Les brasseries artisanales utilisent le CO₂ dans un nombre surprenant d'applications lors des processus de brassage, de conditionnement et de service : transfert de la bière ou du produit d'une cuve à l'autre, carbonisation d'un produit, purification de l'oxygène avant le conditionnement, conditionnement de la bière en cours de processus, pré-rinçage des cuves de brit après nettoyage et désinfection, mise en bouteille de bière pression dans un restaurant ou un bar. Et ce n'est qu'un début.
« Nous utilisons du CO2 dans toute la brasserie et le bar », explique Max McKenna, directeur marketing senior chez Dorchester Brewing Co., basé à Boston. Nous servons de la bière – à chaque étape du processus. »
Comme de nombreuses brasseries artisanales, Dorchester Brewing est confrontée à une pénurie de CO2 de qualité commerciale dont elle a besoin pour fonctionner (lisez toutes les raisons de cette pénurie ici).
« Grâce à nos contrats, nos fournisseurs actuels de CO2 n'ont pas augmenté leurs prix malgré les hausses observées sur d'autres segments du marché », a déclaré McKenna. « Jusqu'à présent, l'impact s'est principalement fait sentir sur une distribution limitée. »
Pour compenser le manque de CO2, Dorchester Brewing utilise de l'azote à la place du CO2 dans certains cas.
« Nous avons pu migrer de nombreuses opérations vers l'azote », a poursuivi McKenna. « Parmi les plus importantes, on compte le nettoyage des canettes et le recouvrement du gaz pendant la mise en canette et le scellage. C'est de loin l'amélioration la plus importante pour nous, car ces processus nécessitent beaucoup de CO₂. Pendant longtemps, nous avons eu une usine de nitro spécifique. Nous utilisons un générateur d'azote spécial pour produire tout l'azote nécessaire au bar, pour une ligne de nitro dédiée et pour notre mélange de bières. »
Le N2 est le gaz inerte le plus économique à produire et peut être utilisé dans les sous-sols des brasseries artisanales, les cavistes et les bars. Il est moins cher que le CO2 pour les boissons et souvent plus disponible, selon la disponibilité dans votre région.
L'azote peut être acheté sous forme gazeuse dans des bouteilles haute pression ou sous forme liquide dans des vases Dewar ou de grands réservoirs de stockage. L'azote peut également être produit sur place à l'aide d'un générateur d'azote. Ce dernier fonctionne en éliminant les molécules d'oxygène de l'air.
L'azote est l'élément le plus abondant (78 %) dans l'atmosphère terrestre, le reste étant constitué d'oxygène et de gaz traces. Il est également plus respectueux de l'environnement car il émet moins de CO₂.
Dans le brassage et le conditionnement, le N2 peut être utilisé pour empêcher l'oxygène de pénétrer dans la bière. Utilisé correctement (la plupart des gens mélangent du CO2 avec du N2 pour la bière gazeuse), le N2 peut être utilisé pour nettoyer les cuves, transférer la bière d'une cuve à l'autre, pressuriser les fûts avant stockage et aérer sous les capsules. Il est également utilisé pour le goût et la sensation en bouche. Dans les bars, le nitro est utilisé dans les conduites d'eau du robinet pour le nitropiv, ainsi que pour les applications haute pression/longue distance où l'azote est mélangé à un certain pourcentage de CO2 pour empêcher la mousse de la bière à la pression. Le N2 peut même servir de gaz d'évaporation pour le dégazage de l'eau si cela fait partie de votre procédé.
Comme nous l'avons mentionné dans notre précédent article sur la carence en CO₂, l'azote ne remplace pas parfaitement le CO₂ dans toutes les applications brassicoles. Ces gaz se comportent différemment : ils ont des poids moléculaires et des densités différents.
Par exemple, le CO₂ est plus soluble dans les liquides que le N₂. C'est pourquoi l'azote donne des bulles plus petites et une sensation en bouche différente à la bière. C'est pourquoi les brasseurs utilisent des gouttes d'azote liquide plutôt que gazeux pour nitrater la bière. Le dioxyde de carbone ajoute également une pointe d'amertume ou d'acidité que l'azote n'apporte pas, ce qui peut modifier le profil aromatique, selon certains. Passer à l'azote ne résoudra pas tous les problèmes liés au dioxyde de carbone.
