La escasez de CO2: sustituir el CO2 por nitrógeno en la sala de cocción

16 de diciembre de 2022Keith Gribbins

Existe una cantidad alarmante de aplicaciones en las que una cervecería artesanal utiliza CO2 en el proceso de elaboración, envasado y servicio: mantener la presión de cabeza adecuada en los tanques para aplicaciones de proceso; trasladar cerveza o producto de un tanque a otro; carbonatación de ese producto; depurar oxígeno antes del envasado; envasado de cerveza en una operación de llenado de latas o de envasado de barriles; purga previa de los tanques Brite después de la limpieza y desinfección; y servir cerveza de barril en un restaurante o pub. Eso es sólo para empezar.

"Usamos CO2 en todas partes de la cervecería y la taberna", dijo Max McKenna, gerente senior de marketing de Dorchester Brewing Co, con sede en Boston. "Se usa para purgar tanques, en la línea de envasado, en la bodega para carburar la cerveza, en la taberna para servir cerveza, en cada etapa del camino”.

Como muchas cervecerías artesanales, Dorchester Brewing ha estado lidiando con escasez de CO2 de calidad comercial para sus operaciones (lea sobre todas las causas de esa escasez aquí).

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

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

"Hay una serie de funciones operativas que hemos podido transferir al nitrógeno", continuó McKenna. “Algunos de los más impactantes son para purgar tanques y cubrir el gas durante los procesos de enlatado y cerradora. Hasta ahora, estos han sido los deltas más grandes para nosotros, ya que estos procesos requieren un volumen muy alto de CO2. También contamos desde hace mucho tiempo con líneas dedicadas a la cerveza nitro en la taberna. Usamos un generador de nitrógeno dedicado para generar todo nuestro nitrógeno para la taberna, tanto para las líneas de nitro dedicadas como para nuestra mezcla de gas y 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 apto para bebidas y, por lo general, está más disponible, dependiendo del suministro regional.

El N2 se puede adquirir como gas en cilindros de alta presión y en forma líquida en Dewars o grandes tanques de almacenamiento. El nitrógeno también se puede producir in situ, 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 respetuoso con el medio ambiente porque emite menos CO2.

En la elaboración de cerveza y el envasado, se puede utilizar N2 para evitar que entre oxígeno en la cerveza. Si se usa correctamente (la mayoría de la gente mezcla CO2 con N2 cuando manipulan cerveza carbonatada), el N2 podría usarse para limpiar tanques, empujar la cerveza de un tanque a otro, presurizar barriles antes del almacenamiento, purgar latas durante la gasificación debajo de la tapa e infusión de nitro en lugar de CO2. como ingrediente para el sabor y la sensación en boca. En el bar, el nitro se puede utilizar 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 incluso se puede utilizar como gas de extracción para desairear el agua, si eso forma parte de sus operaciones.

Ahora bien, como mencionamos en artículos anteriores sobre escasez de CO2, el nitrógeno no es un sustituto exacto del CO2 en todas las aplicaciones de 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 boca diferente en la cerveza. También es la razón por la que los cerveceros utilizan un goteo de N2 líquido para nitrógeno en las cervezas y no gas N2. La gente dice que el CO2 también añade un toque de amargor o acidez que el nitrógeno no produce, lo que puede alterar los perfiles de sabor. Pasar al nitrógeno no solucionará los problemas de CO2 de todos.

“Existe potencial ahí”, dijo Chuck Skypeck, director técnico de proyectos cerveceros de la Asociación de Cerveceros, “pero el nitrógeno no es una panacea ni una solución rápida. El CO2 y el nitrógeno se comportan de manera muy diferente. Por ejemplo, al purgar un tanque, obtendrá mucha más mezcla con nitrógeno y el aire que hay en el tanque que la que obtendría al purgar con CO2. Por lo tanto, se necesitará mucho más nitrógeno. Ése es un hallazgo que sigo escuchando una y otra vez.

“Un cervecero, que sé que es muy inteligente, comenzó a sustituir el CO2 por nitrógeno y el oxígeno de su cerveza aumentó mucho, por lo que ahora está trabajando con mezclas de nitrógeno y CO2 y tiene un poco más de suerte. Por lo tanto, no se trata simplemente de decir: 'Oye, vamos a empezar a utilizar nitrógeno y resolveremos todos nuestros problemas'. Sería fantástico ver más literatura al respecto, y estamos empezando a ver más personas que realmente están investigando un poco y, ya sabes, ideando mejores prácticas para realizar esa sustitución".

La entrega de estos gases será diferente ya que ambos tienen diferentes densidades, lo que puede provocar algunos cambios de ingeniería o de 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 rompe burbujas. El almacenamiento puede variar.

"Definitivamente hay algunas diferencias, en parte debido a cómo obtenemos el nitrógeno", dijo McKenna. “Estamos obteniendo nitrógeno líquido puro en Dewars, por lo que su almacenamiento se ve bastante diferente de nuestro tanque de CO2 a granel: más pequeño, con ruedas, almacenado en el refrigerador. Muchos de los procesos que hemos realizado son un cambio bastante limpio de CO2 a nitrógeno, pero nuevamente, una de las cosas con las que hemos sido muy cuidadosos es cómo hacer las transiciones de manera efectiva y responsable a garantizar que la cerveza se mantenga con la más alta calidad en cada paso del camino. Hablar con los fabricantes de nuestros equipos para los procesos que hemos hecho la transición ha sido clave y, en algunos casos, se trata de reemplazos bastante simples, listos para usar, mientras que en otros casos requiere alguna inversión adicional 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 cambio de presión (PSA) funciona separando 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 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 por membrana. : La generación de nitrógeno por membrana funciona separando moléculas mediante fibras poliméricas. 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, lo que elimina 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 alto volumen y alto flujo, y el nitrógeno de grado más puro es lo que muchas cervecerías exigen. 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 una 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. Al utilizar 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 al mismo tiempo 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.

