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Etanol Combustível
O etanol é produzido e usado no Brasil como combustível de duas formas: hidratado e puro, em motores próprios, e anidro, como aditivo da gasolina.
No Brasil, a matéria-prima para a produção do etanol é a cana-de-açúcar
O etanol é o principal composto orgânico do grupo dos álcoois, por isso é comumente chamado simplesmente de álcool. Sua fórmula está representada abaixo:
Fórmula do etanol (álcool comum)
Ele é obtido principalmente por meio da fermentação de açúcares e cereais (por isso, é chamado muitas vezes de “álcool de cereais”). No Brasil, o etanol é produzido somente pela fermentação da cana-de-açúcar, em que cerca de 1 tonelada de cana produz 70 litros de etanol. O processo de produção passa pelas seguintes etapas:
Trituração e moagem da cana para a obtenção da garapa com alto teor de sacarose;
Concentração e cristalização da garapa para a produção de duas porções: açúcar escuro, que é usado para produzir o açúcar comum, e o melaço, que é usado para se produzir o álcool;
Fermentação do melaço obtendo-se o mosto fermentado, com cerca de 12% de etanol em volume;
Destilação fracionada do mosto fermentado que produz o álcool comum a 96ºGL (96 graus Gay-Lussac), que é composto por 96% de etanol e 4% de água.
Fábrica de açúcar e álcool no Brasil
Em nosso país, a produção de cana-de-açúcar e a maioria das usinas produtoras de etanol combustível se concentram nas regiões Centro-Sul e Nordeste.
Nos Estados Unidos, usa-se o milho no lugar da cana-de-açúcar para se produzir o etanol. Outras matérias-primas mais usadas são: beterraba, arroz, cevada e batata.
Nos Estados Unidos, produz-se etanol a partir do milho
Além desse método, pode-se também fabricar o etanol por meio da reação de adição de água ao eteno.
No Brasil, são produzidos e consumidos dois tipos diferentes de etanol combustível, o anidro e o hidratado, veja cada um deles:
Etanol anidro (ou absoluto): é praticamente isento de água (quase 100% etanol) e é usado adicionado à gasolina.
Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), o governo determinou desde junho de 2007, por meio da publicação da Portaria nº 143 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, que o percentual obrigatório de etanol anidro na gasolina é de 25%, sendo que a margem de erro é de 1% para mais ou para menos.
O que determina o índice menor ou maior de etanol que será adicionado à gasolina é a política econômica do país. Por exemplo, se o país estiver passando por um momento econômico em que o valor do açúcar comum é grande no mercado internacional, então a produção de etanol irá diminuir e, consequentemente, também diminuirá a porcentagem de etanol anidro adicionado à gasolina.
A adição de etanol anidro na gasolina possui duas vantagens principais: aumenta o índice de octanagem da gasolina e diminui a emissão de monóxido de carbono (CO) liberado na queima incompleta da gasolina. Por outro lado, duas desvantagens são que o consumo do combustível aumenta e também se produzem mais óxidos de nitrogênio que, na atmosfera, reagem com a água, formando ácido nítrico, que é um dos principais responsáveis pela chuva ácida.
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A produção de álcool anidro pode ser feita principalmente de duas formas: (1) destilando-se o álcool comum com benzeno, que arrasta os 4% de água do álcool comum a 96ºGL, ou (2) adicionando-se cal virgem (óxido de cálcio – CaO), que reage com a água, formando a cal extinta (hidróxido de cálcio – Ca(OH)2), que precipita por ser insolúvel e pode ser facilmente separada do etanol por meio de uma filtração.
Etanol hidratado: é usado puro como combustível em motores desenvolvidos para a sua combustão.
Infelizmente, relatam-se casos em que fraudulentamente água é adicionada ao etanol anidro para ser vendido como hidratado e, assim, mais lucros serem obtidos. Para evitar isso, a ANP tornou obrigatório, por meio da Resolução ANP nº 7/2011, que se adicione corante de cor laranja ao etanol anidro. Visto que o etanol hidratado é incolor, o corante denuncia se houver presença do anidro irregularmente misturado.
Na década de 70, surgiu no Brasil o Proálcool, um projeto do governo que incentivava o uso do álcool como combustível no lugar dos derivados de petróleo, como a gasolina, em virtude da crise mundial de produção de petróleo e dos sucessivos aumentos do preço desse combustível. Na época, a frota nacional chegou a 90% de carros movidos a álcool.
Abastecimento de etanol combustível
No entanto, no fim da década de 80, quando o preço do petróleo se normalizou, a produção do etanol hidratado diminuiu.
Isso é ruim pelo aspecto ambiental, pois o etanol polui menos o meio ambiente pelo fato de não produzir óxidos de enxofre, que são os grandes vilões da chuva ácida, e também por ser uma fonte de energia renovável, ao contrário do petróleo.
Porém, quando se trata de analisar qual combustível escolher, deve-se analisar também o poder calorífico, ou seja, a quantidade de energia produzida por unidade de massa ou de volume. Enquanto a gasolina com 20% de álcool produz 40 546 J/g, o etanol combustível produz 27 200 J/g. Assim, visto que produz menos calor, o etanol precisa ser consumido em quantidades maiores que a gasolina.
Por isso, a importância dos carros bicombustíveis – os modelos flex -, que ajudam a manter a produção de etanol e também garantem a liberdade de escolha dos consumidores em relação ao combustível que preferem abastecer.
Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química
Por Jennifer Rocha Varg
Propriedades Físico-Químicas do etanol
O etanol é um composto leve, fácil de ser obtido e que se mistura facilmente com água e com a grande maioria dos líquidos de baixo peso molecular. Ele é altamente inflamável, podendo entrar em combustão, se submetido a uma fonte de calor, a partir de 13°C. Em seu estado puro, o álcool é altamente tóxico, já em misturas de baixo teor ele pode ser ingerido pelo ser humano de forma moderada.
O álcool possui um poder calorífico menor que o da gasolina e diesel, o que significa que ele gera menos energia e rende menos kilometragem por litros. Sua densidade é menor que a da água e maior que a da gasolina, e seu PH é praticamente neutro.