« Il y a du potentiel », déclare Chuck Skepek, directeur des programmes techniques de brassage au Brewers Institute, « mais l'azote n'est ni une panacée ni une solution miracle. Le CO₂ et l'azote se comportent très différemment. On obtient plus d'azote mélangé à l'air dans la cuve qu'en purgeant le CO₂. Il faut donc plus d'azote. J'entends cela sans cesse. »
Un brasseur que je connais a été très intelligent et a commencé à remplacer le dioxyde de carbone par de l'azote. Sa bière contenait beaucoup plus d'oxygène. Maintenant, ils utilisent un mélange d'azote et de dioxyde de carbone, avec un peu plus de chance. Ils ne se contentent pas de dire : « On va commencer à utiliser l'azote pour résoudre tous nos problèmes. » C'est bien de voir davantage de publications à ce sujet. On commence à voir de plus en plus de gens faire des recherches et, vous savez, à trouver des bonnes pratiques pour ce remplacement.
La distribution de ces gaz sera différente en raison de leurs densités différentes, ce qui peut entraîner des modifications techniques ou de stockage. Écoutez Jason Perkins, maître brasseur chez Allagash Brewing Co., discuter de la modernisation de sa ligne d'embouteillage et de son collecteur de gaz pour utiliser du CO₂ pour le remplissage sous pression des cuves et du N₂ pour l'étanchéité et le bris de bulles. Le stockage peut varier.
« Il y a certainement des différences, en partie liées à la façon dont nous obtenons l'azote », a déclaré McKenna. « Nous obtenons de l'azote liquide pur dans des Dewars, son stockage est donc très différent de celui de nos réservoirs de CO2 : ils sont plus petits, sur rouleaux et stockés dans un congélateur. Nous avons franchi une nouvelle étape. Nous avons transformé le dioxyde de carbone en azote, mais encore une fois, nous veillons à ce que la transition soit efficace et responsable afin de garantir que la bière soit à son meilleur niveau à chaque étape. Dans certains cas, il s'agissait d'un remplacement très simple, tandis que dans d'autres, cela a nécessité des améliorations significatives en termes de matériaux, d'infrastructures, de fabrication, etc. »
Selon cet excellent article de The Titus Co. (un fournisseur de compresseurs d'air, de sécheurs d'air et de services de compresseurs d'air en dehors de la Pennsylvanie), les générateurs d'azote fonctionnent de deux manières :
Adsorption modulée en pression : L'adsorption modulée en pression (APS) utilise des tamis moléculaires en carbone pour séparer les molécules. Le tamis possède des pores de la même taille que les molécules d'oxygène, piégeant ces molécules lors de leur passage et laissant passer les plus grosses molécules d'azote. Le générateur libère ensuite l'oxygène par une autre chambre. Ce procédé permet d'atteindre une pureté de l'azote de 99,999 %.
Génération d'azote par membrane. La génération d'azote par membrane fonctionne en séparant les molécules à l'aide de fibres polymères. Ces fibres sont creuses, avec des pores de surface suffisamment petits pour laisser passer l'oxygène, mais trop petits pour que les molécules d'azote puissent l'extraire du flux gazeux. Les générateurs utilisant cette méthode peuvent produire de l'azote pur jusqu'à 99,5 %.
Le générateur d'azote PSA produit de l'azote ultra-pur en grandes quantités et à haut débit, la forme d'azote la plus pure dont de nombreuses brasseries ont besoin. Ultra-pur signifie 99,9995 % à 99 %. Les générateurs d'azote à membrane sont idéaux pour les petites brasseries qui recherchent une solution à faible volume et faible débit, où une pureté de 99 % à 99,9 % est acceptable.
Doté d'une technologie de pointe, le générateur d'azote Atlas Copco est un compresseur d'air industriel compact doté d'une membrane spéciale qui sépare l'azote du flux d'air comprimé. Les brasseries artisanales constituent une cible importante pour Atlas Copco. Selon un livre blanc d'Atlas Copco, les brasseurs paient généralement entre 0,10 et 0,15 dollar par pied cube pour produire de l'azote sur site. Comment cela se compare-t-il à vos coûts de CO2 ?
