شركة هانغتشو نوزو للتكنولوجيا المحدودة

تستخدم مصانع الجعة الحرفية ثاني أكسيد الكربون في عددٍ مذهل من التطبيقات في عمليات التخمير والتعبئة والتقديم: نقل الجعة أو المنتج من خزان إلى آخر، وكربنة المنتج، وتنقية الأكسجين قبل التعبئة، وتعبئة الجعة أثناء العملية، والتنظيف المسبق لخزانات التخمير بعد التنظيف والتعقيم، وتعبئة الجعة في زجاجات في المطاعم والحانات. وهذه مجرد أمثلة.
يقول ماكس ماكينا، مدير التسويق الأول في شركة دورشيستر بروينغ كو. التي تتخذ من بوسطن مقراً لها: "نستخدم ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء مصنع الجعة والبار - في كل مرحلة من مراحل العملية".
مثل العديد من مصانع الجعة الحرفية، تواجه شركة Dorchester Brewing نقصًا في ثاني أكسيد الكربون ذي الجودة التجارية الذي تحتاجه للعمل (اقرأ عن جميع أسباب هذا النقص هنا).
قال ماكينا: "بفضل عقودنا، لم يرفع موردو ثاني أكسيد الكربون الحاليون أسعارهم على الرغم من ارتفاع الأسعار في أجزاء أخرى من السوق. وحتى الآن، اقتصر التأثير بشكل رئيسي على التوزيع المحدود."
ولتعويض نقص ثاني أكسيد الكربون، تستخدم شركة دورشيستر بروينغ النيتروجين بدلاً من ثاني أكسيد الكربون في بعض الحالات.
وتابع ماكينا: "تمكّنا من تحويل العديد من العمليات إلى النيتروجين. ومن أهمها تنظيف العلب وتغطية الغاز أثناء عملية التعبئة والتغليف. يُعدّ هذا أكبر إضافة لنا حتى الآن، لأن هذه العمليات تتطلب كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. ولفترة طويلة، كان لدينا مصنع نيتروجين خاص. نستخدم مولد نيتروجين خاص لإنتاج كل النيتروجين اللازم للحانة - لخط نيتروجين مخصص ومزيج البيرة الخاص بنا."
يُعدّ النيتروجين (N2) الغاز الخامل الأقل تكلفةً في الإنتاج، ويمكن استخدامه في أقبية مصانع الجعة الصغيرة، ومتاجر بيع المشروبات، والحانات. ويُعتبر النيتروجين أرخص من ثاني أكسيد الكربون (CO2) في صناعة المشروبات، وغالبًا ما يكون أكثر توفرًا، وذلك بحسب توافره في منطقتك.
يمكن شراء النيتروجين (N2) كغاز في أسطوانات عالية الضغط أو كسائل في خزانات ديوار أو خزانات تخزين كبيرة. كما يمكن إنتاج النيتروجين في الموقع باستخدام مولد نيتروجين، والذي يعمل عن طريق إزالة جزيئات الأكسجين من الهواء.
يُعدّ النيتروجين العنصر الأكثر وفرة (78%) في الغلاف الجوي للأرض، أما الباقي فهو الأكسجين وغازات ضئيلة. كما أنه يجعل الحياة أكثر ملاءمة للبيئة نظرًا لانخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
في صناعة البيرة وتعبئتها، يُستخدم النيتروجين (N2) لمنع دخول الأكسجين إلى البيرة. وعند استخدامه بشكل صحيح (يخلط معظم الناس ثاني أكسيد الكربون مع النيتروجين عند التعامل مع البيرة الغازية)، يُمكن استخدام النيتروجين لتنظيف الخزانات، ونقل البيرة من خزان إلى آخر، وضغط البراميل قبل التخزين، مع تهوية البيرة تحت الأغطية. كما يُستخدم النيتروجين لتحسين النكهة والملمس. في الحانات، يُستخدم النيتروجين في خطوط مياه الصنبور لضخ النيتروجين، بالإضافة إلى تطبيقات الضغط العالي/المسافات الطويلة حيث يُخلط النيتروجين بنسبة معينة من ثاني أكسيد الكربون لمنع رغوة البيرة عند الصنبور. ويمكن استخدام النيتروجين أيضًا كغاز مُتبخر لإزالة الغازات من الماء إذا كان ذلك جزءًا من عملية الإنتاج.
