HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Craft-Brauereien nutzen CO2 in überraschend vielen Anwendungen beim Brauen, Abfüllen und Servieren: beim Umfüllen von Bier oder anderen Produkten von Tank zu Tank, bei der Karbonisierung von Produkten, bei der Sauerstoffreinigung vor dem Abfüllen, beim Abfüllen von Bier, beim Vorspülen von Lagertanks nach der Reinigung und Desinfektion sowie beim Abfüllen von Fassbier in Restaurants oder Bars. Und das ist nur ein kleiner Ausschnitt.
„Wir verwenden CO2 in der gesamten Brauerei und Bar“, sagt Max McKenna, Senior Marketing Manager der in Boston ansässigen Dorchester Brewing Co. „Beim Bierausschank – in jeder Phase des Prozesses.“
Wie viele andere Craft-Brauereien steht auch Dorchester Brewing vor einem Mangel an CO2 in kommerzieller Qualität, das für den Betrieb benötigt wird (lesen Sie hier mehr über die Gründe für diesen Mangel).
„Aufgrund unserer Verträge haben unsere derzeitigen CO2-Lieferanten ihre Preise trotz Preiserhöhungen in anderen Marktsegmenten nicht angehoben“, sagte McKenna. „Bislang hat sich dies hauptsächlich auf den begrenzten Vertrieb ausgewirkt.“
Um den Mangel an CO2 auszugleichen, verwendet Dorchester Brewing in einigen Fällen Stickstoff anstelle von CO2.
„Wir konnten viele Arbeitsschritte auf Stickstoff umstellen“, fuhr McKenna fort. „Besonders wichtig waren dabei die Reinigung der Dosen und die Gasabdeckung während des Abfüll- und Versiegelungsprozesses. Das ist mit Abstand die größte Verbesserung für uns, da diese Prozesse viel CO₂ benötigen. Lange Zeit hatten wir eine spezielle Stickstoffanlage. Wir verwenden einen speziellen Stickstoffgenerator, um den gesamten Stickstoff für die Bar zu produzieren – für eine separate Stickstofflinie und unsere Biermischung.“
Stickstoff (N₂) ist das wirtschaftlichste Edelgas in der Herstellung und kann in Brauereien, Getränkemärkten und Bars eingesetzt werden. N₂ ist für Getränke günstiger als CO₂ und je nach Verfügbarkeit in Ihrer Region oft leichter erhältlich.
Stickstoff (N₂) ist als Gas in Hochdruckflaschen oder als Flüssigkeit in Dewargefäßen oder großen Lagertanks erhältlich. Er kann auch vor Ort mit einem Stickstoffgenerator erzeugt werden. Stickstoffgeneratoren funktionieren, indem sie Sauerstoffmoleküle aus der Luft entfernen.
Stickstoff ist mit 78 % das häufigste Element in der Erdatmosphäre; der Rest besteht aus Sauerstoff und Spurengasen. Dadurch wird die Atmosphäre auch umweltfreundlicher, da weniger CO₂ ausgestoßen wird.
Beim Brauen und Abfüllen kann Stickstoff (N₂) verwendet werden, um Sauerstoff aus dem Bier fernzuhalten. Bei sachgemäßer Anwendung (die meisten mischen CO₂ mit N₂ bei kohlensäurehaltigem Bier) kann N₂ zum Reinigen von Tanks, zum Umfüllen von Bier, zum Druckbeaufschlagen von Fässern vor der Lagerung und zur Belüftung unter dem Verschluss verwendet werden. In Bars wird Stickstoff in Zapfanlagen für Nitropiv sowie in Hochdruck-/Fernanwendungen eingesetzt, wo er mit einem bestimmten Anteil CO₂ gemischt wird, um Schaumbildung am Zapfhahn zu verhindern. N₂ kann sogar als Verdampfungsgas zur Entgasung von Wasser verwendet werden, falls dies Teil des Brauprozesses ist.
