Äthanol
das, -s, Ethanol, Äthylalkohol, gemeinsprachlich Ạlkohol, Weingeist, chemische Verbindung aus der Gruppe der Alkohole; farblose, brennend schmeckende, leicht entzündliche Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 78,3 ºC, einer Dichte von 0,789 g/cm3 (bei 20 ºC), einem Heizwert von 27 MJ/kg sowie einer ROZ (Oktanzahl) von 109.Äthanol ist mit Wasser und vielen organischen Flüssigkeiten unbegrenzt mischbar. Hochprozentige Äthanolwasser-Mischungen werden auch als Sprit, Spiritus oder Branntwein bezeichnet. Äthanol (besonders eine 70 %ige wässrige Lösung) wirkt desinfizierend, ist aber gegen Sporen und Viren unwirksam. - Gärungsäthanol bildet sich unter dem Einfluss von Hefeenzymen (meist verwendet man den Hefestamm Saccharomyces cerevisiae) aus vergärbaren Kohlenhydraten (alkoholische Gärung). Leicht vergärbar (in Lösungen bis maximal 30 %) sind die Monosaccharide Glucose, Fructose und Mannose sowie die Disaccharide Saccharose und Maltose. Mithilfe von Bakterien (Zymomonas mobilis) kann die Geschwindigkeit der Äthanolproduktion und auch die Ausbeute an Äthanol im Vergleich zur konventionellen Gärung mit Hefe wesentlich erhöht werden. Als zuckerhaltige Rohstoffe dienen Rüben- und Zuckerrohrmelassen, Früchte und Sulfitablaugen. Stärkehaltige Rohstoffe (z. B. Getreide, Kartoffeln, Maniok) sind nicht direkt vergärbar, vielmehr muss die Stärke zunächst bei 60-80 ºC verkleistert und dann enzymatisch (mit Malz oder Enzympräparaten) hydrolysiert werden (z. B. im Henzedämpfer). α-Amylase (aus Bacillus amyloliquefaciens) hydrolysiert die Stärke zu Dextrinen und Grenzdextrinen (Verflüssigung), Glucoamylase (aus dem Pilz Aspergillus niger) weiter bis zur Glucose (Verzuckerung). Zur Verbesserung des Aufschlusses werden Enzympräparate mit Cellulase-, Hemicellulase- und Pentosanaseaktivitäten eingesetzt. Das zuckerhaltige Substrat (Würze, Maische) wird unter Wärmeentwicklung vergoren. Die Vergärung wird nach Hefezusatz zunächst unter aeroben Bedingungen unter Verbrauch des vorhandenen Sauerstoffs gestartet (Angärphase). Dabei vermehrt sich die Hefe sehr stark. Unter anaeroben Bedingungen läuft dann die Hauptgärung nach folgender Gleichung ab:
Äthanol wirkt hemmend auf Hefezellen, sodass die Gärung meist bei einem Gehalt von 6-10 Volumenprozent Äthanol zum Stillstand kommt. Aus 1 kg Rohrzucker können etwa 0,6 l, aus 1 kg Stärke etwa 0,65 l Äthanol erzeugt werden. Hochprozentiges Äthanol bis maximal 97,2 Volumenprozent wird durch Destillation (»Brennen«) gewonnen, und zwar zunächst Rohsprit (Äthanolgehalt über 85 Volumenprozent) und durch besonders sorgfältige Rektifikation Primasprit. Als Schlempe wird der Destillationsrückstand bei stärkehaltigen Rohstoffen bezeichnet. Zur Herstellung von entwässertem (absolutem) Äthanol verwendet man heute überwiegend die Azeotropdestillation. - Syntheseäthanol erhält man durch Hydratation von Äthylen bei 300 ºC an phosphorsäurehaltigen Katalysatoren: CH2 = CH2 + H2O → C2H5OH. Seine Bedeutung ist mit steigenden Erdölpreisen zurückgegangen.
Gärungsäthanol wird v. a. zur Herstellung von Spirituosen, Kosmetika und für pharmazeutische Zwecke, in einigen Ländern (z. B. Brasilien) auch als klopffeste Kraftstoffkomponente verwendet. Äthanol hat außerdem Bedeutung als Lösungsmittel sowie für die Herstellung von Estern, Äthern, Acetaldehyd u. a. In Deutschland wird Äthanol von der Monopolverwaltung für Branntwein vermarktet, die auch den Preis festsetzt. Äthanol zu allgemein ermäßigtem Verkaufspreis (steuerfreier Branntwein) muss mit 2-Butanon, Pyridinbasen (z. B. für Brennspiritus) oder ähnlichen Vergällungsmitteln versetzt werden.
Geschichte:
Schon im Altertum wurde die Herstellung alkoholischer Getränke durch Gärung von vielen Völkern unabhängig voneinander entdeckt. Der aus Honig erzeugte Met ist vermutlich das älteste gegorene Getränk. Wein wird im Gesetzbuch Hammurapis (1728-1686 v. Chr.) erstmalig urkundlich erwähnt. Stärkehaltige Rohstoffe wurden zunächst mit Speichel, später mit Malz aufgeschlossen. Die Gewinnung bierähnlicher Getränke aus Gerste und Emmer (Weizen) wird in Brauvorschriften aus Babylon 2800 v. Chr. beschrieben und in ägyptischen Bildwerken von 2750-2500 v. Chr. dargestellt. 1600 v. Chr. war Hirsebier in China allgemein bekannt. Es wird angenommen, dass bereits im Altertum eine primitive Destillation zur Erhöhung des Äthanolgehaltes angewendet wurde. Verbesserungen bei der Destillation führten wahrscheinlich im 11. bis 12. Jahrhundert in Italien zur Entdeckung des Äthanols, das in der Folgezeit als Heilmittel und für Genusszwecke zunehmend Bedeutung erlangte. (Bier, Branntwein, Wein)
Literatur:
Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie, hg. v. E. Bartholomé u. a., Bd. 8 (41974);
Hb. der Biotechnologie, hg. v. P. Präve u. a. (41994).