كما ذكرنا في مقالنا السابق حول نقص ثاني أكسيد الكربون، فإن النيتروجين ليس بديلاً دقيقاً لثاني أكسيد الكربون في جميع تطبيقات التخمير. فهذه الغازات تتصرف بشكل مختلف، إذ تختلف في أوزانها الجزيئية وكثافتها.
على سبيل المثال، ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان في السوائل من النيتروجين. ولهذا السبب، يُعطي النيتروجين فقاعات أصغر وملمسًا مختلفًا في البيرة. ولهذا السبب أيضًا، يستخدم صانعو البيرة قطرات النيتروجين السائل بدلًا من النيتروجين الغازي لنترجة 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 يحل التحول إلى النيتروجين جميع مشاكل ثاني أكسيد الكربون.
يقول تشاك سكيبك، مدير برامج التخمير التقنية في معهد التخمير: "هناك إمكانية، لكن النيتروجين ليس حلاً سحرياً أو حلاً سريعاً. يتصرف ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين بشكل مختلف تماماً. ستحصل على كمية أكبر من النيتروجين مختلطة بالهواء في الخزان مقارنةً بتفريغ ثاني أكسيد الكربون. لذا، ستحتاج إلى كمية أكبر من النيتروجين. أسمع هذا مراراً وتكراراً."
أحد صانعي الجعة الذين أعرفهم كان ذكيًا جدًا، فبدأ باستبدال ثاني أكسيد الكربون بالنيتروجين، ولاحظ أن جعةهم تحتوي على نسبة أكسجين أعلى بكثير، لذا فهم الآن يستخدمون مزيجًا من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون، مع قليل من الحظ. ليس الأمر مجرد "سنبدأ باستخدام النيتروجين لحل جميع مشاكلنا". من الجيد أن نرى المزيد من الدراسات حول هذا الموضوع، وبدأنا نرى المزيد من الباحثين يقومون بالفعل بإجراء أبحاث، ويتوصلون إلى أفضل الممارسات لهذا الاستبدال.
ستختلف طريقة توصيل هذه الغازات نظرًا لاختلاف كثافتها، مما قد يستدعي بعض التغييرات الهندسية أو المتعلقة بالتخزين. استمع إلى جيسون بيركنز، كبير خبراء التخمير في شركة ألاغاش للتخمير، وهو يتحدث عن تحديث خط تعبئة الزجاجات وموزع الغازات لاستخدام ثاني أكسيد الكربون لملء الأوعية المضغوطة والنيتروجين كمادة مانعة للتسرب ومزيلة للفقاعات. قد تختلف ظروف التخزين.
قال ماكينا: "هناك بالتأكيد بعض الاختلافات، ويرجع ذلك جزئيًا إلى طريقة حصولنا على النيتروجين. فنحن نحصل على النيتروجين السائل النقي في خزانات ديوار، لذا فإن تخزينه يختلف تمامًا عن خزانات ثاني أكسيد الكربون لدينا: فهي أصغر حجمًا، وموضوعة على عجلات، ومخزنة في مجمد. لقد ارتقينا بالعملية إلى مستوى جديد. من ثاني أكسيد الكربون إلى النيتروجين، ولكننا نحرص بشدة على كيفية إجراء هذا التحول بكفاءة ومسؤولية لضمان أن تكون جودة البيرة في أعلى مستوياتها في كل خطوة. في بعض الحالات، كان الأمر بسيطًا للغاية، حيث كان استبدالًا مباشرًا، بينما تطلب في حالات أخرى تحسينات كبيرة في المواد والبنية التحتية والتصنيع، وما إلى ذلك."
وفقًا لهذه المقالة الممتازة من شركة تيتوس (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. تحتوي هذه المناخل على مسام بنفس حجم جزيئات الأكسجين، مما يؤدي إلى احتجاز هذه الجزيئات أثناء مرورها، بينما يسمح لجزيئات النيتروجين الأكبر حجمًا بالمرور. ثم يقوم المولد بإطلاق الأكسجين عبر حجرة أخرى. ونتيجةً لهذه العملية، يمكن أن تصل نقاوة النيتروجين إلى 99.999%.
