ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ

ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ : C₂H₅OH સૂત્ર ધરાવતો એક કાર્બનિક પદાર્થ. આલ્કોહૉલ શ્રેણીનો આ સૌથી વધુ જાણીતો આલ્કોહૉલ છે. તે આલ્કોહૉલ, ઇથેનોલ, અનાજ-આલ્કોહૉલ, ઔદ્યોગિક આલ્કોહૉલ અને આથવણ આલ્કોહૉલ તરીકે પણ ઓળખાય છે. તેનું ઉ. બિં. 78.4^o સે., ગ. બિં., -112.3^o સે., અને વિ. ઘ., 0.7851 (20^o સે.) છે. તે બાષ્પશીલ, તીખા સ્વાદવાળું, રંગહીન પ્રવાહી છે. તે કોઈ પણ પ્રમાણમાં પાણીમાં દ્રાવ્ય છે. (પાણી અને આલ્કોહૉલનું મિશ્રણ બનતાં કદમાં ઘટાડો થાય છે.)

ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ આથવણવિધિથી અને સંશ્લેષિત રીતે મોટા પ્રમાણમાં પેદા કરવામાં આવે છે.

આથવણવિધિ : D-ગ્લુકોઝ, D-મેનોઝ, D-ફ્રુક્ટોઝ અને D-ગેલેક્ટોઝ જેવી હેકઝોઝ શર્કરાઓનું જ યીસ્ટમાંના ઝાયમેઝ ઉત્સેચક(enzyme) વડે આથવણ કરવામાં આવતાં ઇથેનોલ મળે છે. આ પ્રક્રિયા માનવસંસ્કૃતિના આદિકાળથી મદ્યયુક્ત પીણાં બનાવવામાં વપરાતી આવી છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે શર્કરાના વજનના 51 % જેટલો આલ્કોહૉલ મળી શકે. (વ્યવહારમાં આના 96 % જેટલો આલ્કોહૉલ વધુમાં વધુ મેળવી શકાય છે.)

શેરડી(અથવા બીટ)ની ખાંડ અને માલ્ટોઝ જેવી ડાયસેકેરાઇડનું યીસ્ટમાંના ઉત્સેચક (ઇન્વર્ટેઝ) વડે જલવિઘટન થતાં હેક્ઝોઝ શર્કરાઓ બને છે, જેનું ઝાયમેઝ વડે આથવણ થઈને આલ્કોહૉલ મળે છે.

આ કારણથી ખાંડની રસી(molasses)માંથી તેમજ દ્રાક્ષ, સફરજન વગેરે ફળોના રસમાંથી આલ્કોહૉલ મેળવવામાં આવે છે. સ્ટાર્ચ અને સેલ્યુલોઝ જેવા પૉલિસેકેરાઇડનું ઉત્સેચક કે ખનિજ ઍસિડની મદદથી ગ્લુકોઝ જેવી હેક્ઝોઝ શર્કરામાં રૂપાંતર કર્યા પછી આથવણથી આલ્કોહૉલ મેળવી શકાય છે. આમ ખાંડની રસી, મહુડા, ધાન્ય, કાગળ-ઉદ્યોગનો નકામો સલ્ફાઇટ દ્રાવ (liquor) અને નકામા કાષ્ઠનો ઉપયોગ આલ્કોહૉલ મેળવવામાં કરવામાં આવે છે.

આથવણ-ક્રિયા હવાની ગેરહાજરીમાં કરાય છે જેથી યીસ્ટકોષો અને કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડનું પ્રમાણ ઘટે છે અને આલ્કોહૉલનું પ્રમાણ વધે છે.

