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에탄올

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목차

1. 개요

에탄올은 2개의 탄소 원자를 가진 알코올로, 화학식은 CH3CH2OH이며, 다양한 용도로 사용되는 무색의 휘발성 액체이다. 에탄올은 용매, 유기 합성 원료, 소독제, 연료 등으로 사용되며, 특히 브라질에서는 자동차 연료로 널리 사용된다. 에탄올은 효모의 발효 과정을 통해 생산되거나, 에틸렌의 수화 반응을 통해 석유화학적으로 생산된다. 에탄올은 피부와 눈을 자극하고 섭취 시 중추신경계 억제 효과를 일으키며 장기간 섭취 시 간 손상을 유발할 수 있어 안전에 유의해야 한다.

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    술은 인류가 즐겨온 음료로, 발효, 증류, 혼성주로 분류되며, 쾌락과 불안 감소 효과가 있지만 과다 섭취 시 건강에 해롭고, 음주 관련 법규가 존재한다.
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에탄올 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
에탄올의 완전한 구조식
에탄올의 완전한 구조식
에탄올의 골격 구조식
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에탄올의 공-막대 모델
에탄올의 공-막대 모델
에탄올의 공간 채우기 모델
에탄올의 공간 채우기 모델
절대 에탄올의 샘플
절대 에탄올
IUPAC 명명법에탄올
기타 이름절대 알코올
알코올
콜론 스피릿
음용 알코올
에틸 알코올
EtOH
에틸 알코올
에틸 수산화물
에틸올
곡물 알코올
하이드록시에테인
메틸카비놀
분자식C₂H₆O
분자량46.07 g/mol
물리적 성질
외관무색 액체
냄새와인과 유사, 자극적임
밀도0.78945 g/cm³ (20 °C에서)
녹는점-114.14 ± 0.03 °C
끓는점78.23 ± 0.09 °C
용해도혼화성
굴절률1.3611
LogP-0.18
증기압5.95 kPa (20 °C에서)
pKa15.9 (H₂O), 29.8 (DMSO)
점성1.2 mPa·s (20 °C에서), 1.074 mPa·s (25 °C에서)
쌍극자 모멘트1.69 D
자기 감수율-33.60·10⁻⁶ cm³/mol
화학적 성질
산도 (pKa)15.9
위험성
GHS 그림 문자
신호어위험
H 문구H225
H319
H360D
P 문구P210
P233
P240
P241
P242
P305+351+338
NFPA 704건강: 2
화재: 3
반응성: 0
인화점14 °C (절대)
LD507060 mg/kg (경구, 쥐)
3450 mg/kg (쥐)
PELTWA 1000 ppm (1900 mg/m³)
IDLH3300 ppm
RELTWA 1000 ppm (1900 mg/m³)
관련 화합물
관련 화합물에테인
메탄올
식별 정보
IUPHAR 리간드2299
CAS 등록 번호64-17-5
UNII3K9958V90M
SMILESOCC
ChemSpider ID682
DrugBankDB00898
KEGGC00469
PubChem CID702
ChEBI16236
ChEMBL545
Gmelin787
Beilstein1718733
StdInChI1S/C2H6O/c1-2-3/h3H,2H2,1H3
StdInChIKeyLFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N
UN 번호UN 1170

2. 어원

'에탄올'은 두 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기인 에틸기(접두사 "eth-")와 그 사이의 단일 결합(접요사 "-an-"), 그리고 부착된 하이드록실기(−OH) 작용기(접미사 "-ol")로 구성된 화합물을 가리키는 국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)의 계통명이다.[20][219] 이 명칭은 1892년 4월 스위스 제네바에서 열린 화학 명명법에 관한 국제 회의의 결과로 만들어졌다.[23][222]

"에틸 알코올"에서 "eth-" 접두사와 수식어 "에틸(ethyl)"은 1834년 독일의 화학자 유스투스 폰 리비히가 C2H5− 기에 부여한 이름에서 유래했다. 리비히는 다이에틸 에터(C2H5−O−C2H5)의 독일어 이름인 'Aether'에서 이 용어를 만들었다.[21][220] 옥스포드 영어사전에 따르면, 'Ethyl'은 고대 그리스어 αἰθήρ|aithḗrgrc("상층 공기")와 ὕλη|hýlēgrc("물질")의 축약형이다.[22][221]

"알코올(alcohol)"이라는 용어는 현재 화학 명명법에서 더 넓은 범위의 물질을 지칭하지만, 일반적인 용어로는 여전히 에탄올을 의미한다. 이 단어는 고대로부터 화장품으로 사용된 안티몬 분말 광석을 의미하는 아랍어 ''al-kuḥl''에서 유래했으며, 중세 라틴어를 거치면서 그 의미가 유지되었다.[24][223] 에탄올을 "알코올"(특히 "포도주의 알코올")이라고 부르기 시작한 것은 근대에 들어서이며, 1753년에 처음 기록되었다. 18세기 후반 이전까지 "알코올"은 일반적으로 승화하는 모든 물질을 가리키는 용어였다.[25][224]

3. 용도

에탄올은 다양한 분야에서 널리 사용되는 중요한 화학 물질이다. 주요 용도로는 의료 분야에서의 소독제, 해독제, 약용 용매 등이 있으며, 주류의 주성분으로 기분전환용으로도 널리 소비된다. 또한 자동차 및 로켓의 연료, 연료 전지, 가정용 난방 및 요리 등 다양한 형태의 에너지원으로 활용되며, 특히 옥수수나 사탕수수 등 바이오매스에서 생산되는 바이오 에탄올은 재생 가능 에너지로서 주목받고 있다. 이 외에도 다른 유기 화합물 합성을 위한 산업 원료로 사용되거나, 여러 물질을 녹이는 용매로서 화학 실험, 의약품 제조, 화장품 및 개인 위생 용품 등에 쓰인다. 낮은 어는점을 이용하여 실험실 냉각조나 알코올 온도계의 작동 유체로도 활용된다.

3. 1. 의료용

에탄올은 의료 분야에서 다양한 용도로 활용된다. 주요 용도로는 소독제로서 의료용 물티슈나 항균 손 소독제 등에 널리 사용되며,[225][28] 피부에 상처가 났을 때 소독을 위한 드레싱 용도로도 쓰인다. 또한 에틸렌 글리콜 중독이나 메탄올 중독 시 해독제로 투여되기도 하고,[33][34][177] 물에 잘 녹지 않는 약물을 녹이는 약용 용매나 항균 보존제로도 활용된다.[37][232][39][234] 과거에는 마취제로 사용된 기록도 있으나, 현재는 다른 약물로 대체되었다.[17][18][27]

3. 1. 1. 살균제 및 소독제

에탄올은 의료용 물티슈나 항균 손 소독제 젤에 가장 흔하게 사용되는 소독제 중 하나로, 항균 및 항진균 효과를 가진다.[225][28] 에탄올은 미생물의 세포막 인지질 이중층을 용해하고 단백질을 변성시켜 죽이는 방식으로 작용한다.[225][28] 또한 세포막을 경계로 삼투압 균형을 깨뜨려 세포의 탈수를 유발하고, 물이 세포 밖으로 빠져나가게 만들어 세포를 사멸시키기도 한다.[229][32] 이러한 작용으로 대부분의 세균, 곰팡이, 바이러스에 효과를 보인다.[225][28]

그러나 에탄올은 세균의 포자를 죽이지는 못하는데,[226][29] 이 경우 과산화 수소를 함께 사용하면 효과를 볼 수 있다.[226][29]

에탄올의 살균 효과는 농도에 따라 달라지는데, 순수한 에탄올보다는 70% 농도의 에탄올 수용액이 더 효과적이다.[227][228][30][31] 이는 에탄올이 최적의 항균 활성을 나타내기 위해 물 분자를 필요로 하기 때문이다. 물이 없는 순수 에탄올(무수 에탄올)은 미생물의 막을 완전히 통과하지 못해 미생물을 파괴하지 못하고 비활성화시키는 데 그칠 수 있다.[227][228][30][31] 피부에 상처가 났을 때 소독을 위한 드레싱 용도로도 사용된다.

3. 1. 2. 해독제 역할

에탄올은 에틸렌 글리콜 중독[33] 및 메탄올 중독의 해독제로 투여될 수 있다.[34] 에탄올은 알코올 탈수소 효소(ADH)에 대해 메탄올 및 에틸렌 글리콜의 경쟁적 억제제로 작용한다.[35] 에탄올은 포메피졸이라는 다른 해독제에 비해 부작용이 더 많지만, 가격이 저렴하고 더 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다.[36]

3. 1. 3. 약용 용매

고농도의 에탄올은 물에 잘 녹지 않는 많은 약물 및 관련 화합물을 용해시키는 데 사용된다. 예를 들어 진통제, 기침약, 감기약 및 구강 세정제와 같은 액체 제제에는 에탄올이 최대 25%까지 함유될 수 있다.[232] 이러한 제제는 알코올 유발 호흡기 반응과 같이 에탄올에 부작용이 있는 사람은 피하는 것이 좋다.[233] 또한, 에탄올은 아세트아미노펜, 철분 보충제, 라니티딘, 푸로세미드, 만니톨, 페노바르비탈, 트리메토프림/설파메톡사졸 및 일반 의약품 기침약을 포함한 700가지 이상의 액체 의약품 제제에서 항균 보존제로 사용된다.[234]

3. 1. 4. 약리학

포유류에서 에탄올은 주로 간과 위에서 알코올 탈수소효소(ADH)에 의해 대사된다.[235][40] 이 효소는 에탄올이 아세트알데하이드(에탄알)로 산화되는 반응을 촉매한다.[236][41]

CH3CH2OH + NAD+ → CH3CHO + NADH + H+

에탄올 농도가 상당할 경우, 사이토크롬 P450 효소 CYP2E1이 대사를 추가적으로 지원하며, 농도가 매우 낮을 때는 카탈레이스가 관여한다.[237][42]

생성된 대사 중간생성물인 아세트알데하이드는 알려진 발암 물질이며, 에탄올 자체보다 인체에 훨씬 더 큰 독성을 나타낸다.[238][43] 일반적으로 알코올 중독과 관련된 많은 증상과 에탄올의 장기간 섭취로 인한 건강상의 위험은 아세트알데하이드의 독성 때문일 수 있다.[238][43]