إنتاج النيتروجين عبر الأغشية. تعتمد هذه التقنية على فصل الجزيئات باستخدام ألياف بوليمرية مجوفة، ذات مسام سطحية صغيرة بما يكفي لمرور الأكسجين، ولكنها صغيرة جدًا بحيث لا تستطيع جزيئات النيتروجين إزالة الأكسجين من تيار الغاز. يمكن للمولدات التي تستخدم هذه الطريقة إنتاج نيتروجين بنقاوة تصل إلى 99.5%.
حسناً، يُنتج مولد النيتروجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) نيتروجيناً فائق النقاء بكميات كبيرة وبمعدلات تدفق عالية، وهو أنقى أنواع النيتروجين التي تحتاجها العديد من مصانع الجعة. ويعني مصطلح "فائق النقاء" نقاءً يتراوح بين 99.9995% و99%. أما مولدات النيتروجين الغشائية فهي مثالية لمصانع الجعة الصغيرة التي تتطلب بديلاً منخفض الحجم والتدفق، حيث يكون نقاء النيتروجين بنسبة تتراوح بين 99% و99.9% مقبولاً.
باستخدام أحدث التقنيات، يُعدّ مولد النيتروجين من أطلس كوبكو ضاغط هواء صناعيًا صغير الحجم مزودًا بغشاء خاص يفصل النيتروجين عن تيار الهواء المضغوط. تُشكّل مصانع الجعة الحرفية شريحةً كبيرةً من جمهور أطلس كوبكو المستهدف. ووفقًا لتقرير صادر عن الشركة، يدفع مصنّعو الجعة عادةً ما بين 0.10 و0.15 دولارًا أمريكيًا لكل قدم مكعب لإنتاج النيتروجين في الموقع. كيف يُقارن هذا بتكاليف ثاني أكسيد الكربون لديكم؟
يقول بيتر أسكيني، مدير تطوير الأعمال للغازات الصناعية في شركة أطلس كوبكو: "نقدم ست باقات قياسية تغطي 80% من مصانع الجعة، بدءًا من بضعة آلاف وحتى مئات الآلاف من البراميل سنويًا. 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 المصنع بشكل ملحوظ."
يوضح أسكويني: "لا يهدف استخدام النيتروجين إلى استبدال ثاني أكسيد الكربون بالكامل، لكننا نعتقد أن بإمكان صانعي النبيذ خفض استهلاكهم بنحو 70%. الدافع الرئيسي هو الاستدامة. من السهل جدًا على أي صانع نبيذ إنتاج النيتروجين بنفسه. لا تستخدم المزيد من غازات الاحتباس الحراري، فهذا أفضل للبيئة. سيؤتي ثماره من الشهر الأول، مما سيؤثر بشكل مباشر على الأرباح. إذا لم يظهر ذلك قبل الشراء، فلا تشتريه. إليكم قواعدنا البسيطة. يتزايد الطلب على ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير لإنتاج منتجات مثل الثلج الجاف، الذي يستهلك كميات كبيرة منه ويُستخدم لنقل اللقاحات. تُعرب مصانع الجعة في الولايات المتحدة عن قلقها بشأن مستوى العرض وتتساءل عما إذا كان بإمكانها الحفاظ على مستوى الأسعار متوافقًا مع احتياجاتها."
كما ذكرنا سابقًا، ستكون نقاوة النيتروجين مصدر قلق بالغ لمصنّعي البيرة الحرفية. فمثل ثاني أكسيد الكربون، يتفاعل النيتروجين مع البيرة أو نقيع الشعير، حاملاً معه الشوائب. ولهذا السبب، سيتم الإعلان عن العديد من مولدات النيتروجين المستخدمة في الأغذية والمشروبات على أنها وحدات خالية من الزيت (تعرّف على فوائد النظافة التي توفرها الضواغط الخالية من الزيت في الجملة الأخيرة من الشريط الجانبي أدناه).
قال ماكينا: "عندما نستلم ثاني أكسيد الكربون، نتحقق من جودته وخلوه من الشوائب، وهذا جانب بالغ الأهمية في التعامل مع مورد جيد. أما النيتروجين، فالوضع مختلف قليلاً، ولذلك ما زلنا نشتري النيتروجين السائل النقي. وندرس أيضاً إمكانية إيجاد مولد نيتروجين داخلي وتحديد سعره، مع التركيز على جودة النيتروجين الذي ينتجه، وذلك باستخدام نظام Purity للحد من امتصاص الأكسجين. نرى في هذا استثماراً محتملاً، وبالتالي ستكون عمليتا كربنة البيرة وصيانة مياه الصنبور هما العمليتان الوحيدتان في مصنع الجعة اللتان تعتمدان كلياً على ثاني أكسيد الكربون."
لكن ثمة أمر بالغ الأهمية يجب مراعاته، وهو أمر قد يبدو تافهاً ولكنه ضروري للحفاظ على جودة البيرة، ألا وهو أن أي مولد نيتروجين يجب أن ينتج النيتروجين بدقة تصل إلى منزلتين عشريتين (أي بنسبة 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.
يحتاج صانعو الجعة إلى الكثير من البيانات ومراقبة الجودة عند استخدام النيتروجين. على سبيل المثال، إذا استخدم صانع الجعة النيتروجين لنقل الجعة بين الخزانات، فيجب مراقبة استقرار ثاني أكسيد الكربون في الخزان وفي الزجاجة أو الخزان طوال العملية. في بعض الحالات، قد لا يكون النيتروجين النقي فعالاً (على سبيل المثال، عند تعبئة الحاويات) لأنه سيزيل ثاني أكسيد الكربون من المحلول. ونتيجة لذلك، يستخدم بعض صانعي الجعة مزيجًا بنسبة 50/50 من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين لملء الوعاء، بينما يتجنبه آخرون تمامًا.
نصيحة احترافية من N2: دعونا نتحدث عن الصيانة. مولدات النيتروجين سهلة الاستخدام للغاية، لكن بعض المواد الاستهلاكية، مثل الفلاتر، تتطلب استبدالًا دوريًا. عادةً، تكون هذه الصيانة مطلوبة كل 4000 ساعة تقريبًا. نفس الفريق الذي يعتني بضاغط الهواء الخاص بك سيعتني أيضًا بمولدك. تأتي معظم المولدات مزودة بوحدة تحكم بسيطة تشبه وحدة تحكم هاتفك، وتوفر إمكانية مراقبة كاملة عن بُعد عبر تطبيق.
تختلف عملية تنظيف الخزان عن عملية تنظيفه بالنيتروجين لعدة أسباب. يمتزج النيتروجين جيدًا بالهواء، لذا لا يتفاعل مع الأكسجين كما يفعل ثاني أكسيد الكربون. كما أن النيتروجين أخف من الهواء، لذا يملأ الخزان من الأعلى إلى الأسفل، بينما يملأه ثاني أكسيد الكربون من الأسفل إلى الأعلى. يتطلب تنظيف خزان التخزين كمية أكبر من النيتروجين مقارنةً بثاني أكسيد الكربون، وغالبًا ما يتطلب ذلك مزيدًا من عمليات السفع الرملي. هل ما زلت توفر المال؟
تظهر أيضاً مسائل سلامة جديدة مع الغاز الصناعي الجديد. ينبغي على مصانع الجعة بالتأكيد تركيب أجهزة استشعار الأكسجين لتمكين الموظفين من مراقبة جودة الهواء الداخلي، تماماً كما هو الحال مع خزانات النيتروجين التي تُحفظ في الثلاجات هذه الأيام.
لكن الربحية قد تفوق بسهولة تكلفة محطات استخلاص ثاني أكسيد الكربون. في هذه الندوة الإلكترونية، يذكر ديون كوين من شركة فوث برودكشن سوليوشنز (شركة هندسية) أن تكلفة إنتاج النيتروجين تتراوح بين 8 و20 دولارًا للطن، بينما تتراوح تكلفة استخلاص ثاني أكسيد الكربون باستخدام محطة استخلاص بين 50 و200 دولار للطن.
تشمل فوائد مولدات النيتروجين التخلص من الاعتماد على عقود وتوريدات ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين، أو على الأقل تقليله. وهذا يوفر مساحة التخزين، إذ يمكن لمصانع الجعة إنتاج وتخزين الكمية التي تحتاجها، مما يلغي الحاجة إلى تخزين ونقل أسطوانات النيتروجين. وكما هو الحال مع ثاني أكسيد الكربون، يتحمل العميل تكاليف شحن ومناولة النيتروجين. أما مع مولدات النيتروجين، فلم يعد هذا الأمر يمثل مشكلة.
غالبًا ما يسهل دمج مولدات النيتروجين في بيئة مصانع الجعة. يمكن تثبيت مولدات النيتروجين الصغيرة على الحائط، مما يوفر مساحة أرضية ويعمل بهدوء. تتحمل هذه الأكياس تغيرات درجات الحرارة المحيطة بشكل جيد، وهي مقاومة للغاية لتقلبات درجات الحرارة. يمكن تركيبها في الهواء الطلق، ولكن لا يُنصح باستخدامها في المناخات ذات درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة للغاية.
يوجد العديد من مصنعي مولدات النيتروجين، بما في ذلك أطلس كوبكو، وباركر هانيفين، وساوث-تك سيستمز، وميلكارب، وهولتك غاز سيستمز. وقال أسكويني إن تكلفة مولد النيتروجين الصغير قد تصل إلى حوالي 800 دولار شهريًا ضمن برنامج تأجير لمدة خمس سنوات مع خيار التملك.
قال أسكويني: "في نهاية المطاف، إذا كان النيتروجين مناسبًا لك، فلديك مجموعة متنوعة من الموردين والتقنيات للاختيار من بينها. ابحث عن الخيار الأنسب لك، وتأكد من فهمك الجيد للتكلفة الإجمالية للملكية، وقارن تكاليف الطاقة والصيانة بين الأجهزة. ستجد غالبًا أن شراء الأرخص ليس الخيار الأمثل لعملك."
تستخدم أنظمة مولدات النيتروجين ضاغط هواء، ومعظم مصانع الجعة الحرفية لديها واحد بالفعل، وهو أمر مفيد.
ما هي ضواغط الهواء المستخدمة في مصانع الجعة الحرفية؟ تدفع السوائل عبر الأنابيب والخزانات. توفر الطاقة اللازمة للنقل والتحكم الهوائي. تُستخدم لتهوية نقيع الشعير أو الخميرة أو الماء. صمام تحكم. غاز تنقية لطرد الرواسب من الخزانات أثناء التنظيف وللمساعدة في تنظيف الثقوب.
تتطلب العديد من تطبيقات مصانع الجعة استخدام ضواغط هواء خالية تمامًا من الزيت. فإذا لامس الزيت الجعة، فإنه يقتل الخميرة ويزيل الرغوة، مما يفسد المشروب ويجعل الجعة غير صالحة للشرب.
يشكل ذلك أيضًا خطرًا أمنيًا. نظرًا لحساسية صناعة الأغذية والمشروبات، تُطبق معايير صارمة للجودة والنقاء، وهذا أمرٌ منطقي. على سبيل المثال، تُعد ضواغط الهواء الخالية من الزيت من سلسلة Sullair SRL، بقدرات تتراوح من 10 إلى 15 حصانًا (من 7.5 إلى 11 كيلوواط)، مناسبة تمامًا لمصانع الجعة الحرفية. تستفيد هذه المصانع من هدوء 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 النظيف بالغ الأهمية، كما هو الحال في مصانع الجعة ومصانع الجعة الحرفية، يصبح الهواء الخالي من الزيت ضروريًا. إذ يمكن لجزيئات الزيت الموجودة في الهواء المضغوط أن تلوث العمليات اللاحقة والإنتاج. ونظرًا لأن العديد من مصانع الجعة تنتج آلاف البراميل أو عدة صناديق من الجعة سنويًا، فلا يمكن لأحد تحمل 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، يساعد ضاغط الهواء الخالي من الزيت في الحفاظ على نظافة المنتج النهائي لضمان راحة البال.