen kokoa jo varsin kohtuullisilla määrillä. Jo yhdeksän olutpullon viikoittainen nauttiminen lisää älyllisten toimintojen heikkenemisen riskiä. Alkoholin säännöllinen käyttö saattaa johtaa muistin ja älyllisten toimintojen heikkenemiseen, empatiakyvyttömyyteen sekä käytöshäiriöihin. Osa muistivaurioista saattaa jäädä pysyväksi, vaikka etanolin käyttö lopetettaisiin.
Etanolilla on melko vähän lääkinnällisiä käyttötarkoituksia. Sitä käytetään desinfiointiin 70 prosentin liuoksena, joidenkin lääkeaineiden saattamiseen liuosmuotoon (10–15 %), sekä metanolin ja etyleeniglykolin aiheuttamissa myrkytyksissä, koska se estää niiden normaalin metabolian haitallisiksi aineiksi, metanolin formaldehydiksi ja etyleeniglykolin oksaalihapoksi.
Etanolia myydään useissa laaduissa eri käyttötarkoituksiin alkoholijuomien lisäksi. Etanolia ei voi rikastaa tislaamalla yli atseotroopin 96 til-%, joten sitä vahvemmat seokset on tuotettava joko kuivaamalla esim. sahanpurulla tai lisäämällä atseotrooppiseen seokseen bentseeniä, jolloin atseotrooppi häviää ja tislaaminen onnistuu. Bentseeni on kuitenkin myrkyllistä ja aiheuttaa maksavaurioita.
Alkoholit (etanoli) voidaan luokitella erilaisten farmakopeoiden monografien mukaan seuraavasti:
Etanolia eli spriitä käytetään polttoaineena eräissä teollisuusprosesseissa sekä myös esimerkiksi retkikeittimissä. Etanolia voidaan käyttää myös moottoriajoneuvojen polttoaineena bensiinin asemasta.
Ottomoottorissa on mahdollista käyttää polttoaineena etanolia. Etanolin oktaaniluku ja sitä myötä puristuskestävyys on huomattavasti bensiiniä parempi (väkiviinalla 110, E85:llä 106), mikä mahdollistaa puristussuhteen nostamisen kertoimeen 12. Korkea puristussuhde parantaa moottorin hyötysuhdetta. Lisäksi polttoaineen sisältämän hapen ansiosta moottorin tehon tuotto kasvaa bensiiniin verrattuna. Etanolin lämpöarvo on kuitenkin huomattavasti bensiiniä alhaisempi (etanolin 26,8 MJ/kg, moottoribensiinin 43,0 MJ/kg), minkä vuoksi litramääräinen kulutus kasvaisi lähes puolella, ellei moottorin hyötysuhde paranisi. Sen sijaan 95E:n lämpöarvo on 42,19 MJ/kg ja gasoholin eli E10:n lämpöarvo puolestaan 41,38 MJ/kg. Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen arvion mukaan litrakulutus kasvaa 25–40 % etanolipitoisuudesta riippuen, kun on kyse E85, jossa 50–85 % etanolia.
Teknisesti etanolia on mahdollista lisätä joko bensiinin joukkoon tai käyttää sellaisenaan. Moottoriin tehtävät muutokset ovat vähäisiä, mutta etanolin vaatiman korkeamman höyrystymislämmön ja alhaisemman höyrynpaineen vuoksi moottorin käynnistäminen 100%:lla etanolilla reippaalla pakkasella kylmänä vaikeutuisi merkittävästi, joten puhdasta etanolia ei käytetä polttoaineena maissa, joissa ilmasto ei nykytekniikalla suosi tätä. Käytännössä kylmässä ilmastossa myydään 15/85 sekoitussuhdetta bensiini/etanoli jolloin polttoaineesta johtuva käynnistysongelma kierretään (RE85). Talvilaadun etanolipolttoaineeseen lisätään helposti haihtuvia ja palavia yhdisteitä, kuten eetteriä tai pentaania. Etanolin valmistaminen käymisprosessin kautta esimerkiksi sokerijuurikkaista on teknisesti varsin helppo toteuttaa, mutta törmää Suomessa lainsäädännöllisiin ongelmiin sekä liikennepolttoaineiden verotuksen että alkoholilainsäädännön osalta. Etanolin valmistaminen liikennepolttoaineeksi ei toisaalta ole myöskään käyttäjän kannalta toistaiseksi taloudellisesti houkutteleva vaihtoehto nykyisillä polttoaineiden hinnoilla ja verokohtelulla Euroopassa, mutta kansantaloudelliset näkökohdat saattavat johtaa sen suosimiseen.
Etanolin vaihtoehto polttoaineena on metanoli helpomman ja halvemman valmistuksen ansiosta. Metanolin haittapuoli on sen myrkyllisyys. Ihminen sietää elimistöön joutunutta etanolia paljon paremmin kuin moottoribensiiniä tai metanolia.