« Nous proposons six forfaits standards couvrant 80 % des brasseries, de quelques milliers à des centaines de milliers de barils par an », explique Peter Askini, responsable du développement commercial des gaz industriels chez Atlas Copco. « Une brasserie peut augmenter la capacité de ses générateurs d'azote pour assurer sa croissance tout en maintenant son efficacité. De plus, la conception modulaire permet d'ajouter un deuxième générateur en cas de forte expansion de ses activités. »
« L'utilisation d'azote ne vise pas à remplacer complètement le CO2 », explique Asquini, « mais nous pensons que les viticulteurs peuvent réduire leur consommation d'environ 70 %. Le principal moteur est la durabilité. Il est très facile pour tout viticulteur de produire lui-même de l'azote. N'utilisez pas plus de gaz à effet de serre. » Ce qui est meilleur pour l'environnement. Cela sera rentable dès le premier mois, ce qui aura un impact direct sur le résultat net. Si l'azote n'est pas disponible avant l'achat, n'achetez pas. Voici nos règles simples. La demande de CO2 monte en flèche pour produire des produits tels que la glace carbonique, qui utilise de grandes quantités de CO2 et est nécessaire au transport des vaccins. Les brasseries américaines s'inquiètent du niveau de l'offre et se demandent si elles pourront maintenir un niveau de prix cohérent avec leurs besoins. »
Comme mentionné précédemment, la pureté de l'azote est une préoccupation majeure pour les brasseurs artisanaux. Tout comme le CO₂, l'azote interagit avec la bière ou le moût et entraîne des impuretés. C'est pourquoi de nombreux générateurs d'azote pour l'industrie agroalimentaire sont présentés comme des unités sans huile (découvrez les avantages des compresseurs sans huile en termes de propreté dans la dernière phrase de l'encadré ci-dessous).
« Lorsque nous recevons du CO₂, nous vérifions sa qualité et sa contamination, ce qui est un autre aspect essentiel pour collaborer avec un bon fournisseur », a déclaré McKenna. « L'azote est un peu différent, c'est pourquoi nous continuons d'acheter de l'azote liquide pur. Nous étudions également la recherche et le prix d'un générateur d'azote interne, en nous concentrant, là encore, sur l'azote produit grâce à Purity pour limiter l'absorption d'oxygène. Nous considérons cela comme un investissement potentiel ; les seuls processus de la brasserie entièrement dépendants du CO₂ seront donc la carbonatation de la bière et l'entretien de l'eau du robinet. »
Mais il est essentiel de garder à l'esprit un point crucial – un point qui peut paraître délicat à négliger, mais qui est essentiel au maintien de la qualité de la bière – : tout générateur d'azote doit produire de l'azote à la deuxième décimale [soit une pureté de 99,99 %] pour limiter l'absorption d'oxygène et le risque d'oxydation. Ce niveau de précision et de pureté entraîne des coûts de générateur d'azote plus élevés, mais garantit la qualité de l'azote et donc de la bière.
Les brasseurs ont besoin de nombreuses données et d'un contrôle qualité important lorsqu'ils utilisent de l'azote. Par exemple, si un brasseur utilise de l'azote pour brasser sa bière entre les cuves, la stabilité du CO2 dans la cuve et dans la bouteille doit être surveillée tout au long du processus. Dans certains cas, l'azote pur peut ne pas fonctionner correctement (par exemple, lors du remplissage des conteneurs), car il élimine le CO2 de la solution. Par conséquent, certains brasseurs utilisent un mélange 50/50 de CO2 et de N2 pour remplir la cuve, tandis que d'autres l'évitent complètement.
Conseil N2 Pro : Parlons entretien. Les générateurs d'azote sont vraiment faciles à installer et à oublier, mais certains consommables, comme les filtres, nécessitent un remplacement semi-régulier. En général, cet entretien est requis toutes les 4 000 heures environ. L'équipe qui s'occupe de votre compresseur d'air s'occupera également de votre générateur. La plupart des générateurs sont équipés d'une télécommande simple, similaire à celle de votre iPhone, et offrent des fonctionnalités complètes de surveillance à distance via une application.
La purge du réservoir diffère de la purge à l'azote pour plusieurs raisons. Le N2 se mélange bien à l'air et n'interagit donc pas avec l'O2 comme le CO2. De plus, le N2 est plus léger que l'air ; il remplit donc le réservoir de haut en bas, tandis que le CO2 le remplit de bas en haut. Purger un réservoir de stockage nécessite plus de N2 que de CO2 et nécessite souvent plus de grenaillage. Faites-vous toujours des économies ?
