I birrifici artigianali utilizzano la CO2 in un numero sorprendente di applicazioni nei processi di produzione, confezionamento e distribuzione: spostare la birra o il prodotto da un serbatoio all'altro, carbonizzare un prodotto, purificare l'ossigeno prima del confezionamento, confezionare la birra durante il processo, prelavare i serbatoi di birra dopo la pulizia e la sanificazione, imbottigliare la birra alla spina in un ristorante o un bar. E questo è solo l'inizio.
"Utilizziamo CO2 in tutto il birrificio e al bar", afferma Max McKenna, responsabile marketing senior presso la Dorchester Brewing Co. con sede a Boston. Serviamo birra in ogni fase del processo.
Come molti birrifici artigianali, la Dorchester Brewing si trova ad affrontare una carenza di CO2 di qualità commerciale di cui ha bisogno per funzionare (leggi qui tutti i motivi di questa carenza).
"Grazie ai nostri contratti, i nostri attuali fornitori di CO2 non hanno aumentato i prezzi, nonostante gli aumenti in altre parti del mercato", ha affermato McKenna. "Finora, l'impatto si è concentrato principalmente sulla distribuzione limitata."
Per compensare la mancanza di CO2, in alcuni casi la Dorchester Brewing utilizza l'azoto al posto della CO2.
"Siamo riusciti a trasferire molte operazioni all'azoto", ha continuato McKenna. "Tra le più importanti c'erano la pulizia delle lattine e la copertura del gas durante il processo di inscatolamento e sigillatura. Questa è di gran lunga l'aggiunta più significativa per noi, perché questi processi richiedono molta CO2. Per molto tempo abbiamo utilizzato un impianto di azoto speciale. Utilizziamo uno speciale generatore di azoto per produrre tutto l'azoto necessario al bar, per una linea di azoto dedicata e per la nostra miscela di birra."
L'N₂ è il gas inerte più economico da produrre e può essere utilizzato nelle cantine dei birrifici artigianali, nei negozi di bottiglie e nei bar. L'N₂ è più economico della CO₂ per le bevande e spesso più disponibile, a seconda della disponibilità nella tua zona.
L'N₂ può essere acquistato come gas in bombole ad alta pressione o come liquido in contenitori Dewar o grandi serbatoi di stoccaggio. L'azoto può anche essere prodotto in loco utilizzando un generatore di azoto. I generatori di azoto funzionano rimuovendo le molecole di ossigeno dall'aria.
L'azoto è l'elemento più abbondante (78%) nell'atmosfera terrestre, il resto è costituito da ossigeno e gas traccia. Inoltre, rende l'atmosfera più rispettosa dell'ambiente, in quanto riduce le emissioni di CO2.
Nella produzione di birra e nel confezionamento, l'azoto (N₂) può essere utilizzato per impedire l'ingresso di ossigeno nella birra. Se usato correttamente (la maggior parte delle persone mescola CO₂ con N₂ quando lavora con birra gassata), l'azoto può essere utilizzato per pulire i serbatoi, trasferire la birra da un serbatoio all'altro, pressurizzare i fusti prima dello stoccaggio, e per aerare sotto i tappi. È un ingrediente che conferisce gusto e consistenza al palato. Nei bar, l'azoto viene utilizzato nelle linee di acqua di rubinetto per la nitroidrolisi, nonché per applicazioni ad alta pressione/lunghe distanze, dove l'azoto viene miscelato con una certa percentuale di CO₂ per evitare la formazione di schiuma alla spina. L'azoto può anche essere utilizzato come gas di evaporazione per la degassificazione dell'acqua, se questo fa parte del processo.
Ora, come abbiamo accennato nel nostro precedente articolo sulla carenza di CO2, l'azoto non è un sostituto perfetto della CO2 in tutte le applicazioni di produzione della birra. Questi gas si comportano in modo diverso. Hanno pesi molecolari e densità diverse.
Ad esempio, la CO2 è più solubile nei liquidi rispetto all'N2. Ecco perché l'azoto conferisce alla birra bolle più piccole e una consistenza diversa. Ecco perché i birrai usano gocce di azoto liquido invece dell'azoto gassoso per nitrare la birra. L'anidride carbonica aggiunge anche un pizzico di amaro o acidità che l'azoto non apporta, il che può alterare il profilo aromatico, a quanto pare. Passare all'azoto non risolverà tutti i problemi legati all'anidride carbonica.
"C'è del potenziale", afferma Chuck Skepek, direttore dei programmi tecnici di produzione della birra presso il Brewers Institute, "ma l'azoto non è una panacea o una soluzione rapida. La CO2 e l'azoto si comportano in modo molto diverso. Si otterrà più azoto miscelato con l'aria nel serbatoio rispetto a quando si spurga la CO2. Quindi sarà necessario più azoto. Lo sento ripetere spesso.
"Un birraio che conosco è stato davvero intelligente e ha iniziato a sostituire l'anidride carbonica con l'azoto, e la sua birra conteneva molto più ossigeno, quindi ora usa una miscela di azoto e anidride carbonica, con un po' più di fortuna. Non solo: "Ehi, inizieremo a usare l'azoto per risolvere tutti i nostri problemi". È bello vedere molto di più su questo argomento nella letteratura scientifica, stiamo iniziando a vedere più persone che fanno ricerche e, sai, elaborano le migliori pratiche per questa sostituzione.
La distribuzione di questi gas sarà diversa a causa delle loro densità differenti, il che potrebbe comportare modifiche tecniche o di stoccaggio. Ascoltate Jason Perkins, mastro birraio di Allagash Brewing Co., mentre illustra l'aggiornamento della sua linea di imbottigliamento e del collettore del gas per utilizzare CO2 per il riempimento pressurizzato del contenitore e N2 per il sigillante e il rompi-bolle. Lo stoccaggio può variare.
"Ci sono sicuramente delle differenze, in parte dovute al modo in cui otteniamo l'azoto", ha detto McKenna. "Otteniamo azoto liquido puro nei dewar, quindi lo stoccaggio è molto diverso dalle nostre bombole di CO2: sono più piccole, su rulli e conservate in un congelatore. Abbiamo fatto un ulteriore passo avanti. [Nota: la traduzione è stata "dall'anidride carbonica all'azoto", ma, ancora una volta, prestiamo molta attenzione a come effettuare la transizione in modo efficiente e responsabile per garantire che la birra sia al massimo livello in ogni fase del processo. In alcuni casi si è trattato di una semplice sostituzione "plug and play", mentre in altri casi ha richiesto miglioramenti significativi nei materiali, nelle infrastrutture, nella produzione, ecc."
Secondo questo eccellente articolo di The Titus Co. (un fornitore di compressori d'aria, essiccatori d'aria e servizi per compressori d'aria al di fuori della Pennsylvania), i generatori di azoto funzionano in uno dei due seguenti modi:
Adsorbimento a pressione oscillante: l'adsorbimento a pressione oscillante (PSA) funziona utilizzando setacci molecolari in carbonio per separare le molecole. Il setaccio presenta pori delle stesse dimensioni delle molecole di ossigeno, intrappolando queste molecole durante il loro passaggio e consentendo il passaggio delle molecole di azoto più grandi. Il generatore rilascia quindi l'ossigeno attraverso un'altra camera. Il risultato di questo processo è che la purezza dell'azoto può raggiungere il 99,999%.
Generazione di azoto tramite membrana. La generazione di azoto tramite membrana funziona separando le molecole utilizzando fibre polimeriche. Queste fibre sono cave, con pori superficiali sufficientemente piccoli da consentire il passaggio dell'ossigeno, ma troppo piccoli perché le molecole di azoto possano rimuoverlo dal flusso di gas. I generatori che utilizzano questo metodo possono produrre azoto puro fino al 99,5%.
Ebbene, il generatore di azoto PSA produce azoto ultrapuro in grandi volumi e ad alta portata, la forma di azoto più pura di cui molti birrifici hanno bisogno. Ultrapuro significa dal 99,9995% al 99%. I generatori di azoto a membrana sono ideali per i piccoli birrifici che necessitano di un'alternativa a basso volume e bassa portata, dove una purezza dal 99% al 99,9% è accettabile.
Utilizzando la tecnologia più avanzata, il generatore di azoto Atlas Copco è un compressore d'aria industriale compatto dotato di una speciale membrana che separa l'azoto dal flusso di aria compressa. I birrifici artigianali rappresentano un importante target per Atlas Copco. Secondo un white paper di Atlas Copco, i birrifici in genere pagano tra 0,10 e 0,15 dollari al piede cubo per produrre azoto in loco. Come si rapporta questo costo ai costi di CO2?
