La escasez de CO2: reemplazar el CO2 con nitrógeno en la sala de cocción

16 de diciembre de 2022Keith Gribbins

Hay una cantidad aterradora de aplicaciones en las que una cervecería artesanal usa CO2 en el proceso de elaboración, envasado y servicio: mantener la presión de cabeza adecuada en los tanques para aplicaciones de proceso; mover cerveza o producto de un tanque a otro; carbonatación de ese producto; lavado de oxígeno antes del envasado; envasado de cerveza en una operación de llenado de latas o trasiego de barriles; purga previa de los tanques de brite después de la limpieza y desinfección; y servir cerveza de barril en un restaurante o pub. Eso es solo para empezar.

"Usamos CO2 en todas partes de la cervecería y la taberna", dijo Max McKenna, gerente sénior de marketing de Dorchester Brewing Co., con sede en Boston. servir cerveza, en cada etapa del camino".

Al igual que muchas cervecerías artesanales, Dorchester Brewing ha estado lidiando con la escasez de CO2 de grado comercial para sus operaciones (lea sobre todas las causas de esa escasez aquí).

"Debido a nuestro contrato, no hemos visto un aumento de precios de nuestro actual proveedor de CO2, a pesar del aumento de precios en otras partes del mercado", dijo McKenna. "Hasta ahora, el impacto ha sido principalmente en torno a una asignación limitada".

Para complementar esta escasez de CO2, Dorchester Brewing ha estado utilizando nitrógeno en lugar de CO2 para ciertas aplicaciones.

"Hay una serie de funciones operativas que hemos podido transferir al nitrógeno", continuó McKenna. "Algunos de los más impactantes son para la purga de tanques y para el gas de inertización durante los procesos de enlatado y cerrado. Hasta ahora, estos han sido el delta más grande para nosotros, ya que esos procesos requieren un volumen tan alto de CO2. También durante mucho tiempo hemos tenido líneas dedicadas de cerveza nitro en la taberna. Usamos un generador de nitrógeno dedicado para generar todo nuestro nitrógeno para la taberna, tanto para las líneas dedicadas de nitro como para nuestra mezcla de gas de cerveza".

El N2 es el gas inerte más económico de producir y puede encontrar algunas aplicaciones productivas en la bodega, la sala de envasado y la taberna de una cervecería artesanal. El N2 es más barato de comprar que el CO2 de grado de bebida y, por lo general, está más disponible, dependiendo de su suministro regional.

El N2 se puede comprar como gas en cilindros de alta presión y en forma líquida en dewars o grandes tanques de almacenamiento. El nitrógeno también se puede producir en el sitio, utilizando un generador de nitrógeno. Los generadores de nitrógeno funcionan eliminando las moléculas de oxígeno del aire.

El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera terrestre (78 por ciento), y el resto es oxígeno y gases traza. Esto también lo hace más ecológico porque emite menos CO2.

En la elaboración y el envasado, el N2 se puede utilizar para evitar que el oxígeno entre en la cerveza. Si se usa correctamente (la mayoría de la gente mezcla CO2 con N2 cuando manipula cerveza carbonatada), el N2 podría usarse para limpiar tanques, empujar la cerveza de un tanque a otro, presurizar los barriles antes del almacenamiento, purgar las latas durante la gasificación debajo de la tapa y la infusión de nitro en lugar de CO2 como ingrediente para el sabor y la sensación en boca. En el bar, el nitro se puede usar en líneas de grifo para cervezas nitro y en aplicaciones de alta presión/larga distancia donde el nitrógeno se mezcla con un porcentaje específico de CO2 para evitar una cerveza espumosa en el grifo. El N2 puede incluso usarse como gas de extracción para la desaireación del agua, si eso es parte de sus operaciones.

Ahora, como mencionamos en artículos anteriores sobre escasez de CO2, el nitrógeno no es un reemplazo exacto del CO2 en todas las aplicaciones en una sala de cocción. Estos gases se comportan de manera diferente. Tienen diferentes pesos moleculares y diferentes densidades.

Por ejemplo, el CO2 es mucho más soluble en líquidos que el N2. Esta es la razón por la que el nitrógeno crea burbujas más pequeñas y tiene una sensación en la boca diferente a la de la cerveza. También es por eso que los cerveceros usan un goteo de N2 líquido para nitrogenar las cervezas y no el gas N2. La gente dice que el CO2 también agrega un toque de amargura o acidez que el nitrógeno no produce, lo que tal vez puede alterar los perfiles de sabor. Cambiar a nitrógeno no solucionará los problemas de CO2 de todos.