“El uso de nitrógeno no significa reemplazar completamente el CO2”, explicó Asquini, “pero creemos que los cerveceros pueden reducir su consumo en aproximadamente un 70 por ciento. El principal impulsor es la sostenibilidad. Cualquier cervecero puede crear su propio nitrógeno de forma muy sencilla. Ya no utilizarás un gas de efecto invernadero, lo 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 simple regla. Está proliferando la demanda de CO2 para fabricar productos como el hielo seco, que utiliza una cantidad importante de CO2 y es necesario para transportar vacunas. Las cervecerías de todo Estados Unidos comparten preocupaciones sobre los niveles de oferta y se preguntan si pueden hacer frente a la demanda de las cervecerías manteniendo constantes los niveles de precios”.

Atlas Copco resume los beneficios de PRECIO de utilizar nitrógeno en este vídeo:

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 pueden transmitirse impurezas. Es por eso que muchos de estos generadores de nitrógeno para aplicaciones de alimentos y bebidas se promocionarán como unidades sin aceite (conozca 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 del trabajo con un gran proveedor", dijo McKenna. “En el caso del nitrógeno, la situación es un poco diferente, por eso hasta ahora utilizamos nitrógeno líquido puro. Otra cosa que estamos analizando es la obtención y el precio de un generador de nitrógeno interno, nuevamente, centrándonos en la pureza del nitrógeno que genera para limitar la captación de oxígeno. Estamos considerando esto como una inversión potencial para que los únicos procesos totalmente dependientes del CO2 en la cervecería sean la carbonatación de cerveza y las operaciones de servicio de taberna.

“Pero una cosa que es realmente importante considerar (una vez más, 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 garantiza la calidad del nitrógeno y, por tanto, de la cerveza”.

Los cerveceros necesitarán muchos datos y control de calidad cuando empleen nitrógeno. Por ejemplo, si un cervecero utiliza N2 para mover cerveza entre 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 purgue de la solución. Por lo tanto, algunos fabricantes de cerveza utilizarán una mezcla 50/50 de CO2 y N2 para aplicaciones de llenado de tazones, y otros simplemente se mantendrán alejados de ella por completo.

Consejo profesional N2 : Hablemos de mantenimiento. Los generadores de nitrógeno realmente son lo más parecidos a instalarse y olvidarse posible, pero algunos consumibles, como los filtros, requieren cambios semiregulares. A menudo se requiere un verdadero servicio cada 4.000 horas. El mismo equipo que se ocupa de su compresor de aire también se ocuparía de su generador. La mayoría de los generadores vienen con un controlador simple, similar a su iPhone, y cuentan con capacidad completa de monitoreo remoto 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 tan bien con el O2 como con el CO2. El N2 también es más ligero que el aire, por lo que llenará los tanques de arriba hacia abajo frente al CO2, que se llena de abajo hacia arriba. Se necesita mucho más N2 para purgar un tanque que CO2 y, a menudo, se requiere una voladura a granel. ¿Sigues ahorrando dinero?

También habrá nuevas preocupaciones de seguridad al tratar con un nuevo gas industrial. Definitivamente, una cervecería 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 refrigerador.

Pero los costos y beneficios pueden superar fácilmente, por ejemplo, a una unidad de recaptura de CO2. En este seminario web, Dion Quinn, de Foth Production Solutions (una empresa de ingeniería), cita que el costo de generar N2 es de entre 8 y 20 dólares por tonelada, frente a la recolección de CO2 a través de una unidad de recaptura, que puede costar entre 50 y 200 dólares o más por tonelada.

Los beneficios de un generador de nitrógeno incluirían eliminar o al menos reducir la dependencia de los contratos y entregas de CO2 y nitrógeno. Puede ahorrar en almacenamiento porque una cervecería podría producir y almacenar sólo lo que necesitara, 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 del nitrógeno. Esto deja de ser una preocupación con un generador de nitro.

Los generadores de nitrógeno normalmente son bastante fáciles de incorporar a una 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 hacer frente 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 dólares al mes, según un programa de arrendamiento con opción a compra de cinco años.

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

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Un sistema generador de nitrógeno utiliza 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? Empujar fluidos a través de tuberías y tanques. Energía para transporte y control neumático. Aireación de mosto, levadura o agua. Válvulas moduladoras. Gas de purga para desplazar soluciones en tanques durante el proceso de limpieza y 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 las cervecerías. Si el aceite entra en contacto con la cerveza, daña la bebida al matar la levadura y aplanar la espuma espumosa, lo que produce malas cervezas.

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 del silencio 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 de sonido.

Cuando la pureza del aire es fundamental, como en las cervecerías artesanales y las cervecerías artesanales, el aire libre de aceite es esencial. Las partículas de aceite en el aire comprimido pueden contaminar los procesos y la producción posteriores. Dado que muchas cervecerías producen miles de barriles o cajas al año, nadie puede permitirse el lujo de 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.: