La pénurie de CO2 : remplacer le CO2 par de l'azote dans la salle de brassage

16 décembre 2022Keith Gribbins

Il existe un nombre effrayant d’applications où une brasserie artisanale utilise du CO2 dans le processus de brassage, d’emballage et de service: maintenir une pression de tête appropriée sur les réservoirs pour les applications de traitement; le transport de bière ou de produit d’un réservoir à un autre; carbonatation de ce produit; lavage de l’oxygène avant l’emballage; l’emballage de la bière dans une opération de remplissage de canettes ou de rack à fûts; prépurger les réservoirs de brite après le nettoyage et la désinfection; et verser de la bière pression dans un restaurant ou un pub. C’est juste pour commencer.

« Nous utilisons du CO2 partout dans la brasserie et la salle de dégustation », a déclaré Max McKenna, directeur principal du marketing chez Dorchester Brewing Co. « Il est utilisé pour purger les réservoirs, sur la ligne d’emballage, dans la cave pour carburer la bière, dans la salle de dégustation pour servir la bière - à chaque étape du processus. »

Comme de nombreuses brasseries artisanales, Dorchester Brewing a été confrontée à des pénuries de CO2 de qualité commerciale pour ses opérations (lisez toutes les causes de ces pénuries ici).

« En raison de notre contrat, nous n’avons pas constaté de hausse des prix de notre fournisseur actuel de CO2, malgré la hausse des prix dans d’autres parties du marché », a déclaré M. McKenna. « Jusqu’à présent, l’impact a été principalement autour d’une allocation limitée. »

Pour compléter ces pénuries de CO2, Dorchester Brewing utilise de l’azote au lieu du CO2 pour certaines applications.

« Il y a un certain nombre de fonctions opérationnelles que nous avons pu transférer à l’azote », a poursuivi M. McKenna. « Certains des plus percutants sont la purge des réservoirs et la couverture du gaz pendant les processus de mise en conserve et de sertisseuse. Jusqu’à présent, il s’agissait du plus grand delta pour nous, car ces processus nécessitent un volume de CO2 très élevé. Nous avons également depuis longtemps des lignes de bière nitro dédiées dans la salle de dégustation. Nous utilisons un générateur d’azote dédié pour générer tout notre azote pour la salle de dégustation – à la fois pour les lignes de nitro dédiées et aussi pour notre mélange de gaz de bière. »

Le N2 est le gaz inerte le plus économique à produire, et il peut trouver des applications productives dans la cave, le hall de conditionnement et la salle de dégustation d’une brasserie artisanale. Le N2 est moins cher à acheter que le CO2 de qualité boisson, et il est généralement plus facilement disponible, en fonction de votre approvisionnement régional.

Le N2 peut être acheté sous forme de gaz dans des bouteilles à haute pression et sous forme liquide dans des dewars ou de grands réservoirs de stockage. L’azote peut également être produit sur place, à l’aide d’un générateur d’azote. Les générateurs d’azote fonctionnent en éliminant les molécules d’oxygène dans l’air.

L’azote est l’élément le plus abondant dans l’atmosphère terrestre (78%), et le reste est constitué d’oxygène et de gaz à l’état de traces. Cela le rend également plus respectueux de l’environnement car vous émettez moins de CO2.

Dans le brassage et l’emballage, le N2 peut être utilisé pour empêcher l’oxygène de pénétrer dans la bière. S’il est utilisé correctement (la plupart des gens mélangent du CO2 avec du N2 lors de la manipulation de bière gazeuse), le N2 pourrait être utilisé pour nettoyer les réservoirs, pousser la bière d’un réservoir à l’autre, pressuriser les fûts avant le stockage, purger les canettes pendant le gazage sous le couvercle et l’infusion de nitro au lieu du CO2 comme ingrédient pour la saveur et la sensation en bouche. Dans le bar, le nitro peut être utilisé dans les lignes de robinet pour les bières nitro et dans les applications haute pression / longue distance où l’azote est mélangé à un pourcentage spécifique de CO2 pour éviter une bière mousseuse au robinet. Le N2 peut même être utilisé comme gaz de stripping pour la désaération de l’eau, si cela fait partie de vos opérations.

Maintenant, comme nous l’avons mentionné dans des articles précédents sur la pénurie de CO2, l’azote n’est pas un échange exact pour le CO2 dans toutes les applications d’une brasserie. Ces gaz se comportent différemment. Ils ont des poids moléculaires différents et des densités différentes.

Par exemple, le CO2 est beaucoup plus soluble dans les liquides que le N2. C’est pourquoi l’azote crée des bulles plus petites et a une sensation en bouche différente dans la bière. C’est aussi pourquoi les brasseurs utilisent un goutte à goutte N2 liquide pour azoter les bières et non du gaz N2. Les gens disent que le CO2 ajoute également un soupçon d’amertume ou d’acidité que l’azote ne produit pas, ce qui peut peut-être modifier les profils de saveur. Le passage à l’azote ne résoudra pas les problèmes de CO2 de tout le monde.

« Il y a du potentiel là-bas », a déclaré Chuck Skypeck, directeur des projets de brassage technique à la Brewers Association, « mais l’azote n’est pas une panacée et ce n’est pas une solution rapide. Le CO2 et l’azote se comportent très différemment. Par exemple, vous purgez un réservoir, vous obtiendrez beaucoup plus de mélange avec de l’azote et de l’air qui est dans le réservoir que vous n’en auriez lors de la purge avec du CO2. Donc, il va falloir beaucoup plus d’azote. C’est une constatation que j’entends encore et encore.

« Un brasseur, que je sais très intelligent, a commencé à remplacer le CO2 par de l’azote, et leur oxygène a beaucoup augmenté dans sa bière, alors ils travaillent maintenant avec des mélanges d’azote et de CO2 et ont un peu plus de chance. Donc, ce n’est pas juste : « Hé, nous allons commencer à utiliser de l’azote et résoudre tous nos problèmes. » Ce serait formidable d’en voir plus dans la littérature à ce sujet, et nous commençons à voir plus de gens qui font des recherches et, vous savez, qui proposent les meilleures pratiques pour faire cette substitution. »

La livraison de ces gaz sera différente car les deux ont des densités différentes, ce qui peut entraîner des modifications techniques ou de stockage. Écoutez Jason Perkins, maître brasseur chez Allagash Brewing Co., discuter de la réingénierie de sa ligne de mise en conserve et de son collecteur de gaz pour utiliser le CO2 pour la pression du bol de remplissage et le N2 pour la couture et le brise-bulles. Le stockage peut varier.

« Il y a certainement des différences, en partie dues à la façon dont nous nous approvisionnons en azote », a déclaré McKenna. « Nous nous approvisionnons en azote liquide pur dans les dewars, de sorte que le stockage de celui-ci est assez différent de notre réservoir de CO2 en vrac – plus petit, sur roulettes, stocké dans le stockage de la chambre froide. Beaucoup de processus que nous avons transférés sont un échange assez propre du CO2 à l’azote, mais encore une fois, l’une des choses auxquelles nous avons fait très attention est de savoir comment faire les transitions de manière efficace et responsable pour s’assurer que la bière est maintenue à la plus haute qualité à chaque étape du processus. Parler avec les fabricants de nos équipements pour les processus que nous avons transférés a été essentiel, et dans certains cas, il s’agit de remplacements plug-and-play assez simples, tandis que dans d’autres cas, cela nécessite un investissement supplémentaire dans les matériaux, l’infrastructure, la fabrication, etc. »

Selon cet excellent article de The Titus Co. (un fournisseur de compresseurs d’air, de sécheurs d’air et de services de compresseurs d’air de Pennsylvanie), les générateurs d’azote fonctionnent selon l’une des deux méthodes suivantes:

Adsorption par variation de pression: L’adsorption par variation de pression (PSA) fonctionne en séparant les molécules à l’aide d’un tamis moléculaire de carbone. Ce tamis a des pores de la même taille que les molécules d’oxygène, attrapant ces molécules lorsqu’elles passent tout en laissant passer de plus grosses molécules d’azote. Le générateur libère ensuite de l’oxygène par une autre chambre. Le résultat de ce processus est que l’azote peut atteindre un niveau de pureté de 99,999%.