(1) ખાંડની રસીમાંથી આલ્કોહૉલ : ખાંડની રસીમાં લગભગ 50 % ખાંડ હોય છે. આમાં પાણી ઉમેરીને ખાંડનું પ્રમાણ 10 %થી 18 % જેટલું કરીને આથવણ માટેની મોટી ટાંકીઓમાં ભરવામાં આવે છે. સાથે સાથે જેમાં આથવણ સક્રિય હોય તેવા યીસ્ટ(saccharomyces cere visiae)વાળો રગડો (mash) ઉમેરવામાં આવે છે. ઍસિડની મદદથી pH 4થી 5 જેટલી રખાય છે. યીસ્ટના પોષણ માટે જરૂરી ખનિજો ખાંડની રસીમાં હોય છે. આમ છતાં જરૂર પ્રમાણે એમોનિયમ સલ્ફેટ અને ફૉસ્ફેટ ઉમેરવામાં આવે છે. આથવણ ઉષ્માક્ષેપક ક્રિયા છે (ΔH = -31.2 કિ.કૅલરી અથવા 1305 કિ.જૂ.). ટાંકીઓમાંના દ્રાવણનું તાપમાન 20^o-30^o સે. ગોઠવવામાં આવે છે. 30-70 કલાકમાં આથવણ પૂરું થાય છે અને દ્રાવમાં આલ્કોહૉલનું પ્રમાણ 8 %થી 10 % હોય છે. આ દ્રાવનું વિભાગીય નિસ્યંદન કરીને 95 % આલ્કોહૉલ – રેક્ટિફાઇડ સ્પિરિટ – મેળવવામાં આવે છે. રેક્ટિફાઇડ સ્પિરિટમાંનું 5 % પાણી દૂર કરવાનું મુશ્કેલ છે. આ માટે તેમાં બેન્ઝિન જેવું ત્રીજું ઘટક (આલ્કોહૉલ અને પાણી એ બે ઘટકો ઉપરાંત) ઉમેરીને સ્થિર-ઉત્કલન(azeotropic)-પ્રવિધિ અનુસાર નિસ્યંદન કરતાં 100 % શુદ્ધ આલ્કોહૉલ – ઍબ્સોલ્યુટ આલ્કોહૉલ – મળે છે. કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ અગત્યની ઉપપેદાશ (લગભગ આલ્કોહૉલ જેટલી) છે. આલ્કોહૉલના નિસ્યંદનમાં ફ્યુસેલ ઑઇલ મળે છે, જેમાંથી એમાઇલ આલ્કોહૉલ જેવા ઉચ્ચ આલ્કોહૉલ મળે છે. નિસ્યંદનને અંતે અવશેષ રૂપે રહેતા દ્રાવને ખાતરમાં તથા સાંદ્રિત કર્યા પછી ઢોરના ખાણ માટે વાપરી શકાય છે.

(2) ધાન્યમાંથી આલ્કોહૉલ : મકાઈને દળીને લોટને પાણી સાથે વરાળના દબાણ (7.03 કિગ્રા./સેમી² અથવા 100 રતલ/ઇંચ²) તળે ગરમ કરવામાં આવે છે. આથી સ્ટાર્ચનું જલીકરણ (hydration) અને જિલેટિનાઇઝેશન થાય છે. આમાં માલ્ટ (ફણગાવેલ જવને દળીને બનાવેલ રગડો) ઉમેરીને તાપમાન 60^o સે. આસપાસ રાખતાં સ્ટાર્ચના 75%થી 80%નું માલ્ટોઝમાં, આથવણ થઈ શકે તેવી બીજી શર્કરાઓમાં અને બાકીનો સ્ટાર્ચ ડેક્સ્ટ્રિનના એક પ્રકારમાં રૂપાંતરિત થાય છે. આ દ્રાવને ઠારીને તેમાં યીસ્ટ નાખીને અગાઉ વર્ણવ્યા પ્રમાણે આથવણ અને નિસ્યંદનથી આલ્કોહૉલ મેળવાય છે. પ્રક્રિયાઓ નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

માલ્ટેઝ માલ્ટમાં રહેલ ઉત્સેચક છે. 25 કિગ્રા. મકાઈમાંથી 9-10 લિટર આલ્કોહૉલ મળે છે. બટાટાના સ્ટાર્ચમાંથી પણ ઉપર પ્રમાણે આલ્કોહૉલ મેળવી શકાય છે. (ધાન્યમાંના સ્ટાર્ચનું મંદ સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ વડે 180^o સે. ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતર કરી શકાય છે.)