"Offriamo sei pacchetti standard che coprono l'80% di tutti i birrifici, da poche migliaia a centinaia di migliaia di barili all'anno", afferma Peter Askini, responsabile dello sviluppo commerciale per i gas industriali di Atlas Copco. "Un birrificio può aumentare la capacità dei suoi generatori di azoto per favorire la crescita mantenendo l'efficienza. Inoltre, il design modulare consente di aggiungere un secondo generatore in caso di significativa espansione delle attività del birrificio."
"L'uso dell'azoto non è pensato per sostituire completamente la CO2", spiega Asquini, "ma pensiamo che i viticoltori possano ridurre i loro consumi di circa il 70%. Il principale motore è la sostenibilità. È molto facile per qualsiasi viticoltore produrre azoto in autonomia. Non usate più gas serra." che è meglio per l'ambiente. Ne ricaverete i frutti fin dal primo mese, il che inciderà direttamente sul risultato finale: se non si vede prima di acquistare, non compratelo. Ecco le nostre semplici regole. La domanda di CO2 sta salendo alle stelle per produrre tali prodotti, come il ghiaccio secco, che utilizza grandi quantità di CO2 ed è necessario per il trasporto dei vaccini. I birrifici negli Stati Uniti esprimono preoccupazione per il livello di offerta e si chiedono se riusciranno a mantenere il livello dei prezzi coerente con le loro esigenze."
Come accennato in precedenza, la purezza dell'azoto sarà una delle principali preoccupazioni per i birrifici artigianali. Proprio come la CO₂, l'azoto interagisce con la birra o il mosto, trasportando con sé impurità. Per questo motivo, molti generatori di azoto per alimenti e bevande vengono pubblicizzati come unità oil-free (scopri i vantaggi in termini di pulizia dei compressori oil-free nell'ultima frase della barra laterale qui sotto).
"Quando riceviamo la CO2, ne controlliamo la qualità e la contaminazione, un altro aspetto molto importante per lavorare con un buon fornitore", ha affermato McKenna. "L'azoto è un po' diverso, ed è per questo che continuiamo ad acquistare azoto liquido puro. Un altro aspetto che stiamo valutando è la ricerca e la definizione del prezzo di un generatore di azoto interno, sempre con particolare attenzione all'azoto prodotto con Purity per limitare l'assorbimento di ossigeno. Consideriamo questo un potenziale investimento, quindi gli unici processi del birrificio che dipenderanno completamente dalla CO2 saranno la carbonatazione della birra e la manutenzione dell'acqua del rubinetto.
Ma una cosa davvero importante da tenere a mente – di nuovo, qualcosa che sembra difficile da trascurare, ma che è fondamentale per mantenere la qualità della birra – è che qualsiasi generatore di azoto deve produrre azoto fino alla seconda cifra decimale [ovvero una purezza del 99,99%] per limitare l'assorbimento di ossigeno e il rischio di ossidazione. Questo livello di accuratezza e purezza richiede maggiori costi per il generatore di azoto, ma garantisce la qualità dell'azoto e quindi la qualità della birra.
I birrifici necessitano di molti dati e di un controllo di qualità approfondito quando utilizzano l'azoto. Ad esempio, se un birrificio utilizza N2 per spostare la birra tra i serbatoi, la stabilità della CO2 nel serbatoio, nel serbatoio o nella bottiglia deve essere monitorata durante tutto il processo. In alcuni casi, l'N2 puro potrebbe non funzionare correttamente (ad esempio, durante il riempimento dei contenitori) perché rimuove la CO2 dalla soluzione. Di conseguenza, alcuni birrifici utilizzano una miscela 50/50 di CO2 e N2 per riempire la camera di fermentazione, mentre altri la evitano completamente.
Consiglio N2 Pro: parliamo di manutenzione. I generatori di azoto sono davvero la soluzione più vicina al concetto di "imposta e dimentica", ma alcuni materiali di consumo, come i filtri, richiedono una sostituzione semi-regolare. In genere, questa manutenzione è richiesta circa ogni 4000 ore. Lo stesso team che si occupa del tuo compressore d'aria si prenderà cura anche del tuo generatore. La maggior parte dei generatori è dotata di un controller semplice, simile a quello del tuo iPhone, e offre funzionalità complete di monitoraggio remoto tramite app.
Lo spurgo del serbatoio differisce dallo spurgo con azoto per diversi motivi. L'N2 si mescola bene con l'aria, quindi non interagisce con l'O2 come fa la CO2. L'N2 è anche più leggero dell'aria, quindi riempie il serbatoio dall'alto verso il basso, mentre la CO2 lo riempie dal basso verso l'alto. Per spurgare un serbatoio di stoccaggio è necessario più N2 che CO2 e spesso è necessaria una maggiore sabbiatura. Stai ancora risparmiando?
