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Das CO2-Rückgewinnungssystem von Earthy Labs ist sehr kompakt und kann daher selbst in kleineren Brauereien installiert werden.

15.02.2023

Fachbeitrag
Technologie
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Bier

CO2-Mangel in der internationalen Brauindustrie – Teil 3

CO2-Rückgewinnungssysteme für Brauereien fallen durchweg in zwei Kategorien: Aufwendige, modulare Anlagen für Großbrauereien und wesentlich kleinere, erschwinglichere Anlagen für Klein- und Craft-Brauereien. Jedoch basieren beide Systemarten auf fast identische Technologien. Während Pentair-Haffmans der weltweite Marktführer für Großanlagen ist, spezialisiert sich Earthy Labs auf Kleinanlagen.

Große und kleine CO2-Rückgewinnungssysteme für Brauereien

Viele Brauereien produzieren unabhängig von ihrer Größe mehr CO2 während der Gärung als sie in ihrem Produktionsablauf verbrauchen können. Je nach Betrieb kann das Verhältnis zwischen produziertem und verwendetem CO2 bis zu 3:1 betragen, was zumindest theoretisch ausreichen sollte, um Bier zu karbonisieren, Prozesstanks zu entlüften, Bier durch Rohre und Schläuche zu schicken und das Verpacken von Bier in Flaschen, Dosen oder Fässer zu ermöglichen. Es gibt jedoch mehrere Gründe, warum die Wiederverwendung von selbst erzeugtem CO2 mehr als nur einen Sammeltank erfordert. Ein solcher CO2-Vorratstank müsste nämlich wirklich gigantisch sein, denn ein Kilogramm unkomprimiertes CO2 hat eine Ausdehnung von etwa einem Liter und laut Umfragedaten, die von der Brewers Association auf der 2018 Craft Brewers Conference vorgestellt wurden, verbraucht eine Brauerei durchschnittlich etwa 1,5 bis 8,1 kg CO2 pro hl.

Zusätzlich ist das aus der Gärung gewonnene CO2 mit vielen unerwünschten, flüchtigen und nichtflüchtigen, aromatischen Stoffen belastet, die eine Wiederverwendung ohne vorheriges Reinigen verbieten. Diese Verunreinigungen bestehen z.T. aus Spurenelementen von Acetaldehyd, Schwefeldioxid, Methanol und Stickstoffdioxid sowie Feuchtigkeit und Sauerstoff, welche Fehlaromen verursachen oder sogar das fertige Bier verderben können. Daher muss Gär-CO2 vor dem Einsatz im Lebensmittelbereich erst „gewaschen“, getrocknet, von Sauerstoff befreit, und „gestrippt“ werden. Schließlich muss das Gas für die Speicherung komprimiert werden.

CO2-Gewinnungstechnologien in Kürze

Die Technologie zum Erreichen dieser komplexen Ziele existiert bereits seit mehreren Jahrzehnten, aber solche Systeme waren fast ausschließlich für Großbrauereien rentabel, während es für kleinere Brauereien einfach billiger war, industriell hergestelltes CO2 (siehe Teil 1) kommerziell zu beziehen. Aber heute, bei steigenden CO2-Preisen und wachsender CO2 Knappheit, ändert sich diese Preis-Leistungs-Bilanz gewaltig, weshalb mehrere Hersteller kleinere und erschwinglichere CO2-Rückgewinnungssysteme entwickelt und auf dem Markt gebracht haben. Selbst Brauereien mit einer Jahresproduktion von nur 5.000 Hektoliter können heutzutage die Anschaffung einer CO2-Rückgewinnungsanlage in nur zwei bis drei Jahren amortisieren.

Nahezu alle CO2-Rückgewinnungsanlagen bestehen aus einem Aggregat von Komponenten. Dazu gehören normalerwiese ein vorgeschalteter Puffertank – manchmal auch Ballon genannt – zum Auffangen des austretenden CO2; verschiedene Waschvorrichtungen zum Entfernen von Schaum und Verunreinigungen, die auf dem Gas reiten; ein Trockner und ein Filter (meist Aktivkohle); ein kältemittelgekühlter Kondensator und Kompressor zur Verflüssigung des Gases; und natürlich ein Vorratsdrucktank. Jedes Rückgewinnungssystem funktioniert leicht unterschiedlich, aber viele Komponenten basieren auf bewährten, aus anderen Anwendungsbereichen stammenden Technologien wie zum Beispiel der Kondensator- und Kompressor-Produktion für Klimaanlagen.

Alle CO2- Rückgewinnungssysteme verflüssigen das eingefangene Gas zur Speicherung in Druckbehältern mit praxiskonformen Ausmaßen. Das erfordert den Einsatz von Kältemitteln. In der Vergangenheit waren Fluorchlorkohlenwasserstoffe wie Freon (R-22) beliebte Kältemittel, die jedoch jetzt schrittweise aus der Produktion genommen werden, da deren Chlorgehalt die Ozonschicht zerstört. Moderne Systeme benutzen stattdessen Freon-Alternativen wie NH3 (wasserfreies Ammoniak; R-717) oder Glykol.

Die erste Etappe eines modularen CO2-Rückgewinnungssystems ist eine Schaumfalle für das austretende Gas.

