HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Ambachtelijke brouwerijen gebruiken CO2 voor verrassend veel toepassingen in het brouw-, verpakkings- en serveerproces: het verplaatsen van bier of product van tank naar tank, het carboniseren van een product, het zuiveren van zuurstof vóór het verpakken, het verpakken van bier tijdens het proces, het voorspoelen van gisttanks na reiniging en desinfectie, en het bottelen van tapbier in een restaurant of bar. En dit is nog maar het begin.
"We gebruiken CO2 in de hele brouwerij en bar", zegt Max McKenna, senior marketingmanager bij Dorchester Brewing Co. in Boston. "Het serveren van bier – in elke fase van het proces."
Net als veel andere ambachtelijke brouwerijen kampt Dorchester Brewing met een tekort aan CO2 van commerciële kwaliteit, de stof die nodig is voor de bedrijfsvoering (lees hier meer over de oorzaken van dit tekort).
"Dankzij onze contracten hebben onze huidige CO2-leveranciers hun prijzen niet verhoogd, ondanks prijsstijgingen in andere delen van de markt", aldus McKenna. "Tot nu toe is de impact vooral merkbaar in de beperkte distributie."
Om het gebrek aan CO2 te compenseren, gebruikt Dorchester Brewing in sommige gevallen stikstof in plaats van CO2.
“We hebben veel processen kunnen overzetten op stikstof,” vervolgde McKenna. “Enkele van de belangrijkste waren het reinigen van de blikken en het afdekken van het gas tijdens het afvullen en sealen. Dit is verreweg de grootste verbetering voor ons, omdat deze processen veel CO2 vereisen. We hadden lange tijd een speciale stikstofinstallatie. We gebruiken een speciale stikstofgenerator om alle stikstof voor de bar te produceren – voor een aparte stikstofleiding en ons biermengsel.”
Stikstof (N2) is het meest economische inerte gas om te produceren en kan worden gebruikt in kelders van ambachtelijke brouwerijen, slijterijen en bars. N2 is goedkoper dan CO2 voor dranken en vaak beter verkrijgbaar, afhankelijk van de beschikbaarheid in uw regio.
Stikstof (N2) kan worden gekocht als gas in hogedrukcilinders of als vloeistof in Dewarvaten of grote opslagtanks. Stikstof kan ook ter plaatse worden geproduceerd met behulp van een stikstofgenerator. Stikstofgeneratoren werken door zuurstofmoleculen uit de lucht te verwijderen.
Stikstof is het meest voorkomende element (78%) in de atmosfeer van de aarde; de ​​rest bestaat uit zuurstof en sporengassen. Bovendien is stikstof milieuvriendelijker omdat er minder CO2 wordt uitgestoten.
Bij het brouwen en bottelen kan stikstof (N2) worden gebruikt om zuurstof uit het bier te weren. Bij correct gebruik (de meeste mensen mengen CO2 met N2 bij het werken met koolzuurhoudend bier) kan N2 worden gebruikt om tanks te reinigen, bier van de ene tank naar de andere over te pompen, fusten onder druk te zetten voor opslag en om onder de dop te beluchten. Het is een ingrediënt voor smaak en mondgevoel. In bars wordt stikstof gebruikt in tapwaterleidingen voor nitropiv, maar ook in hogedruk-/langeafstandstoepassingen waarbij stikstof wordt gemengd met een bepaald percentage CO2 om schuimvorming bij het tappen te voorkomen. N2 kan zelfs worden gebruikt als ontgassingsgas bij het ontgassen van water, als dit onderdeel is van het proces.
Zoals we al in ons vorige artikel over CO2-tekort hebben vermeld, is stikstof geen exacte vervanging voor CO2 in alle brouwprocessen. Deze gassen gedragen zich anders. Ze hebben verschillende molecuulgewichten en verschillende dichtheden.
Koolstofdioxide (CO2) is bijvoorbeeld beter oplosbaar in vloeistoffen dan stikstof (N2). Daarom zorgt stikstof voor kleinere bubbels en een ander mondgevoel in bier. Dit is de reden waarom brouwers vloeibare stikstofdruppels gebruiken in plaats van gasvormige stikstof om bier te nitreren. Koolstofdioxide voegt ook een vleugje bitterheid of zuurheid toe die stikstof niet heeft, wat het smaakprofiel kan veranderen, zeggen sommigen. Overstappen op stikstof zal niet alle problemen met koolstofdioxide oplossen.
"Er is potentie," zegt Chuck Skepek, directeur van de technische brouwprogramma's bij het Brewers Institute, "maar stikstof is geen wondermiddel of snelle oplossing. CO2 en stikstof gedragen zich heel verschillend. Je krijgt meer stikstof vermengd met de lucht in de tank dan wanneer je de CO2 verwijdert. Dus je hebt meer stikstof nodig. Dat hoor ik steeds weer."
“Een brouwer die ik ken was heel slim en begon koolstofdioxide te vervangen door stikstof, en hun bier bevatte veel meer zuurstof. Nu gebruiken ze een mengsel van stikstof en koolstofdioxide, met een beetje meer succes. Het is niet zomaar: ‘Hé, we gaan stikstof gebruiken om al onze problemen op te lossen.’ Het is fijn om te zien dat er steeds meer over dit onderwerp in de literatuur verschijnt. We zien steeds meer mensen die er onderzoek naar doen en proberen de beste werkwijzen voor deze vervanging te ontwikkelen.”
De toevoer van deze gassen zal verschillen, omdat ze een verschillende dichtheid hebben, wat mogelijk aanpassingen in de engineering of opslag vereist. Luister naar Jason Perkins, hoofdbrouwer bij Allagash Brewing Co., die vertelt over de upgrade van zijn bottellijn en gasverdeelsysteem om CO2 te gebruiken voor het vullen van de bottelkommen onder druk en N2 voor het afdichtmiddel en het breken van luchtbellen. De opslagomstandigheden kunnen variëren.
"Er zijn zeker een aantal verschillen, deels vanwege de manier waarop we stikstof verkrijgen," zei McKenna. "We verkrijgen pure vloeibare stikstof in dewarvaten, dus de opslag ervan is heel anders dan bij onze CO2-tanks: ze zijn kleiner, staan ​​op wielen en worden in een vriezer bewaard. We hebben het naar een hoger niveau getild: koolstofdioxide vervangen door stikstof. Maar ook hier zijn we zeer zorgvuldig in het efficiënt en verantwoord uitvoeren van de overgang, zodat het bier in elke fase van het proces van de hoogste kwaliteit blijft. In sommige gevallen was het een simpele plug-and-play vervanging, terwijl het in andere gevallen aanzienlijke verbeteringen vereiste op het gebied van materialen, infrastructuur, productie, enzovoort."
Volgens dit uitstekende artikel van The Titus Co. (een leverancier van luchtcompressoren, luchtdrogers en luchtcompressorservices buiten Pennsylvania) werken stikstofgeneratoren op een van de volgende twee manieren:
Drukzwaaiadsorptie: Drukzwaaiadsorptie (PSA) werkt met behulp van koolstofmoleculaire zeven om moleculen te scheiden. De zeef heeft poriën met dezelfde grootte als de zuurstofmoleculen, waardoor deze moleculen worden tegengehouden en de grotere stikstofmoleculen erdoorheen kunnen. De generator laat vervolgens zuurstof vrij via een andere kamer. Het resultaat van dit proces is dat de zuiverheid van stikstof 99,999% kan bereiken.
Membraanproductie van stikstof. Bij membraanproductie van stikstof worden moleculen gescheiden met behulp van polymeervezels. Deze vezels zijn hol en hebben poriën aan het oppervlak die klein genoeg zijn om zuurstof door te laten, maar te klein om stikstofmoleculen zuurstof uit de gasstroom te laten verwijderen. Generatoren die deze methode gebruiken, kunnen stikstof produceren met een zuiverheid tot 99,5%.
De PSA-stikstofgenerator produceert ultrazuivere stikstof in grote volumes en met hoge debieten, de zuiverste vorm van stikstof die veel brouwerijen nodig hebben. Ultrazuiver betekent 99,9995% tot 99%. Membraanstikstofgeneratoren zijn ideaal voor kleine brouwerijen die een alternatief met een laag volume en een laag debiet nodig hebben, waarbij een zuiverheid van 99% tot 99,9% acceptabel is.
De Atlas Copco stikstofgenerator maakt gebruik van de nieuwste technologie en is een compacte industriële luchtcompressor met een speciaal membraan dat de stikstof scheidt van de persluchtstroom. Ambachtelijke brouwerijen vormen een belangrijke doelgroep voor Atlas Copco. Volgens een whitepaper van Atlas Copco betalen brouwers doorgaans tussen de $ 0,10 en $ 0,15 per kubieke voet om ter plaatse stikstof te produceren. Hoe verhoudt dit zich tot uw CO2-kosten?
"We bieden zes standaardpakketten aan die 80% van alle brouwerijen dekken – van een paar duizend tot honderdduizenden vaten per jaar", zegt Peter Askini, business development manager voor industriële gassen bij Atlas Copco. "Een brouwerij kan de capaciteit van haar stikstofgeneratoren vergroten om groei mogelijk te maken met behoud van efficiëntie. Bovendien maakt het modulaire ontwerp het mogelijk om een ​​tweede generator toe te voegen als de activiteiten van de brouwerij aanzienlijk uitbreiden."