Production d’azote membranaire: La génération d’azote membranaire fonctionne en séparant les molécules à l’aide de fibres polymères. Les fibres sont creuses avec des trous de surface assez petits pour que l’oxygène puisse passer, mais trop petits pour les molécules d’azote, éliminant l’oxygène du flux gazeux. Les générateurs utilisant cette méthode peuvent produire de l’azote avec un niveau de pureté allant jusqu’à 99,5%.

Eh bien, les générateurs N2 de type PSA peuvent produire de l’azote ultra-pur à haut débit et à haut débit, et l’azote de qualité la plus pure est ce que beaucoup de brasseries demandent. Ultra-pur signifie comme 99,9995% contre 99%. Les générateurs à membrane N2 sont parfaits pour les petites brasseries qui ont besoin d’alternatives à faible volume et à faible débit où une pureté de 99 à 99,9% est acceptable.

Utilisant cette dernière technologie, les générateurs d’azote d’Atlas Copco sont essentiellement un compresseur d’air industriel compact doté d’une membrane spéciale pour séparer l’azote du flux d’air comprimé. Les brasseries artisanales sont un grand public cible pour Atlas Copo. En utilisant la génération d’azote sur place, les brasseurs paient généralement environ 0,10 $ à 0,15 $ par pied cube, selon ce livre blanc d’Atlas Copco. Comment cela se compare-t-il à vos coûts de CO2?

Les générateurs d’azote sont disponibles dans tous les types de tailles.

« Nous proposons six packages standard qui couvrent 80 % de toutes les brasseries, de quelques milliers de barils par an à plusieurs centaines de milliers de barils par an », a déclaré Peter Asquini, responsable du développement commercial des gaz industriels chez Atlas Copco. « Une brasserie peut surdimensionner son générateur d’azote pour s’adapter à la croissance tout en maintenant son efficacité. De plus, la conception modulaire peut ajouter un deuxième générateur si l’activité de la brasserie se développe considérablement.

Asquini comprend que ces générateurs ne répondront pas aux besoins de tous les brasseurs.

« L’utilisation de l’azote ne consiste pas à remplacer complètement le CO2 », explique Asquini, « mais nous pensons que les brasseurs peuvent réduire leur consommation d’environ 70 %. Le principal moteur est la durabilité. Tout brasseur peut créer son propre azote très simplement. Vous n’utiliserez plus de gaz à effet de serre, ce qui est meilleur pour l’environnement. Cela vous donnera un retour sur investissement dès le premier mois qui ira directement à la ligne de fond, et si cela ne peut pas être montré avant l’achat, alors n’achetez pas. C’est notre règle simple. La demande de CO2 pour fabriquer des produits tels que la glace sèche, qui utilise une quantité importante de CO2 et est nécessaire pour transporter les vaccins, prolifère. Les brasseries à travers les États-Unis partagent des préoccupations concernant les niveaux d’approvisionnement et se demandent si elles peuvent faire face à la demande des brasseries tout en maintenant des niveaux de prix cohérents.

Atlas Copco résume les avantages P.R.I.C.E. de l’utilisation de l’azote dans cette vidéo :

Comme mentionné, la pureté N2 sera une grande préoccupation pour les brasseurs artisanaux. Tout comme le CO2, l’azote interagira avec la bière ou le moût et les impuretés peuvent être transmises. C’est pourquoi beaucoup de ces générateurs d’azote pour les applications alimentaires et les boissons seront présentés comme des unités sans huile (découvrez les avantages de pureté des compresseurs sans huile ci-dessous dans l’encadré Last Word).

« Lorsque le CO2 nous parvient, sa qualité et sa contamination ont été vérifiées – un autre élément très important de la collaboration avec un excellent fournisseur », a déclaré McKenna. « Pour l’azote, c’est un peu différent, c’est pourquoi nous nous approvisionnons en azote liquide pur jusqu’à présent. Une autre chose que nous examinons est l’approvisionnement et le prix d’un générateur d’azote interne – encore une fois, en mettant l’accent sur la pureté de l’azote qu’il génère pour limiter la collecte d’oxygène. Nous considérons cela comme un investissement potentiel pour aller de l’avant afin que les seuls processus entièrement dépendants du CO2 dans la brasserie soient la carbonisation de la bière et les opérations de service de dégustation.

« Mais une chose qui est vraiment importante à considérer - encore une fois, le genre de chose apparemment tatillonne qui peut être négligée, mais qui est cruciale pour maintenir la qualité de la bière - est que tout générateur d’azote doit générer de l’azote pur à la deuxième ou troisième décimale [c’est-à-dire pur à 99,99%] pour limiter la collecte d’oxygène et risquer l’oxydation. Ce type de précision et de pureté coûte plus cher au générateur d’azote, mais garantit la qualité de l’azote, et donc de la bière.

Les brasseurs auront besoin de beaucoup de données et de CQ lors de l’utilisation de l’azote. Par exemple, si un brasseur utilise du N2 pour déplacer de la bière entre les réservoirs, la stabilité au CO2 doit être suivie tout au long du processus, dans le réservoir et dans la canette ou la bouteille. Il y a certaines applications où le N2 pur ne fonctionnera probablement pas – comme dans le bol de remplissage – lorsque le N2 pur entraînerait la purge du CO2 hors de la solution. Ainsi, certains fabricants de bière utiliseront un mélange 50/50 pour le CO2 et le N2 pour les applications de bol de remplissage, et d’autres resteront complètement à l’écart.

Conseil N2 Pro: Parlons maintenance. Les générateurs d’azote sont vraiment aussi proches que possible de l’ajustement et de l’oubli, mais certains consommables, tels que les filtres, nécessitent des changements semi-réguliers. Un service réel est souvent requis environ toutes les 4 000 heures. La même équipe qui s’occupe de votre compresseur d’air s’occuperait également de votre génératrice. La plupart des générateurs sont livrés avec un contrôleur simple - similaire à votre iPhone - et sont livrés avec une capacité de surveillance à distance complète via une application.

La purge en cuve sera différente avec l’azote pour de multiples raisons. Le N2 se mélange bien avec l’air, il n’interfère donc pas aussi bien avec l’O2 que le CO2. Le N2 est également plus léger que l’air, il remplira donc les réservoirs de haut en bas par rapport au CO2 qui se remplit de bas en haut. Il faut beaucoup plus de N2 pour purger un réservoir que de CO2, et le sablage en vrac est souvent nécessaire. Économisez-vous encore de l’argent?

Il y aura également de nouvelles préoccupations en matière de sécurité lorsqu’il s’agira d’un nouveau gaz industriel. Une brasserie devra certainement installer des compteurs d’O2 afin que les employés puissent voir visuellement la qualité de l’air dans un environnement clos – comme si vous stockiez maintenant des dewars de N2 dans votre glacière.

Mais les avantages en termes de coûts peuvent facilement l’emporter, par exemple, sur une unité de récupération du CO2. Dans ce webinaire, Dion Quinn, de Foth Production Solutions (une société d’ingénierie), cite le coût de génération de N2 est de 8 $ à 20 $ par tonne par rapport à la collecte de CO2 via une unité de récupération, qui peut coûter 50 $ à 200 $ + par tonne.

