Handwerksbrauereien nutzen CO2 in überraschend vielen Anwendungen im Brau-, Abfüll- und Servierprozess: beim Umfüllen von Bier oder Produkten von Tank zu Tank, beim Karbonisieren eines Produkts, beim Reinigen von Sauerstoff vor dem Verpacken, beim Verpacken von Bier im Prozess, beim Vorspülen von Brit-Tanks nach der Reinigung und Desinfektion oder beim Abfüllen von Fassbier in Restaurants oder Bars. Und das ist nur der Anfang.
„Wir verwenden CO2 in der gesamten Brauerei und Bar“, sagt Max McKenna, leitender Marketingmanager bei der in Boston ansässigen Dorchester Brewing Co. „Bier ausschenken – in jeder Phase des Prozesses.“
Wie viele Handwerksbrauereien leidet auch Dorchester Brewing unter einem Mangel an CO2 in kommerzieller Qualität, das für den Betrieb benötigt wird (alle Gründe für diesen Mangel können Sie hier nachlesen).
„Aufgrund unserer Verträge haben unsere derzeitigen CO2-Lieferanten ihre Preise trotz Preissteigerungen in anderen Marktsegmenten nicht erhöht“, sagte McKenna. „Bisher waren die Auswirkungen hauptsächlich auf die begrenzte Verteilung.“
Um den CO2-Mangel auszugleichen, verwendet Dorchester Brewing in einigen Fällen Stickstoff anstelle von CO2.
„Wir konnten viele Arbeitsschritte auf Stickstoff umstellen“, fuhr McKenna fort. „Zu den wichtigsten gehörten die Reinigung der Dosen und die Gaszufuhr während des Abfüll- und Versiegelungsprozesses. Das ist für uns die mit Abstand größte Neuerung, da diese Prozesse viel CO2 benötigen. Lange Zeit hatten wir eine spezielle Nitroanlage. Mit einem speziellen Stickstoffgenerator produzieren wir den gesamten Stickstoff für die Bar – für eine eigene Nitrolinie und unsere Biermischung.“
N2 ist das am wirtschaftlichsten herzustellende Inertgas und kann in Brauereikellern, Getränkemärkten und Bars eingesetzt werden. N2 ist für Getränke günstiger als CO2 und oft leichter verfügbar, je nach Verfügbarkeit in Ihrer Region.
N2 ist als Gas in Hochdruckflaschen oder als Flüssigkeit in Dewargefäßen oder großen Lagertanks erhältlich. Stickstoff kann auch vor Ort mit einem Stickstoffgenerator erzeugt werden. Stickstoffgeneratoren funktionieren, indem sie Sauerstoffmoleküle aus der Luft entfernen.
Stickstoff ist mit 78 % das am häufigsten vorkommende Element in der Erdatmosphäre, der Rest besteht aus Sauerstoff und Spurengasen. Stickstoff trägt außerdem zur Umweltfreundlichkeit bei, da weniger CO2 ausgestoßen wird.
Beim Brauen und Abfüllen kann N2 verwendet werden, um Sauerstoff aus dem Bier fernzuhalten. Bei sachgemäßer Anwendung (die meisten mischen CO2 mit N2, wenn sie mit kohlensäurehaltigem Bier arbeiten) kann N2 zum Reinigen von Tanks, zum Umfüllen von Bier von Tank zu Tank, zum Druckbeaufschlagen von Fässern vor der Lagerung und zum Belüften unter dem Verschluss verwendet werden. N2 ist eine wichtige Zutat für Geschmack und Mundgefühl. In Bars wird Nitro in Leitungswasserleitungen für Nitropiv sowie für Hochdruck-/Fernanwendungen eingesetzt, bei denen Stickstoff mit einem bestimmten Anteil CO2 gemischt wird, um das Schäumen des Biers beim Zapfhahn zu verhindern. N2 kann sogar als Verdampfungsgas zur Wasserentgasung verwendet werden, falls dies Teil Ihres Prozesses ist.