“Het gebruik van stikstof is niet bedoeld om CO2 volledig te vervangen”, legt Asquini uit, “maar we denken dat wijnmakers hun verbruik met ongeveer 70% kunnen verminderen. De belangrijkste drijfveer is duurzaamheid. Het is voor elke wijnmaker heel gemakkelijk om zelf stikstof te produceren. Gebruik niet meer broeikasgassen.” Dat is beter voor het milieu. Het betaalt zich al in de eerste maand terug, wat direct van invloed is op de winst. Als het niet duidelijk is voordat je het koopt, koop het dan niet. Hier zijn onze eenvoudige regels. De vraag naar CO2 stijgt enorm voor de productie van producten zoals droogijs, waarvoor grote hoeveelheden CO2 nodig zijn en dat essentieel is voor het transport van vaccins. Brouwerijen in de VS maken zich zorgen over het aanbod en vragen zich af of ze de prijs op peil kunnen houden om aan de behoeften van de brouwerij te voldoen.”
Zoals eerder vermeld, is de zuiverheid van stikstof een belangrijk aandachtspunt voor ambachtelijke brouwers. Net als CO2 reageert stikstof met het bier of wort en neemt daarbij onzuiverheden mee. Daarom worden veel stikstofgeneratoren voor de voedings- en drankenindustrie aangeprezen als olievrije apparaten (lees meer over de voordelen van olievrije compressoren op het gebied van reinheid in de laatste zin van de zijbalk hieronder).
"Wanneer we CO2 ontvangen, controleren we de kwaliteit en de verontreiniging ervan. Dat is een heel belangrijk aspect bij de samenwerking met een goede leverancier", aldus McKenna. "Stikstof is iets anders, daarom kopen we nog steeds pure vloeibare stikstof. We onderzoeken ook de mogelijkheid om een ​​interne stikstofgenerator te vinden en de prijs ervan te bepalen – wederom met de focus op de stikstof die deze produceert, in combinatie met een hoge zuiverheid om de zuurstofopname te beperken. We zien dit als een potentiële investering, zodat de enige processen in de brouwerij die volledig afhankelijk zijn van CO2 het carboniseren van bier en het onderhoud van de tapwatervoorziening zullen zijn."
“Maar er is één heel belangrijk punt om in gedachten te houden – iets wat misschien pietluttig lijkt om over het hoofd te zien, maar cruciaal is voor het behoud van de bierkwaliteit – namelijk dat elke stikstofgenerator stikstof moet produceren met een zuiverheid van twee decimalen [d.w.z. 99,99%] om de zuurstofopname en het risico op oxidatie te beperken. Dit niveau van nauwkeurigheid en zuiverheid brengt hogere kosten met zich mee voor de stikstofgenerator, maar garandeert de kwaliteit van de stikstof en daarmee de kwaliteit van het bier.”
Brouwers hebben veel data en kwaliteitscontrole nodig bij het gebruik van stikstof. Als een brouwer bijvoorbeeld N2 gebruikt om bier tussen tanks te verplaatsen, moet de stabiliteit van de CO2 in de tank en in de tank of fles gedurende het hele proces in de gaten worden gehouden. In sommige gevallen werkt pure N2 mogelijk niet goed (bijvoorbeeld bij het vullen van containers) omdat pure N2 CO2 uit de oplossing onttrekt. Daarom gebruiken sommige brouwers een 50/50 mengsel van CO2 en N2 om de kom te vullen, terwijl anderen dit helemaal vermijden.
N2 Pro Tip: Laten we het over onderhoud hebben. Stikstofgeneratoren zijn echt zo goed als onderhoudsvrij, maar sommige verbruiksartikelen, zoals filters, moeten periodiek worden vervangen. Dit onderhoud is doorgaans nodig na ongeveer 4000 draaiuren. Hetzelfde team dat uw luchtcompressor onderhoudt, onderhoudt ook uw generator. De meeste generatoren worden geleverd met een eenvoudige controller, vergelijkbaar met die van uw iPhone, en bieden uitgebreide mogelijkheden voor bewaking op afstand via een app.
Tankreiniging verschilt om een ​​aantal redenen van stikstofreiniging. Stikstof (N2) mengt goed met lucht, waardoor het niet reageert met zuurstof (O2) zoals koolstofdioxide (CO2) dat wel doet. Stikstof is ook lichter dan lucht, waardoor het de tank van boven naar beneden vult, terwijl CO2 de tank van onder naar boven vult. Er is meer stikstof (N2) nodig dan CO2 om een ​​opslagtank te reinigen en vaak is er meer straalwerk nodig. Bespaart u hiermee nog steeds geld?