સલ્ફાઇટ અવશિષ્ટ (waste) દ્રાવમાંથી આલ્કોહોલ : કાષ્ઠમાંથી કાગળ ઉદ્યોગ માટેનો માવો સલ્ફાઇટ વિધિ અનુસાર બનાવતાં આ અવશિષ્ટ દ્રાવ ઉપપેદાશ તરીકે મળે છે. સામાન્ય રીતે અનાવૃત બીજધારી (gymnosperm) વૃક્ષોના કાષ્ઠનો દ્રાવ પસંદ કરાય છે, કારણ કે તેમાં પેન્ટોઝ શર્કરાઓ(જેમનું આથવણ શક્ય નથી)નું પ્રમાણ આવૃત બીજધારીઓ(angiosperms)ના કાષ્ઠના દ્રાવણની સરખામણીમાં ઓછું હોય છે. આ દ્રાવમાં 1 % – 2 % જેટલી આથવણયોગ્ય શર્કરાઓ (મેનોઝ અને બીજા હેક્ઝોઝ) હોય છે. કાષ્ઠના માવામાંથી આ દ્રાવને અલગ કરીને આથવણયોગ્ય બનાવવામાં આવે છે. દ્રાવને 30^o સે. જેટલું ઠંડું પાડીને, ચૂનો ઉમેરી pH મૂલ્ય 4.5 જેટલું રાખીને, પોષણ માટે યૂરિયા ઉમેરીને ટાંકીઓમાં યીસ્ટ વડે આથવણ કરીને અગાઉ વર્ણવ્યા પ્રમાણે આલ્કોહૉલ મેળવાય છે. 1 ટન માવાના દ્રાવમાંથી 40થી 80 લિટર સ્પિરિટ મળે છે. સ્વીડનમાં લગભગ બધો જ જરૂરી આલ્કોહૉલ આ પ્રવિધિથી મેળવાય છે.

કાષ્ઠમાંથી આલ્કોહૉલ : ઍસિડની મદદથી લાકડાનો વહેર અને બીજો કાષ્ઠ ઉદ્યોગનો કચરો મંદ ઍસિડ સાથે દ્બાણ તળે ગરમ કરતાં કાષ્ઠમાંના પૉલિસેકેરાઇડનું ગ્લુકોઝ જેવી આથવણયોગ્ય શર્કરામાં રૂપાંતર કરાય છે. બર્ગિયસ નામના જર્મન રસાયણજ્ઞે આ પદ્ધતિ વિકસાવી હતી. વિવિધ દેશોમાં આ પદ્ધતિનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવાના પ્રયત્નો ચાલી રહ્યા છે :

દ્રાવણમાં 5 % ગ્લુકોઝનું પ્રમાણ હોવું આર્થિક ર્દષ્ટિએ જરૂરી ગણાય છે. આ દ્રાવણનું આથવણ તથા આલ્કોહૉલની પ્રાપ્તિ અગાઉ જણાવ્યા પ્રમાણે કરવામાં આવે છે. 100 કિગ્રા. કાષ્ઠમાંથી 19-22 લિટર આલ્કોહૉલની પ્રાપ્તિના હેવાલો છે.

આથવણ-પદ્ધતિમાં નીચેની બાબતો ધ્યાનમાં રાખવી જરૂરી છે : (i) ખાંડની રસી જેવા કાચા માલનો યોગ્ય સંગ્રહ. (ii) વિશિષ્ટ પ્રકારના યીસ્ટ સંવર્ધન(culture)ની જીવાણુમુક્ત(sterile)રૂપમાં સાચવણી. (iii) કચરા(waste)નો નિકાલ. આ પ્રશ્ન પ્રદૂષણની ર્દષ્ટિએ ઘણો અગત્યનો છે. આ કચરાનો ગોબર ગૅસ મેળવવા માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે. (iv) નિર્જલ કે શુદ્ધ આલ્કોહૉલ મેળવવાની વિશિષ્ટ નવી પદ્ધતિનો વિકાસ. (v) આથવણમાં ઉત્પન્ન થતા કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ સાથે નીકળી જતા આલ્કોહૉલની પુન:પ્રાપ્તિ (recovery) અગત્યની છે.

ઇથિલીનમાંથી ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ : ખનિજ-તેલના શુદ્ધીકરણ તથા પેટ્રોલિયમ-વિભાગો(fractions)ના વિભંજનમાં મળતા અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનમાં ઇથિલીન મોટા પ્રમાણમાં મળે છે. આમાંથી નીચેની બે પ્રક્રિયાઓ અનુસાર ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ મોટા પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ થાય છે.

(i) ઇથિલીનને સંતૃપ્ત સલ્ફ્યુરિક ઍસિડમાં 55^o/75^o સે. તાપમાને અને 15-30 વાતાવરણના દબાણે પસાર કરતાં ઇથાઇલ હાઇડ્રોજન સલ્ફેટ મળે છે. 45 % ઍસિડનું પ્રમાણ થાય તેટલું તેમાં પાણી નાખીને નિસ્યંદન કરતાં ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ મળે છે :

આમાં ઉત્પન્ન થતું ડાયઇથાઇલ સલ્ફેટ દૂર કરવાથી ડાયઇથાઇલ ઇથરની ગૌણ પેદાશ અટકાવી શકાય છે.