Wie wir bereits in unserem vorherigen Artikel zum Thema CO2-Mangel erwähnt haben, ist Stickstoff nicht in allen Brauanwendungen ein exakter Ersatz für CO2. Diese Gase verhalten sich unterschiedlich. Sie haben unterschiedliche Molekulargewichte und Dichten.
Beispielsweise ist CO₂ in Flüssigkeiten besser löslich als N₂. Deshalb sorgt Stickstoff für kleinere Bläschen und ein anderes Mundgefühl im Bier. Deshalb verwenden Brauer flüssige Stickstofftropfen anstelle von gasförmigem Stickstoff zur Nitrierung von Bier. Kohlendioxid verleiht dem Bier zudem eine leicht bittere oder säuerliche Note, die Stickstoff nicht hat, was das Geschmacksprofil verändern kann, heißt es. Die Umstellung auf Stickstoff wird nicht alle Kohlendioxidprobleme lösen.
„Es gibt Potenzial“, sagt Chuck Skepek, Leiter der technischen Brauprogramme am Brewers Institute, „aber Stickstoff ist kein Allheilmittel oder eine schnelle Lösung. CO2 und Stickstoff verhalten sich völlig unterschiedlich. Es vermischt sich mehr Stickstoff mit der Luft im Tank, als wenn man das CO2 ablässt. Daher wird mehr Stickstoff benötigt. Das höre ich immer wieder.“
Ein mir bekannter Brauer war wirklich schlau und begann, Kohlendioxid durch Stickstoff zu ersetzen. Sein Bier enthielt dadurch deutlich mehr Sauerstoff. Heute verwendet er mit etwas mehr Glück eine Mischung aus Stickstoff und Kohlendioxid. Nicht nur: „Hey, wir werden anfangen, Stickstoff zu verwenden, um alle unsere Probleme zu lösen.“ Es ist schön, dass in der Literatur viel mehr darüber zu lesen ist. Immer mehr Leute forschen tatsächlich und entwickeln Best Practices für diesen Ersatz.
Die Gaszufuhr ist aufgrund unterschiedlicher Dichten unterschiedlich, was zu technischen oder lagerungstechnischen Änderungen führen kann. Hören Sie, wie Jason Perkins, Braumeister der Allagash Brewing Co., über die Modernisierung seiner Abfüllanlage und seines Gasverteilers spricht, um CO2 für die Druckbefüllung und N2 als Dichtungsmittel und Blasenbrecher zu verwenden. Die Lagerung kann variieren.
„Es gibt definitiv einige Unterschiede, teilweise aufgrund der Art und Weise, wie wir Stickstoff gewinnen“, sagte McKenna. „Wir gewinnen reinen Flüssigstickstoff in Dewargefäßen, daher unterscheidet sich die Lagerung stark von unseren CO2-Tanks: Sie sind kleiner, stehen auf Rollen und werden in einem Gefrierschrank gelagert. Wir haben die Umstellung von Kohlendioxid auf Stickstoff auf die nächste Stufe gebracht, achten aber auch hier sehr darauf, den Übergang effizient und verantwortungsvoll zu gestalten, um sicherzustellen, dass das Bier bei jedem Schritt den höchsten Qualitätsstandard erreicht. In manchen Fällen war es ein sehr einfacher Plug-and-Play-Austausch, in anderen Fällen waren erhebliche Verbesserungen bei Materialien, Infrastruktur, Fertigung usw. erforderlich.“
Laut diesem hervorragenden Artikel von The Titus Co. (einem Anbieter von Luftkompressoren, Lufttrocknern und Luftkompressor-Services außerhalb von Pennsylvania) funktionieren Stickstoffgeneratoren auf eine von zwei Arten:
Druckwechseladsorption: Bei der Druckwechseladsorption (PSA) werden Moleküle mithilfe von Kohlenstoffmolekularsieben getrennt. Das Sieb hat Poren von der Größe der Sauerstoffmoleküle. Dadurch werden diese Moleküle beim Durchgang zurückgehalten, während die größeren Stickstoffmoleküle durchgelassen werden. Der Generator gibt anschließend Sauerstoff durch eine weitere Kammer ab. Dadurch kann die Stickstoffreinheit 99,999 % erreichen.