Große CO2-Rückgewinnungssysteme

Auf dem Gebiet der CO2- Rückgewinnung für Großbetriebe sind mehrere Anbieter tätig, welche sich primär auf kohlenstoffintensive Betriebe in der Stahl-, Zement-, Raffinerie-, Petrochemie- und Energieerzeugungsindustrie konzentrieren. Dagegen hat sich Pentair mit der Marke Haffmans zum Marktführer im Bereich von Hochleistungs-CO2-Rückgewinnungssystemen für Großbrauerein entwickelt. Pentair ist ein diversifiziertes Unternehmen mit Hauptsitz in Twickenham, Großbritannien, welches seit mehr als einem Vierteljahrhundert Systeme für größere Brauereien und andere Anwender herstellt. Die Investitionen für solche Systeme belaufen sich oft auf mehrere Millionen Euro. Einige Konstellationen solcher großen Systeme finden Sie hier hinter den drei Download Links für CO2 Recovery Plant CO2 Compact Brew, CO2 Recovery Plant Eco2Brew, und CO2 Recovery Unit CRU erläutert.

Das CO2mpactBrew System wurde als Rückgewinnungsanlage für Brauereien mit einem Jahresausstoß von etwa 50.000 bis 350.000 Hektoliter konzipiert. Es ist auf einer 12,2 Meter langen Plattform montiert und benutzt das Glykol System der Brauerei, um das gewonnene und gereinigte CO2 für die Speicherung unter Druck zu kühlen und zu verflüssigen. Eine leicht abgewandelte Technologie ist das ECO2Brew-System, welches in Brauereien mit einem 24/7-Betrieb und einem Jahresausstoß von mehr als 2 Millionen Hektoliter eingesetzt werden kann. Auch dieses System funktioniert mit Glykol als Kühlmittel und benötigt etwa doppelt so viel Platz wie das CO2mpactBrew System. Schließlich produziert Pentair eine modulare CO2-Rückgewinnungseinheit (CRU), die für Brauereien mit einem jährlichen Bierausstoß von 300.000 bis über 5 Millionen Hektoliter entwickelt wurde. Dieses System verwendet CO2 und NH3 als Kältemittel.

Einer der ersten Anwender des Earthy Labs CO2-Rückgewinnungssystems war die Maine Beer Company in Freeport, Maine.

Kleine CO2-Rückgewinnungssysteme

Unter den Anbietern kleinerer CO2-Rückgewinnungsanlagen ist Earthy Labs in Austin, Texas, heutzutage der Marktführer. Diese Firma bietet CO2-Rückgewinnungsanlagen unter der Marke CiCi® an. Das CiCi® System wurde speziell für Lebensmittel- und Getränke-Hersteller mit einer Jahresproduktion von etwa 1.000 Hektoliter und einem CO2 Verbrauch bis zu 1 Millionen Kilogramm oder mehr entwickelt. Das Earthy Labs CiCi Oak (Eiche) System hat die ungefähren Ausmaße eines großen Haushaltskühlschranks. Brauereien können es kaufen oder mieten. Es kann CO2 mit variablen Durchflussraten aus Tanks unterschiedlicher Größe zu verschiedenen Phasen des Gärprozesses verarbeiten. Bei einem Anschaffungspreis von etwa 100.000 US-Dollar hängt die Amortisationszeit der Investition natürlich von der Produktionsmenge und dem Gesamt-CO2-Bedarf der Brauerei ab, sowie von der zukünftigen Entwicklung der heutzutage volatilen Kosten für kommerzielles CO2. Das Earthy Labs CiCi Elm (Ulme) System basiert auf der gleichen Technologie, kann aber für größere Biervolumen skaliert werden.

Ähnlich wie die größeren Systeme ermöglicht auch das CiCi®-System einen Gasrückführungskreislauf vom Gärbehälter zum Lagertank und zur Abfüllanlage. Es fängt das CO2-Gas auf, trocknet und reinigt es und entfernt unerwünschte Spurengase, Aromen, Feuchtigkeit, Sauerstoff und flüchtige organische Verbindungen. Danach wird das CO2 bei -34,7 °C zur Speicherung und Wiederverwendung verflüssigt. Während das Brauereipersonal einige Systemwartungen wie wöchentliche Reinigungen und monatliche Filterwechsel vor Ort durchführen kann, können die Mitarbeiter von Earthly Labs das System über ein Cloud-basiertes Dashboard aus der Ferne überwachen, eventuelle Fehler beheben und bei Bedarf Servicebesuche durch Außendienstpersonal organisieren.

Nach der Verflüssigung wird CO2 in einem Drucktank gespeichert

Ausblick: Gut für den Betrieb und gut für den Planeten

Aufgrund jüngster technologischer Entwicklungen stehen heutzutage erschwingliche CO2-Rückgewinnungssysteme für Brauereien fast jeder Größenordnung im Angebot. Sie ermöglichen Brauereien, ihr selbst erzeugtes CO2 zum Entlüften von Tanks und Karbonisieren von Bier wirtschaftlich wiederzuverwerten und dabei sogar eventuell überschüssiges Gas zu verkaufen. Ausschlaggebend ist dabei die Befreiung der Bierhersteller von der Abhängigkeit an internationale, wirtschaftlich unberechenbare und ökologisch immer weniger vertretbare CO2 Quellen (siehe Teil 1). Als Folge werden unternehmerische Planungen und Investitionsentscheidungen deutlich zuverlässiger. Zusätzlich bietet die CO2-Selbstversorgung einer Brauerei die Möglichkeit ihr Image bei Einzelhändlern und Verbrauchern positiv zu pflegen, indem sie die Geschichte der Reduzierung ihres CO2-Fußabdrucks als Beitrag zur globalen Nachhaltigkeit und zum Klimaschutz als bedeutende Marketing Message hervorhebt.