Bij de bierproductie is kooldioxide zowel een bijproduct dat tijdens de gisting ontstaat als een belangrijk procesgas dat in de hele brouwerij wordt gebruikt. Gist produceert van nature een aanzienlijke hoeveelheid CO₂ tijdens de gisting, terwijl brouwerijen voortdurend CO₂ nodig hebben voor het carboniseren, het spoelen van tanks, het verwijderen van zuurstof uit leidingen, het overpompen van bier, het afvullen en verpakken, drukregeling en andere processen.
Bij traditionele productiemodellen wordt de CO₂ die tijdens de gisting vrijkomt vaak in de atmosfeer uitgestoten, terwijl de voor de productie benodigde CO₂ bij externe leveranciers wordt ingekocht. Voor middelgrote en grote commerciële brouwerijen, dit betekent dat dezelfde grondstof aan de ene kant wordt afgestoten en aan de andere kant opnieuw wordt aangekocht.
Een CO₂-terugwinningssysteem is ontworpen om dit probleem aan te pakken. Door de CO₂ die tijdens de gisting vrijkomt op te vangen, te zuiveren, te drogen, te comprimeren, te vloeibaar te maken en op te slaan, kan het gas dat anders zou worden uitgestoten, worden omgezet in een herbruikbare productierawmaterial en weer worden teruggevoerd naar de processystemen van de brouwerij.
Waarom hebben brouwerijen een CO₂-terugwinningssysteem nodig?
CO₂ wordt op grote schaal gebruikt als procesgas bij de bierproductie, voornamelijk voor:
Koolzuur in bier
Ontluchten van de gistingsketel en de helderbiertank
Verwijdering van zuurstof uit leidingen en apparatuur
Bieroverdracht
Vullen en verpakken
Regeling van de tankdruk
Naarmate de productiecapaciteit van brouwerijen toeneemt, stijgt doorgaans ook het CO₂-verbruik. Tegelijkertijd komt er bij de gisting van bier voortdurend CO₂ vrij.
Voor commerciële brouwerijen met een bepaalde productieschaal en een stabiele gistingsbelasting kan een CO₂-terugwinningssysteem de CO₂-productiezijde koppelen aan de verbruikszijde, waardoor een interne CO₂-recyclingkringloop ontstaat.
Dit kan helpen om de directe uitstoot van CO₂ uit het gistingsproces te verminderen, de afhankelijkheid van extern aangevoerd CO₂ te verminderen en de stabiliteit van de CO₂-toevoer naar de brouwerij te verbeteren.
Welke brouwerijen komen in aanmerking voor een CO₂-terugwinningssysteem?
CO₂-terugwinning is niet simpelweg een kwestie van het toevoegen van nog een apparaat. Het is een geïntegreerd technisch systeem dat is gekoppeld aan fermentatie, gasbehandeling, opslag en de toevoer van procesgas.
Of een brouwerij geschikt is voor een CO₂-terugwinningssysteem moet worden beoordeeld op basis van de specifieke productieomstandigheden, waaronder:
Jaarlijkse bierproductie
Aantal en werkvolume van de fermentoren
Gistingscycli en productieschema
Hoeveelheid geproduceerde CO₂
Werkelijk CO₂-verbruik
Aankoopprijs van CO₂ uit externe bronnen en leveringszekerheid
Energie- en exploitatiekosten
Investeringen in apparatuur
CO₂-opslagcapaciteit
Beschikbare installatieruimte en omstandigheden ter plaatse
Voor middelgrote en grote commerciële brouwerijen, met name die met lange bedrijfsperiodes, stabiele gistingsvolumes en een relatief hoog CO₂-verbruik, is een CO₂-terugwinningssysteem over het algemeen het overwegen waard, zowel vanuit technisch als economisch oogpunt.
Voor kleine ambachtelijke brouwerijen, waar zowel de productie als het verbruik van CO₂ relatief beperkt zijn, kan de aankoop van CO₂ van voedingskwaliteit een eenvoudigere optie zijn. Tegelijkertijd zijn er ook compacte CO₂-terugwinningssystemen beschikbaar voor kleinere brouwerijen. Daarom moet de uiteindelijke beslissing worden gebaseerd op projectspecifieke berekeningen en niet alleen op de omvang van de brouwerij.
Hoe werkt een CO₂-terugwinningssysteem voor brouwerijen?
Een compleet CO₂-terugwinningssysteem voor een brouwerij kan over het algemeen in de volgende fasen worden onderverdeeld:
Opvang van CO₂ uit het fermentatieproces
Zodra de biergisting begint, produceert de gist een aanzienlijke hoeveelheid CO₂. In de vroege fase van de gisting kan het gas relatief hoge concentraties lucht, zuurstof en andere onzuiverheden bevatten; daarom mag het niet rechtstreeks naar het terugwinningssysteem worden geleid.
Na een passende eerste ontluchting en procesbeoordeling begint het systeem met het opvangen van CO₂ zodra het gas aan de vereiste terugwinningsvoorwaarden voldoet.
Fermentoren zijn doorgaans uitgerust met bijbehorende systemen voor het opvangen, regelen en transporteren van CO₂, om een stabiele werking van de downstream-terugwinningsapparatuur te waarborgen.
Voorbehandeling en buffering van gas
Opgevangen fermentatiegas kan schuim, vocht en bepaalde vluchtige stoffen bevatten, waardoor een voorbehandeling doorgaans noodzakelijk is.
Een gasbuffersysteem helpt het debiet en de druk van het gas dat de terugwinningsinstallatie binnenkomt te stabiliseren, waardoor de daaropvolgende zuiverings- en compressiesystemen constanter kunnen werken.
CO₂-zuivering
Het ruwe CO₂ dat tijdens de gisting ontstaat, is geen gas van hoge zuiverheid dat direct kan worden hergebruikt bij de bierproductie.
Het kan ethanol, vocht, zuurstof, waterstofsulfide en andere vluchtige onzuiverheden bevatten. Daarom zijn geschikte zuiveringsinstallaties, zoals gaswas-, filtratie- en adsorptiesystemen, nodig om ongewenste bestanddelen te verwijderen.
Het specifieke zuiveringsproces moet worden afgestemd op de samenstelling van het fermentatiegas en de vereiste eindkwaliteit van de CO₂.
Compressie en drogen
Na voorbehandeling en zuivering komt de CO₂ in het compressiesysteem terecht, waar de druk wordt verhoogd en het volume wordt verminderd.
Het tijdens de compressie ontstane condenswater moet onmiddellijk worden afgevoerd. Een drooginstallatie kan vervolgens het vochtgehalte van de CO₂ verder verlagen en zo de juiste omstandigheden creëren voor de daaropvolgende vloeibaarmaking.
CO₂-vloeibaarmaking
Na compressie en behandeling wordt CO₂ onder gecontroleerde koelomstandigheden vloeibaar gemaakt.
Door vloeibaarmaking wordt het opslagvolume van CO₂ aanzienlijk verminderd, waardoor grote hoeveelheden teruggewonnen CO₂ kunnen worden opgeslagen in een speciale opslagtank voor vloeibaar CO₂ en kunnen worden geleverd op basis van de productiebehoeften van de brouwerij.
Opslag en hergebruik van vloeibaar CO₂
Het behandelde vloeibare CO₂ wordt opgeslagen in een speciale opslagtank. Wanneer er tijdens de bierproductie CO₂ nodig is, kan het vloeibare CO₂ worden verdampt en door het juiste drukregelsysteem worden geleid, voordat het naar de verschillende verbruikspunten wordt gevoerd.
Waar kan teruggewonnen CO₂ worden gebruikt bij de bierproductie?
Na een passende behandeling en zodra aan de vereiste kwaliteitsspecificaties is voldaan, kan teruggewonnen CO₂ in diverse bierproductieprocessen worden hergebruikt.
Koolzuur in bier
CO₂ kan worden gebruikt om de koolzuurhoudendheid van het afgewerkte bier aan te passen aan de gewenste waarde.
Ontluchten van de gistingskuip en de helderbiertank
CO₂ kan worden gebruikt om lucht in tanks te verdringen, waardoor het binnendringen van zuurstof wordt beperkt en bedrijfsomstandigheden met een laag zuurstofgehalte worden ondersteund.
Verwijdering van zuurstof uit leidingen en apparatuur
Tijdens het overpompen van bier en het wisselen van apparatuur kan CO₂ worden gebruikt voor gasverdringing, om zo de mogelijke invloed van zuurstof op de bierkwaliteit te helpen verminderen.
Bieroverdracht
In bepaalde processen kan CO₂ worden gebruikt om de druk in de tank op peil te houden en de benodigde druk voor het overpompen van bier te leveren.
Vullen en verpakken
Afhankelijk van het specifieke verpakkingsproces kan CO₂ worden gebruikt voor gasvervanging en drukregeling tijdens het vullen van flessen, blikjes en het vullen van vaten.
Drukregeling van de tank
CO₂ kan worden gebruikt voor de regeling van de procesdruk in gistingsvaten, helderbiertanks en andere drukvaten.
Een CO₂-terugwinningssysteem is dan ook geen op zichzelf staand apparaat. Het kan worden geïntegreerd in de gistings-, opslag-, filtratie-, afvul- en gasvoorzieningssystemen van de brouwerij, als onderdeel van een totaaloplossing.
Wat zijn de voordelen van het aanleggen van een CO₂-terugwinningssysteem?
Voor middelgrote en grote commerciële brouwerijen kan CO₂-terugwinning op verschillende gebieden voordelen opleveren.
De aankoop van externe CO₂ verminderen
Door het CO₂ dat tijdens het brouwproces vrijkomt terug te winnen, kan een brouwerij het extern aangekochte CO₂ gedeeltelijk vervangen en zo haar afhankelijkheid van externe leveranciers verminderen.
De daadwerkelijke hoeveelheid externe CO₂ die kan worden vervangen, moet worden berekend op basis van de hoeveelheid geproduceerde CO₂ en het daadwerkelijke verbruik van de brouwerij.
De stabiliteit van de CO₂-toevoer verbeteren
Voor de productie van bier is een continue toevoer van CO₂ nodig, terwijl de externe aanvoer kan worden beïnvloed door marktprijzen, logistiek en beschikbaarheid.
Een systeem voor CO₂-terugwinning en -opslag ter plaatse kan zorgen voor een interne CO₂-bron en de opslagcapaciteit gebruiken om het verschil tussen de CO₂-productie en de productiebehoefte op te vangen.
Het gebruik van middelen verbeteren
CO₂ uit het fermentatieproces, dat anders zou vrijkomen, kan worden teruggewonnen, gezuiverd, vloeibaar gemaakt en hergebruikt, waardoor een bijproduct van het fermentatieproces wordt omgezet in een bruikbare grondstof voor de bierproductie.
Tiantai-oplossingen voor CO₂-terugwinning
Als fabrikant van apparatuur voor bier en dranken en leverancier van technische oplossingen kan Tiantai geïntegreerde CO₂-terugwinningssystemen ontwerpen op basis van de productiecapaciteit, de procesvereisten en de omstandigheden ter plaatse van de brouwerij.
Bij de projectplanning wordt rekening gehouden met de volgende factoren:
Productiecapaciteit
Bereken de CO₂-uitstoot en het benodigde verbruik op basis van de jaarlijkse bierproductie en het productieschema.
Gistingssysteem
Ontwerp het CO₂-opvangsysteem op basis van het aantal en het werkvolume van de fermentoren, de fermentatiecycli en de bedrijfsomstandigheden.
Herstelvermogen
Bepaal de benodigde capaciteit voor gasbehandeling en -terugwinning op basis van de daadwerkelijk geproduceerde hoeveelheid CO₂.
Kwaliteitseisen voor CO₂
Ontwerp de zuiverings-, droog- en kwaliteitscontroleprocessen in overeenstemming met de beoogde toepassingen van het teruggewonnen CO₂.
Opslagcapaciteit
Stel een passende opslagcapaciteit voor vloeibaar CO₂ vast op basis van het tijdsverschil tussen de productie en het verbruik van CO₂.
Geautomatiseerde besturing
Gebruik geautomatiseerde besturingssystemen om een stabiele werking van de processen voor het opvangen, behandelen, opslaan en leveren van CO₂ te waarborgen.
Omstandigheden ter plaatse
Ontwikkel de algemene systeemindeling op basis van de indeling van het brouwerijgebouw, de beschikbare ruimte voor apparatuur, de voorzieningen en de bestaande productiesystemen.
Van het opvangen van fermentatiegas tot zuivering, compressie, droging, vloeibaarmaking, opslag en ten slotte de verdamping van CO₂ en het gebruik ervan voor productiedoeleinden: het gehele systeem moet goed worden geïntegreerd in de bestaande processen van de brouwerij.
Voor moderne commerciële brouwerijen is CO₂ niet alleen een bijproduct dat tijdens de gisting ontstaat, maar ook een belangrijke procesgrondstof die gedurende het hele productieproces continu wordt gebruikt.
Een CO₂-terugwinningssysteem is meer dan alleen het toevoegen van een reeks apparaten. De systeemcapaciteit, het terugwinningspercentage, de opslagcapaciteit en de economische haalbaarheid moeten allemaal worden berekend en ontworpen op basis van de daadwerkelijke productieomstandigheden van de brouwerij.
Als u van plan bent een grote commerciële brouwerij op te zetten of een CO₂-terugwinningsproject voor een bestaande brouwerij aan het evalueren bent, Tiantai kan een passende oplossing voor de terugwinning en het hergebruik van CO₂ ontwikkelen op basis van uw bierproductiecapaciteit, uw gistingssysteem, uw CO₂-verbruik en de omstandigheden ter plaatse.