아세트알데하이드는 알데하이드 탈수소효소(ALDH)에 의해 아세트산으로 산화된다. 이 효소를 암호화하는 ALDH2 유전자의 돌연변이는 동아시아 인구의 약 50%에 영향을 미치는데, 이 돌연변이는 효소의 기능을 없애거나 저하시킨다.[239][44] 이로 인해 ALDH2 효소 활성이 낮은 경우, 소량의 에탄올 섭취만으로도 아세트알데하이드가 축적되어 독성 반응을 일으키기 쉽다. 이러한 유전적 특징은 피부가 일시적으로 붉어지는 특징적인 알코올 홍조 반응을 유발하며, 아세트알데하이드 축적으로 인한 여러 불쾌한 증상을 동반할 수 있다.[239][44]

이 돌연변이는 일반적으로 동아시아인의 약 80%에서 발견되는 알코올 탈수소효소 ADH1B의 또 다른 돌연변이와 함께 나타나는데, ADH1B 돌연변이는 에탄올을 아세트알데하이드로 전환하는 촉매 효율을 향상시켜 아세트알데하이드의 축적을 더욱 가속화할 수 있다.[239][44]

3. 2. 기분전환용

에탄올은 중추신경계 억제제로서 가장 일반적으로 소비되는 향정신성 약물 중 하나이다.[240]

에탄올의 향정신성 특성 및 발암성에도 불구하고 에탄올은 쉽게 구할 수 있으며, 대부분의 국가에서 합법적으로 판매된다. 그러나 주류의 판매, 수출 및 수입, 과세, 제조, 소비 및 소지를 규제하는 법률이 있다. 가장 흔한 규제는 미성년자에게 판매를 금지하는 것이다.

대한민국에서는 주세법에 따라 알코올 도수 1% 이상을 함유한 음료를 주류로 정의하며[192], 주류의 제조 및 판매에는 관할 세무서장의 면허(제조 면허 및 판매업 면허)가 필요하다.[193] 주세법에서는 주류를 제조장에서 반출할 때 또는 보세구역에서 인출할 때 주세를 납부할 의무를 부과하고 있다.[194] 동법은 또한 다양한 종류의 주류를 규정하고[195], 종류에 따른 세율을 정하고 있다.[196] 청소년 보호법에 따라 만 19세 미만 청소년에게 주류를 판매하는 것이 금지되어 있다.[197]

3. 3. 연료

노란색: 총 옥수수 생산량(부셸) (왼쪽 축)
빨간색: 에탄올 연료에 사용되는 옥수수 (부셸) (왼쪽 축)
검은색 선: 에탄올에 사용되는 옥수수 비율 (오른쪽 축)]]

일부 연료의 에너지 밀도 (저위 발열량)와 에탄올 비교.
연료 종류MJ/LMJ/kg연구
옥탄
수
건조 목재(수분 20%)~19.5
메탄올17.919.9108.7[45]
에탄올21.2[46]26.8[46]108.6[45]
E85
(에탄올 85%, 가솔린 15%)		25.233.2105
액화 천연 가스25.3~55
오토가스 (LPG)
(60% 프로페인 + 40% 부테인)		26.850
항공 가솔린
(고옥탄가 가솔린, 제트 연료 아님)		33.546.8100/130 (희박/농후)
가스홀
(가솔린 90% + 에탄올 10%)		33.747.193/94
일반 가솔린/휘발유34.844.4[47]최소 91
고급 가솔린/휘발유최대 104
경유38.645.425
숯, 압출5023



자동차 등장 초기부터 에탄올은 연료로 사용될 가능성이 있었으며, 포드 모델 T 역시 처음에는 에탄올 연료 사용을 고려했다.[178] 하지만 미국에서는 1920년대에 제너럴 모터스가 석유 회사와 협력하여 유연 휘발유 보급을 추진하면서 에탄올 사용은 거의 중단되었다. 프랑스에서는 1920년대부터 1950년대 무렵까지 사탕무로 만든 에탄올을 휘발유에 섞어 사용했으나, 석유를 저렴하게 구할 수 있게 되면서 대부분 국가에서 에탄올 사용은 줄어들었다.

그러나 1973년 석유 파동 이후 브라질과 같이 특정 국가에서는 바이오매스에서 생산된 에탄올을 자동차 연료로 적극 활용하기 시작했다. 특히 사탕수수나 옥수수 등을 원료로 하는 바이오매스 에탄올은 석유 대체 연료로서 주목받고 있다. 에탄올은 엔진 연료 및 첨가제로서 가장 많이 사용되며, 로켓 연료로도 초기 우주 개발 시대에 중요한 역할을 했다. 자세한 내용은 하위 섹션에서 다룬다.

3. 3. 1. 엔진 연료

에탄올의 가장 큰 단일 용도는 엔진 연료 및 연료 첨가제로 사용하는 것이다. 특히 브라질은 에탄올을 엔진 연료로 사용하는 것에 크게 의존하고 있는데, 이는 세계 최고의 에탄올 생산국 중 하나이기 때문이다.[48][49] 브라질에서 판매되는 휘발유에는 최소 25%의 무수 에탄올이 포함되어 있다. 함수 에탄올(약 95% 에탄올과 물 5%)은 브라질에서 판매되는 신형 휘발유 연료 자동차의 90% 이상에서 연료로 사용할 수 있다. 브라질산 에탄올은 사탕수수를 원료로 생산되며, 이는 다른 에너지 작물에 비해 상대적으로 높은 생산성(에탄올을 생산하는 데 사용되는 화석 연료보다 830% 더 많은 연료)을 가진다.[246]

미국 및 기타 여러 국가에서는 주로 E10(에탄올 10%, 때로는 가소홀이라고 함)과 E85(에탄올 85%) 에탄올/가솔린 혼합물을 사용한다. 미국에서 에탄올 연료 산업은 주로 옥수수를 기반으로 한다. 재생 연료 협회에 따르면 2007년 10월 30일 기준으로 미국의 131개 곡물 에탄올 바이오 정제소는 연간 (2600만m3)의 에탄올을 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있었다.[259] 당시 진행 중이던 추가적인 72건의 건설 프로젝트는 향후 18개월 내에 (2400만m3)의 에탄올 생산 능력을 추가할 것으로 예상되었다. 시간이 지남에 따라 연간 약 (약 5.7억m3) 규모의 미국 휘발유 시장 중 상당 부분이 연료 에탄올로 대체될 것으로 전망된다.[50]

실험실 사용을 위한 USP 등급 에탄올


오스트레일리아 법률은 사탕수수 폐기물에서 추출한 순수 에탄올의 자동차 사용을 10%로 제한한다. 구형 자동차(및 연소 속도가 느린 연료를 사용하도록 설계된 빈티지 자동차)는 엔진 밸브를 업그레이드하거나 교체해야 할 수도 있다.[51]

업계 옹호 단체에 따르면, 연료로서의 에탄올은 일산화 탄소, 미립자 물질, 질소 산화물, 및 기타 오존 형성 오염 물질의 유해한 배기 가스를 줄여준다.[52] 아르곤 국립 연구소는 다양한 엔진 및 연료 조합의 온실 가스 배출량을 분석했으며, 순수 가솔린과 비교했을 때 바이오디젤/석유 경유 혼합물(B20)은 8%, 일반적인 E85 에탄올 혼합물은 17%, 섬유소 에탄올은 64% 감소하는 것으로 나타났다.[53] 에탄올은 가솔린보다 연구 옥탄가(RON)가 훨씬 높으므로, 예비 점화(노킹)에 덜 취약하여 더 나은 점화 진각을 가능하게 한다. 이는 낮은 탄소 배출과 더불어 토크 및 효율성을 높이는 데 기여한다.[54]

그러나 내연 기관에서의 에탄올 연소는 가솔린에서 생성되는 불완전 연소 생성물 중 다수를 생성하며, 포름알데히드 및 아세트알데하이드와 같은 관련 화합물을 상당량 더 많이 생성한다.[55] 이는 광화학 반응성을 크게 증가시키고 더 많은 지상 오존을 생성할 수 있다.[56] 한 연료 배출물 비교 보고서[57]에 따르면, 에탄올 배기가스는 가솔린 배기가스보다 2.14배 더 많은 오존을 생성하는 것으로 나타났다.[58] 이를 해당 보고서의 맞춤형 '국소 오염 지수'(LPI)에 적용하면, 에탄올의 국소 오염(스모그에 기여하는 오염) 수치는 1.7로, 가솔린의 1.0보다 높게 평가된다 (숫자가 높을수록 오염이 심함을 의미).[59] 이에 캘리포니아 대기 자원 위원회는 2008년 포름알데히드에 대한 제어 표준을 기존의 질소 산화물(NOx) 및 반응성 유기 가스(ROG)와 마찬가지로 배출 제어 그룹으로 공식화했다.[60]

2006년 전 세계 에탄올 생산량은 510억 리터 (5100만m3)였으며, 이 중 69%를 브라질과 미국이 생산했다.[257] 브라질 자동차의 20% 이상이 에탄올 전용 엔진 및 가변 연료 엔진을 포함하여 100% 에탄올을 연료로 사용할 수 있다.[61] 브라질의 가변 연료 엔진은 모든 에탄올, 모든 가솔린 또는 둘 다의 혼합물로 작동할 수 있다. 미국에서는 가변 연료 차량이 아직 더 높은 에탄올 혼합이 허용되지 않거나 효율적이지 않으므로 0%에서 85% 에탄올(가솔린 15%)까지 운행할 수 있다. 브라질은 국내에서 재배한 사탕수수에서 에탄올을 생산하는 대규모 국토 인프라를 통해 이러한 에탄올 연소 자동차를 지원한다. 사탕수수는 옥수수보다 수크로스의 농도가 높을 뿐만 아니라(약 30%) 추출하기도 훨씬 쉽다. 이 과정에서 생성된 버개스(사탕수수 찌꺼기)는 버려지지 않고 발전소에서 전기를 생산하는 데 사용된다.