Met het nieuwe industriële gas ontstaan ​​ook nieuwe veiligheidsproblemen. Een brouwerij zou absoluut O2-sensoren moeten installeren, zodat werknemers de luchtkwaliteit binnen kunnen zien – net zoals je tegenwoordig N2-vaten in koelkasten hebt staan.
Maar winstgevendheid kan de kosten van CO2-afvanginstallaties gemakkelijk overschaduwen. In dit webinar stelt Dion Quinn van Foth Production Solutions (een ingenieursbureau) dat de productiekosten van N2 tussen de $8 en $20 per ton liggen, terwijl de kosten voor het afvangen van CO2 met een afvanginstallatie tussen de $50 en $200 per ton liggen.
De voordelen van stikstofgeneratoren zijn onder andere het elimineren of in ieder geval verminderen van de afhankelijkheid van contracten en leveringen van CO2 en stikstof. Dit bespaart opslagruimte, omdat brouwerijen zelf zoveel kunnen produceren en opslaan als ze nodig hebben, waardoor het opslaan en transporteren van stikstofflessen overbodig wordt. Net als bij CO2 worden de verzend- en handlingkosten van stikstof door de klant betaald. Met stikstofgeneratoren is dit geen probleem meer.
Stikstofgeneratoren zijn vaak eenvoudig te integreren in een brouwerijomgeving. Kleinere stikstofgeneratoren kunnen aan de muur worden gemonteerd, waardoor ze geen vloerruimte innemen en stil werken. Deze zakken kunnen goed tegen wisselende omgevingstemperaturen en zijn zeer bestand tegen temperatuurschommelingen. Ze kunnen buiten worden geïnstalleerd, maar worden niet aanbevolen voor extreme hoge en lage temperaturen.
Er zijn veel fabrikanten van stikstofgeneratoren, waaronder Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb en Holtec Gas Systems. Een kleine stikstofgenerator zou ongeveer $800 per maand kosten in het kader van een lease-to-own-programma van vijf jaar, aldus Asquini.
"Uiteindelijk, als stikstof de juiste oplossing voor je is, heb je de keuze uit verschillende leveranciers en technologieën", aldus Asquini. "Zoek uit welke het beste bij je past en zorg ervoor dat je een goed inzicht hebt in de totale eigendomskosten. Vergelijk ook de energie- en onderhoudskosten van de verschillende apparaten. Je zult vaak merken dat de goedkoopste optie niet de juiste is voor jouw klus."
Stikstofgeneratorsystemen maken gebruik van een luchtcompressor, en de meeste ambachtelijke brouwerijen hebben er al een, wat handig is.
Welke luchtcompressoren worden gebruikt in ambachtelijke brouwerijen? Ze persen vloeistof door leidingen en tanks. Ze leveren energie voor pneumatisch transport en besturing. Ze beluchten wort, gist of water. Ze hebben een regelklep. Ze leveren spoelgas om modder uit tanks te persen tijdens het reinigen en om te helpen bij het reinigen van boorgaten.
Veel brouwerijtoepassingen vereisen het speciale gebruik van 100% olievrije luchtcompressoren. Als de olie in contact komt met het bier, doodt het de gist en laat het schuim inzakken, waardoor het bier bederft.
Het vormt ook een veiligheidsrisico. Omdat de voedingsmiddelen- en drankenindustrie zeer gevoelig is, gelden er terecht strenge kwaliteits- en zuiverheidsnormen. Bijvoorbeeld: de olievrije luchtcompressoren uit de Sullair SRL-serie van 10 tot 15 pk (van 7,5 tot 11 kW) zijn zeer geschikt voor ambachtelijke brouwerijen. Brouwerijen waarderen de stilte van dit type machines. De SRL-serie biedt een laag geluidsniveau van slechts 48 dBA, waardoor de compressor geschikt is voor gebruik binnenshuis zonder aparte geluidsdichte ruimte.
Wanneer schone lucht cruciaal is, zoals in brouwerijen en ambachtelijke brouwerijen, is olievrije perslucht essentieel. Oliedeeltjes in perslucht kunnen processen en de productie daarna vervuilen. Omdat veel brouwerijen duizenden vaten of kratten bier per jaar produceren, kan niemand zich dat risico permitteren. Olievrije compressoren zijn met name geschikt voor toepassingen waarbij de lucht rechtstreeks in contact komt met de grondstoffen. Zelfs in toepassingen waar geen direct contact is tussen ingrediënten en lucht, zoals in verpakkingslijnen, draagt ​​een olievrije compressor bij aan een schoon eindproduct, wat de gemoedsrust ten goede komt.