Membran-Stickstofferzeugung. Die Membran-Stickstofferzeugung erfolgt durch die Trennung von Molekülen mithilfe von Polymerfasern. Diese Fasern sind hohl und haben Oberflächenporen, die klein genug sind, um Sauerstoff durchzulassen, aber zu klein für Stickstoffmoleküle, um Sauerstoff aus dem Gasstrom zu entfernen. Generatoren, die dieses Verfahren verwenden, können Stickstoff mit einer Reinheit von bis zu 99,5 % erzeugen.
Der PSA-Stickstoffgenerator produziert ultrareinen Stickstoff in großen Mengen und mit hohem Durchfluss – die reinste Form von Stickstoff, die viele Brauereien benötigen. Ultrarein bedeutet 99,9995 % bis 99 %. Membran-Stickstoffgeneratoren sind ideal für kleine Brauereien, die eine Alternative mit geringem Volumen und geringem Durchfluss benötigen, wobei eine Reinheit von 99 % bis 99,9 % akzeptabel ist.
Der Stickstoffgenerator von Atlas Copco nutzt modernste Technologie. Es handelt sich um einen kompakten industriellen Luftkompressor mit einer speziellen Membran, die den Stickstoff vom Druckluftstrom trennt. Craft-Brauereien sind eine wichtige Zielgruppe von Atlas Copco. Laut einem Whitepaper von Atlas Copco zahlen Brauereien in der Regel zwischen 0,10 und 0,15 US-Dollar pro Kubikfuß für die Stickstoffproduktion vor Ort. Wie hoch sind die Kosten im Vergleich zu Ihren CO2-Kosten?
„Wir bieten sechs Standardpakete an, die 80 % aller Brauereien abdecken – von einigen Tausend bis zu Hunderttausenden Barrel pro Jahr“, sagt Peter Askini, Business Development Manager für Industriegase bei Atlas Copco. „Eine Brauerei kann die Kapazität ihrer Stickstoffgeneratoren erhöhen, um Wachstum zu ermöglichen und gleichzeitig die Effizienz zu erhalten. Darüber hinaus ermöglicht das modulare Design die Erweiterung um einen zweiten Generator, falls die Brauerei ihren Betrieb deutlich ausweitet.“
„Die Verwendung von Stickstoff soll CO2 nicht vollständig ersetzen“, erklärt Asquini, „aber wir glauben, dass Winzer ihren Verbrauch um etwa 70 % senken können. Der wichtigste Faktor ist die Nachhaltigkeit. Es ist für jeden Winzer ganz einfach, Stickstoff selbst zu produzieren. Vermeiden Sie den Einsatz zusätzlicher Treibhausgase. Das ist besser für die Umwelt. Es zahlt sich ab dem ersten Monat aus, was sich direkt auf das Endergebnis auswirkt. Wenn es nicht vor dem Kauf auftaucht, kaufen Sie es nicht. Hier sind unsere einfachen Regeln. Die Nachfrage nach CO2 steigt rasant an, um Produkte wie Trockeneis herzustellen, das große Mengen CO2 verbraucht und für den Transport von Impfstoffen benötigt wird. Brauereien in den USA zeigen sich besorgt über das Angebot und fragen sich, ob sie das Preisniveau mit dem Bedarf der Brauereien vereinbaren können.“
Wie bereits erwähnt, ist die Stickstoffreinheit ein wichtiges Anliegen von Craft-Brauern. Genau wie CO2 reagiert Stickstoff mit dem Bier oder der Würze und führt Verunreinigungen mit sich. Deshalb werden viele Stickstoffgeneratoren für Lebensmittel und Getränke als ölfreie Geräte beworben (mehr über die Sauberkeitsvorteile ölfreier Kompressoren erfahren Sie im letzten Satz der Seitenleiste unten).