단수수는 에탄올의 또 다른 잠재적 공급원이며, 건조한 환경에서 재배하기에 적합하다. 반건조 열대지방 국제작물연구소(ICRISAT)는 아시아와 아프리카의 건조 지역에서 연료, 식품 및 동물 사료의 공급원으로 단수수를 재배할 수 있는지에 대해 조사하고 있다.[260] 단수수의 수분 요구량은 사탕수수의 1/3 밖에 되지 않는다. 또한 단수수는 옥수수보다 물이 약 22% 적게 필요하다. 세계 최초의 단수수 에탄올 증류소는 인도의 안드라 프라데시에서 2007년에 상업적 생산을 시작했다.[261]

에탄올은 물과의 높은 혼화성으로 인해 액체 탄화수소와 같은 현대식 파이프라인을 통한 운송에 적합하지 않다.[62] 정비사들은 소형 엔진(특히 기화기)에 대한 손상 사례가 증가하는 것을 목격했으며, 이 손상은 연료 내 에탄올에 의한 물의 보존 증가로 인한 것이라고 생각한다.[63]

일본에서는 실험을 진행하고 있던 경제산업성이 비용의 관점에서 일본 국내에서의 생산보다는 수입을 통한 보급 촉진을 목표로, 2006년 (헤이세이 18년) 2월에 브라질의 국영 석유 회사 페트로브라스와 일본의 일본 알코올 판매가 50% 출자하여 "일백 에탄올"을 설립했다. 2007년 (헤이세이 19년) 2월 시점에서 경제산업성의 정책에 대해 석유 회사의 협력을 얻지 못하고, 휘발유와의 혼합 및 그 판매에는 아직 명확한 길이 서 있지 않다. 일본의 법 제도상으로는, 과거에 메탄올이 주성분인 가이아크스를 '''고농도 알코올 연료'''라고 명시한 후 사실상의 판매 금지령을 발포한 경위가 있으며, 그 당시에 자동차 부품에 대한 안전성을 확보하는 기준으로 정해진 「알코올 첨가량 3% 이하(E3 상당)」라는 문구가 현재에도 법적 근거로 남아 있는 점, 그리고 「고농도 알코올 연료」에 대한 과도한 비판으로 인한 나쁜 인상이 아직도 남아 있는 점 등으로 인해, E3 이상의 농도의 알코올 연료의 보급의 전망은 없는 것이 현 상황이다.

에탄올은 액체 산소와 같은 산화제와 함께 초기 이중 추진제 로켓(액체 추진) 차량에서 연료로 일반적으로 사용되었다. 제2차 세계 대전의 독일 A-4 탄도 로켓(V-2로 더 잘 알려짐)[64]은 우주 시대를 시작한 것으로 인정받았으며, 에탄올을 'B-Stoff'의 주요 구성 요소로 사용했다. 이러한 명칭 하에서 에탄올은 연소실 온도를 낮추기 위해 25%의 물과 혼합되었다.[65][66] V-2 로켓의 설계 팀은 제2차 세계 대전 이후 미국 로켓 개발을 도왔으며, 에탄올을 연료로 사용하는 레드스톤 로켓을 포함하여, 준궤도 우주 비행에서 최초의 미국 우주 비행사를 발사했다.[67][68] 알코올은 더 높은 에너지 밀도의 로켓 연료가 개발되면서 일반적으로 사용되지 않게 되었지만,[66] 에탄올은 현재 경량 로켓 추진 경주용 항공기에 사용된다.[69]

모터 스포츠의 인디카 시리즈에서는 2007년부터 98% 에탄올 연료 (음용 방지 및 발화를 육안으로 확인할 수 있도록 2%의 휘발유를 섞어 놓았다)를 사용하고 있다.

에탄올과 비교한 일부 연료의 에너지 함량 (저위 발열량)
연료 종류MJ/LMJ/kg옥탄가
마른 나무 (20% 수분)~19.5
메탄올17.919.9108.7[241]
에탄올21.2[242]26.8[242]108.6[241]
E85
(에탄올 85% + 휘발유 15%)		25.233.2105
액화천연가스 (LNG)25.3~55
자동차 연료용 가스 (LPG)
(프로페인 60% + 뷰테인 40%)		26.850
항공 휘발유
(항공유가 아닌 고옥탄가 휘발유)		33.546.8100/130 (lean/rich)
가소홀
(휘발유 90% + 에탄올 10%)		33.747.193/94
보통 휘발유34.844.4[243]최소 91
고급 휘발유최대 104
경유38.645.425
목탄5023


3. 3. 2. 로켓 연료

에탄올은 액체 산소와 같은 산화제와 함께 초기 이중 추진제 로켓(액체 추진)의 연료로 흔히 사용되었다. 제2차 세계 대전 당시 독일의 A-4 탄도 로켓(선전명 V-2로 더 잘 알려짐)[64]은 우주 시대의 시작을 알린 것으로 평가받으며, 에탄올을 ''B-Stoff''의 주요 성분으로 사용했다. 이 로켓에서 에탄올은 연소실 온도를 낮추기 위해 25%의 물과 혼합하여 사용되었다.[65][66] V-2 로켓 설계 팀은 제2차 세계 대전 이후 미국 로켓 개발을 도왔으며, 에탄올을 연료로 사용하는 레드스톤 로켓 개발에도 참여했다. 레드스톤 로켓은 최초의 미국 우주비행사를 준궤도 우주 비행으로 보내는 데 사용되었다.[67][68] 이후 더 높은 에너지 밀도를 가진 로켓 연료가 개발되면서 에탄올은 점차 사용되지 않게 되었지만,[66] 현재는 경량 로켓 추진 경주용 항공기 등에 사용되고 있다.[69]

3. 3. 3. 연료 전지

상업용 연료 전지는 개질된 천연 가스, 수소 또는 메탄올로 작동한다. 에탄올은 광범위한 가용성, 저렴한 비용, 높은 순도 및 낮은 독성으로 인해 매력적인 대안이다. 직접 에탄올 연료 전지 시스템, 자열 개질 시스템 및 열 통합 시스템을 포함하여 다양한 연료 전지 개념이 시험 단계에 들어갔다. 대부분의 작업은 연구 수준에서 수행되고 있지만 에탄올 연료 전지의 상용화 초기 단계에 있는 여러 조직이 있다.[70]

3. 3. 4. 가정용 난방 및 요리

에탄올 벽난로는 가정용 난방이나 장식용으로 사용할 수 있다. 또한 에탄올은 요리를 위한 스토브 연료로도 사용할 수 있다.[71][72]

3. 4. 공급 원료

에탄올은 중요한 산업 원료로서, 다른 유기 화합물을 합성하는 전구체로 널리 사용된다. 대표적인 예로는 할로젠화 에틸, 에틸 에스터, 다이에틸 에터, 아세트산, 에틸아민 등이 있다.

구체적인 화학 반응을 통해 다양한 화합물이 에탄올로부터 생성된다.

  • 에탄올에 농황산을 혼합하여 130°C–140°C로 가열하면 분자간 탈수가 일어나 다이에틸 에터가 생성된다.

: `2C2H5OH -> C2H5OC2H5 + H2O`

  • 농황산을 혼합한 상태로 160°C–170°C로 가열하거나, 활성 알루미나 촉매 존재 하에 강하게 가열하면 분자 내 탈수가 일어나 에틸렌이 생성된다.

: `C2H5OH -> C2H4 + H2O`
: `CH3CH2OH + [O] -> CH3CHO + H2O`

: `CH3CHO + [O] -> CH3COOH`
: `2C2H5OH + 2Na -> 2C2H5ONa + H2 ^`

3. 5. 용매

에탄올은 그 분자 구조로 인해 극성, 친수성 화합물과 비극성, 소수성 화합물을 모두 용해시킬 수 있어 보편적인 용매로 사용된다. 또한 끓는점이 낮아 용액에서 쉽게 제거할 수 있다는 장점이 있어, 식물성 오일 추출에 널리 사용된다. 예를 들어, 대마초 오일 추출 과정에서 에탄올이 추출 용매로 사용되며,[272] 윈터리제이션이라고 불리는 후처리 과정에서도 오일, 왁스, 엽록소 등을 제거하기 위한 용매로 활용된다.

이 외에도 에탄올은 페인트, 팅크제, 마커 및 구강 세정제, 향수, 탈취제와 같은 다양한 개인 위생 용품의 성분으로 포함된다. 한편, 다당류는 에탄올이 있는 수용액에서 침전하는 성질이 있는데, 이러한 원리를 이용한 에탄올 침전법은 DNA나 RNA를 정제하는 데 사용된다.

3. 6. 저온 액체

에탄올은 어는점이 -114.14°C로 매우 낮고 독성이 적다. 이러한 특성 때문에 실험실에서 드라이아이스나 다른 냉각제와 함께 사용하여, 용기를 물의 어는점보다 낮은 온도로 유지하기 위한 냉각조로 사용되기도 한다. 같은 이유로 알코올 온도계의 작동 유체로도 사용된다.

4. 화학

에탄올은 2개의 탄소 원자를 가진 알코올이며, 분자식은 CH3CH2OH이다. 에탄올은 물을 포함한 다양한 용매와 잘 섞이는 특성이 있으며 가연성을 지닌다. 자세한 화학 구조, 물리적 성질, 용매 특성 및 가연성은 각 하위 문서를 참고하라.

4. 1. 화학식

에탄올은 2개의 탄소 원자를 가진 알코올이다. 에탄올의 분자식은 CH3CH2OH이다. 에탄올 분자의 구조는 CH3−CH2−OH로 표기할 수 있으며, 이는 메틸기(CH3−)의 탄소가 메틸렌기(−CH2–)의 탄소에 연결되고, 메틸렌기의 탄소는 다시 하이드록실기(−OH)의 산소에 연결되어 있음을 보여준다. 에탄올은 다이메틸 에터의 구조 이성질체이다. 에탄올은 때때로 유기 화학에서 에틸기(C2H5−)를 '''Et'''로 나타내는 표기법을 사용하여 '''EtOH'''로 축약하기도 한다.

