Dans le cadre de la production de bière, le dioxyde de carbone est à la fois un sous-produit issu de la fermentation et un gaz de procédé essentiel utilisé dans l'ensemble de la brasserie. La levure produit naturellement une quantité importante de CO₂ pendant la fermentation, tandis que les brasseries ont constamment besoin de CO₂ pour la carbonatation, la purge des cuves, l'élimination de l'oxygène des canalisations, le transfert de la bière, le remplissage et le conditionnement, le contrôle de la pression et d'autres processus.
Dans les modèles de production traditionnels, le CO₂ généré lors de la fermentation est souvent rejeté dans l'atmosphère, tandis que le CO₂ nécessaire à la production est acheté auprès de fournisseurs externes. Pour les moyennes et grandes brasseries industrielles, cela signifie que la même ressource est cédée d'un côté et rachetée de l'autre.
Un système de récupération du CO₂ a été conçu pour remédier à ce problème. En collectant, purifiant, séchant, comprimant, liquéfiant et stockant le CO₂ généré lors de la fermentation, ce gaz, qui serait autrement rejeté, peut être transformé en une ressource de production réutilisable et réinjecté dans les circuits de production de la brasserie.
Pourquoi les brasseries ont-elles besoin d'un système de récupération du CO₂ ?
Le CO₂ est largement utilisé comme gaz de procédé dans la production de bière, principalement pour :
Carbonatation de la bière
Purge de la cuve de fermentation et de la cuve de bière claire
Élimination de l'oxygène des canalisations et des équipements
Transfert de bière
Remplissage et conditionnement
Régulation de la pression dans le réservoir
À mesure que la capacité de production des brasseries augmente, la consommation de CO₂ augmente généralement elle aussi. Parallèlement, la fermentation de la bière génère en permanence du CO₂.
Pour les brasseries industrielles présentant un certain niveau de production et une charge de fermentation stable, un système de récupération du CO₂ permet de relier le circuit de production du CO₂ à celui de consommation, créant ainsi un circuit interne de recyclage du CO₂.
Cela peut contribuer à réduire les rejets directs de CO₂ issu de la fermentation, à diminuer la dépendance vis-à-vis du CO₂ fourni par des sources externes et à améliorer la stabilité de l'approvisionnement en CO₂ de la brasserie.
Quelles brasseries se prêtent à la mise en place d'un système de récupération du CO₂ ?
La récupération du CO₂ ne se résume pas à l'ajout d'un simple équipement supplémentaire. Il s'agit d'un système d'ingénierie intégré, lié aux processus de fermentation, de traitement des gaz, de stockage et d'alimentation en gaz de procédé.
Une brasserie est-elle adaptée à un Système de récupération du CO₂ doit être évalué en fonction de ses conditions de production spécifiques, notamment :
Production annuelle de bière
Nombre et volume utile des cuves de fermentation
Cycles de fermentation et calendrier de production
Quantité de CO₂ émise
Consommation réelle de CO₂
Prix d'achat du CO₂ sur le marché externe et stabilité de l'approvisionnement
Coûts énergétiques et d'exploitation
Investissements en équipements
Capacité de stockage du CO₂
Espace disponible pour l'installation et conditions sur site
Pour les brasseries commerciales de taille moyenne et grande, en particulier celles qui ont des périodes d'exploitation longues, des charges de fermentation stables et une consommation de CO₂ relativement élevée, un système de récupération du CO₂ mérite généralement d'être envisagé, tant d'un point de vue technique qu'économique.
Pour les petites brasseries artisanales, si la production et la consommation de CO₂ sont toutes deux relativement limitées, l'achat de CO₂ de qualité alimentaire peut constituer une option plus simple. Parallèlement, il existe également des systèmes compacts de récupération du CO₂ adaptés aux petites brasseries. Par conséquent, la décision finale doit reposer sur des calculs spécifiques au projet plutôt que sur la seule taille de la brasserie.
Comment fonctionne un système de récupération du CO₂ dans une brasserie ?
Un système complet de récupération du CO₂ dans une brasserie peut généralement être divisé en plusieurs étapes :
Récupération du CO₂ issu de la fermentation
Dès que la fermentation de la bière commence, la levure produit une quantité importante de CO₂. Au début de la fermentation, ce gaz peut contenir des taux relativement élevés d'air, d'oxygène et d'autres impuretés ; il ne doit donc pas être acheminé directement vers le système de récupération.
Après une purge initiale adéquate et une évaluation du processus, le système commence à capter le CO₂ dès que le gaz remplit les conditions de récupération requises.
Les fermenteurs sont généralement équipés de systèmes de collecte, de régulation et de transfert du CO₂ adaptés, afin de garantir un fonctionnement stable des équipements de récupération en aval.
Prétraitement et tamponnage des gaz
Le gaz de fermentation récupéré peut contenir de la mousse, de l'humidité et certaines substances volatiles ; un prétraitement est donc généralement nécessaire.
Un système tampon de gaz contribue à stabiliser le débit et la pression du gaz entrant dans l'équipement de récupération, ce qui permet aux systèmes de purification et de compression en aval de fonctionner de manière plus régulière.
Purification du CO₂
Le CO₂ brut généré lors de la fermentation n'est pas un gaz de haute pureté pouvant être directement réutilisé dans la production de bière.
Il peut contenir de l'éthanol, de l'humidité, de l'oxygène, du sulfure d'hydrogène et d'autres impuretés volatiles. Des unités de traitement adaptées, telles que des systèmes de lavage de gaz, de filtration et d'adsorption, sont donc nécessaires pour éliminer les composants indésirables.
Le procédé de purification spécifique doit être conçu en fonction de la composition du gaz de fermentation et de la qualité finale requise du CO₂.
Compression et séchage
Après prétraitement et purification, le CO₂ pénètre dans le système de compression, où sa pression est augmentée et son volume réduit.
L'eau de condensation générée lors de la compression doit être séparée rapidement. Un système de séchage permet ensuite de réduire encore davantage la teneur en humidité du CO₂ et de créer les conditions propices à la liquéfaction ultérieure.
Liquefaction du CO₂
Après compression et traitement, le CO₂ est liquéfié dans des conditions de refroidissement contrôlées.
La liquéfaction réduit considérablement le volume de stockage du CO₂, ce qui permet de stocker de grandes quantités de CO₂ récupéré dans un réservoir dédié au CO₂ liquide et de l'acheminer en fonction des besoins de production de la brasserie.
Stockage et réutilisation du CO₂ liquide
Le CO₂ liquide traité est stocké dans un réservoir dédié. Lorsque du CO₂ est nécessaire pour la production de bière, le CO₂ liquide peut être vaporisé et acheminé via le système de régulation de pression approprié avant d’être distribué vers les différents points d’utilisation.
Où le CO₂ récupéré peut-il être utilisé dans la production de bière ?
Après un traitement adapté et une fois que les spécifications de qualité requises sont respectées, le CO₂ récupéré peut être réutilisé dans divers processus de fabrication de la bière.
Carbonatation de la bière
Le CO₂ peut être utilisé pour ajuster le niveau de gazéification de la bière finie afin d'atteindre la valeur cible souhaitée.
Purge de la cuve de fermentation et de la cuve de bière claire
Le CO₂ peut être utilisé pour évacuer l'air à l'intérieur des réservoirs, ce qui contribue à réduire la pénétration d'oxygène et à maintenir des conditions de fonctionnement à faible teneur en oxygène.
Élimination de l'oxygène des canalisations et des équipements
Lors du transfert de la bière et des changements d'équipement, le CO₂ peut être utilisé pour le déplacement gazeux afin de limiter l'impact potentiel de l'oxygène sur la qualité de la bière.
Transfert de bière
Dans certains procédés, le CO₂ peut être utilisé pour maintenir la pression dans les cuves et fournir la pression nécessaire au transfert de la bière.
Remplissage et conditionnement
En fonction du procédé de conditionnement utilisé, le CO₂ peut servir au déplacement du gaz et au contrôle de la pression lors du remplissage des bouteilles, des canettes et des remplissage de fûts.
Régulation de la pression du réservoir
Le CO₂ peut être utilisé pour réguler la pression de process dans les fermenteurs, les cuves de bière claire et d'autres récipients sous pression.
Par conséquent, un système de récupération du CO₂ n'est pas un équipement isolé. Il peut être intégré aux systèmes de fermentation, de stockage, de filtration, de mise en bouteille et d'alimentation en gaz de la brasserie, dans le cadre d'une solution technique globale.
Quels sont les avantages de la mise en place d'un système de récupération du CO₂ ?
Pour les brasseries commerciales de taille moyenne et grande, la récupération du CO₂ peut apporter une valeur ajoutée dans plusieurs domaines.
Réduire les achats externes de CO₂
En récupérant le CO₂ généré lors de la fermentation, une brasserie peut remplacer en partie le CO₂ acheté à l'extérieur et réduire sa dépendance vis-à-vis des fournisseurs externes.
La quantité réelle de CO₂ externe pouvant être remplacée doit être calculée en fonction de la quantité de CO₂ produite et de la consommation réelle de la brasserie.
Améliorer la stabilité de l'approvisionnement en CO₂
La production de bière nécessite un approvisionnement continu en CO₂, alors que l'approvisionnement externe peut être affecté par les prix du marché, la logistique et la disponibilité.
Un système de récupération et de stockage du CO₂ sur site peut fournir une source interne de CO₂ et utiliser la capacité de stockage pour compenser la différence entre la production de CO₂ et les besoins de production.
Améliorer l'utilisation des ressources
Le CO₂ issu de la fermentation, qui serait autrement rejeté, peut être récupéré, purifié, liquéfié et réutilisé, transformant ainsi un sous-produit de la fermentation en une ressource exploitable pour la production de bière.
Solutions de récupération du CO₂ de Tiantai
En tant que fabricant d'équipements pour la bière et les boissons et fournisseur de solutions d'ingénierie, Tiantai est en mesure de concevoir des systèmes intégrés de récupération du CO₂ en fonction de la capacité de production de la brasserie, des exigences du processus et des conditions du site.
Lors de la planification d'un projet, les facteurs suivants sont pris en compte :
Capacité de production
Calculer les besoins en production et en consommation de CO₂ en fonction de la production annuelle de bière et du calendrier de production.
Système de fermentation
Concevez le système de récupération du CO₂ en fonction du nombre et du volume de travail des fermenteurs, des cycles de fermentation et des conditions d'exploitation.
Capacité de reprise
Déterminer la capacité nécessaire de traitement et de récupération des gaz en fonction de la quantité réelle de CO₂ produite.
Exigences relatives à la qualité du CO₂
Concevoir les procédés de purification, de séchage et de contrôle qualité en fonction des applications prévues du CO₂ récupéré.
Capacité de stockage
Définir une capacité de stockage de CO₂ liquide adaptée en fonction du décalage temporel entre la production et la consommation de CO₂.
Commande automatisée
Utiliser des systèmes de contrôle automatisés pour assurer un fonctionnement stable des processus de captage, de traitement, de stockage et de distribution du CO₂.
Conditions d'utilisation du site
Élaborer le plan d'ensemble du système en tenant compte de la configuration des locaux de la brasserie, de l'espace disponible pour les équipements, des conditions d'alimentation en services publics et des systèmes de production existants.
De la collecte des gaz de fermentation à leur purification, leur compression, leur séchage, leur liquéfaction, leur stockage, puis enfin à la vaporisation du CO₂ et à son utilisation dans la production, l'ensemble du système doit être correctement intégré aux processus existants de la brasserie.
Pour les brasseries industrielles modernes, le CO₂ n'est pas seulement un sous-produit issu de la fermentation, mais aussi une ressource importante utilisée en continu tout au long du processus de production.
La mise en place d'un système de récupération du CO₂ ne se résume pas à l'installation d'un simple ensemble d'équipements. La capacité du système, le taux de récupération, la capacité de stockage et la faisabilité économique doivent tous être calculés et conçus en fonction des conditions de production réelles de la brasserie.
Si vous envisagez de créer une grande brasserie industrielle ou d’étudier un projet de récupération du CO₂ pour une brasserie existante, Tiantai peut mettre au point une solution adaptée de récupération et de réutilisation du CO₂, en fonction de votre capacité de production de bière, de votre système de fermentation, de vos besoins en CO₂ et des conditions sur site.