Con il nuovo gas industriale sorgono anche nuovi problemi di sicurezza. Un birrificio dovrebbe assolutamente installare sensori di O2 in modo che i dipendenti possano visualizzare la qualità dell'aria interna, proprio come oggi si conservano i dewar di N2 nei frigoriferi.
Ma la redditività può facilmente superare quella degli impianti di recupero della CO2. In questo webinar, Dion Quinn di Foth Production Solutions (una società di ingegneria) afferma che la produzione di N2 costa tra gli 8 e i 20 dollari a tonnellata, mentre la cattura della CO2 con un impianto di recupero costa tra i 50 e i 200 dollari a tonnellata.
I vantaggi dei generatori di azoto includono l'eliminazione, o quantomeno la riduzione, della dipendenza da contratti e forniture di CO2 e azoto. Ciò consente di risparmiare spazio di stoccaggio, poiché i birrifici possono produrre e immagazzinare la quantità di azoto di cui hanno bisogno, eliminando la necessità di stoccare e trasportare bombole di azoto. Come per la CO2, la spedizione e la gestione dell'azoto sono a carico del cliente. Con i generatori di azoto, questo non è più un problema.
I generatori di azoto sono spesso facili da integrare nell'ambiente di un birrificio. I generatori di azoto più piccoli possono essere montati a parete, in modo da non occupare spazio sul pavimento e funzionare in modo silenzioso. Queste sacche sopportano bene le variazioni di temperatura ambiente e sono molto resistenti alle fluttuazioni di temperatura. Possono essere installate all'esterno, ma non sono consigliate per climi con temperature estreme.
Esistono molti produttori di generatori di azoto, tra cui Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb e Holtec Gas Systems. Un piccolo generatore di azoto potrebbe costare circa 800 dollari al mese con un programma di leasing con riscatto quinquennale, ha affermato Asquini.
"In definitiva, se l'azoto è la soluzione giusta per voi, avete una varietà di fornitori e tecnologie tra cui scegliere", ha affermato Asquini. "Trovate quello più adatto a voi e assicuratevi di avere una buona comprensione del costo totale di proprietà (TCO) e confrontate i costi di alimentazione e manutenzione dei vari dispositivi. Spesso scoprirete che acquistare il più economico non è la scelta giusta per il vostro lavoro".
I sistemi di generazione di azoto utilizzano un compressore d'aria e la maggior parte dei birrifici artigianali ne ha già uno, il che è molto utile.
Quali compressori d'aria vengono utilizzati nei birrifici artigianali? Spingono il fluido attraverso tubi e serbatoi. Energia per il trasporto e il controllo pneumatico. Aerazione di mosto, lievito o acqua. Valvola di controllo. Gas di spurgo per espellere il fango dai serbatoi durante la pulizia e per facilitare la pulizia dei fori.
Molte applicazioni birrifiche richiedono l'uso di compressori d'aria 100% oil-free. Se l'olio entra in contatto con la birra, uccide il lievito e appiattisce la schiuma, rovinando la bevanda e rendendola cattiva.
Rappresenta anche un rischio per la sicurezza. Poiché l'industria alimentare e delle bevande è molto sensibile, sono giustamente in vigore rigorosi standard di qualità e purezza. Ad esempio: i compressori d'aria oil-free Sullair serie SRL da 10 a 15 CV (da 7,5 a 11 kW) sono ideali per i birrifici artigianali. I birrifici apprezzano la silenziosità di queste macchine. La serie SRL offre bassi livelli di rumorosità fino a 48 dBA, rendendo il compressore adatto all'uso in ambienti chiusi senza bisogno di una stanza insonorizzata separata.
Quando l'aria pulita è fondamentale, come nei birrifici artigianali e nei birrifici industriali, l'aria oil-free è essenziale. Le particelle d'olio presenti nell'aria compressa possono contaminare i processi e la produzione a valle. Poiché molti birrifici producono migliaia di barili o diverse casse di birra all'anno, nessuno può permettersi di correre questo rischio. I compressori oil-free sono particolarmente adatti per applicazioni in cui l'aria è a diretto contatto con la materia prima. Anche in applicazioni in cui non vi è alcun contatto diretto tra ingredienti e aria, come nelle linee di confezionamento, un compressore oil-free contribuisce a mantenere pulito il prodotto finale, garantendo la massima tranquillità.
Data di pubblicazione: 06-01-2023