4. 2. 물리적 특성

스펙트럼으로 나타낸 에탄올 연소


에탄올은 약간의 냄새가 나는 휘발성, 무색 액체이다. 에탄올은 보통의 빛에서는 잘 보이지 않는 무연의 푸른 불꽃으로 연소된다. 에탄올의 물리적 특성은 주로 하이드록실기(-OH)의 존재와 짧은 탄소 사슬에서 비롯된다. 에탄올의 하이드록실기는 수소 결합에 참여할 수 있어, 비슷한 분자량을 가진 덜 극성인 유기 화합물(예: 프로페인)보다 점성이 더 높고 휘발성은 낮다. 에탄올의 공기 중 연소를 위한 단열 화염 온도는 2082°C이다.[75]

에탄올은 물보다 굴절률이 약간 높아 1.36242 (λ=589.3 nm 및 18.35°C에서)이다.[80][277] 에탄올의 삼중점은 150 K (압력 4.3 × 10−4 Pa)이다.[273][76]

에탄올은 다용도 용매이며, 물과 아세트산, 아세톤, 벤젠, 사염화 탄소, 클로로포름, 다이에틸 에테르, 에틸렌 글라이콜, 글리세롤, 니트로메탄, 피리딘, 톨루엔을 포함한 많은 유기 용매와 자유롭게 혼합된다. 용매로서의 주요 용도는 아이오딘 팅크, 진해제 등을 만드는 데 사용된다.[80][77] 또한 펜테인, 헥세인과 같은 가벼운 지방족 탄화수소 및 트라이클로로에테인, 테트라클로로에틸렌과 같은 지방족 염화물과도 혼합된다.[77]

에탄올의 물과의 혼합성은 탄소 수가 5개 이상인 더 긴 사슬 알코올(예: 펜탄올, 헥산올)이 물과 잘 섞이지 않는 것과 대조적이다. 탄소 수가 증가함에 따라 물과의 혼화성은 급격히 감소한다.[78] 에탄올과 알케인의 혼화성은 운데케인까지의 알케인으로 제한된다. 도데케인 및 더 높은 알케인과의 혼합물은 특정 온도(도데케인의 경우 약 13°C[79]) 이하에서 혼화성 간극을 나타낸다. 이 간극은 알케인이 길어질수록 넓어지는 경향이 있으며, 완전한 혼화성을 위한 온도도 높아진다.

에탄올-물 혼합물은 같은 부피의 에탄올과 물을 섞었을 때, 각 성분의 부피 합보다 적은 부피를 가진다. 예를 들어, 같은 부피의 에탄올과 물을 혼합하면 약 1.92 부피의 혼합물이 생성된다.[80][81] 에탄올과 물을 혼합하는 과정은 발열 반응으로, 298 K에서 최대 777 J/mol의 열이 방출된다.[82]

에서 고체 에탄올의 수소 결합


수소 결합은 순수한 에탄올이 공기 중의 수분을 쉽게 흡수하는 흡습성을 갖게 한다. 하이드록실기의 극성 특성으로 인해 에탄올은 많은 이온성 화합물, 특히 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 염화 마그네슘, 염화 칼슘, 염화 암모늄, 브로민화 암모늄, 브로민화 나트륨 등을 용해할 수 있다.[77] 염화 나트륨과 염화 칼륨은 에탄올에 약간만 용해된다.[77] 에탄올 분자는 비극성 말단도 가지고 있어, 대부분의 에센셜 오일[83]과 수많은 향료, 착색제, 의약품을 포함한 비극성 물질도 용해한다.

에탄올을 물에 소량 첨가하면 물의 표면 장력이 급격히 감소한다. 이 특성은 와인 잔 벽에 와인이 흘러내리는 "와인의 눈물" 현상을 설명하는 데 도움이 된다. 와인을 잔에서 돌리면 잔 벽에 묻은 얇은 와인 막에서 에탄올이 빠르게 증발한다. 에탄올 함량이 줄어들면 표면 장력이 증가하여 와인 막이 방울져 잔 아래로 흘러내리게 된다.

4. 3. 용매 특성

에탄올은 그 분자 구조에 극성인 수산기(-OH)와 비극성인 에틸기(-CH2CH3)를 모두 가지고 있어, 친수성 및 소수성 화합물을 모두 용해시킬 수 있는 보편적인 용매로 여겨진다.

에탄올은 물과 매우 잘 섞이며, 아세트산, 아세톤, 벤젠, 사염화 탄소, 클로로포름, 다이에틸 에터, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 나이트로메테인, 피리딘, 톨루엔을 포함한 많은 유기 용매와 자유롭게 혼합될 수 있다.[274][77] 또한 펜테인, 헥세인과 같은 가벼운 지방족 탄화수소나 1,1,1-트라이클로로에테인, 테트라클로로에틸렌과 같은 지방족 염화물과도 섞인다.[274][77] 이러한 폭넓은 용해력 덕분에 아이오딘 팅크제나 감기 시럽 제조,[277][274][80][77] 페인트, 팅크제, 마커, 구강 세정제, 향수, 탈취제 등 다양한 제품에 사용된다.

그러나 모든 알코올이 물과 잘 섞이는 것은 아니며, 탄소 원자가 5개 이상인 긴 사슬 알코올은 탄소 사슬이 길어질수록 물과의 혼화성이 급격히 감소한다.[275][78] 에탄올과 알케인의 혼화성도 운데케인까지만 가능하며, 도데케인이나 그보다 탄소 수가 많은 알케인과는 특정 온도(도데케인의 경우 약 13°C[79]) 아래에서는 서로 섞이지 않고 층이 분리되는 혼화성 갭을 보인다.[276][79]

에탄올과 물을 섞으면 혼합물의 전체 부피는 각 성분의 부피를 단순히 더한 값보다 작아지는 부피 수축 현상이 나타난다. 예를 들어, 같은 부피의 에탄올과 물을 섞으면 최종 부피는 약 1.92배 정도가 된다.[277][278][80][81] 또한 이 혼합 과정은 발열 반응으로, 298 K (약 25°C)에서 최대 777 J/mol의 열이 발생한다.[279][82]

에탄올-물 혼합물은 특정 비율에서 공비혼합물을 형성한다. 대기압 하에서는 질량 기준으로 에탄올 95.6%(부피 기준 약 97%)와 물 4.4%의 비율에서 공비혼합물이 형성되며, 이때 끓는점은 78.1°C (351 K)이다.[280][84][85] 이 조성은 온도와 압력에 따라 달라지며, 30°C (303 K) 미만의 온도에서는 공비 현상이 사라진다.[281] 압력을 약 70 토르 (9.333 kPa) 이하로 낮추면 공비 현상이 없어지므로, 증류를 통해 순수한 에탄올을 분리하는 것이 가능하다.[86][87]

에탄올 분자 내 수산기는 수소 결합을 형성하여 순수한 에탄올이 공기 중의 수분을 쉽게 흡수하는 흡습성을 갖게 한다. 수산기의 극성 특성 덕분에 에탄올은 많은 이온성 화합물, 특히 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 염화 마그네슘, 염화 칼슘, 염화 암모늄, 브로민화 암모늄, 브로민화 나트륨을 용해시킬 수 있다.[274][77] 반면, 염화 나트륨과 염화 칼륨은 에탄올에 약간만 용해된다.[274][77] 동시에 에탄올 분자의 비극성 부분은 대부분의 에센셜 오일[282][83]과 수많은 향료, 착색제, 의약 물질을 포함한 비극성 물질들도 용해시킨다.

물에 에탄올을 소량 첨가하면 물의 표면 장력이 급격히 낮아진다. 이 현상은 와인잔 벽에 묻은 와인에서 에탄올이 먼저 증발하면서 남은 액체의 표면 장력이 증가하여 액체가 방울져 흘러내리는 "와인의 눈물" 현상을 부분적으로 설명한다.

에탄올은 끓는점이 낮아 용액에서 쉽게 제거할 수 있다는 장점 때문에 식물성 기름이나 대마초 오일 등을 추출하는 추출제로 널리 사용된다.[272] 추출 후 불순물(오일, 왁스, 엽록소 등)을 제거하는 '윈터리제이션' 과정에도 에탄올이 활용된다.[272] 반대로, 다당류는 에탄올 존재 하에 물 용액에서 침전하는 성질이 있어, 이를 이용해 DNA나 RNA를 정제하는 에탄올 침전 방법에도 사용된다.

4. 4. 가연성

에탄올과 물의 혼합 용액은 인화점 이상으로 가열되고 점화원이 있으면 불이 붙는다.[283][88] 예를 들어, 질량 기준 20% 에탄올(부피 기준 약 25%) 용액의 인화점은 약 25°C이다. 순수한 에탄올의 인화점은 13°C이지만,[284][89] 압력이나 습도 같은 대기 조건에 약간의 영향을 받을 수 있다. 에탄올 혼합물은 평균 실온보다 낮은 온도에서도 발화할 수 있다. 에탄올은 농도가 질량 기준 2.35%(부피 기준 약 3.0%)를 초과하면 인화성 액체(3등급 위험 물질)로 분류된다.[285][288][286][90][93][91]

에탄올과 물의 혼합물의 인화점[287][92][288][93][289][94]
에탄올의
질량백분율 (%)		온도 (°C)
184.5°C[288][93]
264°C[288][93]
2.3560°C[288][93][285][90]
351.5°C[288][93]
543°C[287][92]
639.5°C[288][93]
1031°C[287][92]
2025°C[288][93]
3024°C[287][92]
4021.9°C[287]
5020°C[287][92][288][93]
6017.9°C[287]
7016°C[287][92]
8015.8°C[288][93]
9014°C[287][92]
10012.5°C[287][92][288][93][284][89]



연소하는 에탄올을 이용한 요리 기법을 플랑베라고 한다.