"Hay potencial allí", dijo Chuck Skypeck, director de proyectos técnicos de elaboración de cerveza en la Asociación de Cerveceros, "pero el nitrógeno no es una panacea y no es una solución rápida. El CO2 y el nitrógeno se comportan de manera muy diferente. Por ejemplo, está purgando un tanque, obtendrá mucha más mezcla con nitrógeno y el aire que está en el tanque de lo que obtendría al purgar con CO2. Por lo tanto, se necesitará mucho más nitrógeno. Ese es un hallazgo que sigo escuchando una y otra vez. de nuevo.

"Un cervecero, que sé que es muy inteligente, comenzó a sustituir el nitrógeno por CO2, y el oxígeno aumentó mucho en su cerveza, por lo que ahora están trabajando con mezclas de nitrógeno y CO2 y tienen un poco más de suerte. Entonces, es no solo, 'Oye, vamos a comenzar a usar nitrógeno y resolver todos nuestros problemas'. Sería genial ver más en la literatura al respecto, y estamos empezando a ver a más personas que realmente están investigando y, ya sabes, presentando las mejores prácticas para hacer esa sustitución".

La entrega de estos gases será diferente ya que ambos tienen densidades diferentes, lo que puede causar algunos cambios de ingeniería o almacenamiento. Escuche a Jason Perkins, maestro cervecero de Allagash Brewing Co., hablar sobre la reingeniería de su línea de enlatado y colector de gas para utilizar CO2 para la presión del recipiente de llenado y N2 para la cerradora y el rompeburbujas. El almacenamiento puede variar.

"Definitivamente hay algunas diferencias, en parte debido a la forma en que obtenemos el nitrógeno", dijo McKenna. "Obtenemos nitrógeno líquido puro en dewars, por lo que el almacenamiento de eso se ve bastante diferente de nuestro tanque de CO2 a granel: más pequeño, con ruedas, almacenado en el almacenamiento de la cámara frigorífica. Muchos de los procesos en los que hemos hecho la transición son un cambio uno por uno bastante limpio de CO2 a nitrógeno, pero nuevamente, una de las cosas que hemos tenido mucho cuidado es cómo hacer las transiciones de manera efectiva y responsable para garantizar que la cerveza se mantenga en la más alta calidad. en cada paso del camino Hablar con los fabricantes de nuestro equipo para los procesos en los que hemos hecho la transición ha sido clave y, en algunos casos, se trata de reemplazos bastante simples de conectar y usar, mientras que en otros casos requiere algunos inversión extra en materiales, infraestructura, fabricación, etc.”

Según este excelente artículo de The Titus Co. (un proveedor de compresores de aire, secadores de aire y servicios de compresores de aire de Pensilvania), los generadores de nitrógeno funcionan con uno de dos métodos:

Adsorción por oscilación de presión : La adsorción por oscilación de presión (PSA) funciona separando las moléculas mediante un tamiz molecular de carbono. Este tamiz tiene poros del mismo tamaño que las moléculas de oxígeno, atrapando estas moléculas a medida que pasan y dejando pasar las moléculas de nitrógeno más grandes. Luego, el generador libera oxígeno a través de otra cámara. El resultado de este proceso es que el nitrógeno puede tener un nivel de pureza de hasta el 99,999 %.

Generación de nitrógeno de membrana : La generación de nitrógeno de membrana funciona mediante la separación de moléculas mediante fibras de polímero. Las fibras son huecas con orificios en la superficie lo suficientemente pequeños para que pase el oxígeno, pero demasiado pequeños para las moléculas de nitrógeno, que eliminan el oxígeno de la corriente de gas. Los generadores que utilizan este método pueden producir nitrógeno con un nivel de pureza de hasta el 99,5 %.

Bueno, los generadores de N2 tipo PSA pueden producir nitrógeno ultrapuro de gran volumen y alto flujo, y el nitrógeno de grado más puro es lo que exigen muchas cervecerías. Ultrapuro significa como 99,9995 por ciento frente a 99 por ciento. Los generadores de N2 de membrana son excelentes para cervecerías más pequeñas que necesitan alternativas de bajo volumen y bajo flujo donde la pureza del 99 al 99,9 por ciento es aceptable.

Utilizando esta última tecnología, los generadores de nitrógeno de Atlas Copco son básicamente un compresor de aire industrial compacto con una membrana especial para separar el nitrógeno de la corriente de aire comprimido. Las cervecerías artesanales son un gran público objetivo para Atlas Copo. Utilizando la generación de nitrógeno in situ, los cerveceros suelen pagar entre 0,10 y 0,15 dólares por pie cúbico, según este informe técnico de Atlas Copco. ¿Cómo se compara eso con sus costos de CO2?

Los generadores de nitrógeno vienen en todo tipo de tamaños.