„Wenn wir CO2 erhalten, prüfen wir dessen Qualität und Verunreinigung, was ein weiterer sehr wichtiger Aspekt der Zusammenarbeit mit einem guten Lieferanten ist“, sagte McKenna. „Stickstoff ist etwas anders, deshalb kaufen wir weiterhin reinen Flüssigstickstoff. Außerdem prüfen wir die Anschaffung und Preisgestaltung eines internen Stickstoffgenerators – auch hier konzentrieren wir uns auf den Stickstoff, den er mit Purity produziert, um die Sauerstoffaufnahme zu begrenzen. Wir sehen dies als potenzielle Investition, sodass die einzigen Prozesse in der Brauerei, die vollständig von CO2 abhängig sind, die Bierkarbonisierung und die Leitungswasserpflege sein werden.“
Eine wirklich wichtige Sache muss jedoch beachtet werden – auch hier etwas, das man leicht übersehen kann, das aber für die Erhaltung der Bierqualität entscheidend ist: Jeder Stickstoffgenerator muss Stickstoff auf die zweite Dezimalstelle genau produzieren (also mit einer Reinheit von 99,99 %), um die Sauerstoffaufnahme und das Oxidationsrisiko zu begrenzen. Diese Genauigkeit und Reinheit erhöht zwar die Kosten für den Stickstoffgenerator, sichert aber die Qualität des Stickstoffs und damit die des Biers.
Brauereien benötigen bei der Verwendung von Stickstoff umfangreiche Daten und Qualitätskontrollen. Verwendet eine Brauerei beispielsweise N2 zum Umfüllen von Bier zwischen Tanks, muss die Stabilität des CO2 im Tank und im Tank bzw. in der Flasche während des gesamten Prozesses überwacht werden. In manchen Fällen funktioniert reines N2 möglicherweise nicht richtig (z. B. beim Befüllen von Behältern), da reines N2 CO2 aus der Lösung entfernt. Daher verwenden manche Brauereien eine 50/50-Mischung aus CO2 und N2 zum Befüllen der Kessel, während andere ganz darauf verzichten.
N2-Profi-Tipp: Sprechen wir über die Wartung. Stickstoffgeneratoren sind so einfach wie „einstellen und vergessen“ – einige Verbrauchsmaterialien, wie z. B. Filter, müssen jedoch regelmäßig ausgetauscht werden. Typischerweise ist dieser Service etwa alle 4000 Betriebsstunden erforderlich. Dasselbe Team, das sich um Ihren Kompressor kümmert, kümmert sich auch um Ihren Generator. Die meisten Generatoren verfügen über eine einfache Steuerung, ähnlich wie Ihr iPhone, und bieten umfassende Fernüberwachung per App.
Die Tankspülung unterscheidet sich aus mehreren Gründen von der Stickstoffspülung. N2 vermischt sich gut mit Luft und reagiert daher nicht wie CO2 mit O2. N2 ist zudem leichter als Luft und füllt den Tank daher von oben nach unten, während CO2 ihn von unten nach oben füllt. Zum Spülen eines Lagertanks wird mehr N2 als CO2 benötigt und erfordert oft mehr Strahlarbeiten. Sparen Sie trotzdem Geld?
Mit dem neuen Industriegas ergeben sich auch neue Sicherheitsprobleme. Eine Brauerei sollte unbedingt O2-Sensoren installieren, damit die Mitarbeiter die Luftqualität in Innenräumen visualisieren können – ähnlich wie heute N2-Dewargefäße in Kühlschränken gelagert werden.
