CO2 不足: 醸造所内で CO2 を窒素に置き換える

2022年12月16日キース・グリビンズ

クラフトビール醸造所では、醸造、包装、提供のプロセスで CO2 を使用する用途が恐ろしいほどたくさんあります。 ビールまたは製品をあるタンクから別のタンクに移動する。 その製品の炭酸化。 包装前に酸素をスクラブする。 缶充填機またはケグラッカー作業におけるビールの包装。 洗浄と消毒後のブライトタンクの事前パージ。 レストランやパブで生ビールを注ぐ。 それは単なる初心者向けです。

ボストンに本拠を置くドーチェスター・ブルーイング・カンパニーのシニア・マーケティング・マネージャー、マックス・マッケンナ氏は、「醸造所やタップルームのいたるところでCO2を使用している」と語る。途中のあらゆる段階でビールを提供します。」

多くのクラフトビール醸造所と同様、ドーチェスターブルーイングは事業運営に必要な商用グレードのCO2の不足に対処してきました（不足のすべての原因については、こちらをお読みください）。

「市場の他の地域で価格が上昇しているにもかかわらず、私たちの契約により、現在の二酸化炭素供給業者からの価格上昇は見られていません」とマッケンナ氏は述べた。 「これまでのところ、影響は主に限られた配分に及んでいる。」

これらの CO2 不足を補うために、ドーチェスター ブルーイングでは特定の用途に CO2 の代わりに窒素を使用しています。

「窒素に移行することができた運用機能は数多くあります」とマッケンナ氏は続けた。 「最も影響が大きいのは、タンクのパージと、缶詰およびシーマーのプロセス中のガスブランケットです。これらのプロセスでは大量の CO2 が必要となるため、これまでのところ、これらが当社にとって最大のデルタでした。また、当社は長い間、 「タップルームには専用のニトロビールラインがありました。私たちは専用の窒素発生装置を使用して、タップルーム用のすべての窒素を生成します。専用のニトロラインとビールガス混合物の両方に使用します。」

N2 は最も経済的に生産できる不活性ガスであり、クラフトビール醸造所のセラー、包装ホール、タップルームなどで生産的な用途に使用できます。 N2 は飲料グレードの CO2 よりも安価に購入でき、地域の供給量にもよりますが、通常はより簡単に入手できます。

N2 は、高圧シリンダー内のガスとして購入することも、デュワー瓶や大型の貯蔵タンク内の液体の形で購入することもできます。 窒素発生装置を使用して、現場で窒素を生成することもできます。 窒素発生装置は、空気中の酸素分子を除去することによって機能します。

窒素は地球の大気に最も豊富な元素 (78%) であり、残りは酸素と微量ガスです。 CO2の排出も少なくなるので、環境にも優しいです。

醸造および包装の際、ビールへの酸素の侵入を防ぐために N2 を使用できます。 適切に使用すれば (炭酸ビールを扱うとき、ほとんどの人は CO2 と N2 を混合します)、N2 はタンクの洗浄、ビールをタンクからタンクへ押し出す、保管前の樽の加圧、蓋の下のガス処理中の缶のパージ、および CO2 の代わりにニトロの注入に使用できます。風味や口当たりの材料として。 バーでは、ニトロはニトロビールのタップラインや、タップでのビールの泡立ちを防ぐために窒素と特定の割合のCO2を混合する高圧/長距離用途で使用できます。 N2 は、業務の一部である場合には、水の脱気のためのストリッピングガスとしても使用できます。

さて、以前の CO2 不足の記事で述べたように、窒素は醸造所のすべての用途において CO2 の正確な代替品ではありません。 これらのガスは異なる挙動をします。 それらは異なる分子量と異なる密度を持っています。

たとえば、CO2 は N2 よりも液体にはるかに溶けやすいです。 これが、窒素によって生成される泡が小さくなり、ビールの口当たりが異なる理由です。 醸造業者がビールの窒素化に N2 ガスではなく液体 N2 点滴を使用する理由もこれです。 CO2 は窒素では生成されないほのかな苦味や酸味も加え、風味のプロファイルを変える可能性があると人々は言います。 窒素に移行しても、すべての人の CO2 問題が解決されるわけではありません。