"Ofrecemos seis paquetes estándar que cubren el 80 por ciento de todas las cervecerías, desde unos pocos miles de barriles al año hasta varios cientos de miles de barriles al año", dijo Peter Asquini, gerente de desarrollo comercial de gases industriales de Atlas Copco. "Una cervecería puede sobredimensionar su generador de nitrógeno para adaptarse al crecimiento y mantener la eficiencia. Además, el diseño modular puede agregar un segundo generador si el negocio de la cervecería se expande sustancialmente".

Asquini entiende que estos generadores no satisfarán las necesidades de todos los cerveceros.

"Usar nitrógeno no se trata de reemplazar completamente el CO2", explicó Asquini, "pero creemos que los cerveceros pueden reducir su consumo en alrededor de un 70 por ciento. El principal impulsor es la sostenibilidad. Cualquier cervecero puede crear su propio nitrógeno de manera muy simple. un gas de efecto invernadero, que es mejor para el medio ambiente. Le dará un reembolso desde el primer mes que irá directamente al resultado final, y si esto no se puede mostrar antes de comprar, entonces no compre. Esa es nuestra regla simple. La demanda de CO2 para fabricar productos como el hielo seco, que utiliza una cantidad significativa de CO2 y es necesario para transportar vacunas, está proliferando. Las cervecerías de los Estados Unidos comparten preocupaciones sobre los niveles de suministro y se preguntan si pueden hacer frente a la demanda de las cervecerías mientras manteniendo los niveles de precios consistentes".

Atlas Copco resume los beneficios PRICE de usar nitrógeno en este video:

Como se mencionó, la pureza del N2 será una gran preocupación para los cerveceros artesanales. Al igual que el CO2, el nitrógeno interactuará con la cerveza o el mosto y las impurezas pueden pasar. Es por eso que muchos de estos generadores de nitrógeno para aplicaciones de alimentos y bebidas se promocionarán como unidades sin aceite (obtenga más información sobre los beneficios de pureza de los compresores sin aceite a continuación en la barra lateral Última palabra).

"Cuando el CO2 llega a nosotros, se examina su calidad y contaminación, otra parte realmente importante de trabajar con un gran proveedor", dijo McKenna. "Para el nitrógeno, es un poco diferente, por lo que hemos estado obteniendo nitrógeno líquido puro hasta ahora. Otra cosa que estamos investigando es obtener y cotizar un generador de nitrógeno interno, nuevamente, con un enfoque en la pureza del nitrógeno que genera para limitar la captación de oxígeno Estamos viendo esto como una inversión potencial para avanzar de modo que los únicos procesos totalmente dependientes de CO2 en la cervecería serían las operaciones de servicio de cerveza carbonatada y taberna.

"Pero una cosa que es realmente importante considerar, nuevamente, el tipo de cosa aparentemente quisquillosa que puede pasarse por alto, pero que es crucial para mantener la calidad de la cerveza, es que cualquier generador de nitrógeno debe generar nitrógeno puro hasta el segundo o tercer decimal. [es decir, 99,99 por ciento puro] para limitar la captación de oxígeno y el riesgo de oxidación. Este tipo de precisión y pureza cuesta más en el generador de nitrógeno, pero asegura la calidad del nitrógeno y, por lo tanto, de la cerveza".

Los cerveceros necesitarán muchos datos y control de calidad cuando empleen nitrógeno. Por ejemplo, si un cervecero usa N2 para mover la cerveza entre los tanques, se debe realizar un seguimiento de la estabilidad del CO2 durante todo el proceso, en el tanque y en la lata o botella. Hay ciertas aplicaciones en las que el N2 puro probablemente no funcione, como en el recipiente de llenado, cuando el N2 puro haría que el CO2 se purgara de la solución. Por lo tanto, algunos fabricantes de cerveza usarán una mezcla 50/50 de CO2 y N2 para las aplicaciones de tazones de llenado, y otros simplemente se mantendrán alejados de ella por completo.

Sugerencia N2 Pro : Hablemos de mantenimiento. Los generadores de nitrógeno realmente son lo más parecido posible a instalar y olvidar, pero algunos consumibles, como los filtros, requieren cambios semirregulares. A menudo se requiere un servicio real aproximadamente cada 4.000 horas. El mismo equipo que se ocupa de su compresor de aire también se ocupará de su generador. La mayoría de los generadores vienen con un controlador simple, similar a su iPhone, y vienen con una capacidad de monitoreo remoto total a través de una aplicación.

La purga del tanque será diferente con nitrógeno por múltiples razones. El N2 se mezcla bien con el aire, por lo que no interfiere tanto con el O2 como con el CO2. El N2 también es más liviano que el aire, por lo que llenará los tanques de arriba hacia abajo en comparación con el CO2 que se llena de abajo hacia arriba. Se necesita mucho más N2 para purgar un tanque que CO2 y, a menudo, se requiere granallado. ¿Sigues ahorrando dinero?