Wie wir bereits in unserem vorherigen Artikel über CO₂-Mangel erwähnt haben, ist Stickstoff nicht in allen Brauprozessen ein vollständiger Ersatz für CO₂. Diese Gase verhalten sich unterschiedlich. Sie haben unterschiedliche Molekulargewichte und Dichten.
CO₂ ist beispielsweise in Flüssigkeiten besser löslich als N₂. Deshalb entstehen im Bier mit Stickstoff kleinere Bläschen und ein anderes Mundgefühl. Aus diesem Grund verwenden Brauer flüssigen Stickstoff anstelle von gasförmigem Stickstoff zur Nitrierung des Bieres. Kohlendioxid verleiht dem Bier außerdem eine leichte Bitterkeit oder Säure, die Stickstoff nicht hervorruft, was das Geschmacksprofil verändern kann. Der Umstieg auf Stickstoff wird jedoch nicht alle Probleme mit Kohlendioxid lösen.
„Es besteht Potenzial“, sagt Chuck Skepek, Leiter der technischen Brauprogramme am Brewers Institute, „aber Stickstoff ist kein Allheilmittel und keine schnelle Lösung. CO₂ und Stickstoff verhalten sich sehr unterschiedlich. Wenn man das CO₂ absaugt, vermischt sich mehr Stickstoff mit der Luft im Tank. Daher wird mehr Stickstoff benötigt. Das höre ich immer wieder.“
„Ein Brauer, den ich kenne, war wirklich clever und hat Kohlendioxid durch Stickstoff ersetzt. Sein Bier enthielt daraufhin viel mehr Sauerstoff. Jetzt verwendet er ein Gemisch aus Stickstoff und Kohlendioxid – und hat damit etwas mehr Erfolg. Es ist nicht einfach so, dass er sagt: ‚Hey, wir lösen jetzt alle unsere Probleme mit Stickstoff.‘ Es ist schön, dass in der Fachliteratur viel mehr darüber geschrieben wird. Immer mehr Leute forschen tatsächlich daran und entwickeln Best Practices für diesen Ersatz.“
Die Zufuhr dieser Gase variiert aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten, was gegebenenfalls Anpassungen bei der Konstruktion oder Lagerung erforderlich macht. Hören Sie, wie Jason Perkins, Braumeister bei Allagash Brewing Co., die Umrüstung seiner Abfüllanlage und des Gasverteilers erläutert, um CO₂ für die Druckfüllung und N₂ als Dichtungsmittel und Entgasungsmittel zu verwenden. Die Lagerung kann variieren.
„Es gibt definitiv einige Unterschiede, unter anderem aufgrund der Stickstoffgewinnung“, sagte McKenna. „Wir gewinnen reinen flüssigen Stickstoff in Dewargefäßen, daher unterscheidet sich die Lagerung deutlich von unseren CO₂-Tanks: Diese sind kleiner, stehen auf Rollen und werden in einem Gefrierschrank gelagert. Wir haben den Prozess der Umstellung von Kohlendioxid auf Stickstoff optimiert, achten aber sehr sorgfältig darauf, den Übergang effizient und verantwortungsvoll zu gestalten, um sicherzustellen, dass das Bier in jeder Phase höchste Qualität aufweist. In manchen Fällen war es ein einfacher Austausch, in anderen Fällen erforderte es erhebliche Verbesserungen bei Materialien, Infrastruktur, Produktion usw.“
Laut diesem ausgezeichneten Artikel der Firma Titus Co. (einem Anbieter von Luftkompressoren, Lufttrocknern und Luftkompressor-Serviceleistungen außerhalb von Pennsylvania) funktionieren Stickstoffgeneratoren auf eine von zwei Arten:
Druckwechseladsorption: Bei der Druckwechseladsorption (PSA) werden Kohlenstoffmolekularsiebe zur Molekültrennung eingesetzt. Das Sieb besitzt Poren, die der Größe der Sauerstoffmoleküle entsprechen. Diese werden beim Durchtritt zurückgehalten, während die größeren Stickstoffmoleküle passieren können. Anschließend wird der Sauerstoff über eine separate Kammer freigesetzt. Durch dieses Verfahren lässt sich eine Stickstoffreinheit von bis zu 99,999 % erreichen.