ビール醸造者協会の技術醸造プロジェクトディレクター、チャック・スカイプック氏は、「そこには可能性がある」と語った。 CO2でパージする場合よりも、タンク内の窒素と空気との混合物がはるかに多くなります。つまり、はるかに多くの窒素が必要になります。これは、私が何度も耳にする発見の1つですまた。

「私が本当に賢いと知っているある醸造家は、CO2の代わりに窒素を使い始めたところ、ビール中の酸素が大幅に増えたので、今では窒素とCO2のブレンドを使って仕事をしており、少しは運が良くなりました。 「窒素の使用を始めて、すべての問題を解決するつもりです。」だけではありません。 これに関する文献がもっと増えるとうれしいですし、実際に研究を行って、その代替を行うためのベスト プラクティスを考え出す人も増えてきています。」

これらのガスは両方とも密度が異なるため、供給方法も異なり、工学的または保管上の変更が生じる可能性があります。 Allagash Brewing Co. の醸造責任者である Jason Perkins が、充填ボウルの圧力に CO2 を、シーマーとバブル ブレーカーに N2 を利用するための缶詰ラインとガスマニホールドの再設計について話し合っています。 ストレージは異なる場合があります。

「窒素の調達方法に一部起因して、確かにいくつかの違いがあります」とマッケンナ氏は言う。 「私たちは純粋な液体窒素をデュワー瓶で調達しているので、その貯蔵は私たちのバルク CO2 タンクとはかなり異なっています。小型でキャスター付きで、ウォークインのクーラー保管庫に保管されています。私たちが移行したプロセスの多くは、 CO2 から窒素への 1 対 1 の交換は非常にきれいですが、繰り返しになりますが、私たちが非常に注意してきたことの 1 つは、ビールを最高の品質に維持するために効果的かつ責任を持って移行を行う方法です。移行したプロセスについて機器のメーカーと話し合うことが重要であり、非常に簡単なプラグアンドプレイの交換で済む場合もあれば、いくつかの変更が必要な場合もあります。材料、インフラ、製造などへの追加投資。」

The Titans Co. (ペンシルベニア州の空気圧縮機、空気乾燥機、空気圧縮機サービスのプロバイダー) のこの優れた記事によると、窒素発生装置は次の 2 つの方法のいずれかで動作します。

圧力スイング吸着 : 圧力スイング吸着 (PSA) は、カーボンモレキュラーシーブを使用して分子を分離することによって機能します。 このふるいには酸素分子と同じサイズの細孔があり、酸素分子が通過するときにこれらの分子を捕らえ、より大きな窒素分子は通過させます。 次に、発生器は別のチャンバーを通して酸素を放出します。 このプロセスの結果、窒素は最大 99.999% の純度レベルに達します。

膜窒素生成 : 膜窒素生成は、ポリマー繊維を使用して分子を分離することによって機能します。 繊維は中空で、表面の穴は酸素が通過するには十分な大きさですが、窒素分子には小さすぎるため、ガス流から酸素が除去されます。 この方法を使用する発電機は、最大 99.5% の純度レベルの窒素を生成できます。

PSA タイプの N2 発生装置は、大量、高流量の超純度の窒素を製造でき、最も純粋なグレードの窒素は多くのビール醸造所が求めているものです。 超純粋とは、99.9995 パーセント対 99 パーセントのようなことを意味します。 膜式 N2 発生装置は、99 ～ 99.9% の純度が許容される、少量、低流量の代替品を必要とする小規模な醸造所に最適です。

後者の技術を利用したアトラスコプコの窒素発生装置は、基本的には圧縮空気流から窒素を分離する特殊な膜を備えたコンパクトな産業用エアコンプレッサーです。 クラフトビール醸造所は、Atlas Copo の大きなターゲット層です。 アトラスコプコのこのホワイトペーパーによると、オンサイト窒素生成を使用する場合、醸造所は通常、立方フィートあたり約 0.10 ドルから 0.15 ドルを支払っています。 CO2 コストと比較してどうですか?

窒素発生装置にはさまざまなサイズがあります。

「当社は年間数千バレルから年間数十万バレルまで、全ビール醸造所の80％をカバーする6つの標準パッケージを提供しています」とアトラスコプコの産業ガス事業開発マネージャーのピーター・アスキーニ氏は述べた。 「ビール醸造所は、効率を維持しながら成長に対応できるよう、窒素発生装置を大型化することができます。さらに、モジュール式設計により、ビール醸造所のビジネスが大幅に拡大した場合には、2 番目の発生装置を追加することもできます。」

アスキーニ氏は、これらの発電機がすべてのビール醸造者のニーズを満たせるわけではないことを理解しています。

「窒素の使用は、CO2を完全に置き換えることではありません。しかし、醸造業者はその消費量を約70パーセント削減できると考えています。主な原動力は持続可能性です。どの醸造業者も非常に簡単に独自の窒素を生成できます。窒素は使用されなくなります。」とアスキーニ氏は説明しました。温室効果ガスは環境に良いものです。1 か月目から回収され、収益に直接反映されます。購入前にそれが示されない場合は購入しないでください。これが私たちのシンプルなルールです。ドライアイスなどの製品を製造するためのCO2需要は急増しており、これは大量のCO2を使用し、ワクチンの輸送にも必要だが、全米のビール醸造所は供給レベルに対する懸念を共有し、ビール醸造所の需要に対応できるかどうか疑問を抱いている。価格水準を一貫して維持することです。」

アトラスコプコは、窒素を使用することによる PRICE の利点を次のビデオで要約しています。

前述したように、N2 純度はクラフトビール醸造者にとって大きな懸念事項となります。 CO2 と同様に、窒素もビールや麦汁と相互作用し、不純物が伝わる可能性があります。 食品および飲料用途向けの窒素発生装置の多くがオイルフリー ユニットとして宣伝されるのはこのためです (オイルフリー コンプレッサーの純度の利点については、最後の説明のサイドバーをご覧ください)。

「CO2 が私たちに届くときは、品質と汚染が精査されます。これは、優れたサプライヤーと協力するうえでのもう 1 つの非常に重要な部分です」とマッケンナ氏は言います。 「窒素の場合は少し異なります。そのため、これまで純粋な液体窒素を調達してきました。私たちが検討しているもう 1 つのことは、社内の窒素発生装置の調達と価格設定です。これもまた焦点を絞ったものです」私たちはこれを今後の投資の可能性として検討しており、醸造所内で完全に CO2 に依存するプロセスはビールの炭酸化とタップルーム サービス業務だけになるようにしています。

「しかし、考慮すべき非常に重要なことの 1 つは、繰り返しになりますが、見落とされがちな一見細かいことですが、ビールの品質を維持するために非常に重要なことです。それは、窒素発生装置は小数第 2 位または第 3 位まで純粋な窒素を生成する必要があるということです。 [つまり、純度99.99パーセント]酸素の取り込みを制限し、酸化のリスクを抑えます。この種の精度と純度を実現するには、窒素発生装置のコストが高くなりますが、窒素、ひいてはビールの品質が保証されます。」

醸造業者は窒素を使用する際に多くのデータと QC を必要とします。 たとえば、ビール醸造所がタンク間でビールを移動するために N2 を使用している場合、タンク内、缶またはボトル内のプロセス全体を通じて CO2 の安定性を追跡する必要があります。 フィラーボウルなど、純粋な N2 が溶液から CO2 をパージする原因となる場合、純粋な N2 がおそらく機能しない特定の用途があります。 そのため、一部のビールメーカーはフィラーボウル用途に CO2 と N2 を 50/50 の混合で使用する予定ですが、他のビールメーカーは完全に使用しない予定です。

N2 プロのヒント : メンテナンスについて話しましょう。 窒素発生器は実際に可能な限り取り付けて忘れるものに近いものですが、フィルターなどの一部の消耗品は半定期的な交換が必要です。 実際のサービスは、多くの場合約 4,000 時間ごとに必要になります。 エアコンプレッサーを担当する同じチームが発電機も担当します。 ほとんどの発電機には、iPhone に似たシンプルなコントローラーが付属しており、アプリを介した完全なリモート監視機能が付属しています。

タンクのパージは、複数の理由から窒素の場合とは異なります。 N2 は空気とよく混合するため、CO2 ほど O2 に干渉しません。 N2 は空気よりも軽いため、タンクを上から下に充填しますが、CO2 は下から上に充填します。 タンクをパージするには CO2 よりも多くの N2 が必要であり、大量のブラストが必要になることがよくあります。 まだお金を貯めていますか？