Fórmula química e molecular do etanol
O etanol é representado pela fórmula C2H6O, ou, de forma mais detalhada, CH3CH2OH. Isso significa que o composto é formado por dois átomos de carbono (C) ligados à cinco átomos de hidrogênio (H) e a um átomo de oxigênio (O) ligado a outro hidrogênio. A presença do grupo OH, chamado de hidroxila, em sua composição, faz com que o etanol se torne uma substância polar, ou seja, que possua pólos eletrônicos distintos em sua cadeia, algo possível graças à presença do oxigênio. Por causa dessa característica, o álcool se mistura facilmente com a água e outros líquidos que também são polares.
Dentre os compostos químicos, o etanol é considerado um composto orgânico, que são aqueles formados por cadeias de carbono. Isso faz com que ele seja encontrado mais facilmente em estado líquido ou gasoso, ao contrário dos compostos inorgânicos, como os minerais, que em seu estado natural costumam ser sólidos.
Entre os compostos orgânicos, o etanol faz parte da família dos álcoois, compostos em que o carbono saturado (com todas as ligações preenchidas) liga-se com a hidroxila. Seu nome deve-se à junção do prefixo "etano", comum a todos os compostos orgânicos com dois átomos de carbono em sua cadeia, com o sufixo "ol", relativo à todos os álcoois que possuem apenas uma hidroxila em sua formação. Dessa forma, não é inteiramente correto chamar o etanol apenas de "álcool", pois álcool é qualquer elemento orgânico que possui a hidroxila "OH" ligada a um carbono saturado, como metanol, butanol e propanol.
Dentre todos os álcoois, o etanol é o mais comum de ser obtido. A composição em massa de sua molécula é de 52,24% de Carbono, 13,13% de Hidrogênio e 34,73% de Oxigênio.
Massa molecular e densidade
Por possuir poucos elementos químicos em sua formação, e cadeia com apenas dois átomos de carbono, o etanol é um composto orgânico muito leve, e o mais leve dos combustíveis comuns se comparado com a gasolina, que possui cadeias entre quatro e doze carbonos, e com o diesel, que possui mais de doze carbonos. Isso faz com que ele seja mais fácil de ser obtido e que teoricamente polua menos, fato que depende também da tecnologia empregada no motor dos veículos. A leveza do etanol também contribui para seu estado natural ser líquido e por possuir um baixo ponto de ebulição (78,4°C).
Para calcular a massa molecular do etanol, assim como de qualquer composto químico, soma-se número de massa de cada um dos elementos de sua formação. Tendo como fórmula molecular C2H6O, é somado duas vezes o número de massa do carbono (2 x 12), com seis vezes o número de massa do hidrogênio (6 x 1), mais o número de massa do oxigênio (15,99), chegando ao resultado de 46,07 u (unidade de medida).
Quando puro e com temperatura próximo dos 25°C, o etanol possui uma densidade de 789 g/cm³. Isso significa que a cada centímetro cúbico o etanol pesa apenas 0,789 gramas. Os valores mudam dependendo da mistura e da temperatura em que ele está submetido, sendo que o álcool combustível possui densidade que varia de 0,82 a 0,88 g/cm³. Com isso, o etanol é um pouco mais denso que a gasolina, cuja densidade varia entre 0,72 e 0,76 gramas por centímetro cúbico, porém é menos denso que a água, que possui valor médio de 1 g/cm³.
A densidade dos compostos muda conforme a temperatura, pois essa variação influi em seu volume. Ou seja, a mesma quantidade de material pode ocupar menos ou mais espaço em função da quantidade de calor. Por isso, ocorre às vezes de caminhões que carregam combustíveis sofrerem variações na quantidade de litros que estão carregando, embora a quantidade de matéria que eles transportam continue a mesma.
Ponto de ebulição e solidificação
Em temperatura ambiente, o etanol será sempre encontrado na fase líquida, pois ele só atinge seu ponto de ebulição (transformação em gás) quando submetido a uma temperatura de 78,4°C, enquanto seu ponto de solificação (transformação em sólido) é de -114,3°C. Esses são valores médios válidos para a pressão de 1 atmosfera, ou seja, a nível do mar, sendo que os pontos sofrem pequenas alterações em diferentes altitudes.
Ponto de fulgor e auto-ignição
A partir da temperatura de 13°C, o etanol começa a emitir vapores que, em contato com outras fontes de calor, possibilita que ele entre em combustão. Essa marca é chamada de ponto de fulgor, o que não significa que ele necessariamente pegue fogo nesse ponto, apenas indica que há chances de isso acontecer caso um agente externo reaja sobre ele. Já seu ponto de auto-ignição, temperatura mínima para que a combustão ocorre sempre mesmo sem o contato direto com uma fonte de calor, é de 363°C.
É por isso que, em baixas temperaturas, o álcool combustível não funciona dentro do motor, pois os automóveis se movimentam com a energia proveniente da queima dos combustíveis. Abaixo dos 13° C, o etanol perde sua capacidade de combustão e se torna inutilizável como combustível.
Pelo seu baixo ponto de fulgor, o álcool é considerado uma substância inflamável, que são aquelas com ponto de fulgor menor que 70°C. Por isso que, quando armazenado, ele traz a letra "F" em sua embalagem, acompanhada pelo desenho de uma chama. Entre os combustíveis mais comuns, apenas a gasolina tem ponto de fulgor menor que o etanol, sendo o dela de – 40°C, enquanto o diesel e o biodiesel possuem pontos de, respectivamente, 62°C e 130°C.
Poder calorífico: potêncial energético
Poder calorífico é a quantidade de energia que um combustível é capaz de gerar em sua queima dentro do motor. Essa propriedade diz respeito à quantidade de energia interna que cada substância contém. Quanto maior o poder calorífico do combustível, maior é sua energia, e por isso, melhor o seu rendimento.
O poder calorífico do etanol combustível comum (etanol hidratado) é de 5.380 kilocalorias por litro (kcal/l). Esse valor corresponde a aproximadamente 70% do poder calorífico da gasolina, calculado em 8.325 kcal/l. É por isso que, em média, o litro do etanol faz 70% da distância que o litro da gasolina percorre, pois a energia contida em 1 litro da gasolina é 30% maior.
O maior poder calorífico dos combustíveis líquidos é o do diesel, que gera 9.160 kilocalorias por litro. Uma curiosidade em relação a isso é que o poder calorífico em massa da gasolina é superior ao diesel (11.230 contra 10.830), porém o litro deste rende mais devido à sua maior densidade (0,85 kg/l contra 0,72 kg/l).
Um dos fatores para o menor poder calorífico do etanol é a pouca quantidade de hidrogênio (átomo com maior poder calorífico que existe) em sua cadeia e a presença do oxigênio (que tem baixo poder calorífico). Em geral, quanto maior a proporção de hidrogênio no combustível maior é seu poder calorífico.
Potencial Hidrogeniônico (PH)
O PH do etanol, quando misturado em água, costuma variar entre 6 e 8, o que significa que a solução é praticamente neutra, ou seja, nem muito básica e nem muita ácida. O PH é um índice que varia entre e 1 e 14 e mede o grau de acidez ou basicidade de uma substância, cujo caráter aumenta de acordo com a distância do índice do número 7, que representa neutralidade.
Como a maioria das substâncias neutras, o etanol torna-se pouco agressivo ao ser humano, possuindo cheiro e consistência não prejudiciais. Mesmo assim, a ingestão do produto com elevada concentração de álcool puro torna-se muito perigosa, podendo ocasionar desde mal estar até morte.
Substâncias com PH entre 1 e 7 são ácidas, possuindo um sabor amargo ou azedo, como o vinagre e as frutas cítricas. Já as básicas costumam ter sabor agressivo e uma consistência escorregadia ou macia. Com exemplo de base estão os sabonetes e diversos produtos de limpeza.
Nomenclatura dos álcoois
O etanol (usado como combustível) recebe esse nome por conter apenas dois átomos de carbono em sua estrutura
A nomenclatura oficial dos álcoois segue as mesmas regras estabelecidas pela IUPAC para os hidrocarbonetos, com apenas uma diferença: como o grupo funcional é diferente, o sufixo é “ol” no lugar de “o”, que é o usado para os hidrocarbonetos.
Esse sufixo indica a presença do grupo funcional dos álcoois (OH) ligado a um ou mais carbono(s) da cadeia. Assim, as regras a serem obedecidas são:
Por exemplo:
H3C — OH: met + an + ol = metanol
H3C — CH2 — OH: et + an + ol = etanol
Observe que nesses casos o grupo OH só tinha uma opção de ligação, portanto não foi preciso numerar a cadeia. No entanto, se o álcool apresentar três carbonos ou mais em sua cadeia principal, é necessário numerar sua posição. É importante lembrar que essa numeração deve começar a partir da extremidade mais próxima do grupo OH. Vejamos como isso se dá em três casos diferentes:
1. Nomenclatura de monoálcoois:
Monoálcoois são aqueles compostos que apresentam apenas um grupo OH em sua estrutura.
1.1.Exemplos de nomenclatura para monoálcoois não ramificados:
H3C — CH2 — CH2 — OH: propan-1-ol
OH
|
H3C — CH —CH3: propan-2-ol
OH
|
H3C — CH — CH2 — CH3: butan-2-ol
OH
|
H3C — CH2 — CH2 — CH —CH2 — CH3: hexan-3-ol
1.2.Exemplos de nomenclatura para monoálcoois ramificados:
Nesse caso é necessário numerar as posições das ramificações também e citá-las no início do nome do composto:
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Se houver mais de uma ramificação, elas são todas citadas em ordem alfabética:
Note que a ordem alfabética é mantida sem a interferência do sufixo “di”. Além disso, se o monoálcool for insaturado, isto é, se houver uma ou mais ligações duplas ou triplas entre carbonos, deve-se numerar também o lugar da insaturação*:
OH
|
H3C — CH = CH — CH — CH2 — CH3: hex-2-en-3-ol
2. Nomenclatura de poliálcoois:
Poliálcoois são aqueles compostos que apresentam mais de um grupo OH em sua estrutura. Nesses casos, basta acrescentar os sufixos que indicam a quantidade, como: di, tri, tetra, etc.
Veja o exemplo:
OH OH
| |
H2C — CH2: etanodiol
3. Nomenclatura de álcoois cíclicos:
Basta acrescentar a palavra ciclo no início. O restante é igual, porém a cadeia principal sempre será o ciclo.
Exemplos:
OH
|
H2C — CH
| | : ciclobutanol
H2C — CH2
OH
|
HC — CH—CH3
| | : 2-metil-ciclobutanol
H2C —CH2
* Se o grupo OH estiver ligado diretamente ao carbono que está realizando a dupla ligação, essas regras não se aplicam, pois esse composto não faz parte do grupo dos álcoois; na realidade ele é um enol.
Fabricação ou objecao
O etanol não é um produto encontrado de forma pura na natureza. Para produzi-lo, é necessário extrair o álcool de outras substâncias. A forma mais simples e comum de obte-lo é através das moléculas de açúcar, encontradas em vegetais como cana-de açúcar, milho, beterraba, batata, trigo e mandioca. O processo que utiliza essas matérias-primas é chamado de fermentação, porém há mais duas maneiras de fazer álcool, que consiste em reações químicas controladas em laboratório.
Dentre todas as matérias-primas do etanol presentes na natureza, a cana-de-açúcar é a mais simples e produtiva, o que dá ao Brasil uma grande vantagem, visto ser esse o principal produto de extração de etanol no país. A produtividade média de geração de etanol por hectare de cana, por exemplo, é de 7500 litros, enquanto a mesma área de milho, principal matéria prima do álcool produzido por fermentação nos Estados Unidos, produz 3 mil litros do combustível.
Fermentação: Principal método
A forma mais simples e antiga, descoberta pela humanidade há milhares de anos antes de Cristo, é a fermentação. Através são dela, é o produzido o álcool utilizado para todos os fins, inclusive como combustível. Essa técnica consiste em, basicamente, adicionar ao caldo da cana-de-açúcar micro-organismos que quebram moléculas de açúcar (C6H12O6), transformando elas em duas moléculas de etanol (2 C2H5OH) mais duas moléculas de gás carbônico (2 CO2).
Nas usinas produtoras de etanol, a cana-de-açúcar passa por diversos processos, até se obter delas os álcoois anidos e hidratados.
Processo de fermentação
Lavagem: A cana de açúcar, chegando às usinas em sua forma pura, é colocada em uma esteira rolante. Lá, ela é submetida a uma lavagem que retira sua poeira, areia, terra e outros tipos de impurezas. Na sequência, a cana é picada e passa por um eletroímã, que retira materiais metálicos do produto.
Moagem: Nesse processo, a cana é moída por rolos trituradores, produzindo um líquido chamado melado. Cerca de 70% do produto original viram esse caldo, enquanto os 30% da parte sólida se transforma em bagaço. Do melado, continua-se o processo de fabricação do etanol, enquanto o bagaço pode ser utilizado à geração de energia na usina.
Eliminação de impurezas: Para eliminar os resíduos presentes no melado (restos de bagaço, areia, etc), o líquido passa por uma peneira. Em seguida, ele segue a um tanque para repousar, fazendo com que as impurezas se depositem ao fundo – processo chamado decantação. Depois de decantar, o melado puro é extraído e recebe o nome de caldo clarificado. O último processo de extração de impurezas é a esterilização, em que o caldo é aquecido para eliminar os micro-organismos presentes.
Fermentação: Após estar completamente puro, o caldo é levado a domas (tanques) no qual é misturado e eles um fermento com leveduras (fungos, sendo mais comum a levedura de Saccharomyces cerevisia). Esse microorganismos se alimentam do açúcar presente no caldo. Nesse processo, as leveduras quebram as moléculas de glicose, produzindo etanol e gás carbônico. O processo de fermentação dura diversas horas, e como resultado produz o vinho, chamado também de vinho fermentado, que possui leveduras, açúcar não fermentado e cerca de 10% de etanol.
Destilação: Estando o etanol misturado ao vinho fermentado, o próximo passo é separá-lo da mistura. Nesse processo, o líquido é colocado em colunas de destilação, nas quais ele é aquecido até se evaporar. Na evaporação, seguida da condensação (transformação em líquido), é separado o vinho do etanol. Com isso, fica pronto o álcool hidratado, usado como etanol combustível, com grau alcoólico em cerca de 96%.
Desidratação: Com o álcool hidratado preparado, basta retirar o restante de água contido nele para se fazer o álcool anidro. Essa é a etapa da desidratação, no qual podem ser utilizadas diversas técnicas. Um delas é a desidratação, em que um solvente colocado ao álcool hidratado mistura-se apenas com a água, com os dois sendo evaporados juntos. Outros sistemas, chamados peneiração molecular e pervaporação, utilizam tipos especiais de peneiras que retêm apenas as moléculas da água. Após ser desidratado, surge o álcool anidro, com graduação alcoólica em cerca de 99,5%, utilizado misturado à gasolina como combustível.
Armazenamento: Nesta etapa, o etanol anidro e hidratado são armazenados em enormes tanques, até serem levados por caminhões que transportam até as distribuidoras.
Os resíduos produzidos durante toda a fabricação do etanol também podem ser aproveitados pelas indústrias. Os resíduos sólidos, como bagaço, podem ser reutilizados energeticamente como biomassa. Já o dióxido de Carbono (CO2), derivado do processo de fermentação, pode ser utilizado à produção de refrigerantes.
O álcool utilizado para outros produtos, como bebidas, cosméticos, solventes, produtos de limpeza, etc, são obtidos da mesma maneira, passando posteriormente por outros processos que o transformam no produto final.
Outros métodos de obtenção de etanol
Além da fermentação, existem outros processos mais complexos de se produzir o etanol. Um deles é a hidratação do etileno (gás incolor obtido no aquecimento da hulha – tipo de carvão mineral), que consiste em uma síntese química entre as moléculas de água (H20), às moléculas do etileno (C2H4), resultando no etanol (C2H6O). Esse método, controlado em laboratório, utiliza ácidos como catalizadores, como o ácido sulfúrico (H2SO4), ou o ácido fosfórico (H3PO4), que possibilitam que a reação aconteça. Esse método não é muito utilizado no Brasil, porém estima-se que 80% do etanol produzido nos Estados Unidos seja por hidratação de etileno.
Outra possibilidade de se obter o etanol é pela redução do acetaldeído (composto orgânico de fórmula C2H4O). Também chamado de etanal, o acetaldeído possui estrutura molecular muito semelhante ao álcool etílico, diferindo apenas pela ausência da hidroxila(HO). Com a ação de um agente redutor, o acataldeído ganha um íon de hidrogênio (H+) que se liga ao oxigênio formando a hidroxila, e consequentemente, o etanol. A matéria-prima deve processo costuma ser o acetileno (gás incolor de forma C2H2), que em processo de hidratação produz o acetaldeído, que finalmente produz o etanol.
Apliacao
O etanol pode ser utilizado de diversas maneiras. Em sua forma pura (álcool anidro), ele é muito utilizado na indústria, sendo matéria prima de tintas, solventes, aerossóis, etc. Além disso, ele é utilizado como combustível misturado à gasolina, em proporção obrigatória no Brasil de 20%, ou ainda no diesel, de forma opcional e que chega a aproximadamente 8%. Já o etanol hidratado (etanol com cerca de 5% de água), é utilizado na produção de bebidas, alimentos, cosméticos, aromatizantes, produtos de limpeza, remédios, vacinas e como combustível de veículos. Esse tipo de álcool é o etanol comum vendido nos postos, sendo o Brasil até hoje o único país que utiliza 100% de álcool hidratado nos tanques.
Etanol nos motores veiculares
Entre os motores de veículos (motores de combustão interna) o etanol é utilizado principalmente em motores de ignição por centelha (ciclo otto). Esses motores utilizam a vela de ignição para lançar uma faísca elétrica que queima o combustível, gerando energia para o veículo se movimentar. Normalmente, esses tipos de motores são movidos a etanol ou gasolina, estando presente nos veículos leves, como automóveis e motocicletas. Um outro tipo de motor veicular é o de combustão por compressão (ciclo diesel).