Die Rentabilität von CO2-Rückgewinnungsanlagen kann jedoch leicht überwiegen. 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 Lagerraum, da Brauereien so viel produzieren und lagern können, wie sie benötigen. Die Lagerung und der Transport von Stickstoffflaschen entfallen. Wie bei CO2 trägt der Kunde auch für Versand und Handhabung des Stickstoffs die Kosten. Mit Stickstoffgeneratoren ist dies kein Problem mehr.
Stickstoffgeneratoren lassen sich oft problemlos in die Umgebung einer Brauerei integrieren. Kleinere Stickstoffgeneratoren können an der Wand montiert werden, sodass sie wenig Platz beanspruchen und leise arbeiten. Diese Beutel vertragen wechselnde Umgebungstemperaturen gut und sind sehr temperaturbeständig. Sie können im Freien installiert werden, werden jedoch nicht für extrem hohe oder niedrige Klimazonen empfohlen.
Es gibt viele Hersteller von Stickstoffgeneratoren, darunter Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb und Holtec Gas Systems. Ein kleiner Stickstoffgenerator könne im Rahmen eines fünfjährigen Mietkaufprogramms etwa 800 Dollar pro Monat kosten, sagte Asquini.
„Wenn Stickstoff für Sie die richtige Wahl ist, stehen Ihnen verschiedene Anbieter und Technologien zur Verfügung“, so Asquini. „Finden Sie heraus, welches Gerät am besten zu Ihnen passt, und stellen Sie sicher, dass Sie die Gesamtbetriebskosten genau kennen. Vergleichen Sie außerdem die Strom- und Wartungskosten der Geräte. Oft werden Sie feststellen, dass das Billigste für Ihre Arbeit nicht das Richtige ist.“
Stickstoffgeneratorsysteme verwenden einen Luftkompressor und die meisten Handwerksbrauereien haben bereits einen, was praktisch ist.
Welche Luftkompressoren werden in Handwerksbrauereien eingesetzt? Sie drücken Flüssigkeit durch Rohre und Tanks. Sie liefern Energie für pneumatische Förderung und Steuerung. Sie sorgen für die Belüftung von Würze, Hefe oder Wasser. Sie liefern Regelventile. Sie verwenden Spülgas, um Schlamm während der Reinigung aus Tanks zu drücken und die Lochreinigung zu unterstützen.
Viele Brauereianwendungen erfordern den Einsatz von 100 % ölfreien Druckluftkompressoren. Kommt Öl mit dem Bier in Kontakt, tötet es die Hefe ab und lässt den Schaum flach werden, was das Getränk verdirbt und das Bier ungenießbar macht.
Es stellt auch ein Sicherheitsrisiko dar. Da die Lebensmittel- und Getränkeindustrie sehr sensibel ist, gelten zu Recht strenge Qualitäts- und Reinheitsstandards. Beispiel: Die ölfreien Kompressoren der Sullair SRL-Serie mit 10 bis 15 PS (7,5 bis 11 kW) eignen sich hervorragend für Craft-Brauereien. Brauereien schätzen die Laufruhe dieser Maschinen. Die SRL-Serie bietet einen niedrigen Geräuschpegel von bis zu 48 dBA und ist daher für den Inneneinsatz ohne separaten Schallschutzraum geeignet.
Wenn saubere Luft entscheidend ist, wie beispielsweise in Brauereien und Handwerksbrauereien, ist ölfreie Luft unerlässlich. Ölpartikel in der Druckluft können nachgelagerte Prozesse und die Produktion verunreinigen. Da viele Brauereien jährlich Tausende von Fässern 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 Ausgangsmaterial steht. Selbst in Anwendungen ohne direkten Kontakt zwischen Zutaten und Luft, wie beispielsweise in Verpackungslinien, trägt ein ölfreier Kompressor dazu bei, das Endprodukt sauber zu halten und so für ein sicheres Gefühl zu sorgen.
Beitragszeit: 06.01.2023