เอทาน่อนคืออะไร?

เอทานอล (Ethanol) (สูตรเคมี C2H5OH) เป็นแอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งซึ่งเกิดจากการนำเอาพืชมาหมักเพื่อเปลี่ยนแป้งเป็นน้ำตาล จากนั้นจึงเปลี่ยนจากน้ำตาลเป็นแอลกอฮอล์ โดยใช้เอนไซม์หรือกรดบางชนิดช่วยย่อย เมื่อทำให้เป็นแอลกอฮอล์บริสุทธิ์ 95% โดยการกลั่น ส่วนใหญ่ผลิตจากพืช สองประเภทคือ พืชประเภทน้ำตาล เช่นอ้อย บีชรูท และพืชจำพวกแป้งเช่น มันสำปะหลัง ข้าว ข้าวโพด เป็นต้น

บราซิลเป็นผู้ผลิตเอทานอลอันดับหนึ่งในโลก

ข้อมูลจาก th.wikipedia.org/wiki/เอทานอล

การผลิตเอทานอล

กระบวนการผลิตเอทานอล ประกอบด้วย กระบวนการเตรียมวัตถุดิบสำหรับผลิตเอทานอล กระบวนการหมัก และการแยกผลิตภัณฑ์เอทานอลและการทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งในขั้นตอบการเตรียมวัตถุดิบนั้น ถ้าเป็นประเภทแป้งหรือเซลลูโลส เช่นมันสำปะหลังและธันยพืช จะต้องนำไปผ่านกระบวนการย่อยแป้งหรือเซลลูโลสให้เป็นน้ำตาลก่อน ด้วยการใช้กรดหรือเอนไซม์ ส่วนวัตถุดิบประเภทน้ำตาลเช่นกากน้ำตาลหรือน้ำอ้อย เมื่อปรับความเข้มข้นให้เหมาะสมแล้วสามารถนำไปหมักได้

ในกระบวนการหมัก จะเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นแอลกอฮอล์โดยใช้เชื้อจุลินทรีย์ ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ยีสต์ การเลือกใช้ชนิดของเชื้อจุลินทรีย์ที่เหมาะสมกับวึตถุดิบที่นำมาหมัก จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการหมัก ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหมักคือ เอธิลแอลกอฮอล์หรือเอทานอลที่มีความเข้มข้นประมาณร้อยละ 8-12 โดยปริมาตร

น้ำหมักที่ได้จากกระบวนการหมัก จะนำมาแยกเอทานอลออกโดยใช้กระบวนการกลั่นลำดับส่วน ซึ่งสามารถแยกเอทานอลให้ได้ความบริสุทธิ์ประมาณร้อยละ 95 โดยปริมาตร จากนั้นจึงเข้าสู่กรรมวิธีในการแยกน้ำโดยการใช้โมเลกูล่าร์ซีพ (molecular sieve separation) เอทานอลที่ความบริสุทธิ์ ร้อยละ 95 จะผ่านเข้าไปในหอดูดซับที่บรรจุตัวดูดซับประเภทซีโอไลต์ โมเลกุลของเอทานอลจะไหลผ่านช่องว่างของซีโอไลต์ออกไปได้ แต่โมเลกุลของน้ำจะถูกดูดซับไว้ ทำให้เอทานอลที่ไหลออกไปมีความบริสุทธิ์ร้อยละ 99.5 ส่วนซีโอไลต์ที่ดูดซับน้ำไว้จะถูกรีเจนเนอเรตโดยการไล่น้ำออก เอทานอลความบริสุทธิ์ร้อยละ 99.5 สามารถนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินเพื่อใช้ในรถยนต์เครื่องยนต์เบนซินได้

ข้อมูลจาก http://www.dede.go.th/dede/index.php?id=518

ดร. ชุลีรัตน์ บรรจงลิขิตกุล

เอทานอลหรือเอทิล แอลกอฮอล์ (ethyl alcohol, C2H5OH) มีคุณสมบัติละลายน้ำได้ และดูดซึมได้ดีและเร็วในทางเดินอาหาร โดยเฉพาะที่กระเพาะอาหาร ลำไส้เล็ก และลำไส้ใหญ่ แม้แต่การสูดเข้าทางลมหายใจก็สามารถดูดซึมได้อย่างรวดเร็วทางปอด เมื่อเอทานอลเข้าสู่กระแสเลือดแล้ว เกือบทั้งหมดจะถูกออกซิไดส์ที่ตับได้เป็นสารอะเซททาลดีไฮด์ (acetadehyde) ก่อน แล้วจะถูกออกซิไดส์ต่อไปจนเป็นคาร์บอน ไดออกไซด์ (CO2) และน้ำ อัตราการออกซิไดส์จะขึ้นกับน้ำหนักตัวและเวลาที่ใช้ โดยจะไม่ขึ้นกับปริมาณของเอทานอลในเลือด