Veículos leves (ciclo otto)
O etanol vem sendo utilizado com combustível desde 1938, quando um decreto presidencial tornou obrigatória a mistura de álcool anidro à gasolina, atualmente estipulada em 20%. Como álcool puro (etanol hidratado), o combustível está no mercado desde 1979, quando foi lançado o primeiro carro a álcool, o Fiat 147. Até hoje, o Brasil é único país que utiliza etanol hidratado puro como combustível.
O grande marcou que consolidou o etanol foi o Próalcool, programa lançado em 1975 que estimulou a produção de álcool no Brasil para livrar o país da dependência do petróleo. O Proálcool teve grande resultados, acarretando que, durante parte da década de 1980, mais de 70% da frota nacional de automóveis fossem movidas a álcool hidratado. Com a redução do preço do petróleo, no fim dos anos 80, o Próalcool perdeu força, e utilização da gasolina predominou no decorrer dos anos 90. O etanol só ressurgiu em meados dos anos 2000, com o lançamento dos bicombustíveis no mercado brasileiro, iniciado com o modelo VW Gol 1.6 Total Flex, em 2003. Veículos total flex possuem motor que aceitam qualquer proporção de etanol ou gasolina sem nenhum prejuízo em sua durabilidade. Atualmente, estima-se que 85% dos automóveis em circulação no país sejam total flex.
Outro uso bem recente do etanol combustível em motores de ciclo otto vem ocorrendo em motocicletas. Em 2009, foi lançada exclusivamente no Brasil a primeira linha de motos com motor bicombustível do mundo: a Honda CG150 Titan Mix. Com quatro modelos diferentes hoje em dia, as motos flex da Honda alcançaram em 31 de agosto 2012 a marca de 2 milhões de exemplares produzidos. Em julho do mesmo ano, a Yamaha lançou a Fazer 250 BlueFlex, que é atualmente a motocicleta flex de maior potência no mercado.
As primeiras experiências com motos movidas a álcool no Brasil ocorreram no começo da década de 80, com o lançamento da Honda CG150 a álcool em 1981 e da Yamaha RX125 a álcool 125 em 1982. Ambas, porém, deixaram de ser fabricadas poucos anos depois.
Veículos pesados (ciclo diesel)
Embora o diesel seja o combustível melhor adaptado a motores de combustão por compreensão (por queimar mais facilmente devido a sua baixa temperatura de autoignição), o etanol anidro tem sido cada vez mais utilizado também nesses tipos de motores, principalmente por causar menos impactos ambientais e ser mais barato. Na Suécia, por exemplo, desde 1990 é utilizado em sua frota de ônibus, com motores de ciclo diesel, um combustível contendo 95% de etanol hidratado e 5% de aditivos. Atualmente, cerca de 600 ônibus circulam no país com o E95, com grande parte de seus veículos sendo importação brasileira.
Em 2006, foi lançado o programa internacional BioEthanol for Sustainable Transport (BEST) – Bioetanol para o transporte sustentável. Com financiamento da União Europeia e participação do Brasil, China e nove países europeus, o programa desenvolveu ônibus movidos a etanol para serem utilizado no transporte público. O primeiro ônibus desse programa começou a circular em São Paulo em dezembro de 2007, utilizando o E95 em um motor de ciclo-diesel adaptado. Até o término do programa, no fim de 2009, foram implantados pelo BEST 138 ônibus, 127 em Estocolmo, dois em São Paulo e os restantes em Madri (na Espanha), La Spezia (Itália) e Nanyang (China).
Em 2011, foi lançado em São Paulo o Programa Ecofrota, com o objetivo de diminuir o uso de combustíveis fósseis no transporte público coletivo. Até janeiro de 2012, entraram em circulação 60 ônibus movidos a etanol na cidade.
No Brasil, algumas empresas de ônibus e caminhões utilizam o álcool misturado ao diesel (MAD), em misturas que geralmente são de 7 ou 8%. Desde 1997, alguns caminhões começaram a ser movidos com MAD7, com rendimento praticamente igual ao do diesel puro. No transporte público de Curitiba, começou a se utilizar em 1998 uma mistura com cerca de 11% de etanol, 2,5% de aditivo e o restante de diesel. Entretanto, a mistura baixou para 8% depois de se comprovar uma queda na potência do motor. Desde então, o MAD8 tem sido utilizado em alguns ônibus da frota da cidade.
A mistura de etanol no diesel, ao contrário do etanol na gasolina, não é obrigatória na legislação brasileira. Porém, dois projetos de lei dos anos 2000 visaram regulamentar a obrigação dessa mistura. Em 2003, o deputado Pompeo de Mattos (PDT-RS) propôs o Projeto de Lei (PL) 222, que tornava obrigatória a adição de etanol anidro ao diesel. O PL foi arquivado, e em 2005 foi proposta uma lei semelhante, de autoria do Deputado Luiz Bittencourt (PMDB-GO). Ambos foram rejeitados pela Comissão de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável da Câmara em 2006, com a alegação de que não há dados técnicos confiáveis que viabilizem essa mistura.
Apesar de proporcionar benefícios enormes ao meio ambiente, a mistura entre diesel e etanol fica inviabilizada devido às enormes diferenças entre os combustíveis. Ambos são praticamente imiscíveis devido à diferença de polaridade, o que separa os combustíveis dentro do motor quando a mistura é alta. Além disso, o álcool tem uma octanagem (resistência à detonação) e ponto de autoignição (temperatura de autocombustão) muito altos, algo impróprio a motores de combustão por compressão. Uma mistura mais viável tem sido a do biodiesel (diesel produzido organicamente) com o diesel, em uma proporção que atualmente ocorre na taxa de 5%, com perspectivas de se utilizar até 20% sem precisar de ajustes no motor.
Etanol na aviação
Em 2005, foi lançado no Brasil a primeira aeronave movida a etanol hidratado com autorização para ser produzida em série: a Ipanema EMB 202A, da Embraer. Monomotor de pequeno porte, o avião é utilizado na agricultura para a para pulverização de lavouras. Apesar de mais caro e de realizar menos tempo de voo se comparado com a gasolina de aviação, o litro do etanol é quase três vezes mais barato que o combustível aéreo.
Em aviões comerciais, um tipo de biocombustível derivado da cana-de-açúcar já foi utilizado em um voo teste da companhia Azul com o jato E195, produzido pela Embraer, que em junho de 2012 decolou de Campinas ao Rio de Janeiro, para a Conferência Rio+20.
Apesar desses exemplos, o álcool não é o biocombustível mais recomendado para uso na aviação. Entre as possibilidades, plástico reciclável, serragem, palha, óleo de cozinha e algas são algumas das opções estudadas. O mais promissor dos biocombustível tem sido a bioquerosene (querosene obtida de óleos vegetais). Em 2010, a TAM realizou um voo teste de 45 minutos no litoral brasileiro com o Airbus A320 abastecido com bioquerosene de Pinhão-Manso.
O etanol (CH3CH2OH ou C2H6O), também chamado álcool etílico e, na linguagem corrente, simplesmente álcool, é uma substância orgânica obtida da fermentação de açúcares, hidratação do etileno ou redução de acetaldeído,[1][2] encontrado em bebidas como cerveja, vinho e aguardente, bem como na indústria de perfumaria. No Brasil, tal substância é também muito utilizada como combustível de motores de explosão, constituindo assim um mercado em ascensão para um combustível obtido de maneira renovável e o estabelecimento de uma indústria de química de base, sustentada na utilização de biomassa de origem agrícola e renovável (ver: Produção de álcool no Brasil e Etanol como combustível no Brasil).
O etanol é o mais comum dos álcoois. Os álcoois são compostos que têm grupos hidroxilo ligados a átomos de carbono sp3 (ou seja, cadeias carbônicas saturadas). Podem ser vistos como derivados orgânicos da água em que um dos hidrogênios foi substituído por um grupo orgânico.
As técnicas de produção do álcool, na Antiguidade apenas restritas à fermentação natural ou espontânea de alguns produtos vegetais, como açúcares, começaram a se expandir a partir da descoberta da destilação. Mais tarde, já no século XIX, fenômenos como a industrialização expandem ainda mais este mercado, que alcança um protagonismo definitivo, ao mesmo ritmo em que se vai desenvolvendo a sociedade de consumo no século XX. O seu uso é vasto: em bebidas alcoólicas, na indústria farmacêutica, como solvente químico, como combustível ou ainda com antídoto. O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar (33,9%), de açúcar (18,5%) e etanol (36%), sendo também o maior exportador de açúcar e etanol do mundo.[3] No Brasil os índios produziam o cauim, uma fermentação da mandioca cozida ou de sucos de frutas, mastigados e depois fervidos.[4]
O etanol é muito importante no meio médico, onde é utilizado, bem como outros álcoois também são, no extermínio de vida microbiana nociva, que poderia piorar o estado dos doentes já que o etanol mata os organismos desnaturando suas proteínas e dissolvendo os lípidos sendo eficaz contra a maioria das bactérias, fungos, e vários tipos de vírus, mas é ineficaz contra os esporos bacterianos[5][6] e preservação em fluido[7]. É usado também na produção de biodiesel, onde o óleo da mamona reage com o etanol, gerando éster etílico e glicerina.[8] Há utilização também na produção de bebidas alcoólicas e de produtos farmacêuticos e de perfumaria.[9][10]
Índice
Tipos e usos
Ver também: Uso de álcoois na medicina
Anidro - o álcool anidro é bastante caracterizado pelo teor alcoólico mínimo de 99,3° (INPM), sendo composto apenas de etanol ou álcool etílico. É utilizado como combustível para veículos (Gasolina C) e matéria prima na indústria de tintas, solventes e vernizes.
Hidratado - é uma mistura hidroalcoólica (álcool e água) com teor alcoólico mínimo de 92,6° (INPM), composto por álcool etílico ou etanol. O emprego de álcool hidratado é na indústria farmacêutica, alcoolquímica e de bebidas, combustível para veículos e produtos para limpeza. O etanol é também usado como matéria prima para a produção de vinagre e ácido acético, a síntese de cloral e iodofórmio.
História
A fermentação do açúcar em etanol é uma das primeiras biotecnologias empregadas pela humanidade. Os efeitos intoxicantes do consumo de etanol já são conhecidos desde tempos antigos. O etanol tem sido utilizado pelos seres humanos desde a pré-história como o ingrediente intoxicante de bebidas alcoólicas. Resíduos secos em cerâmica de 9 mil anos encontrada na China mostram que no Neolítico as pessoas consumiam bebidas alcoólicas.[11]
Apesar da destilação ser bem conhecida pelos antigos gregos e árabes, o primeiro registro de produção de álcool a partir de um vinho destilado foi feito por alquimistas da Escola de Salerno no século XII.[12] O primeiro a mencionar o álcool absoluto, em contraste com misturas hidroalcoólicas, foi Ramon Llull.[12]
Obtenção
O etanol se forma na fermentação alcoólica de açúcares, como a glicose, pelo microorganismo Saccharomyces cerevisiae, reação que simplificadamente pode ser representada por[13]:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Toxicocinética
Quatro aspectos essenciais devem ser considerados no estudo da toxicocinética do álcool: absorção, distribuição, metabolismo e eliminação. O etanol é absorvido rapidamente a partir do estômago e intestino e é igualmente distribuído por todo o organismo por difusão simples do sangue nos tecidos.[14]
Absorção e distribuição
Etanol é de baixa massa molecular e hidrossolúvel. Quando ingerido é absorvido rapidamente no estômago (20%) e intestino delgado (80%). A concentração plasmática maior ocorre de meia hora até uma hora e meia após a ingestão.[14]
Sua absorção é rápida no começo do uso e cai posteriormente, mesmo se no estômago existir alta concentração do produto. O tempo de esvaziamento gástrico e o início da absorção intestinal podem ser considerados os principais fatores determinantes das taxas variáveis de absorção de álcool encontradas em diferentes indivíduos ou circunstâncias. Se o indivíduo possuir alimentos no estômago retardará a absorção de etanol pelo estômago. Porém, quando o álcool chega no intestino delgado, sua absorção é rápida e completa, não importando a presença de alimentos.[14]
Quando absorvido, sua distribuição é rápida. Sua hidrossolubidade faz com que o etanol passe para todos os tecidos, intra ou extra celularmente, dependendo da concentração de água. O etanol atinge o SNC e passa pela barreira hematoencefálica.[14]
Metabolismo e eliminação
O metabolismo ocorre essencialmente no fígado, por três enzimas: a álcool desidrogenase (ADH) que catalisa a oxidação a acetaldeído; a CYP2E1, principal componente do sistema microssomal hepático de oxidação do etanol (MEOS); e a catalase, localizada nos peroxissomas dos hepatócitos, responsável por apenas cerca de 10% do metabolismo do álcool. Existe ainda outra via de metabolização do etanol – via não oxidativa- que envolve a esterificação do etanol com ácidos graxos, o que conduz à formação de ésteres etílicos de ácidos graxos (FAEE). A produção de acetaldeído é a principal consequência metabólica via ADH, uma vez que este e outros aldeídos são capazes de formar adutos estáveis com proteínas e podem ainda conduzir a respostas pró-inflamatórias e pró-fibrogénicas, que parecem contribuir para a progressão da lesão hepática.
A principal via de biotransformação é a da álcool desidrogenase, que possui zinco e catalisa a transformação de etanol para acetaldeído (CH3CHO):
CH3CH2OH + NAD+ AD → CH3CHO + NADH + H+
A segunda via utiliza o sistema de oxidação microssômica (SOM), onde é utilizado o NADPH em lugar do NAD:
CH3CH2OH + NADPH + H+SOM → CH3CHO + NADP+ + H2O
Existe ainda a via da catalase, que representa 10% da biotransformação do etanol. Nos perixomas, a oxidação do etanol da origem a aldeído, assim é necessário consumo de peróxido de hidrogênio transformado em água.
A oxidação do etanol produz de energia 7, 1 kcal/g.[15]
Quanto à eliminação, o etanol é um composto cuja eliminação segue uma cinética de ordem zero, ou seja, é constante, e eliminando no homem a 0,1 g/kg de peso por hora ou 10 ml por hora em uma pessoa normal.[16]
Efeitos
O abuso deste composto afeta muitos sistemas de órgãos, causando tanto efeitos agudos como crônicos.
Sendo um depressor do SNC (acção direta),o etanol diminui a sua atividade: facilita a ação do maior neurotransmissor depressor no cérebro (GABA) e inibe a ação do maior neurotransmissor excitatório do cérebro (glutamato). Atuando especificamente sobre estes receptores, o etanol abranda o funcionamento do sistema nervoso.
De todos os sistemas do corpo, o sistema cardiovascular é aquele em que o etanol pode ter simultaneamente efeitos positivos e negativos.
No fígado, o excesso de etanol conduz a três diferentes desordens patológicas: fígado gorduroso (esteatose hepática), hepatite alcoólica e cirrose.
O consumo excessivo de álcool é a principal causa da pancreatite crónica. Contudo, os mecanismos pelos quais o etanol a causa ou sensibiliza o pâncreas para ser alvo de dano por outros factores não são conhecidos.
O álcool etílico consegue ainda perturbar os numerosos processos regulatórios que permitem aos rins funcionarem de forma normal - altera a estrutura e a função renal, assim como anula a sua capacidade em manter a composição de fluidos e electrólitos no corpo.
O etanol pode, em parte, contribuir para a supressão da actividade reprodutora dos machos, por atrofia testicular, disfunção dos órgãos reprodutores acessórios, supressão da espermatogénese e infertilidade.
Pode também ter influência direta no crescimento e desenvolvimento da criança - a criança pode nascer com Síndrome Fetal Alcoólica (FAS). O etanol é uma droga capaz de originar tolerância e um alto grau de dependência, tanto física como psicológica.
Curiosamente, estudos recentes demonstraram que uma baixa concentração de etanol parece ter efeito terapêutico no tratamento de carcinoma hepatocelular humano por indução à apoptose das células HepG2.
Apesar de não ser genotóxico, em doses muito altas e em doses específicas o etanol tem uma capacidade limitada de induzir mudanças genéticas. Quanto a carcinogênicidade, ela ainda é avaliada porém até hoje não houve níveis indicados que pudessem causar câncer a partir de exposição em ambiente de trabalho ou a partir de produtos de consumo .[17]
Principais efeitos agudos do etanol
Observações: Em média 45 gramas de etanol (120 ml de aguardente), com estômago vazio, fazem o sangue ter concentração de 0,6 a 1,0 grama por litro; após refeição a concentração é de 0,3 a 0,5 grama por litro. Um conteúdo igual de etanol, sob a forma de cerveja (1,2 litros), resulta 0,4 a 0,5 gramas de etanol por litro de sangue, com estômago vazio e 0,2 a 0,3 gramas por litro, após uma refeição mista.
