مجموعة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

تستخدم مصانع البيرة الحرفية ثاني أكسيد الكربون في عدد كبير من التطبيقات في عمليات التخمير والتعبئة والتقديم: نقل البيرة أو المنتج من خزان إلى آخر، وكربنة المنتج، وتنقية الأكسجين قبل التعبئة، وتعبئة البيرة أثناء العملية، وتنظيف خزانات البيرة البريطانية مسبقًا بعد التنظيف والتعقيم، وتعبئة بيرة البراميل في المطاعم أو الحانات. هذه مجرد بداية.
يقول ماكس ماكينا، مدير التسويق الأول في شركة Dorchester Brewing Co. ومقرها بوسطن: "نحن نستخدم ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء مصنع الجعة والبار". تقديم البيرة - في كل مرحلة من مراحل العملية.
مثل العديد من مصانع البيرة الحرفية، تواجه شركة Dorchester Brewing نقصًا في ثاني أكسيد الكربون عالي الجودة الذي تحتاجه للعمل (اقرأ عن جميع أسباب هذا النقص هنا).
قال ماكينا: "بفضل عقودنا، لم يرفع موردو ثاني أكسيد الكربون الحاليون أسعارهم رغم ارتفاع الأسعار في قطاعات أخرى من السوق. وحتى الآن، اقتصر التأثير بشكل رئيسي على التوزيع المحدود".
لتعويض نقص ثاني أكسيد الكربون، تستخدم شركة Dorchester Brewing النيتروجين بدلاً من ثاني أكسيد الكربون في بعض الحالات.
واصل ماكينا حديثه قائلاً: "تمكنا من تحويل العديد من العمليات إلى النيتروجين. من أهمها تنظيف العلب وتغطية الغاز أثناء عملية التعليب والإغلاق. هذه بلا شك أكبر إضافة لنا، لأن هذه العمليات تتطلب كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. لفترة طويلة، كان لدينا مصنع نيتروجين خاص. نستخدم مولد نيتروجين خاصًا لإنتاج كل النيتروجين اللازم للبار - لخط إنتاج نيتروجين مخصص ومزيج البيرة الخاص بنا."
يُعدّ غاز النيتروجين (N2) الغاز الخامل الأكثر اقتصادًا في الإنتاج، ويمكن استخدامه في أقبية مصانع الجعة الحرفية، ومحلات بيع الزجاجات، والحانات. كما أن النيتروجين أرخص من ثاني أكسيد الكربون في المشروبات، وغالبًا ما يكون متوفرًا بشكل أكبر، حسب توفره في منطقتك.
يمكن شراء N2 كغاز في أسطوانات عالية الضغط أو كسائل في خزانات ديوار أو خزانات تخزين كبيرة. كما يمكن إنتاج النيتروجين في الموقع باستخدام مولد نيتروجين. تعمل مولدات النيتروجين عن طريق إزالة جزيئات الأكسجين من الهواء.
النيتروجين هو العنصر الأكثر وفرةً (78%) في الغلاف الجوي للأرض، والباقي أكسجين وغازات نزرة. كما أنه أكثر ملاءمةً للبيئة، إذ يُصدر انبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكربون.
في التخمير والتعبئة، يُستخدم النيتروجين لمنع الأكسجين من دخول البيرة. عند استخدامه بشكل صحيح (يخلط معظم الناس ثاني أكسيد الكربون مع النيتروجين عند العمل مع البيرة الغازية)، يُمكن استخدامه لتنظيف الخزانات، ونقل البيرة من خزان إلى آخر، وضغط البراميل قبل التخزين، مع تهويتها تحت الأغطية. يُعدّ النيتروجين مكونًا أساسيًا لتحسين المذاق والشعور بالفم. في البارات، يُستخدم النيترو في أنابيب مياه الصنبور لـ nitropiv، بالإضافة إلى التطبيقات عالية الضغط/بعيدة المدى حيث يُخلط النيتروجين بنسبة معينة من ثاني أكسيد الكربون لمنع رغوة البيرة عند الصنبور. يُمكن أيضًا استخدام النيتروجين كغاز غليان لإزالة الغازات من الماء إذا كان هذا جزءًا من عملية التخمير.
كما ذكرنا في مقالنا السابق حول نقص ثاني أكسيد الكربون، لا يُعدّ النيتروجين بديلاً دقيقاً لثاني أكسيد الكربون في جميع تطبيقات التخمير. إذ يختلف سلوك هذين الغازين، إذ تختلف أوزانهما الجزيئية وكثافاتهما.