일본에서는 소방법에 따라 위험물 제4류(알코올류, 위험 등급 II)로 지정되어 있으며,[187] 항공법에서는 인화성 액체로 분류된다.[187]

에탄올 불꽃은 청백색이어서 낮의 밝은 햇빛 아래에서는 잘 보이지 않을 수 있다. 2013년 8월 4일, 일본 시가현에서 소화 훈련 준비 중, 소방대원이 불이 꺼진 것으로 잘못 판단하고 에탄올을 보충하다가 폭발하여 어린이가 화상을 입는 사고가 발생했다.[190] 시가현 경찰은 소화 여부 확인이 미흡했던 것으로 보고 있다.[191]

5. 자연 생성

에탄올은 효모의 대사 과정에서 생기는 부산물이다. 따라서 에탄올은 효모가 서식하는 모든 곳에 존재하며, 일반적으로 지나치게 익은 과일에서 찾을 수 있다.[290][95] 베르탐 야자 꽃에서는 공생하는 효모에 의해 생성된 에탄올이 발견되기도 한다.[291][96] 붓꼬리나무두더지와 같은 일부 동물은 에탄올을 찾는 행동을 보이지만, 대부분의 동물들은 에탄올이 함유된 음식물에 관심을 보이지 않거나 피하는 경향이 있다.[291][96] 에탄올은 또한 많은 식물이 발아하는 동안 혐기성 미생물에 의한 무산소 호흡의 결과로 자연적으로 생성된다.[292][97]

에탄올은 우주 공간에서도 발견되었는데, 성간운의 먼지 입자 주위에 얼음 코팅 형태로 존재하는 것으로 알려져 있다.[293][98] 한편, 건강한 사람의 날숨에서도 내인성 에탄올과 아세트알데하이드가 극소량(평균 196 ppb) 검출되었다.[294][99] 자동양조증후군(장발효증후군)은 소화계 내에서 내인성 발효를 통해 취할 정도의 에탄올이 생성되는 보기 드문 의학적 증상이다.[295][100]

6. 생산

가정용 병에 담겨 있는 94% 변성 에탄올


에탄올은 크게 두 가지 방식으로 생산된다. 하나는 석유화학 제품인 에틸렌을 수화시키는 방법이고, 다른 하나는 효모를 이용해 당을 발효시키는 생물학적 방법이다.[296][101] 어떤 방식이 더 경제적인지는 석유와 곡물 원료의 가격 변동에 따라 달라진다.[101]

미국의 경우, 1970년대에는 대부분의 산업용 에탄올을 석유화학 방식으로 생산했지만, 1980년대 이후 옥수수 기반의 에탄올 생산에 정부 보조금이 지급되면서 현재는 대부분 발효 방식으로 생산한다.[297] 인도에서는 주로 사탕수수를 원료로 에탄올을 만든다.[298]

발효 방식에 사용되는 원료는 주로 당질과 전분질로 나뉜다. 당질 원료로는 사탕수수나 사탕무가 대표적이며, 이들에서 얻는 폐당밀도 중요한 원료이다. 전분질 원료로는 옥수수가 가장 많이 쓰이고, 그 외에 수수, 밀 같은 곡물이나 감자, 고구마 같은 덩이줄기도 사용된다.[182] 이론적으로는 탄수화물이나 당이 포함된 다양한 물질을 원료로 사용할 수 있다. 예를 들어, 뉴질랜드에서는 낙농업에서 치즈 제조 후 남는 유청을,[183] 캐나다와 러시아에서는 목재 펄프 제조 후 폐액을 에탄올 원료로 활용하기도 한다.[184] 목재의 셀룰로스를 분해하여 에탄올을 만드는 기술도 존재하지만, 비용 문제로 인해 아직 널리 사용되지는 않는다.[184]

21세기에 들어 에탄올 연료 수요가 급증하면서, 특히 미국을 중심으로 옥수수와 사탕수수 생산량의 상당 부분이 에탄올 생산에 투입되었다. 1998년 1300만ton이었던 미국의 에탄올용 옥수수 수요는 2007년 8100만ton까지 급증했다.[185] 이러한 변화는 기존의 식량 및 사료용 수요와 경쟁하게 만들어 곡물 가격 급등을 유발했고, 이는 2007-2008년 세계 식량 가격 위기의 원인 중 하나로 지목되기도 한다.[186]

6. 1. 에틸렌 수화

산업용 공급 원료나 용매로 사용되는 에탄올(합성 에탄올)은 주로 석유화학 공급 원료인 에틸렌을 산 촉매를 이용해 수화시켜 만든다.[101][168][169]

C2H4 + H2O → CH3CH2OH

가장 흔하게 사용되는 촉매는 인산이며,[299][307][110][117] 실리카 겔이나 규조토 같은 다공성 지지체에 흡착시켜 사용한다. 이 촉매 방식은 1947년 쉘 오일 컴퍼니가 처음으로 대규모 에탄올 생산에 도입했다.[300][111] 반응은 에틸렌과 수증기의 비율을 5:3으로 유지하며, 300°C의 고압 증기 조건에서 진행된다.[301][302][112][113][170] 과거 유니온 카바이드 등 여러 미국 기업에서 이 공정을 산업적으로 활용했으나,[114] 현재는 리온델바셀 등 일부 기업에서만 상업적으로 사용하고 있다. 미국에서는 옥수수를 이용한 발효 에탄올 생산이 경제적으로 더 유리해지면서 사용 빈도가 줄었다.[114]

과거에는 에틸렌을 간접적으로 수화시키는 방법도 사용되었다. 1930년 유니온 카바이드가 처음 산업적으로 도입한 이 방식은,[303] 에틸렌을 진한 황산과 반응시켜 황산 에틸을 만들고, 이를 다시 가수분해하여 에탄올을 얻으면서 황산을 재생하는 공정이었다.[321][133][165] 현재는 에틸렌을 직접 수화하는 방식으로 거의 대체되었다.[166]

C2H4 + H2SO4 → C2H5HSO4

C2H5HSO4 + H2O → H2SO4 + C2H5OH

에탄올 생산 방식의 경제성은 당시의 석유 가격과 곡물 사료 가격에 따라 달라진다.[101]

6. 2. CO2로부터 생성

에탄올은 생물학적 및 전기화학적 반응을 통해 실험실에서 이산화 탄소로부터 생산될 수 있다.[304][305]

CO2 + H2O → CH3CH2OH + 부산물

6. 3. 발효

알코올 음료 및 연료에 사용되는 에탄올은 주로 발효를 통해 생산된다. 특정 종류의 효모, 예를 들어 사카로미케스 케레비시아이(Saccharomyces cerevisiae)는 당을 대사하여 에탄올과 이산화 탄소를 만들어낸다.[296][101] 이 과정은 다음 화학 반응식으로 나타낼 수 있다.

: C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2

: C12H22O11 + H2O → 4 CH3CH2OH + 4 CO2

발효는 에탄올 생산에 유리한 온도 조건, 대략 35°C에서 40°C 사이에서 효모를 배양하는 과정이다. 하지만 에탄올은 효모에게 독성을 가지므로, 발효만으로는 얻을 수 있는 에탄올 농도에 한계가 있다. 일반적으로 에탄올 내성이 가장 강한 효모 균주도 부피 기준으로 약 18% 농도의 에탄올 환경에서만 생존할 수 있다. 따라서 더 높은 농도의 에탄올을 얻기 위해서는 강화 과정을 거치거나 증류를 해야 한다.

곡물과 같이 녹말을 주성분으로 하는 원료에서 에탄올을 생산하려면, 먼저 녹말을 발효 가능한 당으로 전환하는 과정이 필요하다. 전통적인 맥주 양조에서는 맥아(발아시킨 곡물)를 사용하는데, 맥아는 아밀레이스라는 효소를 생성하여 녹말을 당으로 분해한다. 맥아를 으깨는 과정(매싱)을 통해 아밀레이스가 녹말을 당으로 전환시킨다.

에탄올 발효의 원료로는 사탕수수나 옥수수가 대표적이며, 이 외에도 사탕무, 수수, 밀과 같은 곡류, 감자, 고구마 등 다양한 당질 및 전분질 원료가 사용된다.[182] 인도에서는 주로 사탕수수를 이용해 에탄올을 생산한다.[298]

6. 3. 1. 셀룰로스

에탄올 발효에 사용되는 당은 셀룰로스에서도 얻을 수 있다. 이 기술의 활용은 옥수수 속대, 짚, 톱밥과 같이 셀룰로스를 포함한 다양한 농업 부산물을 재생 가능 에너지 자원으로 전환하는 가능성을 열어준다. 사탕수수 바가스와 같은 다른 농업 잔류물이나 스위치그래스와 같은 에너지 작물 역시 발효 가능한 당의 공급원이 될 수 있다.[116]

6. 4. 테스팅

액체 에탄올의 적외선 반사 스펙트럼. 3300 cm−1 근처에 중심이 있는 −OH 밴드와 2950 cm−1 근처에 C−H 밴드를 보여준다.


액체 에탄올의 근적외선 스펙트럼.


양조장과 바이오연료 공장에서는 에탄올 농도를 측정하기 위해 주로 두 가지 방법을 사용한다.

첫 번째는 적외선 에탄올 센서를 이용하는 방법이다. 이 센서는 2900 cm−1에서 C−H 밴드를 이용하여 용액 속 에탄올의 진동 주파수를 측정한다. 이 방식은 C−H 밴드와 기준이 되는 밴드를 비교하여 에탄올 함량을 계산하는 비교적 저렴한 고체 상태 센서를 사용하며, 계산 과정에는 비어-람베르트 법칙이 적용된다.

두 번째는 비중계를 사용하는 방법이다. 발효 시작 전 물질의 밀도와 발효 후 생성물의 밀도를 측정하고, 그 비중 변화를 통해 알코올 함량을 알아낸다. 이 방법은 비용이 저렴하고 간접적이지만, 특히 맥주 양조 산업에서 오랜 역사를 가지고 있다.

7. 정제

에틸렌 수화나 발효를 통해 얻어지는 에탄올은 일반적으로 물과 섞인 혼합물 상태이다. 산업용이나 연료용으로 사용하기 위해서는 대부분 이 혼합물에서 에탄올을 분리하고 정제하는 과정이 필요하다.

분별 증류는 대기압에서 에탄올 농도를 중량 기준 95.6%(몰 기준 89.5 몰%)까지 높일 수 있는 일반적인 방법이다. 하지만 이 농도에서 에탄올과 물은 끓는점이 78.1°C인 공비혼합물을 형성하기 때문에, 단순 증류만으로는 더 이상 순수한 에탄올을 분리할 수 없다.

따라서 95.6% 이상의 순도를 가진 무수 에탄올을 얻기 위해서는 공비 혼합물의 한계를 극복하는 추가적인 정제 방법이 필요하다. 여기에는 벤젠, 사이클로헥세인, 헵테인과 같은 첨가제를 넣어 새로운 공비 혼합물을 형성시켜 물을 제거하는 방법, 분자체나 셀룰로스, 옥수수 가루와 같은 건조제를 이용하여 물을 흡착시키는 방법, 또는 특수한 막을 이용하여 물을 분리하는 방법 등이 사용된다.[117][118][119] 이 외에도 염석, 초임계 유체 추출, 펄퍼베이퍼레이션, 분별 냉동, 압력 변동 흡착(PSA) 등 다양한 기술들이 에탄올 정제를 위해 연구되거나 활용되고 있다.[117][120][121]

7. 1. 증류

에틸렌 수화나 발효 과정을 통해 얻어지는 에탄올은 대부분 물과의 혼합물 상태이다. 산업용이나 연료용으로 사용하기 위해서는 이 혼합물에서 에탄올을 분리하고 정제하는 과정이 필요하다.

대기압 하에서 분별 증류를 이용하면 에탄올의 농도를 중량 기준 95.6%(몰 기준 89.5 몰%)까지 높일 수 있다. 하지만 이 농도에서 에탄올과 물은 끓는점이 78.1°C인 공비혼합물을 형성한다.[84][85] 공비혼합물은 증류 과정에서 액체와 증기의 조성이 동일하게 유지되므로, 단순한 분별 증류만으로는 이 농도 이상으로 에탄올을 더 정제할 수 없다.

순수한 에탄올, 즉 무수 에탄올을 얻기 위해서는 공비혼합물의 한계를 극복해야 한다. 한 가지 방법은 벤젠, 사이클로헥세인, 헵테인과 같은 연행제(entrainer)를 첨가하는 것이다. 연행제를 넣으면 에탄올, 물, 연행제로 구성된 새로운 삼원 공비혼합물이 형성된다. 이 삼원 공비혼합물은 기존의 에탄올-물 공비혼합물보다 끓는점이 낮기 때문에 증류 과정에서 먼저 제거되며, 결과적으로 물이 제거된 무수 에탄올을 분리할 수 있다.[307][117]

또 다른 방법은 증류 압력을 조절하는 것이다. 압력을 대기압보다 낮추면 에탄올-물 공비 혼합물의 조성이 에탄올 비율이 더 높은 쪽으로 이동한다.[86] 압력을 약 70 토르 (9.333 kPa) 이하로 충분히 낮추면 공비 혼합물 자체가 형성되지 않게 되어, 증류만으로도 100% 순수한 에탄올을 얻는 것이 가능해진다.[87] 이 낮은 압력에서 순수 에탄올의 끓는점은 약 33°C이다.[85]

증류 외에도 에탄올에서 물을 제거하는 다른 방법들이 있다. 분자체, 셀룰로스, 옥수숫가루와 같은 건조제를 사용하여 물을 흡수시킬 수 있다. 사용된 건조제는 건조시켜 재사용이 가능하다.[117] 특히, 3 옹스트롬 크기의 기공을 가진 제올라이트계 분자체는 에탄올 분자는 통과시키면서 크기가 더 작은 물 분자만 선택적으로 흡착하여 95.6% 에탄올 용액에서 물을 효과적으로 제거할 수 있다.[118] 물을 흡수한 분자체는 가열하여 물을 제거하고 건조 능력을 회복시켜 재활용할 수 있다.[119]

특수한 막을 이용하여 에탄올과 물을 분리하는 기술도 활용된다. 막 분리 기술은 액체와 증기 사이의 상평형에 의존하지 않기 때문에 공비 혼합물의 제약을 받지 않는 장점이 있다. 이 기술은 종종 증류 공정과 결합된 하이브리드 방식으로 사용되며, 막에 증기 상태의 혼합물을 공급하는 증기 투과(vapor permeation) 방식이나 액체 상태의 혼합물을 공급하는 펄퍼베이퍼레이션(pervaporation) 방식으로 작동한다.

이 외에도 다음과 같은 다양한 기술들이 에탄올 정제를 위해 연구되거나 활용되고 있다.[117]

기술설명
염석탄산 칼륨과 같은 염을 첨가하여 에탄올의 용해도를 낮춰 물과 분리시키는 방법. 소량의 염 불순물은 추가 증류로 제거 가능. 공비 혼합물 때문에 증류만으로 정제가 어려운 경우 유용함.
전기화학적 환원구리 나노입자를 탄소 나노 스파이크 필름에 촉매로 사용하여 상온에서 이산화 탄소를 직접 에탄올로 전환하는 기술.[120]
초임계 이산화 탄소 추출곡물 발효액(mash)에서 초임계 이산화 탄소를 이용하여 에탄올을 추출하는 방법.
펄퍼베이퍼레이션막 분리 기술의 일종으로, 액체 혼합물을 막에 통과시켜 특정 성분을 분리하는 방식.
분별 냉동용액을 냉각시켜 어는점 차이를 이용해 물을 얼려 제거함으로써 에탄올 농도를 높이는 방법. 전통적인 애플잭 (음료) 제조 등에 사용됨.
압력 변동 흡착 (PSA)압력 변화를 이용하여 흡착제에 특정 성분(주로 물)을 선택적으로 흡착/탈착시켜 분리하는 기술.[121]


7. 2. 분자체 및 건조제

증류 외에도 에탄올은 분자체, 셀룰로스, 옥수수 가루와 같은 건조제를 첨가하여 건조시킬 수 있다. 이 건조제들은 건조 과정을 거쳐 재사용이 가능하다.[307][117] 특히 분자체는 95.6% 에탄올 용액에서 물을 선택적으로 흡수하는 데 효과적으로 사용된다.[308][118] 제올라이트의 일종으로, 기공 크기가 3 옹스트롬인 분자체는 크기가 작은 물 분자는 효과적으로 가두지만, 상대적으로 큰 에탄올 분자는 통과시킨다. 물을 흡수한 분자체는 가열하여 수분을 제거하면 건조 능력이 재생되어 다시 사용할 수 있다.[309][119]

7. 3. 막과 역삼투

막을 이용하여 에탄올과 물을 분리할 수도 있다. 막 기반 분리는 증기-액체 평형을 기반으로 하지 않기 때문에 물-에탄올 공비 혼합물의 제한을 받지 않는다. 막은 소위 하이브리드 막 증류 공정에서 자주 사용된다. 이 공정은 첫 번째 분리 단계로 사전 농축 증류 컬럼(탑)을 사용한다. 그런 다음 증기 투과(vapor permeationeng) 또는 투과 증발(pervaporationeng) 모드로 작동되는 막을 사용하여 추가 분리를 수행한다. 증기 투과는 증기 막 공급(feed)을 사용하고 투과 증발은 액체 막 공급을 사용한다.

7. 4. 기타 기술

에탄올 생산 및 정제와 관련하여 다음과 같은 다양한 기타 기술들이 연구되고 있다.[307][117]

  • 탄산 칼륨을 사용하여 염을 형성하면 에탄올의 불용성을 이용하여 물과 상 분리가 일어난다. 이 과정에서 생성되는 미량의 탄산 칼륨 불순물은 증류를 통해 제거할 수 있다. 이 방법은 에탄올과 물이 공비혼합물을 형성하여 단순 증류만으로는 완전히 분리하기 어려울 때 특히 유용하다.
  • 탄소 나노스파이크 필름 위에 구리 나노입자를 촉매로 사용하여, 이산화 탄소를 상온에서 에탄올로 직접 전기화학적으로 환원시키는 기술이 연구되었다.[310][120]
  • 초임계 이산화 탄소를 이용하여 곡물 매쉬(mash)로부터 에탄올을 추출하는 방법이 있다.
  • 투과증발(Pervaporation) 기술을 이용한 에탄올-물 분리 방법도 연구되고 있다.
  • 분별 동결은 전통적인 방법으로 애플잭과 같은 발효 알코올 음료를 농축하는 데 사용되기도 한다.
  • 압력 순환 흡착공정(Pressure Swing Adsorption) 역시 에탄올 정제 기술 중 하나이다.[311][121]

8. 에탄올의 등급

소독용 에탄올(한신약방제)


일본에서는 일본 약국방에 의해 에탄올의 순도가 규정되어 있다. 주요 등급은 다음과 같다.

종류별명에탄올 함량 (15°C 기준)주요 특징 및 용도
무수 에탄올무수 알코올99.5 vol% 이상간암 치료 응용, 전기 기구 청소용. 소독 효과는 상대적으로 약함.
에탄올알코올95.1 ~ 96.9 vol%-
소독용 에탄올소독용 알코올76.9 ~ 81.4 vol%일반적인 의료용 소독제.



일본 약국방 기준 일반 의약품 에탄올(제3류 의약품)은 알코올 사업법에 따라 주세 상당액의 국고 납부금이 부과된다. 세금 부담을 줄이기 위해 이소프로판올을 첨가하거나 변성 알코올을 사용한 제품도 있으며, 벤잘코늄 염화물을 첨가하여 소독 효과를 높인 제품도 있다.

8. 1. 변성 알코올

순수한 에탄올과 알코올 음료는 향정신성 약물로 간주되어 높은 주세가 부과된다. 하지만 에탄올은 술로 마시는 것 외에도 용매, 연료, 소독제 등 다양한 용도로 사용된다.

이러한 비음용 용도의 에탄올에 대한 세금 부담을 줄이기 위해, 대부분의 국가에서는 에탄올을 마실 수 없도록 특정 물질을 첨가한 경우 세금을 면제한다. 이렇게 처리된 에탄올을 변성 알코올이라고 부른다.[312][313][122][123]

변성 알코올을 만들기 위해 첨가하는 물질에는 쓴맛을 내는 벤조산 데나토늄(데나토늄 벤조에이트)과 같은 고미제나, 메탄올, 나프타, 피리딘과 같은 독성 물질이 포함된다.[312][313][122][123] 이러한 첨가물은 사람이 실수로 마시는 것을 방지하는 역할을 한다.

8. 1. 1. 무수 알코올

무수 알코올은 수분 함량이 낮은 에탄올을 지칭한다. 최대 수분 함량이 1%에서 수 ppm(백만분율) 수준까지 다양한 등급이 있다. 공비 증류를 사용하여 물을 제거하는 경우, 미량의 분리제(예: 벤젠)가 포함될 수도 있다.[314][124] 무수 알코올은 사람이 섭취해서는 안 된다.

무수 알코올은 물이 다른 화학 물질과 반응하는 것을 피해야 하는 실험실 및 산업 응용 분야에서 용매로 사용되며, 연료 알코올로도 활용된다. 특히 분광 에탄올은 자외선 및 가시광선 영역에서 흡광도가 낮은 무수 에탄올로, 자외선 가시광선 분광법에서 용매로 사용하기에 적합하다.[315][125]

순수 에탄올은 미국에서 200 프루프(proof)로 분류되며, 이는 영국 시스템에서 175도 프루프에 해당한다.[316][126] 이와 비교하여 정제된 알코올(rectified spirit)은 96% 에탄올과 4% 물의 공비 혼합물로, 다양한 목적으로 무수 에탄올 대신 사용된다. 주정(酒精, spiritus)은 약 94% 에탄올(188 프루프)이며, 불순물 함량은 95%(190 프루프) 실험실용 에탄올과 차이가 있다.[127]

순수 에탄올과 주류는 정신 활성 효과 때문에 높은 주세가 부과되지만, 에탄올은 섭취 외에도 다양한 용도로 사용된다. 이러한 비섭취 용도에 대한 세금 부담을 줄이기 위해, 대부분의 국가에서는 에탄올에 마실 수 없도록 만드는 물질을 첨가한 경우 세금을 면제한다. 이러한 첨가물에는 쓴맛제인 데나토늄 벤조에이트나 메탄올, 나프타, 피리딘과 같은 독성 물질이 포함된다. 이렇게 처리된 에탄올을 변성 알코올이라고 한다.[122][123]

일본에서는 일본 약국방에 의해 에탄올의 순도가 규정되어 있다. 다음은 일본 약국방 기준 에탄올의 종류와 특징이다.

종류별명에탄올 함량 (15°C 기준)주요 특징 및 용도
무수 에탄올무수 알코올99.5 vol% 이상소독 효과는 상대적으로 약함. 간암 치료 응용. 전기 기구 청소용.
에탄올알코올95.1 ~ 96.9 vol%-
소독용 에탄올소독용 알코올76.9 ~ 81.4 vol%일반적인 의료용 소독제.



일본의 일반 의약품 (일본 약국방 기준) 에탄올(제3류 의약품)은 알코올 사업법에 따라 주세에 해당하는 국고 납부금이 부과된다. 세금을 피하기 위해 이소프로판올을 첨가하거나 변성 알코올을 사용한 제품도 있으며, 벤잘코늄 염화물을 첨가하여 소독 효과를 높인 제품도 있다.

8. 1. 2. 정류 알코올

정류 알코올(rectified spirit영어, 정류정, 정류된 주정)은 에탄올 96%와 물 4%로 구성된 공비혼합물이다.[127] 이러한 조성 때문에 일반적인 증류 방식으로는 더 이상 물을 제거하기 어렵다. 정류 알코올은 무수 에탄올이 필요한 경우가 아니면 다양한 용도로 널리 사용된다.[127] 예를 들어, 와인을 증류하여 얻는 주정은 약 94%의 에탄올(188 프루프)을 포함하며, 이는 실험실에서 사용하는 95% 에탄올(190 프루프)과는 함유된 불순물의 종류가 다르다.[127]

9. 반응

에탄올은 1차 알코올로 분류되는데, 이는 하이드록실기가 부착된 탄소에 적어도 2개의 수소 원자가 부착되어 있음을 의미한다. 많은 에탄올 반응들은 에탄올의 하이드록실기에서 일어난다.

9. 1. 에스터 형성

산 촉매가 존재하는 경우, 에탄올은 카복실산과 반응하여 에틸 에스터와 물을 생성한다.

: RCOOH + HOCH2CH3 → RCOOCH2CH3 + H2O

이 반응은 산업적으로 대규모로 수행되며, 반응 혼합물에서 생성되는 물을 제거해야 한다. 생성된 에스터는 산이나 염기가 있을 때 가수분해되어 다시 알코올과 염(카복실산 염 또는 카복실산)을 생성하는데, 이 반응은 비누 제조에 이용되기 때문에 비누화라고 불린다.

에탄올은 무기산과 반응하여 에스터를 형성할 수도 있다. 황산 다이에틸과 인산 트라이에틸은 에탄올을 각각 삼산화 황과 오산화 인으로 처리하여 제조한다. 황산 다이에틸은 유기 합성에서 유용한 에틸화제로 사용된다. 또한, 에탄올을 아질산 나트륨 및 황산과 반응시켜 제조하는 아질산 에틸은 과거에 이뇨제로 사용되었다.

9. 2. 탈수

에탄올은 하이드록실기가 붙어 있는 탄소에 최소 두 개의 수소 원자가 결합된 1차 알코올이다. 에탄올의 여러 반응은 이 하이드록실기에서 일어난다.

산 촉매가 존재할 경우, 에탄올은 탈수 반응을 통해 에틸렌으로 전환될 수 있다. 이 반응에는 주로 산화 알루미늄과 같은 고체산 촉매가 사용된다.[318][128]

:CH3CH2OH → H2C=CH2 + H2O

이처럼 물 분자가 같은 에탄올 분자 내에서 제거되는 반응을 분자 내 탈수 반응이라고 한다. 분자 내 탈수 반응은 높은 온도와 황산과 같은 산 촉매의 존재 하에 진행된다.[129] 설탕에서 얻은 에탄올(주로 브라질에서 생산)을 이용해 만든 에틸렌은 나프타나 에테인과 같은 석유화학 원료로 만든 에틸렌과 경쟁 관계에 있다.

한편, 분자 내 탈수 반응보다 낮은 온도 조건에서는 두 개의 에탄올 분자 사이에서 물 분자가 빠져나가는 분자 간 탈수 반응이 일어나 다이에틸 에터와 같은 대칭적인 에터를 생성할 수 있다. 이는 축합 반응의 일종이다.[130]

:2 CH3CH2OH → CH3CH2OCH2CH3 + H2O

9. 3. 연소

에탄올은 완전 연소하면 이산화 탄소와 물을 생성한다.

:C2H5OH (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (l); −ΔHc = 1371 kJ/mol[319] = 29.8 kJ/g = 327 kcal/mol = 7.1 kcal/g

:C2H5OH (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 3 H2O (g); −ΔHc = 1236 kJ/mol = 26.8 kJ/g = 295.4 kcal/mol = 6.41 kcal/g[320]

9. 4. 산-염기 화학

에탄올은 하이드록실기가 붙어 있는 탄소 원자에 최소 두 개의 수소 원자가 결합된 1차 알코올이다. 많은 에탄올 반응은 이 하이드록실기에서 일어난다.

에탄올은 중성 분자이며, 물에 녹였을 때 용액의 pH는 거의 7.0이다. 에탄올은 나트륨과 같은 알칼리 금속과 반응하여 짝염기인 에톡사이드 이온(CH3CH2O−)으로 정량적으로 전환될 수 있다.[275]

:2 CH3CH2OH + 2 Na → 2 CH3CH2ONa + H2

또한, 수소화 나트륨(NaH)과 같은 매우 강한 염기와 반응하여 에톡사이드 이온을 형성하기도 한다.

:CH3CH2OH + NaH → CH3CH2ONa + H2

물과 에탄올의 산성도는 거의 비슷하며, pKa 값은 각각 15.7과 16이다. 이 때문에 에톡사이드 나트륨과 수산화 나트륨(NaOH)은 다음과 같은 평형 상태에 놓인다.

:CH3CH2OH + NaOH ⇄ CH3CH2ONa + H2O

9. 5. 할로젠화

에탄올은 할로젠화 수소와 반응하여 SN2 반응을 통해 클로로에테인 및 브로모에테인과 같은 에틸 할라이드를 생성한다.

:CH3CH2OH + HCl → CH3CH2Cl + H2O

이러한 반응에는 염화 아연과 같은 촉매가 필요하다.[321][133] HBr은 황산 촉매를 사용하여 환류해야 한다.[321][133] 에틸 할라이드는 원칙적으로 염화 싸이오닐 또는 삼브로민화 인과 같은 보다 전문화된 할로젠화제로 에탄올을 처리하여 생성할 수도 있다.[275][321][78][133]

:CH3CH2OH + SOCl2 → CH3CH2Cl + SO2 + HCl

염기의 존재 하에 할로젠으로 처리하면 에탄올은 상응하는 트라이할로메테인(CHX3, 여기서 X = Cl, Br, I)을 생성한다. 이러한 전환을 할로폼 반응이라고 한다.[322][134] 염소와의 반응에서 중간생성물은 클로랄이라고 하는 알데하이드이며, 물과 반응하면 클로랄 수화물을 형성한다.[323][135]

:4 Cl2 + CH3CH2OH → CCl3CHO + 5 HCl

:CCl3CHO + H2O → CCl3C(OH)2H

에탄올은 에틸 할라이드의 전구체로 산업적으로 사용되지는 않지만, 반응은 예시가 될 수 있다.

9. 6. 산화

에탄올은 시약 및 조건에 따라 아세트알데하이드로 산화된 다음 아세트산으로 산화될 수 있다.[321][133] 이러한 산화는 산업적으로는 중요하지 않지만, 인체 내에서는 간에서 간 ADH에 의해 촉매된다. 에탄올의 산화 생성물인 아세트산은 인간에게 영양소이며, 아세틸-CoA의 전구체로 작용하여 아세틸 그룹은 에너지로 사용되거나 생합성에 사용될 수 있다.