新しい産業用ガスを扱う場合には、新たな安全上の懸念も生じます。 醸造所では、従業員が密閉環境で空気の質を視覚的に確認できるように、O2 メーターを設置する必要があります。たとえば、クーラーに N2 のデュワー瓶を保管している場合などです。

しかし、コスト上の利点は、たとえば CO2 回収装置を簡単に上回る可能性があります。 このウェビナーで、Foth Production Solutions (エンジニアリング会社) の Dion Quinn 氏は、N2 の生成コストが 1 トンあたり 8 ～ 20 ドルであるのに対し、回収装置による CO2 の収集には 1 トンあたり 50 ～ 200 ドル以上の費用がかかる可能性があると述べています。

窒素発生装置の利点には、CO2 と窒素の契約と配送への依存を排除​​するか、少なくとも依存度を下げることが含まれます。 醸造所は必要な分だけを生産して保管できるため、窒素ボトルを保管したり持ち運んだりする必要がなくなり、保管を節約できる可能性があります。 CO2 と同様に、顧客は窒素の輸送と配達の料金を支払います。 ニトロ発生器を使用すると、この問題はあまり気にならなくなります。

窒素発生装置は通常、醸造所の環境に簡単に組み込むことができます。 小型の窒素発生装置は壁に取り付けることができるため、床面積をとらず、低騒音です。 これらのパッケージは、周囲温度の変化にうまく対処でき、優れた温度変化耐性を備えています。 屋外への設置も可能ですが、極端な高低がある気候ではお勧めできません。

アスキーニ氏は、窒素発生装置のサイズを決める際に、次の 4 つの質問に答えることを提案しています。

アトラスコプコ、パーカー・ハニフィン、サウステック・システムズ、ミルカーブ、ホルテック・ガス・システムズなど、窒素発生装置のメーカーは多数あります。 Asquini 氏は、小型窒素発生装置のコストは、5 年間のリース・トゥ・オウン・プログラムに基づいて月額約 800 ドルであると指摘しました。

「最後に、窒素が自社に適しているのであれば、サプライヤーと技術の選択肢はたくさんあります」とアスキーニ氏は語った。 「自分に合ったものを見つけて、TCO (総所有コスト) を十分に検討し、ユニット間の電気代とサービスコストを比較してください。多くの場合、購入価格が最も低いものが自分にとって適切ではないことがわかります。オペレーション。"

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窒素発生装置にはエアコンプレッサーが使われており、ほとんどのクラフトビール醸造所にはすでにコンプレッサーが設置されており便利です。

クラフトビール醸造所で使用されるエアコンプレッサーとは何ですか? 液体を配管やタンクに押し込みます。 空気輸送と制御のためのエネルギー。 麦汁、酵母、または水のエアレーション。 調整バルブ。 ガスをパージして洗浄プロセス中にタンク内の溶液を置換し、樽の洗浄プロセス中に役立ちます。

醸造所全体の多くの用途では、100% オイルフリーのエアコンプレッサーのみを使用することが必要です。 油がビールと接触すると、酵母が死滅し、泡状の頭部が平らになるため、ビールに損傷を与え、品質の悪いビールスキーになります。

それは安全上の問題でもあります。 食品と飲料の生産は非常にデリケートなため、厳格な品質と純度の基準が設けられており、当然のことです。 例: 10 ～ 15 馬力 (7.5 ～ 11 kW) 範囲のオイルフリー エアコンプレッサーの Sullair SRL シリーズは、クラフトビール醸造所に最適です。 醸造所は、このタイプの機械の静音性を気に入っています。 SRL シリーズは騒音レベルが 48 dBA と低いため、コンプレッサーは別の防音室を必要としない屋内用途に適しています。

ブルーパブやクラフトビール醸造所など、空気の純度が重要な場合には、オイルフリーの空気が不可欠です。 圧縮空気中の油微粒子は、下流のプロセスや生産を汚染する可能性があります。 多くの醸造所が年間何千もの樽やケースを生産しているため、そのようなリスクを負う余裕のある人は誰もいません。 オイルレスコンプレッサーは、空気が食材と直接接触する用途に特に有益です。 包装ラインなど、材料と空気が直接接触しない用途でも、オイルレス コンプレッサーは、最終製品を口に付けられるほどきれいに保つのに役立ちます。

Ghostfish Brewing Co. のこのストーリーで、これらのコンプレッサーの詳細をご覧ください。