Die Herbsthäuser Brauerei verwendet in den Biertanks neben Kohlensäure auch Stickstoff zum Vorspannen oder für die KEG Anlage. Anfang 2024 wurde die Firma Lanz Drucklufttechnik beauftragt, den Austausch einer älteren Bestandsanlage, durch eine neuere und effizientere Stickstoffanlage von Oxysystems vorzunehmen. Schlüsselfertige Systemlösungen inklusive Installation, Inbetriebnahme und Wartung werden durch Christian Lanz und sein Team für Brauereien angeboten. Ein Rundum-sorglos-Paket ermöglicht einen dauerhaften und reibungslosen Brauereibetrieb und eine zuverlässige Stickstoffeigenerzeugung. Mit der Neuinstallation ist auch zukünftig sichergestellt, dass weiterhin erheblich weniger Kohlensäure eingekauft werden muss.
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Einsatz von Stickstoff in Brauereien
In welchem Umfang Stickstoff in Brauereien eingesetzt wird hängt vorwiegend von den verschiedenen Prozessen der Brauerei ab. Typische Anwendungsbeispiele für den Einsatz von Stickstoff sind das Vorspannen oder Leerdrücken von Tanks oder Behältern. Hierfür verwendete man in der Regel Kohlensäure. Diese nicht unerhebliche Menge an Kohlensäure kann man komplett durch Stickstoff ersetzen.
Auch bei der Bierabfüllung gibt es Einsatzmöglichkeiten für Sticksoff: Die KEG-Fass-Abfüllung kann mit 100 % Stickstoff und die Flaschenabfüllung über einen CO2/N2-Gasmischer mit bis zu 80 % Stickstoffanteil betrieben werden.
Des Weiteren kann N2 auch sehr gut zur Wasserentgasung eingesetzt werden.
Entfernung von Sauerstoff
Bei der Herstellung von Lebensmitteln ist es stets notwendig, den Gehalt an Sauerstoff im Produkt so niedrig wie möglich zu halten. Denn Sauerstoff ist Voraussetzung für das Wachstum aerober Keime wie z. B. Schimmelpilzen. Außerdem hat Sauerstoff ungünstige Auswirkungen auf die Farbe und den Geschmack. Besonders dann, wenn eine längere thermische Behandlung notwendig ist. Sauerstoff reagiert oxidativ mit der Aminosäure Methionin, der Ascorbisäure (Vitamin C), den Flavonoiden (sek. Pflanzenstoffe) und den ungesättigten Fetten und Lipiden. Zusätzlich fördert Sauerstoff die fotosensibilisierte Oxidation (ausgelöst durch sichtbares Licht) in transparent verpackten Lebensmittel. Die Haltbarkeit eines Lebensmittels hängt also somit stark vom Restsauerstoffgehalt ab. Dies gilt auch entsprechend für Getränke, deren Basis Wasser ist.
Grundlagen der Wasserentgasung
Sauerstoff lässt sich in der Lebensmittelindustrie am besten durch physikalische Verfahren aus dem Wasser entfernen. Bei Umgebungsluft mit 21 % Sauerstoff lösen sich in Wasser mit einer Temperatur von 20 °C ca. 9 ppm Sauerstoff. Ein niedriger Partialdruck verschiebt das Gleichgewicht, sodass sich weniger Sauerstoff löst bzw. sich der gelöste Sauerstoff entbindet. Diese beiden Zusammenhänge werden für die sogenannte Strippentgasung genutzt.
Durch Einleiten eines sauerstofffreien Strippgases wird die Konzentration des Sauerstoffs und damit dessen Partialdruck gesenkt. Die Verschiebung des Phasengleichgewichtes bedingt den Übergang des Sauerstoffs vom Wasser in die Gasphase. In der Brauerei wird meist CO2 als Strippgas eingesetzt. Da es bei der Gärung entsteht und auch für die Karbonisierung und andere Prozesse verwendet wird, steht es so gut wie immer zur Verfügung. Eine häufig verwendete Alternative stellt Stickstoff dar, der mit den Oxysystems-Generatoren aus der Umgebungsluft gewonnen wird. Kaltes Wasser kann je nach apparativer Gestaltung der Anlage auf unter 20 ppb entgast werden.
Da Stickstoff nicht als Kohlensäure im Wasser gebunden wird, hat Stickstoff den besseren Wirkungsgrad bei der Sauerstoffentfernung, wenn stille Getränke hergestellt werden sollen. Werden karbonisierte Getränke produziert, dann ist CO2 das Strippinggas der Wahl.
Stickstoff vor Ort herstellen
Im Falle der Herbsthäuser Brauerei, kann der Eigenerzeuger über 30 m3 Stickstoff mit einer Qualität von bis zu 99,9 % produzieren. Der Stickstoffgenerator vom Typ OS-25-NX funktioniert nach dem Drucklastwechselverfahren (PSA – Pressure Swing Adsorption). In diesem Prozess wir der Stickstoffanteil aus der gereinigten Druckluft abgetrennt und für den weiteren Prozess in einem nachgelagerten Prozesstank zur Verfügung gestellt. Über weitere N2-Zwischenspeicher können Spitzenverbräuche einfach abgedeckt werden.
Der Oxysystems-Stickstoffgenerator wird über das örtlich bestehende Druckluftnetz versorgt. Das N2-System ist mit einer Siemens-S7-Steuerung aufgebaut. Das produzierte Gas wird permanent mit einem hochwertigen Gassensor überwacht und die Daten zur vollautomatischen Prozesssteuerung verwendet. Über entsprechende Systemeinstellungen werden Alarmmeldungen bei Bedarf ausgegeben, um eine saubere Stickstoffversorgung sicherzustellen.
Nachhaltiger Prozess
Es lassen sich immer deutlicher die Vorteile der Stickstoffverwendung in der Brauerei erkennen und der Markt wächst stetig. Die Unabhängigkeit von Gaslieferanten sowie die jährliche Kosteneinsparungen sind mittlerweile oft ein wichtiger Grund für die Umstellung zur Stickstoffeigenerzeugung. Neben den direkten finanziellen Einsparungen können Brauereien ihr Bier noch klimaneutraler herstellen. Wärmerückgewinnung, erneuerbare Energien, energieeffizientere Systeme und die Vermeidung von Transporten helfen den CO2-Fußabdruck drastisch zu verringern.
Oxysystems Germany GmbH, Herrsching
Autor: Horst Nowosad
Sales & Project Engineer,
Oxysystems