على سبيل المثال، ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان في السوائل من النيتروجين. ولهذا السبب، يُنتج النيتروجين فقاعات أصغر ونكهة مختلفة في البيرة. ولهذا السبب يستخدم مُصنّعو البيرة قطرات النيتروجين السائل بدلاً من النيتروجين الغازي لنترات البيرة. كما يُضيف ثاني أكسيد الكربون لمسة من المرارة أو الحموضة التي لا يُضيفها النيتروجين، مما قد يُغير من نكهة البيرة، كما يقول البعض. ولن يُحل التحول إلى النيتروجين جميع مشاكل ثاني أكسيد الكربون.
يقول تشاك سكيبك، مدير برامج التخمير التقنية في معهد برويرز: "هناك إمكانات واعدة، لكن النيتروجين ليس حلاً سحريًا أو سريعًا. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين بشكل مختلف تمامًا. ستحصل على كمية أكبر من النيتروجين الممزوج بالهواء في الخزان مقارنةً بتفريغه من ثاني أكسيد الكربون. لذا، سيتطلب الأمر المزيد من النيتروجين. أسمع هذا مرارًا وتكرارًا".
أحد مُصنّعي البيرة الذين أعرفهم كان ذكيًا للغاية وبدأ باستبدال ثاني أكسيد الكربون بالنيتروجين، وكانت بيرةهم تحتوي على نسبة أكسجين أعلى بكثير، لذا يستخدمون الآن مزيجًا من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون، مع قليل من الحظ. ليس فقط: "سنبدأ باستخدام النيتروجين لحل جميع مشاكلنا". من الجيد أن نرى المزيد من الأبحاث حول هذا الموضوع في الأدبيات، فقد بدأنا نرى المزيد من الناس يُجرون بعض الأبحاث، ويتوصلون، كما تعلمون، إلى أفضل الممارسات لهذا الاستبدال.
سيختلف توصيل هذه الغازات نظرًا لاختلاف كثافتها، مما قد يؤدي إلى بعض التغييرات الهندسية أو التخزينية. استمع إلى جيسون بيركنز، كبير مصنعي البيرة في شركة ألاجاش للتخمير، وهو يناقش تحديث خط التعبئة ومشعب الغاز الخاص به لاستخدام ثاني أكسيد الكربون لملء الأوعية المضغوطة، وغاز النيتروجين كمادة مانعة للتسرب ومانعة للفقاعات. قد تختلف طرق التخزين.
قال ماكينا: "هناك بالتأكيد بعض الاختلافات، ويعود ذلك جزئيًا إلى كيفية الحصول على النيتروجين. نحصل على النيتروجين السائل النقي في أوعية ديوار، لذا فإن تخزينه يختلف تمامًا عن خزانات ثاني أكسيد الكربون لدينا: فهي أصغر حجمًا، وتُحفظ على بكرات في المُجمد. لقد ارتقينا بهذه العملية إلى مستوى أعلى. من ثاني أكسيد الكربون إلى النيتروجين، ولكننا نؤكد مرة أخرى أننا حريصون جدًا على كيفية إجراء عملية الانتقال بكفاءة ومسؤولية لضمان أن تكون البيرة في أعلى مستوياتها في كل خطوة. في بعض الحالات، كان الأمر بسيطًا للغاية، بينما في حالات أخرى، تطلب الأمر تحسينات كبيرة في المواد والبنية التحتية والتصنيع، وما إلى ذلك."
وفقًا لهذه المقالة الممتازة من شركة The Titus Co. (مورد ضواغط الهواء ومجففات الهواء وخدمات ضواغط الهواء خارج ولاية بنسلفانيا)، تعمل مولدات النيتروجين بإحدى طريقتين:
امتزاز تأرجح الضغط: يعمل امتزاز تأرجح الضغط (PSA) باستخدام مناخل جزيئية كربونية لفصل الجزيئات. يحتوي المنخل على مسام بحجم جزيئات الأكسجين، مما يحجز هذه الجزيئات أثناء مرورها ويسمح بمرور جزيئات النيتروجين الأكبر. ثم يُطلق المولد الأكسجين عبر حجرة أخرى. ونتيجة هذه العملية، يمكن أن تصل نسبة نقاء النيتروجين إلى 99.999%.
توليد النيتروجين عبر الأغشية. يتم توليد النيتروجين عبر الأغشية بفصل الجزيئات باستخدام ألياف بوليمرية. هذه الألياف مجوفة، ذات مسام سطحية صغيرة تسمح بمرور الأكسجين، لكنها صغيرة جدًا بحيث لا تتمكن جزيئات النيتروجين من سحب الأكسجين من تيار الغاز. يمكن للمولدات التي تستخدم هذه الطريقة إنتاج نيتروجين نقي بنسبة تصل إلى 99.5%.
حسنًا، يُنتج مُولّد النيتروجين PSA نيتروجينًا فائق النقاء بكميات كبيرة وبمعدلات تدفق عالية، وهو أنقى أنواع النيتروجين التي تحتاجها العديد من مصانع الجعة. النقاء الفائق يعني نسبة نقاء تتراوح بين 99.9995% و99%. تُعدّ مُولّدات النيتروجين الغشائية مثالية لمصانع الجعة الصغيرة التي تتطلب كميات وتدفقًا منخفضين، حيث تكون نسبة النقاء بين 99% و99.9% مقبولة.
باستخدام أحدث التقنيات، يُعدّ مولد النيتروجين من أطلس كوبكو ضاغط هواء صناعيًا صغير الحجم مزودًا بغشاء خاص يفصل النيتروجين عن تيار الهواء المضغوط. تُعدّ مصانع الجعة الحرفية من أبرز الفئات المستهدفة من أطلس كوبكو. ووفقًا لتقرير أطلس كوبكو، يدفع مُصنّعو الجعة عادةً ما بين 0.10 و0.15 دولارًا أمريكيًا للقدم المكعب لإنتاج النيتروجين في الموقع. كيف يُقارن هذا بتكاليف ثاني أكسيد الكربون لديكم؟
يقول بيتر أسكيني، مدير تطوير الأعمال للغازات الصناعية في أطلس كوبكو: "نقدم ست باقات قياسية تغطي 80% من جميع مصانع الجعة - من بضعة آلاف إلى مئات الآلاف من البراميل سنويًا". ويضيف: "يمكن لمصنع الجعة زيادة سعة مولدات النيتروجين لديه لتمكين النمو مع الحفاظ على الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح التصميم المعياري بإضافة مولد ثانٍ في حال توسعت عمليات مصنع الجعة بشكل كبير".
يوضح أسكويني قائلاً: "لا يهدف استخدام النيتروجين إلى استبدال ثاني أكسيد الكربون تمامًا، لكننا نعتقد أن صانعي النبيذ يمكنهم تقليل استهلاكهم بنحو 70%. الدافع الرئيسي هو الاستدامة. من السهل جدًا على أي صانع نبيذ إنتاج النيتروجين بمفرده. لا تستخدم المزيد من غازات الاحتباس الحراري." وهو أمر أفضل للبيئة. سيؤتي ثماره من الشهر الأول، مما سيؤثر بشكل مباشر على النتيجة النهائية. إذا لم يظهر قبل الشراء، فلا تشترِه. إليك قواعدنا البسيطة. الطلب على ثاني أكسيد الكربون يتزايد بشكل كبير لإنتاج مثل هذه المنتجات، مثل الثلج الجاف، الذي يستخدم كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون وهو ضروري لنقل اللقاحات. تعرب مصانع الجعة في الولايات المتحدة عن قلقها بشأن مستوى العرض وتتساءل عما إذا كان بإمكانها الحفاظ على مستوى السعر متسقًا مع احتياجات مصنع الجعة.
كما ذُكر سابقًا، تُشكّل نقاء النيتروجين مصدر قلق كبير لمُصنّعي البيرة الحرفية. فكما هو الحال مع ثاني أكسيد الكربون، يتفاعل النيتروجين مع البيرة أو نقيع الشعير ويحمل معه الشوائب. ولذلك، تُسوّق العديد من مُولّدات النيتروجين المُستخدمة في الأطعمة والمشروبات على أنها وحدات خالية من الزيت (تعرّف على فوائد نظافة ضواغط الهواء الخالية من الزيت في الجملة الأخيرة في الشريط الجانبي أدناه).
