Ambachtelijke brouwerijen gebruiken CO2 in een verrassend aantal 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 brittanks na reiniging en ontsmetting, en het bottelen van tapbier in een restaurant of bar. 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. "We serveren bier – in elke fase van het proces."
Net als veel ambachtelijke brouwerijen kampt Dorchester Brewing met een tekort aan CO2 van commerciële kwaliteit dat het bedrijf nodig heeft om te kunnen opereren (lees hier alle redenen voor 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 was de impact vooral merkbaar op 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 omzetten naar stikstof", vervolgde McKenna. "Enkele van de belangrijkste waren het schoonmaken van de blikken en het afdekken van het gas tijdens het inblikken en sealen. Dit is verreweg de grootste verandering voor ons, omdat deze processen veel CO2 vereisen. We hadden lange tijd een speciale nitro-installatie. We gebruiken een speciale stikstofgenerator om alle stikstof voor de bar te produceren – voor een speciale nitrolijn en onze bierblend."
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.
N2 kan worden aangekocht 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. Het is ook milieuvriendelijker omdat je minder CO2 uitstoot.
Bij het brouwen en verpakken kan N2 worden gebruikt om zuurstof uit het bier te houden. 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 tank naar tank over te hevelen, vaten onder druk te zetten voor opslag en te beluchten onder doppen. Het is een ingrediënt voor smaak en mondgevoel. In bars wordt nitro gebruikt in leidingwaterleidingen voor nitropiva, evenals in toepassingen onder hoge druk/lange afstanden waarbij stikstof wordt gemengd met een bepaald percentage CO2 om te voorkomen dat het bier schuimt bij het tappen. N2 kan zelfs worden gebruikt als verdampingsgas voor waterontgassing, indien dit deel uitmaakt van uw proces.
Zoals we al aangaven in ons vorige artikel over CO2-tekort, is stikstof niet in alle brouwerijen een exacte vervanging voor CO2. Deze gassen gedragen zich anders. Ze hebben verschillende molecuulgewichten en dichtheden.
CO2 is bijvoorbeeld beter oplosbaar in vloeistoffen dan N2. Daarom geeft stikstof kleinere belletjes en een ander mondgevoel in bier. Daarom gebruiken brouwers vloeibare stikstofdruppels in plaats van gasvormige stikstof om bier te nitreren. Koolstofdioxide voegt ook een vleugje bitterheid of zuurheid toe, wat stikstof niet doet, wat het smaakprofiel kan veranderen, zeggen mensen. Overschakelen op stikstof lost niet alle kooldioxideproblemen op.
"Er is potentieel", zegt Chuck Skepek, directeur technische brouwprogramma's bij het Brewers Institute, "maar stikstof is geen wondermiddel of snelle oplossing. CO₂ en stikstof gedragen zich heel anders. Je krijgt meer stikstof gemengd met de lucht in de tank dan wanneer je de CO₂ eruit haalt. Er is dus meer stikstof nodig. Ik hoor dit steeds weer.
"Een brouwer die ik ken was heel slim en begon koolstofdioxide te vervangen door stikstof. Hun bier bevatte veel meer zuurstof, dus nu gebruiken ze een mengsel van stikstof en koolstofdioxide, met een beetje meer geluk. Niet zomaar: 'Hé, we gaan stikstof gebruiken om al onze problemen op te lossen.' Het is fijn om hier in de literatuur meer over te lezen. We zien steeds meer mensen die daadwerkelijk onderzoek doen en, weet je, de beste werkwijze voor deze vervanging bedenken.
De levering van deze gassen zal verschillen omdat ze verschillende dichtheden hebben, wat kan leiden tot technische of opslagtechnische aanpassingen. Luister naar Jason Perkins, meesterbrouwer bij Allagash Brewing Co., die vertelt over de upgrade van zijn bottellijn en gasverdeler om CO2 te gebruiken voor het vullen van de drukvaten en N2 voor afdichting en het breken van bellen. De opslag kan variëren.
"Er zijn zeker verschillen, deels vanwege de manier waarop we stikstof verkrijgen", aldus McKenna. "We verkrijgen pure vloeibare stikstof in dewarvaten, dus de opslag ervan is heel anders dan in onze CO2-tanks: ze zijn kleiner, staan op rollen en worden in een vriezer bewaard. We hebben het naar een hoger niveau getild. koolstofdioxide naar stikstof, maar nogmaals, we zijn zeer zorgvuldig over hoe we de overgang efficiënt en verantwoord kunnen maken om ervoor te zorgen dat het bier bij elke stap op het hoogste niveau blijft. Belangrijk is dat het in sommige gevallen een zeer eenvoudige plug-and-play-vervanging was, terwijl het in andere gevallen aanzienlijke verbeteringen vereiste in materialen, infrastructuur, productie, enz."