Les avantages d’un générateur d’azote comprendraient l’élimination ou au moins la réduction de la dépendance à l’égard des contrats et des livraisons de CO2 et d’azote. Cela peut permettre d’économiser sur le stockage parce qu’une brasserie pourrait produire et stocker seulement autant que nécessaire, éliminant ainsi le besoin de stocker et de transporter des bouteilles d’azote. Comme pour le CO2, les clients paient pour le transport et la livraison de l’azote. Cela devient moins préoccupant avec un générateur de nitro.

Les générateurs d’azote sont normalement assez faciles à intégrer dans une brasserie. Les générateurs d’azote plus petits peuvent être fixés au mur, de sorte qu’ils ne prennent pas d’espace au sol et qu’ils sont peu bruyants. Ces emballages peuvent bien résister aux changements de température ambiante et ont une grande tolérance aux changements de température. Les installations extérieures sont possibles mais non recommandées dans les climats avec des hauts et des bas extrêmes.

Lors du dimensionnement d’un générateur d’azote, Asquini suggère de répondre à ces quatre questions:

Il existe un certain nombre de fabricants de générateurs d’azote, notamment Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb et Holtec Gas Systems. Asquini a noté qu’un petit générateur d’azote coûte environ ~ 800 $ par mois, sur la base d’un programme de location avec option d’achat de cinq ans.

« Enfin, si l’azote vous convient, vous avez de nombreux choix de fournisseurs et de technologies à faire », a déclaré Asquini. « Trouvez celui qui vous convient le mieux et assurez-vous d’explorer pleinement le TCO [Total Cost of Ownership] et de comparer les coûts d’électricité entre les unités et les coûts de service. Vous constaterez souvent que celui qui a le prix d’achat le plus bas n’est pas le bon pour vos opérations.

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Un système de générateur d’azote utilise un compresseur d’air, et la plupart des brasseries artisanales ont déjà un compresseur, ce qui est pratique.

À quoi sert un compresseur d’air dans une brasserie artisanale ? Pousser les fluides à travers la tuyauterie et les réservoirs. Énergie pour le transport pneumatique et le contrôle. Aération du moût, de la levure ou de l’eau. Vannes modulantes. Purger le gaz pour déplacer les solutions dans les réservoirs pendant le processus de nettoyage et pour aider pendant le processus de lavage des fûts.

L’utilisation exclusive de compresseurs d’air 100 % sans huile est requise pour de nombreuses applications dans les brasseries. Si l’huile entre en contact avec la bière, elle endommage la boisson en tuant la levure et en aplatissant la tête mousseuse, ce qui donne de mauvaises bières.

C’est aussi un danger pour la sécurité. Parce que la production d’aliments et de boissons est si sensible, des normes strictes de qualité et de pureté sont en place et à juste titre. Un exemple : la série Sullair SRL de compresseurs d’air sans huile de la gamme de 10 à 15 ch (7,5 à 11 kW) convient parfaitement aux brasseries artisanales. Les brasseries apprécient le silence de ces types de machines. La série SRL offre des niveaux de bruit aussi bas que 48 dBA, ce qui rend les compresseurs adaptés aux applications intérieures sans pièce acoustique séparée.

Lorsque la pureté de l’air est critique, comme dans les brasseries et les brasseries artisanales, l’air sans huile est essentiel. Les particules d’huile dans l’air comprimé peuvent contaminer les processus et la production en aval. Avec de nombreuses brasseries produisant des milliers de barils ou de caisses par an, personne ne peut se permettre de prendre ce genre de risque. Un compresseur sans huile est particulièrement bénéfique pour les applications dans lesquelles l’air entre en contact direct avec les ingrédients. Même pour les applications où il n’y a pas de contact direct entre les ingrédients et l’air, comme une ligne d’emballage, un compresseur sans huile peut être bénéfique pour garder le produit final suffisamment propre pour mettre votre bouche.

Apprenez-en plus sur ces compresseurs dans cette histoire avec Ghostfish Brewing Co. :