ใช้เป็นส่วนประกอบของสุรา เช่น วิสกี้ บรั่นดี และยาดอง เป็นต้น
เอทานอลมีฤทธิ์เฉียบพลันต่อร่างกาย

1. มีผลต่อระบบประสาทส่วนกลาง (central nervous system, CNS) ทำให้มีอาการง่วงซึม คลายความกังวล สูญเสียการทรงตัว ฯลฯ

2. มีผลต่อหัวใจ ทำให้กล้ามเนื้อหัวใจบีบตัวน้อยลง

3. มีผลทำให้กล้ามเนื้อเรียบ (smooth muscle) คลายตัว

เอทานอลมีฤทธิ์เรื้อรังต่อร่างกาย

1. มีผลทำลายระบบทางเดินอาหารและเนื้อเยื่อตับ ถึงขั้นเป็นโรคตับแข็งได้

2. มีผลต่อระบบประสาท ทำให้เกิดอาการความจำเสื่อม ตกใจง่ายใจสั่น และมีอาการทางโรคจิต เป็นต้น

3. ทำให้เกิดโรคโลหิตจาง ผู้ป่วยที่ดื่มติดต่อกันเป็นระยะเวลานาน จะทำให้เลือดออกทางกระเพาะอาหาร จึงป่วยเป็นโรคโลหิตจางชนิดอ่อน

4. มีผลต่อหัวใจและระบบไหลเวียนเลือด คือ ทำให้หัวใจเต้นผิดปกติ (arrhythmia) และเพิ่มความดันเลือด

5. มีผลทำให้ระบบต่อมไร้ท่อ เกลือแร่ น้ำ และอิเล็กโทรไลต์ ในร่างกายเกิดการเสียดุล

6. เพิ่มอัตราเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งที่ปาก หลอดอาหาร กล่องเสียงและตับ เป็นต้น

ระดับของเอทานอลในเลือดที่เริ่มก่อให้เกิดอาการ

1. ระหว่าง 50–100 มิลลิกรัม/เดซิลิตร ผู้ป่วยจะแสดงอาการ พูดมาก หน้าแดง ประสาทมีการตอบโต้ช้า และการมองเห็นไม่ค่อยดี

2. สูงกว่า 100 มิลลิกรัม/เดซิลิตร จะกดระบบประสาทส่วนกลางทำให้การตัดสินใจ และการมองเห็นภาพไม่ดี ประสาทจะเริ่มเสื่อม

3. ระดับ 300 มิลลิกรัม/เดซิลิตร ผู้ป่วยมักจะหมดสติ

4. สูงกว่า 500 มิลลิกรัม/เดซิลิตร ผู้ป่วยอาจตายได้

พิษของเอทานอลมีความสำคัญมาก เพราะนอกจากจะก่อให้เกิด ผลร้ายแก่ผู้ดื่มเองแล้วยังเป็นตัวก่อปัญหาในสังคมอีกด้วย โดยเป็นเหตุให้เกิดอุบัติเหตุและคดีความต่างๆ มากขึ้น เป็นต้น ดังนั้น เพื่อช่วยให้ตนเองเป็นผู้ที่มีสุขภาพดีและแข็งแรงทั้งยังช่วยลดปัญหาของสังคมควรจะหันมาดื่ม น้ำผลไม้แทนเครื่องดื่มที่มีแอลกอฮอล์จะดีที่สุด

ประโยชน์ของมันคือ
ประโยชน์ของเอทานอล ได้แก่ การใช้ทำเป็นเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ (สุรา วิสกี้ วอดก้า เบียร์ ฯลฯ) ใช้ทำเป็นเชื้อเพลิงหรือปั่นผสมในเบนซินสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน รถยนต์ เครื่องยนต์ที่ต้องใช้ค่าออกเทนสูง ในอดีตสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 เคยใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวด ใช้เป็นส่วนผสมของสารเคมีอื่นๆ เช่น ยาล้างแผล ยาทาแผล ใช้ฆ่าเชื้อ เช่น แอลกอฮอล์ล้างแผล เจลล้างมือแบบไม่ต้องใช้น้ำ เป็นต้นค่ะ

การใช้เอทานอลในขณะนี้อันที่จริงแล้วยังไม่แพร่หลายเท่าใดนัก ในชนบทของสหรัฐฯ มีขายเอทานอลเรียกว่า “E85” โดยผสมเอทานอล 85% กับน้ำมันเบนซินไร้สารอีก15% แต่เครื่องยนต์ที่ใช้จะต้องเป็นเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาให้ใช้เชื้อเพลิงเอทานอลได้ มิฉะนั้นแล้วเอทานอลซึ่งมีคุณสมบัติไม่แตกต่างจากแอลกอฮอล์ก็จะกัดกร่อนและทำความเสียหายแก่เครื่องยนต์ แม้จะมีรถยนต์จำนวนหลายล้านคันที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นใช้เชื้อเพลิงเอทานอลได้ (แม้เจ้าของจะไม่รู้ก็ตาม) แต่สถานีบริการเอทานอลก็ยังมีจำกัดและขยายตัวอย่างช้าๆ

เอทานอล 1 บาเรล (Barrel) หรือ 42 แกลลอน ให้พลังงานเทีบยเท่ากับน้ำมันเบนซิน 28 แกลลอน เอทานอล 1 แกลลอนให้พลังงาน 80,000 Btu (British thermal unit) ในขณะที่น้ำมันเบนซินให้พลังงาน 119,000 Btu ต่อแกลลอน เมื่อเติมเอทานอลเต็มถังมันจะถูกเผาไหม้เร็วกว่าเบนซินถึง 33% นั่นหมายความว่า จะต้องเติมเอทานอลจำนวนมากกว่าเพื่อให้เครื่องยนต์วิ่งได้ระยะทางเท่ากัน โชคดีที่ราคาเอทานอลยังต่ำกว่าน้ำมันเบนซิน
การกลั่นเอทานอลนั้นคล้ายคลึงกับการกลั่นแอลกอฮอล์หรือสุราโดยทั่วไป คือ นำยีสต์ไปย่อยสลายแป้ง(คาร์โบไฮเดรต) ให้เป็นน้ำตาลและย่อยน้ำตาลให้เป็น แอลกอฮอล์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นแอลกอฮอล์ถูกนำมาต้มแล้วควบกลั่น ให้กลายเป็นของเอทานอลในรูปของของเหลว

ก๊าซธรรมชาติประมาณ 36,000 Btu ถูกนำมาใช้ในการให้ความร้อนในกระบวนการผลิตเอทานอล 1 แกลลอน เมื่อปี 2533 ราคาก๊าซธรรมชาติยังอยู่ที่ 3 ดอลลาร์ต่อ 1 ล้านBtu และได้ขึ้นเป็น 14 ดอลลาร์เมื่อปลายปีที่แล้วเนื่องจากความต้องการใช้ที่เพิ่มขึ้นมากผลักราคาให้สูงขึ้น ดูเหมือนว่าการใช้และนำเข้าก๊าซธรรมชาติมากเกินไปสำหรับผลิตเอทานอลอาจต้องทำให้อเมริกาต้องคิดทบทวนใหม่ว่า จริงหรือที่เอทานอลจะเป็นพลังงานที่ยั่งยืน นอกจากนี้แล้ว อเมริกายังประสบปัญหาด้านการขาดแคลนวัตถุดิบ คือ ข้าวโพดซึ่งเป็นปัจจัยหลักในการผลิต นายเดวิด ไพเมนเทล (David Pimentel) ได้ทำหนังสือถึงวุฒิสมาชิก จอห์น แมคแคน (Senator John McCain) แห่งรัฐอะริโซนา ต้นปี 2548 แจ้งว่าในการผลิตเอทานอล 3,400 ล้านแกลลอนใช้ข้าวโพด14% ที่เก็บเกี่ยวได้ในประเทศ และถ้าใช้ข้าวโพดทั้งหมดภายในประเทศ ก็จะผลิตเอทานอลได้เพียง 7% ของความต้องการใช้เท่านั้น ดูเหมือนว่าเกษตรกรผู้ปลูกข้าวโพดในอเมริกาจะไม่มีทางผลิตข้าวโพดได้เพียงพอกับความต้องการนั้น ส่วนนักวิจารณ์ให้ความเห็นว่า ข้าวโพดเหล่านั้นควรจะเป็นสินค้าส่งออก หรือควรจะส่งข้าวโพดเหล่านั้นไปเป็น “อาหาร” ให้ผู้หิวโหยอีกมากมายในโลก

เป็นที่รู้กันดีว่า เอทานอลที่ใช้กับยานยนต์ในสหรัฐฯทั้งหมดนั้นมาจากข้าวโพด และต้องอาศัยพลังงานจำนวนมากในการผลิต งานวิจัยบางชิ้นชี้ว่า เอทานอล 1 แกลลอนใช้พลังงานในการผลิตมากกว่าที่เอทานอลแกลลอนนั้นจะให้พลังงานเมื่อถูกนำมาใช้ ขณะที่บางกลุ่มก็ยืนกรานว่า เอทานอลนั้นให้พลังงานมากกว่าพลังงานที่ใช้ในการกลั่น แม้จะมากกว่าเพียงน้อยนิดก็ตาม ส่วนการลดผลกระทบในการเกิดภาวะเรือนกระจกก็มีเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซิน หากโรงกลั่นยังใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นแหล่งให้ความร้อนในกระบวนการผลิต

ผู้ผลิตบางรายหาทางออกโดยใช้ถ่านหิน และไฟฟ้า (ซึ่งโรงไฟฟ้าก็มีถ่านหินเป็นวัตถุดิบ)แทน แต่ถ่านหินก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก เพิ่มมลพิษให้กับสิ่งแวดล้อมยิ่งเสียกว่าการใช้น้ำมันเบนซินธรรมดาในเครื่องยนต์เป็นทวีคูณ ดูเหมือนว่า เอทานอลนอกจากจะไม่คุ้มค่าทางด้านเศรษฐกิจแล้วยังไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย ยกเว้นเสียแต่ว่า ผู้ผลิตจะใช้ “เซลลูโลส” เป็นวัตถุดิบในการผลิตแทนเมล็ดข้าวโพด

เซลลูโลส (Cellulose) คือ ส่วนที่เป็นลำต้น เช่น ต้นข้าวโพด ต้นหญ้า (เช่น Switchgrass ที่ต้องการปุ๋ยน้อยและโตเร็ว) เปลือกไม้ ต้นอ้อย แม้อ้อยจะมีปริมาณน้ำตาลสูงและให้แอลกอฮอล์มากกว่าข้าวโพด แต่ก็มีขีดจำกัดคือสภาพอากาศของอเมริกาไม่เหมาะสมต่อการเพาะปลูกอ้อยและค่าแรงก็สูงเกินไป ทำให้ไม่คุ้มค่าต่อการผลิตเป็นอุตสาหกรรม ฉะนั้นเซลลูโลสที่เหมาะสมก็คือ คือ ลำต้นข้าวโพดหรือต้นหญ้า ซึ่งดูเหมือนจะได้กำไรสองต่อ นั่นคือ ต้นข้าวโพดและหญ้าได้มาโดยแทบไม่ต้องลงทุนและยังใช้พลังงานน้อยกว่าการเก็บเกี่ยว ประการที่สองคือเมื่อเซลลูโลสถูกดึงเอาน้ำตาลออกไปแล้ว กากเซลลูโลสที่เหลือก็เป็นเชื้อเพลิงอย่างดี บริษัทไอโอเกน (Iogen Corporation) ผู้นำการวิจัยเรื่องเอทานอลจากเซลลูโลสแห่งอเมริกาเหนือคาดการณ์ว่า เมื่อสร้างโรงกลั่นเพื่อผลิตเอทานอลจากเซลลูโลสในทางการค้า ความร้อนที่ได้จากการเผากากเซลลูโลสเพียงพอต่อการทำน้ำให้เดือดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่า 2 อย่างคือ เอทานอลและกระแสไฟฟ้า แม้ว่าจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาบ้างจากการเผากากเซลลูโลส แต่การปลูกข้าวโพดและหญ้าก็เป็นการดึงเอาก๊าซนั้นกลับมาใช้อีก จากการวิจัยการขับขี่ระยะ 1 ไมล์โดยใช้เชื้อเพลิงเอทานอลจากเซลลูโลสนั้น พบว่าการเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ในระดับใกล้ศูนย์หรือต่ำกว่าศูนย์ ซึ่งถือว่าอยู่ในระดับที่ต่ำมากเป็นที่น่าพอใจ

แต่ก็ไม่วายที่จะประสบปัญหาอยู่ดี เนื่องจากแบคทีเรียหรือเชื้อราที่ใช้ย่อยสลายเซลลูโลสนั้นมีไม่เพียงพอต่อการใช้เมื่อพัฒนาเป็นอุตสาหกรรม แบคทีเรียหรือเชื้อราเหล่านั้นบ้างอยู่ในป่าลึก บ้างอยู่ในท้องของปลวก(ที่ทำให้ปลวกกินบ้านไม่ได้เป็นหลังๆ) เอาเข้าจริงการจะนำแบคทีเรียและเชื้อราพวกนั้นมาเพาะเลี้ยงเพื่อการใช้งานกลับยากกว่าการเพาะเลี้ยงยีสต์เสียอีก

เชื้อรา“Jungle rot”จากการดัดแปลงพันธุกรรม

บริษัทไอโอเกนได้ทำการทดลองหลายอย่างเพื่อแก้ไขปัญหา เช่นการค้นพบเชื้อรา“Jungle rot” (ป่าเน่า) จากการดัดแปลงพันธุกรรม Guam ซึ่งเป็นราชนิดหนึ่งมีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า Trichoderma reesei โดยราชนิดนี้ให้เอนไซม์ที่ย่อยสลายเซลลูโลสในปริมาณมากทำให้สามารถผลิตเอทานอลได้เร็วขึ้น นอกจากนี้ยังมีการค้นพบการใช้เอนไซม์จากเห็ด การดัดแปลงพันธุกรรมยีสต์ รวมถึงการดัดแปลงพันธุกรรมข้าวโพดให้ย่อยสลายตัวเองเป็นเอทานอลให้เร็วขึ้น

สรุป หากจะต้องพึ่งพาเอทานอลจากเมล็ดข้าวโพดเป็นหลัก อเมริกาก็จะยังประสบปัญหาการขาดแคลนผลผลิตข้าวโพดในประเทศ และการสกัดเอทานอลจากเมล็ดข้าวโพดยังไม่ได้ช่วยลดผลกระทบต่อการเกิดก๊าซเรือนกระจกหากโรงกลั่นยังใช้ก๊าซธรรมชาติหรือถ่านหินเป็นวัตถุดิบ แม้เอทานอลจากเซลลูโสส จะเป็นทางออกพลังงานอย่างยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่ก็ยังไม่มีนักลงทุนรายใดที่มีทีท่าว่าพร้อมที่จะทำการผลิตเป็นอุตสาหกรรม อนาคตเอทานอลจะทดแทนน้ำมันเบนซินได้หรือไม่นั้น ก็คงต้องรอต่อไป

อ้างอิงจาก

“Can Ethanol replace Gasoline?” Scientific American, January 2007, v.296 i.1, p. 28-35.

ค้นคว้าเพิ่มเติมหัวข้อนี้ได้ที่

1.“การสร้างยีสต์ดัดแปลงพันธุกรรมให้สามารถผลิตเอทานอลได้เร็วขึ้น”
จาก Vnews http://www.Vcharkarn.com
2. Ethanol Fuels: Energy balance, Economics, and Environmental Impacts are negative. David Pimentel in Natural Research, Vol.12, no.2 pages 127 – 134; June 2003. http://www.Ethanol-gec.org/netenergy/neypimental.pdf
3. Updated Energy and Greenhouse Gas Emissions: Results of Fuel Ethanol.
Micheal Wang in the 15th International Symposium on Alcohol Fuels, September 26 – 28, 2005. http://www.transportation.anl.gov/pdfs/TA/354.pdf
4. Plan B2.0: Rescuing a Planet under Stress and a Civilization in Trouble.
Expanded and updated edition. Lester R Brown. W.W.Norton, 2006. http://www.25x25.org

นิภาภรณ์ สีถาการ

ขอบคุนบทความดีๆจากhttp://www.vcharkarn.com/varticle/18405 และอีกหลายที่ ;) ;) ;) ;)