(ii) ઇથિલીનની ફૉસ્ફૉરિક ઍસિડ(ડાયેટોમેસિયસ માટીમાં શોષેલ)ની હાજરીમાં 300^o સે. તાપમાને અને 60 વાતાવરણના દબાણે વરાળ સાથે પ્રક્રિયા થતાં ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ મળે છે :

CH₂ = CH₂ + H₂O → CH₃CH₂OH

આ પ્રવિધિઓમાં મળતો ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ મંદ રૂપમાં જ હોઈ વિભાગીય અને સ્થિર-ઉત્કલન નિસ્યંદન જરૂરી બને છે. યુ.એસ.એ.માં 1981માં ફક્ત 2 % આલ્કોહૉલ આથવણથી મેળવાયો હતો.

આલ્કોહૉલ પીણા તરીકે વપરાવાની શક્યતા હોઈ બધી જ સરકારો તેના ઉપર કર નાખીને તેને મોંઘો બનાવે છે અને પરવાનગી વગર ખરીદી શકાતો નથી. ઉદ્યોગમાં મોંઘો આલ્કોહૉલ પાલવે નહિ તે માટે વિષાણુ અને ખરાબ વાસ તથા સ્વાદવાળા પદાર્થો નાખે છે. આવો ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ વિકૃત (denatured) આલ્કોહૉલ કે સ્પિરિટ તરીકે ઓળખાય છે. વિકૃતિકારક તરીકે મિથેનોલ, બેન્ઝિન, પિરિડીન, એસેટાલ્ડિહાઇડ, β–હાઇડ્રૉક્સિબ્યુટિરાલ્ડિહાઇડ, મિથાઇલઆઇસો-બ્યુટાઇલ કિટોન, કેરોસીન વગેરે વપરાય છે. ઉદ્યોગો માટેનો વિકૃત આલ્કોહૉલ બનાવવામાં એવા વિકૃતિકારકો ઉમેરાય છે (દા.ત., 5 % મિથેનોલ, 0.5 % બેન્ઝિન વગેરે) જેનાથી રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં કોઈ ખલેલ પહોંચતી નથી. આવા વિકૃત આલ્કોહૉલનાં ઉત્પાદન, સંગ્રહ અને ઉપયોગ નિશ્ચિત કરાર (bond) અનુસાર જ થાય છે, જેથી તેનો ગેરકાયદેસર વપરાશ ન થાય.

આલ્કોહૉલમાંના ઇથાઇલ આલ્કોહૉલનું પ્રમાણ ‘પ્રૂફ’(proof)ના રૂપમાં દર્શાવાય છે. આ મૂળ બ્રિટિશ પ્રથા ઘણી જૂની છે અને હાલમાં પણ વપરાશમાં છે. 100-પ્રૂફ આલ્કોહૉલના 100 કદમાં 50 કદ શુદ્ધ આલ્કોહૉલ + 53.73 કદ પાણી હોય છે. 95 %નો આલ્કોહૉલ-રેક્ટિફાઇડ સ્પિરિટ – 190 પ્રૂફ ગણાય અને શુદ્ધ આલ્કોહૉલ 200 પ્રૂફ ગણાય. દીવાસળી ચાંપતાં સળગી ઊઠે તેવું આલ્કોહૉલનું પ્રમાણ 100 પ્રૂફ આલ્કોહૉલમાં હોય છે.

