Stickstoff im Brauprozess Selbst erzeugen? Lohnt sich!

Während sich die Grundlagen des Brauens über die Jahrhunderte kaum verändert haben, sind die Technologien zur Herstellung gewaltig verbessert worden. So wird heute an vielen Stellen im Prozess Stickstoff eingesetzt. Mit dem Gas werden Tanks zwischen zwei Nutzungen gespült, um sicherzustellen, dass Rückstände der Maische, der Bierwürze oder des Bieres nicht oxidieren und das nächste Los mit herben oder sauren Aromen verunreinigen. Stickstoff kann Sauerstoff und Kohlendioxid in Tanks ersetzen und Bier von einem Tank in den nächsten drücken. Stickstoff wird auch in Fässer injiziert, um diese vor dem Versand, der Lagerung und dem Verbrauch unter Druck zu setzen und das Bier vor Verderb zu schützen.

„Dabei kommt insgesamt viel Stickstoff zusammen“, sagt Ronny Toepke, Business-Development-Manager Gasgeneratoren bei Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik. Das sei ein erheblicher Kostenfaktor, denn viele Brauereien bezögen das Gas als Flüssigstickstoff oder in Flaschenbündeln von externen Lieferanten. Wer das Gas dagegen vor Ort erzeuge, könne viel Geld sparen. „Dies kann mit Stickstoffgeneratoren erfolgen, die als Ergänzung zu einer Kompressorenstation installiert werden und den Stickstoff über das Druckluftsystem erzeugen“, erklärt der Experte weiter.

Atlas Copco habe dafür zum Beispiel Generatoren der Serie NGP+ im Programm: Diese arbeiten nach dem Prinzip der Druckwechseladsorption, bei dem der Sauerstoff durch Kohlenstoffmolekularsiebe selektiv vom Stickstoff getrennt wird. „Statt Stickstoff einzukaufen, bietet die Herstellung von Stickstoff vor Ort vielen Brauereien vor allem drei Vorteile: einen geringeren Ausfall von Produktionszeiten, keine Verschwendung von Gas und niedrigere Kosten“, betont Toepke.

• Weniger Stillstand: Wer seinen Stickstoff vor Ort produziert, ist unabhängig davon, ob sein Stickstofflieferant den Lieferplan einhält. Selbst wenn sich Lieferungen nur um wenige Tage verschieben, kann es nötig werden, die Produktion zu stoppen und Produktverluste, Produktionsausfall und Umsatzeinbußen zu riskieren. Sobald das verdichtete Gas eintrifft, muss es hereingebracht und an das System angeschlossen werden; die alten Flaschenbündel müssen entfernt werden. Wenn der Stickstoff durch Eigenproduktion immer verfügbar ist, fallen solche Wartezeiten und diese Arbeiten weg.

• Keine Gas-Verschwendung: „Man braucht gar keine exakten Messungen, um zu wissen, dass extern eingekaufter Stickstoff zum Teil verschwendet wird“, sagt Ronny Toepke. Denn der flüssige Stickstoff werde in der Regel nicht sofort, sondern erst nach und nach verbraucht. Während er sich ungenutzt in Tanks befinde, verursache die Wärme der Umgebung, dass er sich ausdehne; dabei sind Leckagen unvermeidlich. Wird der Druck nicht abgelassen, können die Tanks explodieren. Um das zu verhindern, müssten die Tanks geöffnet werden, um Gas zum Teil in die Atmosphäre freizulassen. „Natürlich kann man das Risiko so senken“, meint der Atlas-Copco-Experte, „aber auch hier wird Stickstoff – und damit Geld – verschwendet.“ Die Stickstofferzeugung vor Ort dagegen erlaube es Brauereien, nur so viel Gas zu erzeugen, wie sie auch wirklich verbrauchen.

• Niedrigere Kosten: Es ist meist preiswerter, Stickstoff selbst zu erzeugen als ihn einzukaufen. Je nachdem, wie weit entfernt eine Brauerei zum Standort der Gaserzeugung ist, können die Preise erheblich variieren. Durchschnittlich kostet der Einkauf von Flüssigstickstoff zwischen 0,18 und 0,28 Euro pro Kubikmeter (0,15 bis 0,24 Euro/Liter). Stickstoff selbst zu erzeugen, ist dagegen wesentlich günstiger. Je nach Einkaufs- und Lieferkosten in einem Gebiet können Brauereien hierdurch Einsparungen von 40 bis 75 Prozent realisieren. Daher macht sich ein Stickstoffgenerator in der Regel schnell bezahlt. „Je nach Nutzungsintensität amortisiert sich die Anschaffung für viele Brauereien schon innerhalb der ersten beiden Jahre nach Inbetriebnahme“, versichert Ronny Toepke.

Stickstofferzeugung und ölfreie Luft

Bei den Überlegungen zur Anschaffung eines Stickstoffgenerators sollte auch die Drucklufterzeugung einbezogen werden. Denn um Stickstoff herzustellen, benötigen Anwender zunächst Druckluft. Einige kleine Systeme zur Stickstofferzeugung arbeiten mit einem internen Kompressor. Damit können allerdings nicht die in einer Brauerei notwendigen Kapazitäten erzeugt werden.

In der Regel wird also ein „externer“ Kompressor die benötigte Druckluft erzeugen. Ölfreie Kompressoren – zum Beispiel der Z-Serie von Atlas Copco, die für ihre ölfreie Verdichtung nach ISO 8573-1 Klasse 0 zertifiziert sind – sind als Druckluftlieferanten für Brauereien besonders gut geeignet. Sie können nicht nur den Stickstoffgenerator versorgen, sondern auch Steuerluftventile und Abfüllanlagen. Da diese Kompressoren nicht mit Öl geschmiert werden, besteht in keiner Phase der Herstellung das Risiko, dass das Produkt kontaminiert werden könnte.

„Wer sich zudem für einen drehzahlgeregelten Kompressor – bei uns am Kürzel VSD ersichtlich – entscheidet, kann zusätzlich zur Stickstofferzeugung weitere Einsparungen erzielen“, betont Ronny Toepke. Denn die Drehzahlregelung senke den Energiebedarf der Druckluftversorgung auch für andere Prozesse in der Bierherstellung. „Wir haben in jedem Fall passende Kompressoren sowie Generatoren für verschiedene Anforderungen an Volumen und Stickstoffreinheit im Programm“, erklärt Toepke. „Gern beraten wir Brauereien, die wissen möchten, ob sich die Anschaffung eines Stickstoffgenerators für ihr Unternehmen lohnt.“

Hintergrund: Wie arbeitet ein Stickstoffgenerator?

Unsere Luft setzt sich aus etwa 78 Prozent Stickstoff und 21 Prozent Sauerstoff zusammen. Stickstoffgeneratoren entfernen die Sauerstoffmoleküle. Das wird durch zwei unterschiedliche Methoden erreicht: Stickstofferzeugung durch (A) Druckwechseladsorption (PSA) oder (B) die Membrantechnik.

Die Druckwechseladsorption trennt Moleküle mit Hilfe eines Kohlenstoff-Molekularsiebs. Das Medium verfügt über seine gesamte Oberfläche über Poren von der Größe der Sauerstoffmoleküle, wodurch der Sauerstoff vom Sieb adsorbiert wird. Stickstoffmoleküle sind größer als Sauerstoff, so dass sie das Molekularsieb umgehen und weiter zum Tank geführt werden. PSA-Generatoren umfassen zwei Kammern: eine zur Adsorption des Sauerstoffs und eine weitere, die zur Desorption zu einem niedrigen Druck wechselt. Diese Generatoren können Stickstoff mit einem Restgehalt an Sauerstoff von zehn Teilen per Million oder einem Reinheitsniveau von 99,999 Prozent erzeugen. Nach diesem Prinzip arbeiten zum Beispiel bei Atlas Copco die Generatoren der NGP+-Serie. Die Geräte zeichnen sich durch einen besonders niedrigen Luftverbrauch aus, so dass der versorgende Kompressor um eine bis zwei Größen kleiner gewählt werden kann.

Die Membran-Stickstofferzeugung funktioniert anders als die PSA-Methode. Anstelle einer Adsorption nutzt dieser Prozess ein Bündel kleiner Polymer-Hohlfasern, um Sauerstoff aus dem Gasfluss zu entfernen. Diese Fasern haben kleine Öffnungen auf der Oberfläche, die groß genug sind, um Sauerstoff durchzulassen, während Stickstoff dafür zu groß ist. Mit dieser Methode kann Stickstoff mit einem Reinheitsniveau von 99,5 Prozent erzeugt werden. Wer mit solchen Reinheiten auskommt, kann seinen Stickstoff mit Membrangeneratoren der NGM-Baureihe von Atlas Copco kostengünstig, zuverlässig und sicher erzeugen.