Volgens dit uitstekende artikel van The Titus Co. (een leverancier van luchtcompressoren, luchtdrogers en luchtcompressorservices buiten Pennsylvania) werken stikstofgeneratoren op een van twee manieren:
Drukwisselingsadsorptie: Drukwisselingsadsorptie (PSA) werkt met behulp van moleculaire koolstofzeven om moleculen te scheiden. De zeef heeft poriën van dezelfde grootte als de zuurstofmoleculen, vangt deze moleculen op tijdens hun passage en laat de grotere stikstofmoleculen door. De generator laat vervolgens zuurstof vrij via een andere kamer. Het resultaat van dit proces is dat de stikstofzuiverheid 99,999% kan bereiken.
Membraangeneratie van stikstof. Membraanstikstofgeneratie werkt door moleculen te scheiden met behulp van polymeervezels. Deze vezels zijn hol, met poriën aan het oppervlak die klein genoeg zijn om zuurstof door te laten, maar te klein voor stikstofmoleculen om zuurstof uit de gasstroom te 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 stroomsnelheden, de zuiverste vorm van stikstof die veel brouwerijen nodig hebben. Ultrapuur betekent 99,9995% tot 99%. Membraanstikstofgeneratoren zijn ideaal voor kleine brouwerijen die een alternatief met een laag volume en lage stroomsnelheid nodig hebben, waar een zuiverheid van 99% tot 99,9% acceptabel is.
De stikstofgenerator van Atlas Copco, die gebruikmaakt van de nieuwste technologie, 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 voor de productie van stikstof op locatie. 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", aldus Peter Askini, business development manager industriële gassen bij Atlas Copco. "Een brouwerij kan de capaciteit van haar stikstofgeneratoren verhogen om groei mogelijk te maken en tegelijkertijd de efficiëntie te behouden. Bovendien maakt het modulaire ontwerp het mogelijk om een tweede generator toe te voegen als de brouwerij aanzienlijk uitbreidt."
"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 heel gemakkelijk voor elke wijnmaker om zelf stikstof te produceren. Gebruik geen extra broeikasgassen." wat beter is voor het milieu. Het loont vanaf de eerste maand, wat direct van invloed is op de winst. Als het niet zichtbaar is voordat u koopt, koop het dan niet. Dit zijn onze eenvoudige regels. De vraag naar CO2 schiet omhoog voor de productie van producten zoals droogijs, dat grote hoeveelheden CO2 gebruikt en nodig is voor het transport van vaccins. Brouwerijen in de VS maken zich zorgen over het aanbod en vragen zich af of ze het prijsniveau in lijn kunnen houden met de behoeften van de brouwerij."
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 het onzuiverheden mee. Daarom worden veel stikstofgeneratoren voor de voedingsmiddelen- en drankenindustrie geadverteerd als olievrije units (lees meer over de voordelen van olievrije compressoren op het gebied van zuiverheid in de laatste zin in de zijbalk hieronder).
"Wanneer we CO2 ontvangen, controleren we de kwaliteit en verontreiniging ervan, wat ook een zeer belangrijk onderdeel is van de samenwerking met een goede leverancier", aldus McKenna. "Stikstof is een beetje anders, daarom kopen we nog steeds pure vloeibare stikstof. We kijken ook naar het vinden en bepalen van de prijs van een interne stikstofgenerator – wederom met een focus op de stikstof die met Purity wordt geproduceerd om de zuurstofopname te beperken. We zien dit als een potentiële investering, dus de enige processen in de brouwerij die volledig afhankelijk zijn van CO2 zijn de koolzuurvorming in bier en het onderhoud van kraanwater.
Maar één heel belangrijk ding om in gedachten te houden – wederom iets dat pietluttig lijkt om over het hoofd te zien, maar cruciaal is voor het behoud van de bierkwaliteit – is dat elke stikstofgenerator stikstof moet produceren tot op de tweede decimaal [d.w.z. 99,99% zuiverheid] om de zuurstofopname en het risico op oxidatie te beperken. Deze mate van nauwkeurigheid en zuiverheid vereist hogere kosten 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 worden bewaakt. In sommige gevallen werkt pure N2 mogelijk niet goed (bijvoorbeeld bij het vullen van vaten) omdat pure N2 CO2 uit de oplossing verwijdert. Daarom gebruiken sommige brouwers een 50/50-mengsel van CO2 en N2 om de ketel te vullen, terwijl anderen dit volledig vermijden.