De nouveaux problèmes de sécurité apparaissent également avec le nouveau gaz industriel. Une brasserie devrait absolument installer des capteurs d'O₂ afin que les employés puissent visualiser la qualité de l'air intérieur, tout comme on utilise aujourd'hui des Dewars de N₂ dans les réfrigérateurs.
Mais la rentabilité peut facilement l'emporter sur les installations de récupération du CO2. Dans ce webinaire, Dion Quinn, de Foth Production Solutions (société d'ingénierie), explique que la production de N2 coûte entre 8 et 20 dollars par tonne, tandis que la capture du CO2 par une installation de récupération coûte entre 50 et 200 dollars par tonne.
Les générateurs d'azote présentent l'avantage d'éliminer, ou du moins de réduire, la dépendance aux contrats et aux approvisionnements en CO₂ et en azote. Cela permet de gagner de l'espace de stockage, car les brasseries peuvent produire et stocker la quantité nécessaire, éliminant ainsi le stockage et le transport des bouteilles d'azote. Comme pour le CO₂, le transport et la manutention de l'azote sont à la charge du client. Avec les générateurs d'azote, ce problème est résolu.
Les générateurs d'azote sont souvent faciles à intégrer dans une brasserie. Les plus petits peuvent être fixés au mur, ce qui leur permet d'occuper peu de place au sol et de fonctionner silencieusement. Ces sacs supportent bien les variations de température ambiante et sont très résistants aux fluctuations de température. Ils peuvent être installés en extérieur, mais sont déconseillés dans les climats extrêmement chauds ou froids.
Il existe de nombreux fabricants de générateurs d'azote, notamment Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb et Holtec Gas Systems. Un petit générateur d'azote peut coûter environ 800 dollars par mois dans le cadre d'un programme de location-vente de cinq ans, a indiqué M. Asquini.
« En fin de compte, si l'azote est la solution idéale pour vous, vous avez le choix entre différents fournisseurs et technologies », a déclaré Asquini. « Trouvez celui qui vous convient le mieux et assurez-vous de bien comprendre le coût total de possession (CTP) et de comparer les coûts d'énergie et de maintenance des différents appareils. Vous constaterez souvent que le moins cher n'est pas adapté à votre application. »
Les systèmes générateurs d’azote utilisent un compresseur d’air, et la plupart des brasseries artisanales en ont déjà un, ce qui est pratique.
Quels compresseurs d'air sont utilisés dans les brasseries artisanales ? Ils propulsent le fluide dans les tuyaux et les cuves. Ils fournissent l'énergie nécessaire au transport et au contrôle pneumatiques. Ils aèrent le moût, la levure ou l'eau. Ils contrôlent la vanne de régulation. Ils utilisent du gaz de purge pour expulser la boue des cuves lors du nettoyage et pour faciliter le nettoyage des trous.
De nombreuses applications brassicoles nécessitent l'utilisation de compresseurs d'air 100 % sans huile. Au contact de la bière, l'huile détruit les levures et aplatit la mousse, ce qui gâche la boisson et la rend impropre à la consommation.
C'est également un risque pour la sécurité. L'industrie agroalimentaire étant très sensible, des normes strictes de qualité et de pureté sont en vigueur, et à juste titre. Exemple : les compresseurs d'air sans huile Sullair de la série SRL, de 10 à 15 ch (de 7,5 à 11 kW), sont parfaitement adaptés aux brasseries artisanales. Ces dernières apprécient le silence de ces machines. La série SRL offre un faible niveau sonore, jusqu'à 48 dBA, ce qui permet une utilisation en intérieur sans salle insonorisée séparée.
Lorsque la pureté de l'air est essentielle, comme dans les brasseries et les brasseries artisanales, un air sans huile est essentiel. Les particules d'huile présentes dans l'air comprimé peuvent contaminer les processus et la production en aval. Étant donné que de nombreuses brasseries produisent des milliers de barils ou plusieurs caisses de bière par an, personne ne peut se permettre de prendre ce risque. Les compresseurs sans huile sont particulièrement adaptés aux applications où l'air est en contact direct avec la matière première. Même dans les applications où il n'y a pas de contact direct entre les ingrédients et l'air, comme sur les lignes de conditionnement, un compresseur sans huile permet de maintenir la propreté du produit final, pour une tranquillité d'esprit optimale.
Date de publication : 06/01/2023