Toxicidade aguda
Uísque, uma combinação perigosa com energéticos
O sistema nervoso central é o órgão onde o etanol tem ação mais rápida, causando sedação, redução de ansiedade, fala arrastada, ataxia, desinibição e redução da capacidade de julgamento. Apesar de muitas pessoas pensarem que o álcool é estimulante, na verdade trata-se de um depressor do SNC. A estimulação que ocorre em pequenas doses é decorrente da depressão no cérebro dos mecanismos de inibição.[14]
Os fatores para alteração no comportamento do indivíduo, cognição e descoordenação motora depende do sexo, da dose, da velocidade de absorção e a tolerância desenvolvida.[14]
Algumas pessoas após ingerirem quantidade considerável de bebida, tornam-se falantes enquanto outras retraem-se, tem mau humor, irritação ou introspecção. Também pode ocorrer perda de controle e agressividade.[14]
Na prática clínica, a detecção de casos de alcoolismo geralmente é caracterizada pelo rubor facial, fala pastosa, ataxia, nistagmo, irritabilidade e dificuldade de concentração, e é classificada pela CID-10 (intoxicação aguda). Se a pessoa atingir sinais de intoxicação com quantidade de álcool menor o diagnóstico é dado como intoxicação patológico.[14]
Dependendo da dose ingerida a pessoa pode ter amnésia.[14]
Fora isto muitos consomem o etanol com energéticos, como os da marca Red Bull[18] que é um estimulante correndo o risco de existir uma reação antagonista[19][20][21] ou apenas mascarante de embriaguez.[22][23] Todos energéticos possuem na embalagem orientação para evitar o consumo deles com qualquer tipo de bebida alcoólica.[24]
A hipoglicemia e cetoacidose, são os dois principais mecanismos de toxicidade aguda, indutores de coma alcoólico. Durante o metabolismo do etanol, as reações de oxidação catalisadas pelas enzimas ADH e ALDH conduzem à redução concomitante de NAD+ a NADH. A redução citosólica de NAD+ tem como consequência a inibição da conversão do lactato a piruvato, enquanto que o aumento dos níveis de NADH favorecem a reação inversa.[25]
O piruvato serve como substrato para a gliconeogénese, pelo facto de ser convertido a acetil-CoA, o qual por sua vez entra no ciclo de Krebs ou é convertido em ácidos graxos. No entanto, uma vez na presença de etanol, os níveis de piruvato estão mais baixos e como tal, para compensar a falta de substratos metabólicos normais, o organismo aumenta o metabolismo dos ácidos graxos, através da β-oxidação dos mesmos, como uma via alternativa para a obtenção de energia, uma vez que dela é possível obter acetil-CoA.[26]
O acetil-CoA, obtido por esta via, entra no ciclo de krebs, permitindo a formação de malato, o qual, após ser transportado da mitocôndria para o citosol, é convertido a oxaloacetato, ocorrendo o processo de gliconeogénese. No entanto, esta conversão necessita de NAD+, o qual, devido à presença do etanol, se encontra diminuído no citosol. Desta forma, a reação não ocorre e a produção de glicose endógena fica comprometida, havendo por isso um estado de hipoglicémia.[27]
Além da hipoglicemia, o facto de durante todo este processo se forma acetil-CoA, como resultado da β-oxidação dos ácidos graxos, e de esta se combinar com o acetato resultante do metabolismo do etanol, possibilita a formação de acetoacetato e β-hidroxibutirato que contribuem para um estado de acidose metabólica.[28]
Alcoolismo e toxicidade crônica
Ver artigos principais: Alcoolismo e Efeitos de curta duração pelo consumo de álcool
O alcoolismo é uma doença crônica, caracterizada pela dependência de etanol. Na prática clínica, constata-se que o alcoólatra cada vez mais depende da substância para viver, desenvolvendo grave dependência física quando este é retirado.[15]
Nenhuma parte do organismo humano é menos atingida dos efeitos nocivos do álcool. Em pessoas saudáveis que utilizam o álcool moderadamente, a maioria dos efeitos patológicos pode ser revertido. Porém, quando consumido com exagero ou em indivíduos com patologias prévias, as consequências nos órgãos podem ser graves e irreversíveis.[14]
Um alcoólatra é definido como o indivíduo que consome mais de quatro drinques por dia, ou seja, 60 g de álcool por dia nos últimos seis meses.[15]
No Brasil, é proibida a comercialização de quaisquer bebidas com graduação superior a 54% de volume alcoólico (Decreto 6.871, de 4 de junho de 2009).
Efeitos no sistema hematológico
A deficiência de ácido fólico, pode levar a uma anemia megaloblástica, leucopenia e plaquetopenia, além de elevar o volume corpuscular médio do indivíduo.
Sistema gastrintestinal
No sistema gastrintestinal, o etanol pode causar câncer, principalmente nas regiões do esôfago e estômago. A ação irritativa da mucoso do etanol pode resultar gastrites e úlceras estomacais e duodenais, além de pancreatite aguda e crônica.
Sobre o fígado, o que ocorre mais comumente é a esteatose, hepatite alcoólica e cirrose. Pequenas doses interferem na neoglicogênese hepática e produção de gorduras. Os danos hepáticos podem ser letais se atingirem a insuficiência hepática.
Síndrome fetal
A ingestão de álcool por grávidas pode resultar em síndrome fetal
A síndrome alcoólica fetal é um conjunto de sintomas ocasionados pelo consumo de etanol durante a gravidez, inclusive efeitos após o parto da criança.[29]
É caracterizada pela combinação de inúmeros fatores, incluindo abortos espontâneos, retardo mental, malformações no corpo, dificuldade de aprendizagem, fissuras palpebrais, lábio leporino, recém-nascidos de baixo peso, entre outros problemas.[29]
Os fatores de maior peso nesta síndrome é a capacidade do álcool de atravessar a barreira placentária e sua atuação em qualquer parte do organismo humano.
Etanol no meio ambiente
Atmosfera
O Etanol tem volatilização pouco expressiva, portanto pouca quantidade dele, em caso de vazamento por exemplo, vai para a atmosfera. Pode favorecer a formação de ozônio troposféricos sob certas condições.[17] Quando lançado diretamente para a atmosfera ele pode sofrer reações fotoquímicas que o transforma em acetaldeído (composto capaz de causar câncer), e em outras substâncias prejudiciais aos seres vivos em ambiente.[32]
Solo e água
Por ser totalmente miscível em água o etanol praticamente não sofre adsorção, assim migrando para as águas subterrâneas. Sendo tão miscível o etanol pode ter o papel de cossolvente, ou seja, ele pode aumentar a solubilidade de um segundo composto, assim diminuindo a sua adsorção e tendo como destino final os mares e os mananciais de abastecimento.[33][34]
O Etanol pode ser biodegradado por micro-organismos através do mecanismo de oxidação-redução, onde ele age como doador de elétrons.[35]
Em casos onde o etanol está misturado com outras substâncias, por exemplo na gasolina, ele causa mudanças nos mecanismos naturais de biodegradação dos outros compostos, no caso BTEX. O Etanol pode consumir preferencialmente o oxigênio do local durante sua biodegradação, dificultando assim a biodegradação dos BTEX, que precisam de oxigênio para se biodegradarem.[33]
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