Stickstofferzeugung mittels Membranen. Bei der Stickstofferzeugung mittels Membranen werden Moleküle mithilfe von Polymerfasern getrennt. Diese Fasern sind hohl und weisen Oberflächenporen auf, die klein genug sind, um Sauerstoff durchzulassen, aber zu klein, als dass Stickstoffmoleküle Sauerstoff aus dem Gasstrom verdrängen könnten. Generatoren, die dieses Verfahren nutzen, können Stickstoff mit einem Reinheitsgrad von bis zu 99,5 % erzeugen.
Der PSA-Stickstoffgenerator produziert hochreinen Stickstoff in großen Mengen und mit hohen Durchflussraten – die reinste Stickstoffform, die viele Brauereien benötigen. Hochrein bedeutet 99,9995 % bis 99 % Reinheit. Membran-Stickstoffgeneratoren eignen sich ideal für kleinere Brauereien, die eine Alternative mit geringem Volumen und niedrigem Durchfluss benötigen und bei denen eine Reinheit von 99 % bis 99,9 % ausreichend ist.
Der Stickstoffgenerator von Atlas Copco ist ein kompakter Industriekompressor mit modernster Technologie und einer speziellen Membran, die den Stickstoff vom Druckluftstrom trennt. Brauereien sind eine wichtige Zielgruppe für Atlas Copco. Laut einem Whitepaper von Atlas Copco zahlen Brauereien üblicherweise zwischen 0,10 und 0,15 US-Dollar pro Kubikfuß für die Stickstoffproduktion vor Ort. Wie verhalten sich diese Kosten zu Ihren CO₂-Kosten?
„Wir bieten sechs Standardpakete an, die 80 % aller Brauereien abdecken – von einigen Tausend bis zu Hunderttausenden von Barrel pro Jahr“, sagt Peter Askini, Business Development Manager für Industriegase bei Atlas Copco. „Eine Brauerei kann die Kapazität ihrer Stickstoffgeneratoren erhöhen, um zu wachsen und gleichzeitig die Effizienz zu erhalten. Dank des modularen Designs lässt sich zudem bei einer deutlichen Erweiterung des Brauereibetriebs ein zweiter Generator hinzufügen.“
„Die Verwendung von Stickstoff soll CO2 nicht vollständig ersetzen“, erklärt Asquini, „aber wir gehen davon aus, dass Winzer ihren Verbrauch um etwa 70 % reduzieren können. Der Hauptgrund dafür ist Nachhaltigkeit. Jeder Winzer kann Stickstoff problemlos selbst herstellen. Vermeiden Sie zusätzliche Treibhausgase – das ist besser für die Umwelt. Die Investition macht sich bereits im ersten Monat bezahlt und wirkt sich direkt auf Ihr Ergebnis aus. Sollten Sie vor dem Kauf keine Einsparung feststellen, kaufen Sie das Produkt nicht. Hier sind unsere einfachen Regeln. Die Nachfrage nach CO2 steigt rasant, um Produkte wie Trockeneis herzustellen, das große Mengen CO2 benötigt und beispielsweise für den Transport von Impfstoffen erforderlich ist. Brauereien in den USA äußern Bedenken hinsichtlich des Angebots und fragen sich, ob sie den Preis an ihren Bedarf anpassen können.“
Wie bereits erwähnt, ist die Stickstoffreinheit für Craft-Brauer von entscheidender Bedeutung. Genau wie CO₂ reagiert Stickstoff mit dem Bier oder der Würze und transportiert dabei Verunreinigungen. Aus diesem Grund werden viele Stickstoffgeneratoren für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie als ölfreie Geräte beworben (mehr zu den Vorteilen ölfreier Kompressoren in puncto Sauberkeit erfahren Sie im letzten Satz der Randspalte unten).