ઇથાઇલ આલ્કોહૉલને ઇંધન તરીકે સૂચવવામાં આવેલ છે. ગૅસોલીન સાથે ફકત શુદ્ધ આલ્કોહૉલ જ મિશ્ર થઈ શકે છે. હાલમાં શુદ્ધ આલ્કોહૉલ ગૅસોલીન કરતાં મોંઘો પડે છે. બ્રાઝિલમાં ગૅસોલીનમાં 10 % ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ ઉમેરાય છે. તેલના ભાવ વધતાં અને તેલનો અનામત જથ્થો સીમિત હોઈ આલ્કોહૉલ ઊર્જાસ્રોતોમાં અગત્યનું સ્થાન લઈ શકે તેમ છે. વળી આથવણ માટે વપરાતો બધો જ કાચો માલ – ખાંડની રસી, ધાન્ય, બટાટા, કાષ્ઠ વગેરે કૃષિપેદાશો હોઈ આલ્કોહૉલ ઊર્જાનો પુન:પ્રાપ્ય (renewable) સ્રોત ગણવામાં આવે છે. આથવણ-પ્રવિધિમાં ઊર્જાની વપરાશ 42 મેગાજૂલ/લિટર જેટલી થાય છે. જ્યારે 1 લિટર આલ્કોહૉલનું દહન કરતાં ફક્ત 23 મેગાજૂલ ઊર્જા મળે છે. આ ર્દષ્ટિએ ઓછી ઊર્જા વપરાય તેવી નવીન પ્રયુક્તિઓ અંગે ઘનિષ્ઠ સંશોધન ચાલી રહ્યું છે. રેક્ટિફાઇડ સ્પિરિટમાંના 5 % પાણીને દૂર કરવા માટે સેલ્યુલોઝ, મકાઈનો લોટ, ઍલ્યુમિનિયમ ઑક્સાઇડ તથા સિલિકન ઑક્સાઇડનો ઉપયોગ ચકાસવામાં આવેલ છે. પ્રવાહી કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ તથા ડાયબ્યુટાઇલ મેલેટ મારફત ઇથેનોલનું નિષ્કર્ષણ પણ પ્રાયોગિક સ્તરે ચાલે છે. કેટલીક નવીન પ્રવિધિમાં ઊર્જાનો વપરાશ 11-12.5 મેગાજૂલ/લિટર જેટલો ઓછો હોવાનો દાવો કરવામાં આવ્યો છે. આ શક્ય બને તો ઊર્જાસ્રોત તરીકે આલ્કોહૉલ અગત્યનું સ્થાન પ્રાપ્ત કરે.

પાણી પછી અગત્યના દ્રાવકોમાં આલ્કોહૉલ પ્રથમ આવે છે. આથી બધા જ રાસાયણિક ઉદ્યોગમાં તે મોટા પ્રમાણમાં વપરાય છે. એસેટાલ્ડિહાઇડ, ઇથાઇલ એસેટેટ, એસેટિક ઍસિડ, એસેટિક એનહાઇડ્રાઇડ, ઇથિલીન ડાયબ્રોમાઇડ, ગ્લાયકોલ, ઇથાઇલ ક્લોરાઇડ, ગ્લાયૉક્ઝલ, બધા જ ઇથાઇલ એસ્ટર વગેરે સેંકડો રસાયણોના નિર્માણમાં તે પાયાનો પદાર્થ છે.

ગુજરાતમાં યીસ્ટ આલ્કો એન્ઝાઇમ્સ લિ. (પાલિતાણા), સેલ્યુલોઝ પ્રોડક્ટસ્ ઑવ્ ઇન્ડિયા લિ. (કુલગામ, અંકલેશ્વર), ગુજકેમ ડિસ્ટિલર્સ ઇન્ડિયા લિ. (બીલીમોરા), એલેમ્બિક કેમિકલ વર્કસ લિ. (વડોદરા), અમિત આલ્કોહૉલ ઍન્ડ કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ લિ. (વાપી), ચલથણ વિભાગ ખાંડ ઉદ્યોગ મંડળી લિ. (ચલથણ, સૂરત), શ્રી બિલેશ્વર ખાંડ ઉદ્યોગ સહકારી મંડળી લિ. (કોડિનાર), અશોક ઑર્ગેનિક્સ લિ. (અંકલેશ્વર) એમ 8 ડિસ્ટિલરી છે. ભારતમાં કુલ 127 ડિસ્ટિલરી કાર્યરત છે. 1986-87ના વર્ષનું તેમનું ઉત્પાદન 61.624 કરોડ લિટર જેટલું હતું. 1989-90નું ઉત્પાદન 92.7 કરોડ લિટર હોવાનો અંદાજ છે. ગુજરાતમાં આલ્કોહૉલનું ઉત્પાદન 1986-87માં 3 કરોડ લિટર અને 1989-90માં 6.24 કરોડ લિટર અંદાજવામાં આવ્યું છે, જે ભારતના આલ્કોહોલના ઉત્પાદનના 7.4 % જેટલું થવા જાય છે.

જગદીશ જ. ત્રિવેદી

હર્ષદરાય રસિકલાલ શાહ