قال ماكينا: "عندما نستلم ثاني أكسيد الكربون، نتحقق من جودته ومدى تلوثه، وهو جانب مهم للغاية من العمل مع مورد جيد. يختلف النيتروجين قليلاً، ولذلك لا نزال نشتري النيتروجين السائل النقي. كما ندرس إيجاد مولد نيتروجين داخلي وتحديد سعره - مع التركيز على النيتروجين الذي ينتجه بنقاء عالٍ للحد من امتصاص الأكسجين. نرى هذا استثمارًا محتملًا، لذا فإن العمليات الوحيدة في مصنع الجعة التي تعتمد كليًا على ثاني أكسيد الكربون هي كربنة البيرة وصيانة مياه الصنبور.
لكن هناك أمرٌ بالغ الأهمية يجب مراعاته - وهو أمرٌ قد يبدو إغفاله أمرًا صعبًا ولكنه بالغ الأهمية للحفاظ على جودة البيرة - وهو أن أي مُولِّد نيتروجين يحتاج إلى إنتاج نيتروجين حتى المنزلة العشرية الثانية [أي نقاء 99.99%] للحد من امتصاص الأكسجين وخطر الأكسدة. يتطلب هذا المستوى من الدقة والنقاء تكاليف أعلى لمولد النيتروجين، ولكنه يضمن جودة النيتروجين، وبالتالي جودة البيرة.
يتطلب استخدام النيتروجين في تخمير البيرة الكثير من البيانات ومراقبة الجودة. على سبيل المثال، إذا استخدم مُخمّر البيرة النيتروجين لنقل البيرة بين الخزانات، فيجب مراقبة استقرار ثاني أكسيد الكربون في الخزان وفي الخزان أو الزجاجة طوال العملية. في بعض الحالات، قد لا يعمل النيتروجين النقي بشكل صحيح (على سبيل المثال، عند ملء الحاويات) لأن النيتروجين النقي سيزيل ثاني أكسيد الكربون من المحلول. نتيجةً لذلك، يستخدم بعض مُخمّري البيرة خليطًا متساويًا من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين لملء الوعاء، بينما يتجنبه آخرون تمامًا.
نصيحة احترافية من N2: لنتحدث عن الصيانة. مولدات النيتروجين سهلة الاستخدام، لكن بعض القطع الاستهلاكية، مثل الفلاتر، تتطلب استبدالًا شبه منتظم. عادةً، تُجرى هذه الصيانة كل 4000 ساعة تقريبًا. الفريق الذي يُعنى بضاغط الهواء الخاص بك سيُعنى أيضًا بمولدك. تأتي معظم المولدات مزودة بوحدة تحكم بسيطة تُشبه جهاز iPhone، وتوفر إمكانيات مراقبة عن بُعد كاملة عبر التطبيق.
تختلف عملية تطهير الخزان عن عملية تطهير النيتروجين لعدة أسباب. يمتزج النيتروجين جيدًا بالهواء، لذا لا يتفاعل مع الأكسجين كما يفعل ثاني أكسيد الكربون. كما أن النيتروجين أخف من الهواء، فيملأ الخزان من الأعلى إلى الأسفل، بينما يملأه ثاني أكسيد الكربون من الأسفل إلى الأعلى. يتطلب تطهير خزان التخزين كمية أكبر من النيتروجين مقارنةً بثاني أكسيد الكربون، وغالبًا ما يتطلب المزيد من عمليات السفع بالخردق. هل ما زلت توفر المال؟
تُطرح أيضًا قضايا سلامة جديدة مع الغاز الصناعي الجديد. ينبغي على مصانع الجعة تركيب مستشعرات الأكسجين ليتمكن الموظفون من تصوّر جودة الهواء الداخلي، تمامًا كما هو الحال مع زجاجات ديوار النيتروجين المُخزّنة في الثلاجات هذه الأيام.
لكن الربحية قد تفوق بسهولة تكلفة مصانع استعادة ثاني أكسيد الكربون. في هذه الندوة الإلكترونية، يُشير ديون كوين من شركة فوث لحلول الإنتاج (شركة هندسية) إلى أن تكلفة إنتاج النيتروجين تتراوح بين 8 و20 دولارًا للطن، بينما تتراوح تكلفة احتجاز ثاني أكسيد الكربون في مصنع استعادة بين 50 و200 دولار للطن.
تشمل مزايا مولدات النيتروجين التخلص من الاعتماد على عقود وتوريدات ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، أو على الأقل تقليله. هذا يوفر مساحة تخزين، إذ يمكن لمصانع الجعة إنتاج وتخزين الكمية التي تحتاجها، مما يُغني عن تخزين ونقل زجاجات النيتروجين. وكما هو الحال مع ثاني أكسيد الكربون، يتحمل العميل تكاليف شحن ومناولة النيتروجين. مع مولدات النيتروجين، لم تعد هذه مشكلة.
غالبًا ما تكون مولدات النيتروجين سهلة التركيب في بيئة مصانع الجعة. يمكن تركيب مولدات النيتروجين الأصغر حجمًا على الحائط، فلا تشغل مساحة أرضية وتعمل بهدوء. تتحمل هذه الأكياس درجات الحرارة المحيطة المتغيرة بشكل جيد، وتتميز بمقاومتها العالية لتقلبات درجات الحرارة. يمكن تركيبها في الهواء الطلق، ولكن لا يُنصح بها في المناخات شديدة الارتفاع والانخفاض.
هناك العديد من الشركات المصنعة لمولدات النيتروجين، بما في ذلك أطلس كوبكو، وباركر هانيفين، وساوث-تيك سيستمز، وميلكارب، وهولتيك جاز سيستمز. وصرح أسكويني بأن تكلفة مولد نيتروجين صغير قد تصل إلى حوالي 800 دولار شهريًا بموجب برنامج إيجار منتهي بالتملك لمدة خمس سنوات.
في نهاية المطاف، إذا كان النيتروجين مناسبًا لك، فلديك مجموعة متنوعة من الموردين والتقنيات للاختيار من بينها، كما قال أسكويني. "ابحث عن الأنسب لك، وتأكد من فهمك الجيد للتكلفة الإجمالية للملكية، وقارن تكاليف الطاقة والصيانة بين الأجهزة. ستجد غالبًا أن شراء الأرخص ليس مناسبًا لعملك."
تستخدم أنظمة مولدات النيتروجين ضاغط هواء، ومعظم مصانع البيرة الحرفية لديها بالفعل ضاغط هواء، وهو أمر مفيد.
ما هي ضواغط الهواء المستخدمة في مصانع البيرة الحرفية؟ تدفع السوائل عبر الأنابيب والخزانات. طاقة للنقل والتحكم الهوائي. تهوية نقيع الشعير أو الخميرة أو الماء. صمام تحكم. غاز تطهير لإخراج الطين من الخزانات أثناء التنظيف وللمساعدة في تنظيف الثقوب.
تتطلب العديد من تطبيقات مصانع الجعة استخدام ضواغط هواء خالية تمامًا من الزيت. إذا لامس الزيت البيرة، فإنه يقتل الخميرة ويُسطح الرغوة، مما يُفسد المشروب ويجعل البيرة سيئة المذاق.
يُشكل هذا أيضًا خطرًا أمنيًا. نظرًا لحساسية صناعة الأغذية والمشروبات، تُطبق معايير صارمة للجودة والنقاء، وهذا صحيح. مثال: ضواغط الهواء الخالية من الزيت من سلسلة Sullair SRL، بقدرة تتراوح بين 10 و15 حصانًا (من 7.5 إلى 11 كيلوواط)، مناسبة تمامًا لمصانع الجعة الحرفية. تتمتع مصانع الجعة بهدوء هذه الأنواع من الآلات. توفر سلسلة SRL مستويات ضوضاء منخفضة تصل إلى 48 ديسيبل، مما يجعل الضاغط مناسبًا للاستخدام الداخلي دون الحاجة إلى غرفة عازلة للصوت.
عندما يكون الهواء النقي ضروريًا، كما هو الحال في مصانع الجعة ومصانع الجعة الحرفية، يُعدّ الهواء الخالي من الزيت ضروريًا. يمكن لجزيئات الزيت في الهواء المضغوط أن تُلوّث العمليات اللاحقة والإنتاج. ونظرًا لأن العديد من مصانع الجعة تُنتج آلاف البراميل أو عدة صناديق من الجعة سنويًا، فلا أحد يستطيع تحمّل هذه المخاطرة. تُعدّ ضواغط الهواء الخالية من الزيت مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي يكون فيها الهواء على اتصال مباشر بالمواد الخام. حتى في التطبيقات التي لا يوجد فيها اتصال مباشر بين المكونات والهواء، كما هو الحال في خطوط التعبئة والتغليف، يُساعد الضاغط الخالي من الزيت في الحفاظ على نظافة المنتج النهائي لضمان راحة البال.