„Wenn wir CO2 erhalten, prüfen wir dessen Qualität und Verunreinigungen. Das ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Zusammenarbeit mit einem guten Lieferanten“, sagte McKenna. „Stickstoff ist etwas anders, deshalb kaufen wir weiterhin reinen flüssigen Stickstoff. Wir suchen außerdem nach einem internen Stickstoffgenerator und vergleichen dessen Preis – auch hier legen wir Wert auf die Reinheit des produzierten Stickstoffs, um die Sauerstoffaufnahme zu minimieren. Wir sehen das als potenzielle Investition, sodass in der Brauerei nur noch die Bierkarbonisierung und die Trinkwasseraufbereitung vollständig auf CO2 angewiesen sein werden.“
„Ein ganz wichtiger Punkt, den man unbedingt beachten sollte – und der vielleicht als kleinlich erscheint, aber für die Bierqualität entscheidend ist – ist, dass jeder Stickstoffgenerator Stickstoff mit einer Reinheit von 99,99 % (zwei Nachkommastellen) produzieren muss, um die Sauerstoffaufnahme und das Oxidationsrisiko zu minimieren. Diese hohe Genauigkeit und Reinheit verursacht zwar höhere Kosten für den Stickstoffgenerator, gewährleistet aber die Qualität des Stickstoffs und damit die Qualität des Bieres.“
Brauer benötigen beim Einsatz von Stickstoff umfangreiche Daten und eine strenge Qualitätskontrolle. Nutzt ein Brauer beispielsweise Stickstoff (N₂), um Bier zwischen Tanks umzufüllen, muss die Stabilität des CO₂-Gehalts im Tank und in der Flasche während des gesamten Prozesses überwacht werden. In manchen Fällen ist reiner Stickstoff (N₂) nicht geeignet (z. B. beim Abfüllen in Behälter), da er CO₂ aus der Lösung verdrängt. Daher verwenden manche Brauer ein 50/50-Gemisch aus CO₂ und N₂ zum Befüllen des Behälters, während andere ganz darauf verzichten.
N2-Profi-Tipp: Sprechen wir über Wartung. Stickstoffgeneratoren sind im Prinzip nahezu wartungsfrei, aber einige Verbrauchsmaterialien wie Filter müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Dieser Service ist in der Regel alle 4000 Betriebsstunden erforderlich. Das gleiche Team, das sich um Ihren Kompressor kümmert, ist auch für die Wartung Ihres Generators zuständig. Die meisten Generatoren verfügen über eine einfache Steuerung, ähnlich wie bei Ihrem iPhone, und bieten umfassende Fernüberwachungsmöglichkeiten per App.
Die Tankspülung unterscheidet sich aus mehreren Gründen von der Stickstoffspülung. Stickstoff (N₂) vermischt sich gut mit Luft und reagiert daher nicht mit Sauerstoff (O₂) wie Kohlendioxid (CO₂). Da Stickstoff leichter als Luft ist, füllt er den Tank von oben nach unten, während CO₂ ihn von unten nach oben füllt. Für die Spülung eines Lagertanks wird mehr Stickstoff als CO₂ benötigt, und es ist oft mehr Strahlmittel erforderlich. Spart man damit trotzdem Geld?
Mit dem neuen Industriegas ergeben sich auch neue Sicherheitsrisiken. Eine Brauerei sollte unbedingt O₂-Sensoren installieren, damit die Mitarbeiter die Raumluftqualität visuell beurteilen können – ähnlich wie man heutzutage N₂-Dewargefäße in Kühlschränken aufbewahrt.
Die Rentabilität kann die Kosten von CO2-Rückgewinnungsanlagen jedoch leicht übersteigen. In diesem Webinar erklärt Dion Quinn von Foth Production Solutions (einem Ingenieurbüro), dass die N2-Produktion zwischen 8 und 20 US-Dollar pro Tonne kostet, während die CO2-Abscheidung mit einer Rückgewinnungsanlage zwischen 50 und 200 US-Dollar pro Tonne kostet.
Zu den Vorteilen von Stickstoffgeneratoren gehört die Eliminierung oder zumindest Reduzierung der Abhängigkeit von Verträgen und Lieferungen von CO₂ und Stickstoff. Dies spart Lagerplatz, da Brauereien die benötigte Menge selbst produzieren und lagern können und somit die Lagerung und der Transport von Stickstoffflaschen entfallen. Wie bei CO₂ werden Versand und Handhabung von Stickstoff vom Kunden bezahlt. Mit Stickstoffgeneratoren gehört dies der Vergangenheit an.
Stickstoffgeneratoren lassen sich oft problemlos in Brauereien integrieren. Kleinere Modelle können an der Wand montiert werden, sodass sie keine Stellfläche beanspruchen und leise arbeiten. Die Beutel sind unempfindlich gegenüber wechselnden Umgebungstemperaturen und sehr widerstandsfähig gegenüber Temperaturschwankungen. Sie können im Freien installiert werden, sind aber nicht für extreme Klimazonen geeignet.
Es gibt zahlreiche Hersteller von Stickstoffgeneratoren, darunter Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb und Holtec Gas Systems. Ein kleiner Stickstoffgenerator könnte im Rahmen eines fünfjährigen Mietkaufprogramms etwa 800 US-Dollar pro Monat kosten, so Asquini.
„Letztendlich haben Sie, wenn Stickstoff für Sie geeignet ist, eine Vielzahl von Anbietern und Technologien zur Auswahl“, sagte Asquini. „Finden Sie die passende Lösung und achten Sie auf die Gesamtbetriebskosten. Vergleichen Sie außerdem die Strom- und Wartungskosten der verschiedenen Geräte. Oftmals ist die günstigste Option nicht die beste für Ihre Anwendung.“
Stickstoffgeneratoren verwenden einen Luftkompressor, und die meisten Craft-Brauereien besitzen bereits einen, was praktisch ist.
Welche Luftkompressoren werden in Craft-Brauereien eingesetzt? Sie befördern Flüssigkeiten durch Rohre und Tanks. Sie liefern die Energie für pneumatische Förderung und Steuerung. Zur Belüftung von Würze, Hefe oder Wasser. Sie dienen als Steuerventile und zum Spülen von Tanks mit Spülgas, um Schlamm während der Reinigung zu entfernen und die Bohrlochreinigung zu unterstützen.
Viele Anwendungen in Brauereien erfordern den Einsatz von 100 % ölfreien Luftkompressoren. Gelangt Öl in das Bier, tötet es die Hefe ab und lässt den Schaum zusammenfallen, was das Getränk verdirbt und das Bier ungenießbar macht.
Es stellt auch ein Sicherheitsrisiko dar. Da die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sehr sensibel ist, gelten dort strenge Qualitäts- und Reinheitsstandards – und das aus gutem Grund. Beispiel: Die ölfreien Luftkompressoren der Sullair SRL-Serie mit 10 bis 15 PS (7,5 bis 11 kW) eignen sich hervorragend für Craft-Brauereien. Brauereien schätzen den leisen Betrieb dieser Geräte. Die SRL-Serie bietet niedrige Geräuschpegel bis zu 48 dBA, wodurch sich der Kompressor auch ohne separaten schallisolierten Raum für den Innenbereich eignet.
Wenn saubere Luft entscheidend ist, wie beispielsweise in Brauereien und Craft-Brauereien, ist ölfreie Druckluft unerlässlich. Ölpartikel in Druckluft können nachfolgende Prozesse und die Produktion verunreinigen. Da viele Brauereien jährlich Tausende von Barrel oder mehrere Kisten Bier produzieren, kann sich niemand dieses Risiko leisten. Ölfreie Kompressoren eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen die Luft in direktem Kontakt mit dem Rohmaterial steht. Selbst in Anwendungen, bei denen kein direkter Kontakt zwischen Zutaten und Luft besteht, wie beispielsweise in Verpackungslinien, trägt ein ölfreier Kompressor dazu bei, das Endprodukt sauber zu halten und somit für Sicherheit zu sorgen.