9. 7. 물질대사

포유류에서 에탄올은 주로 간과 위에서 알코올 탈수소효소(ADH)에 의해 대사된다.[235] 알코올 탈수소효소는 에탄올이 아세트알데하이드(에탄알)로 산화되는 반응을 촉진한다.[236]

:CH3CH2OH + NAD+ → CH3CHO + NADH + H+

에탄올 농도가 상당한 수준일 경우, 사람의 사이토크롬 P450 효소인 CYP2E1이 에탄올 대사를 추가적으로 돕는다. 반면, 에탄올 농도가 미량일 때는 카탈레이스가 대사에 관여한다.[237]

이 과정에서 생성되는 대사 중간생성물인 아세트알데이드는 발암 물질로 알려져 있으며, 에탄올 자체보다 인체에 훨씬 더 큰 독성을 나타낸다. 일반적으로 알코올 중독과 관련된 많은 증상이나 에탄올의 장기간 섭취로 인한 건강상의 위험은 아세트알데하이드의 독성에서 비롯될 수 있다.[238]

아세트알데이드는 이후 알데하이드 탈수소효소(ALDH)에 의해 아세트산으로 산화된다. 동아시아 인구의 약 50%는 ALDH2 유전자에 돌연변이가 있어 이 효소의 기능이 저하되거나 비활성화된 형태를 가지고 있다. 이 돌연변이는 피부가 일시적으로 붉어지는 특징적인 알코올 홍조 반응과 관련이 있으며, 아세트알데하이드 축적으로 인한 불쾌한 독성 증상을 유발할 수 있다.[239] 이 유전자 변이는 동아시아인의 약 80%에서 발견되는 알코올 탈수소효소 ADH1B의 또 다른 돌연변이와 동반되는 경우가 흔한데, ADH1B 변이는 에탄올을 아세트알데하이드로 전환하는 촉매 효율을 높인다.[239]

에탄올은 단백질, 지방, 탄수화물과 같은 주영양소와 유사하게 열량을 제공한다. 섭취되어 대사될 때, 에탄올 대사 과정을 통해 그램(g)당 7 칼로리(kcal)를 공급한다.[324][136]

10. 안전성

순수한 에탄올은 피부와 눈을 자극한다.[325] 섭취 시 메스꺼움, 구토 및 중독 증상이 나타날 수 있다. 에탄올을 장기간 섭취하면 심각한 간 손상을 초래할 수 있다.[326] 또한, 에탄올은 인화성이 매우 높으므로 화기 근처에서 사용해서는 안 된다.

사람이 에탄올을 섭취하면 중추신경계를 억제하는 효과로 인해 취기라는 급성 증상이 나타난다. 많은 양을 섭취하면 중추신경 억제로 인해 호흡이 정지되어 사망에 이를 수도 있다. 사람의 치사량에는 개인차가 있지만, 대략 1400 mg/kg 정도이며[187], 알코올 도수 100% 용액 기준으로 성인은 6–10 mL/kg, 소아는 3.6 mL/kg이 최소 치사량(LDLo)이다.[188] 예를 들어, 30분 이내에 알코올 도수 100% 에탄올을 성인이 250ml, 유소아가 6ml–30ml 마시거나, 소독용 알코올을 500ml 마셨을 경우 급성 알코올 중독으로 사망할 수 있다.[188]

음주 습관이 있는 인간이 에탄올을 반복적으로 장기간 섭취하면 대뇌 위축이 발생할 수 있다. 그 외에도 에탄올은 발암성이 지적되어, 국제 암 연구 기관(IARC)의 발암물질 분류에서 "그룹 1: 사람에게 발암성이 있음"으로 분류되어 있다.[189] 또한 간에 손상을 입혀 지방간이나 알코올성 간염, 더 나아가 간경변이나 알코올 의존증의 원인이 되기도 한다. 임산부가 음주할 경우 태아에게 영향을 미쳐 태아 알코올 스펙트럼 장애(FASD) 등을 유발할 수 있다.[187]

대기 중 에탄올 농도가 1/1,000 이상이면 유럽 연합의 직업적 노출 기준을 초과한다.[326]

살균·소독 목적으로 에탄올을 손에 사용하는 경우 인체에 미치는 영향은 크지 않다. 하지만 주세를 피하기 위해 메탄올이나 이소프로판올이 섞인 변성 알코올이 있는데, 이를 잘못 마시면 실명이나 위 천공 등 심각한 증상을 일으킬 수 있으므로 절대 음용해서는 안 된다.

또한 에탄올은 상처 부위나 점막에 사용하면 자극이 강하고 통증을 유발하므로, 주로 정상적인 피부에만 사용해야 한다. 에탄올은 유기 용제로 작용하여 피부에 바르면 피지나 수분을 빼앗아 갈 수 있으며, 반복 사용 시 피부염이 생길 수 있으므로 과도한 사용은 피하는 것이 좋다. 특히 이소프로판올은 에탄올보다 피지를 더 잘 녹이므로, 이소프로판올이 혼합된 제품은 더욱 주의해야 한다.

11. 역사

당을 에탄올로 발효시키는 것은 인류가 사용한 최초의 생명공학 기술 중 하나이다.[327][139] 에탄올은 선사 시대부터 알코올 음료의 취하게 하는 성분으로 사용되어 왔다. 중국에서 발견된 9,000년 된 토기의 잔류물은 신석기 시대 사람들이 알코올 음료를 소비했음을 시사한다.[328][140]

고대 그리스와 로마의 자연철학자들인 아리스토텔레스(기원전 384년~322년), 테오프라스토스(기원전 371년~287년경), 대플리니우스(기원전 23/24년~서기 79년) 등은 포도주에 불이 붙는 성질이 있다는 것을 이미 알고 있었다.[329][141] 그러나 로마령 이집트에서 2~3세기에 걸쳐 증류 기술이 발전했음에도 불구하고, 순수한 에탄올을 분리하는 데까지는 이르지 못했다.[330][142]

9세기 아랍의 학자 자비르 이븐 하이얀은 끓는 포도주에 소금을 첨가하면 상대 휘발도가 증가하여 발생하는 증기의 가연성이 높아진다는 중요한 사실을 발견했다.[331][143] 포도주의 증류에 대한 기록은 킨디(801년~873년경), 파라비(872년~950년경), 알 자흐라위(936년~1013년)의 저서 《Kitāb al-Taṣrīf》 등 아랍 문헌에서 찾아볼 수 있다.[332][144] 12세기에 이르러 소금을 넣은 포도주를 증류하여 '아쿠아 아르덴스'(aqua ardens, "불타는 물") 즉, 에탄올을 생산하는 방법이 여러 라틴어 문헌에 등장하기 시작했으며, 13세기 말에는 서유럽의 화학자들 사이에서 널리 알려진 물질이 되었다.[333][145]

이탈리아의 타데오 알데로티(1223년~1296년)는 수냉식 증류기를 이용한 반복적인 분별 증류를 통해 90% 순도의 에탄올을 얻는 방법을 설명했다.[334][146] 에탄올은 당시 '아쿠아 비타'(aqua vitae, "생명수")라고 불렸으며,[206] 아르날두스 드 빌라 노바(1240년~1311년)와 장 드 로케타일라드(1310년~1366년경) 등에 의해 그 의학적 효능이 연구되었다. 특히 장 드 로케타일라드는 에탄올을 모든 질병을 예방하는 생명 유지 물질로 간주했다.[335][147]

중국에서는 고고학적 증거를 통해 12세기 금나라나 남송 시대에 본격적인 알코올 증류가 시작되었음을 알 수 있다. 허베이성 칭룽의 유적지에서는 12세기에 만들어진 증류기가 발견되기도 했다.[336][148] 인도에서는 중동으로부터 증류 기술이 전파되어 14세기 델리 술탄국 시대에 널리 사용되었다.[337][149]

1796년, 독일계 러시아인 화학자 요한 토비아스 로위츠는 부분적으로 정제된 에탄올(알코올-물 공비 혼합물)을 무수 알칼리와 혼합한 뒤 낮은 열로 증류하여 순수한 에탄올(무수 에탄올)을 처음으로 분리하는 데 성공했다.[338][150] 프랑스의 화학자 앙투안 라부아지에는 에탄올이 탄소, 수소, 산소로 이루어진 화합물임을 밝혔고, 1807년 니콜라스 시어도어 드 소쉬르는 에탄올의 화학식을 결정했다.[339][340][151][152] 그로부터 50년 후인 1858년, 아치볼드 스콧 쿠퍼는 에탄올의 구조식을 발표했는데, 이는 초기에 구조식이 밝혀진 화합물 중 하나이다.[341][153]

에탄올의 인공 합성은 1825년 마이클 패러데이에 의해 처음 이루어졌다. 그는 황산이 다량의 석탄 가스를 흡수한다는 사실을 발견했다.[342][154] 이 과정에서 생성된 물질(황산 에틸)을 연구한 영국의 화학자 헨리 헨넬과 프랑스의 화학자 조르주 시몽 세룰라스는 1828년 각각 독립적으로 이 물질이 에탄올로 분해될 수 있음을 발견했다.[343][344][345][155][156][157] 결과적으로 패러데이는 자신도 모르는 사이에 에틸렌(석탄 가스의 성분)으로부터 산 촉매 수화 반응을 통해 에탄올을 합성하는 방법을 발견한 셈이며, 이는 오늘날 산업적인 에탄올 합성 공정과 유사하다.[346][158]

에탄올은 1840년대 미국에서 램프 연료로 사용되었으나, 미국 남북전쟁 기간 동안 산업용 알코올에 세금이 부과되면서 경제성을 잃었다. 이 세금은 1906년에 폐지되었다.[347][159] 자동차 연료로 사용되기 시작한 것은 1908년 포드 모델 T가 출시되면서부터인데, 이 자동차는 휘발유 또는 에탄올을 연료로 사용할 수 있었다.[348][160] 에탄올은 알코올 램프의 연료로도 사용된다.

현대에 산업용으로 사용되는 에탄올은 주로 에틸렌으로부터 생산된다.[349][161] 에탄올은 향수, 향료, 착색제, 의약품 등 인체에 접촉하거나 섭취하는 다양한 물질의 용매로 널리 사용된다. 화학 분야에서는 용매이자 다른 화합물을 합성하는 원료로 쓰이며, 열과 빛을 내는 연료로서 오랜 역사를 가지고 있을 뿐만 아니라 최근에는 내연기관의 연료로도 주목받고 있다.

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