N2 Pro Tip: Laten we het over onderhoud hebben. Stikstofgeneratoren zijn echt zo goed als "instellen en vergeten" als je maar kunt krijgen, maar sommige verbruiksartikelen, zoals filters, moeten regelmatig vervangen worden. Meestal is dit onderhoud ongeveer elke 4000 uur nodig. Hetzelfde team dat voor je luchtcompressor zorgt, zorgt ook voor je generator. De meeste generatoren worden geleverd met een eenvoudige controller, vergelijkbaar met je iPhone, en bieden volledige mogelijkheden voor monitoring op afstand via een app.
Tankreiniging verschilt om een aantal redenen van stikstofreiniging. N2 mengt goed met lucht, waardoor het niet met O2 reageert zoals CO2. N2 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 N2 dan CO2 nodig om een opslagtank te reinigen en vaak is er meer straalwerk nodig. Bespaart u nog steeds geld?
Er ontstaan ook nieuwe veiligheidsproblemen met het nieuwe industriële gas. Een brouwerij zou zeker O2-sensoren moeten installeren, zodat medewerkers de luchtkwaliteit binnenshuis kunnen visualiseren – net zoals je tegenwoordig N2-dewarvaten in koelkasten bewaart.
Maar winstgevendheid kan CO2-terugwinningsinstallaties gemakkelijk overtreffen. In deze webinar stelt Dion Quinn van Foth Production Solutions (een ingenieursbureau) dat de productie van N2 tussen de $ 8 en $ 20 per ton kost, terwijl het afvangen van CO2 met een terugwinningsinstallatie tussen de $ 50 en $ 200 per ton kost.
De voordelen van stikstofgeneratoren zijn onder meer het elimineren, of in ieder geval het verminderen, van de afhankelijkheid van contracten en leveringen van CO2 en stikstof. Dit bespaart opslagruimte, omdat brouwerijen zoveel kunnen produceren en opslaan als ze nodig hebben. Hierdoor is er geen noodzaak meer voor het opslaan en transporteren van stikstofflessen. Net als bij CO2 worden de verzendkosten en de verwerking 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, zodat ze geen vloerruimte innemen en stil werken. Deze zakken zijn goed bestand tegen wisselende omgevingstemperaturen en temperatuurschommelingen. Ze kunnen buiten worden geïnstalleerd, maar worden niet aanbevolen voor extreem hoge en lage klimaten.
Er zijn veel fabrikanten van stikstofgeneratoren, waaronder Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb en Holtec Gas Systems. Een kleine stikstofgenerator kan ongeveer $ 800 per maand kosten in het kader van een vijfjarig lease-to-own-programma, aldus Asquini.
"Uiteindelijk, als stikstof de juiste keuze voor u is, heeft u een ruime keuze aan leveranciers en technologieën", aldus Asquini. "Zoek uit welke het beste bij u past en zorg ervoor dat u de totale eigendomskosten (TCO) goed begrijpt en vergelijk de energie- en onderhoudskosten van verschillende apparaten. Vaak zult u merken dat de goedkoopste niet geschikt is voor uw toepassing."
Stikstofgeneratorsystemen maken gebruik van een luchtcompressor. 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 zorgen voor een regelklep. Ze blazen gas om modder uit tanks te persen tijdens het reinigen en om te helpen bij het reinigen van gaten.
Veel brouwerijtoepassingen vereisen het speciale gebruik van 100% olievrije luchtcompressoren. Als de olie in contact komt met het bier, doodt het de gist en wordt het schuim plat, wat de drank bederft en het bier slecht maakt.
Het is ook een veiligheidsrisico. Omdat de voedingsmiddelen- en drankenindustrie zeer gevoelig is, gelden er terecht strenge kwaliteits- en zuiverheidsnormen. Voorbeeld: 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 soort machines. De SRL-serie biedt een laag geluidsniveau tot 48 dBA, waardoor de compressor geschikt is voor gebruik binnenshuis zonder aparte geluiddichte ruimte.
Wanneer schone lucht cruciaal is, zoals in brouwerijen en ambachtelijke brouwerijen, is olievrije lucht essentieel. Oliedeeltjes in perslucht kunnen downstream processen en de productie verontreinigen. Aangezien veel brouwerijen duizenden vaten of meerdere kratten bier per jaar produceren, kan niemand zich dat risico veroorloven. Olievrije compressoren zijn met name geschikt voor toepassingen waarbij de lucht in direct contact staat met de grondstof. Zelfs in toepassingen waar er geen direct contact is tussen ingrediënten en lucht, zoals in verpakkingslijnen, helpt een olievrije compressor het eindproduct schoon te houden, voor een gerust gevoel.
Plaatsingstijd: 06-01-2023