También habrá nuevas preocupaciones de seguridad cuando se trate de un nuevo gas industrial. Una cervecería definitivamente necesitará instalar medidores de O2 para que los empleados puedan ver visualmente la calidad del aire en un ambiente cerrado, como si ahora estuviera almacenando dewars de N2 en su enfriador.

Pero los beneficios de costos pueden superar fácilmente, por ejemplo, una unidad de recuperación de CO2. En este seminario web, Dion Quinn, de Foth Production Solutions (una empresa de ingeniería), menciona que el costo de generar N2 es de $8 a $20 por tonelada en comparación con la recolección de CO2 a través de una unidad de recuperación, que puede costar de $50 a $200 o más por tonelada.

Los beneficios de un generador de nitrógeno incluirían la eliminación o al menos la reducción de la dependencia de los contratos y entregas de CO2 y nitrógeno. Puede ahorrar en almacenamiento porque una cervecería podría producir y almacenar solo lo necesario, eliminando la necesidad de almacenar y transportar botellas de nitrógeno. Al igual que con el CO2, los clientes pagan por el transporte y la entrega de nitrógeno. Esto se vuelve menos preocupante con un generador de nitro.

Los generadores de nitrógeno normalmente son bastante fáciles de incorporar en un entorno de sala de cocción. Los generadores de nitrógeno más pequeños se pueden montar en la pared, por lo que no ocupan espacio en el piso y son silenciosos. Estos paquetes pueden adaptarse bien a los cambios de temperatura ambiente y tienen una gran tolerancia a los cambios de temperatura. Las instalaciones al aire libre son posibles, pero no se recomiendan en climas con altibajos extremos.

Al dimensionar un generador de nitrógeno, Asquini sugiere responder estas cuatro preguntas:

Hay varios fabricantes de generadores de nitrógeno, incluidos Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb y Holtec Gas Systems. Asquini señaló que un pequeño generador de nitrógeno cuesta alrededor de $800 por mes, según un programa de alquiler con opción a compra de cinco años.

"Por último, si el nitrógeno es adecuado para usted, entonces tiene muchas opciones de proveedor y tecnología para elegir", dijo Asquini. "Encuentre el que sea adecuado para usted y asegúrese de explorar completamente el TCO [Costo total de propiedad] y compare los costos de electricidad entre las unidades y los costos del servicio. A menudo encontrará que el que tiene el precio de compra más bajo no es el adecuado para su operaciones".

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Un sistema generador de nitrógeno usa un compresor de aire, y la mayoría de las cervecerías artesanales ya tienen un compresor, lo cual es conveniente.

¿Para qué se utiliza un compresor de aire en una cervecería artesanal? Empuje de fluidos a través de tuberías y tanques. Energía para transporte neumático y control. Aireación de mosto, levadura o agua. Válvulas moduladoras. Gas de purga para desplazar soluciones en tanques durante el proceso de limpieza y para ayudar durante el proceso de lavado de barriles.

Se requiere el uso exclusivo de compresores de aire 100 por ciento libres de aceite para muchas aplicaciones en todas las cervecerías. Si el aceite entra en contacto con la cerveza, daña la bebida al matar la levadura y aplanar la cabeza espumosa, lo que genera malos brewskis.

También es un peligro para la seguridad. Debido a que la producción de alimentos y bebidas es tan delicada, existen estrictos estándares de calidad y pureza y con razón. Un ejemplo: la serie Sullair SRL de compresores de aire sin aceite en el rango de 10 a 15 hp (7,5 a 11 kW) es ideal para cervecerías artesanales. Las cervecerías disfrutan de la tranquilidad de este tipo de máquinas. La serie SRL ofrece niveles de ruido tan bajos como 48 dBA, lo que hace que los compresores sean adecuados para aplicaciones en interiores sin una sala separada con atenuación del sonido.

Cuando la pureza del aire es crítica, como en cervecerías y cervecerías artesanales, el aire sin aceite es esencial. Las partículas de aceite en el aire comprimido pueden contaminar los procesos y la producción posteriores. Con muchas cervecerías que producen miles de barriles o cajas al año, nadie puede permitirse asumir ese tipo de riesgo. Un compresor sin aceite es especialmente beneficioso para aplicaciones en las que el aire entra en contacto directo con los ingredientes. Incluso para aplicaciones donde no hay contacto directo entre los ingredientes y el aire, como una línea de envasado, un compresor sin aceite puede ser beneficioso para mantener el producto final lo suficientemente limpio como para ponérselo en la boca.

Obtenga más información sobre estos compresores en esta historia con Ghostfish Brewing Co.: