GROUPE TECHNOLOGIQUE HANGZHOU NUZHUO CO.,LTD.

Les brasseries artisanales utilisent le CO2 dans un nombre surprenant d'applications lors du brassage, de l'embouteillage et du service : transfert de la bière ou du produit d'une cuve à l'autre, carbonatation du produit, purification de l'oxygène avant l'embouteillage, embouteillage de la bière pendant le processus, pré-rinçage des cuves de garde après nettoyage et désinfection, mise en bouteille de la bière pression dans un restaurant ou un bar. Et ce n'est qu'un aperçu.
« Nous utilisons du CO2 dans toute la brasserie et le bar », explique Max McKenna, directeur marketing senior de la brasserie Dorchester Brewing Co., basée 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 ici toutes les raisons de cette pénurie).
« 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 limité à la distribution. »
Pour compenser le manque de CO2, Dorchester Brewing utilise de l'azote à la place du CO2 dans certains cas.
« Nous avons pu transférer de nombreuses opérations à l'azote liquide », a poursuivi McKenna. « Parmi les plus importantes, citons le nettoyage des canettes et la protection du gaz pendant la mise en canette et le scellage. C'est de loin le plus gros gain pour nous, car ces procédés consomment beaucoup de CO2. Pendant longtemps, nous avons eu une installation d'azote dédiée. Nous utilisons un générateur d'azote spécifique pour produire tout l'azote nécessaire au bar : pour une ligne d'azote dédiée et pour notre assemblage de bières. »
L'azote (N2) est le gaz inerte le plus économique à produire et peut être utilisé dans les caves des brasseries artisanales, les cavistes et les bars. Il est moins cher que le CO2 pour les boissons et souvent plus facile à trouver, selon sa disponibilité dans votre région.
L'azote (N2) peut être acheté sous forme gazeuse en bouteilles haute pression ou sous forme liquide en vases Dewar ou en grands réservoirs de stockage. Il peut également être produit sur place à l'aide d'un générateur d'azote. Ces générateurs fonctionnent en captant l'oxygène de l'air.
L'azote est l'élément le plus abondant (78 %) dans l'atmosphère terrestre, le reste étant composé d'oxygène et de gaz à l'état de traces. De plus, sa présence la rend plus respectueuse de l'environnement car elle réduit les émissions de CO2.
En brasserie et en conditionnement, l'azote (N2) peut être utilisé pour empêcher l'oxygène de pénétrer dans la bière. Correctement utilisé (la plupart des brasseurs mélangent du CO2 avec du N2 pour les bières gazeuses), le N2 permet de nettoyer les cuves, de transférer la bière d'une cuve à l'autre, de pressuriser les fûts avant stockage et d'aérer sous les capsules. Dans les bars, l'azote est utilisé dans les conduites d'eau pour la bière pression nitrocellulosique, ainsi que pour des applications haute pression/longue distance où il est mélangé à un certain pourcentage de CO2 afin d'éviter la formation de mousse. Le N2 peut même servir de gaz d'évaporation pour le dégazage de l'eau, si cette étape fait partie du processus.
Comme nous l'avons mentionné dans notre précédent article sur la carence en CO2, l'azote ne remplace pas exactement le CO2 dans toutes les applications brassicoles. Ces gaz ont un comportement différent : ils ont des masses moléculaires et des densités différentes.
Par exemple, le CO2 est plus soluble dans les liquides que le N2. C'est pourquoi l'azote produit des bulles plus petites et une texture différente en bouche dans la bière. C'est aussi pourquoi les brasseurs utilisent des gouttes d'azote liquide plutôt que de l'azote gazeux pour nitrer la bière. Le dioxyde de carbone ajoute également une légère amertume ou acidité que l'azote ne confère 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 », affirme Chuck Skepek, directeur des programmes techniques de brassage au Brewers Institute, « mais l'azote n'est ni une solution miracle ni une solution rapide. Le CO2 et l'azote se comportent de manière très différente. On se retrouvera avec plus d'azote mélangé à l'air dans la cuve que si l'on purge le CO2. Il faudra donc plus d'azote. J'entends cela constamment. »
Un brasseur que je connais a eu une idée géniale : il a commencé à remplacer le dioxyde de carbone par de l’azote, et sa bière était beaucoup plus oxygénée. Du coup, ils utilisent maintenant un mélange d’azote et de dioxyde de carbone, avec un peu plus de succès. Ce n’est pas juste : « Tiens, on va utiliser de l’azote pour résoudre tous nos problèmes. » C’est encourageant de voir que le sujet est de plus en plus abordé dans la littérature scientifique ; on voit de plus en plus de gens faire des recherches et définir des bonnes pratiques pour ce remplacement.
La distribution de ces gaz sera différente en raison de leurs densités différentes, ce qui peut nécessiter des modifications techniques ou de stockage. Écoutez Jason Perkins, maître brasseur chez Allagash Brewing Co., parler de la modernisation de sa ligne d'embouteillage et de son collecteur de gaz pour utiliser le CO2 dans le remplissage sous pression des cuves et le N2 comme agent d'étanchéité et séparateur de bulles. Les conditions de stockage peuvent varier.
« Il y a assurément des différences, notamment dues à notre mode d'approvisionnement en azote », a déclaré McKenna. « Nous utilisons de l'azote liquide pur stocké dans des réservoirs Dewar. Son stockage est donc très différent de celui de nos réservoirs de CO2 : ils sont plus petits, montés sur roulettes et conservés au congélateur. Nous avons franchi une étape importante en remplaçant le dioxyde de carbone par l'azote, mais nous veillons scrupuleusement à ce que cette transition se fasse de manière efficace et responsable afin de garantir une qualité optimale de la bière à chaque étape. Dans certains cas, il s'agissait d'un simple remplacement, tandis que dans d'autres, cela a nécessité des améliorations significatives au niveau des matériaux, des infrastructures, de la production, etc. »
Selon cet excellent article de The Titus Co. (un fournisseur de compresseurs d'air, de sécheurs d'air et de services de réparation de compresseurs d'air situé en dehors de la Pennsylvanie), les générateurs d'azote fonctionnent de deux manières :
Adsorption modulée en pression : L’adsorption modulée en pression (PSA) utilise des tamis moléculaires de carbone pour séparer les molécules. Ces tamis possèdent des pores de la même taille que les molécules d’oxygène, piégeant ces dernières lors de leur passage et laissant passer les molécules d’azote, plus grosses. Le générateur libère ensuite l’oxygène par une autre chambre. Ce procédé permet d’obtenir de l’azote d’une pureté de 99,999 %.
Production d'azote par membrane. Ce procédé repose sur la séparation des molécules à l'aide de fibres polymères. Ces fibres creuses présentent des pores de surface suffisamment petits pour laisser passer l'oxygène, mais trop petits pour permettre aux molécules d'azote de se séparer de l'oxygène du flux gazeux. Les générateurs utilisant cette méthode peuvent produire de l'azote d'une pureté allant jusqu'à 99,5 %.
Le générateur d'azote PSA produit de l'azote ultra-pur en grands volumes et à débits élevés, soit la forme la plus pure requise par de nombreuses brasseries. Par « ultra-pur », on entend une pureté de 99,9995 % à 99 %. Les générateurs d'azote à membrane sont idéaux pour les petites brasseries qui nécessitent une solution à faible volume et faible débit, pour lesquelles une pureté de 99 % à 99,9 % est acceptable.
Utilisant 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 représentent une clientèle importante pour Atlas Copco. Selon un document technique d'Atlas Copco, les brasseurs paient généralement entre 0,10 et 0,15 $ par pied cube pour produire de l'azote sur place. Comment cela se compare-t-il à vos coûts de CO2 ?
« Nous proposons six solutions standard qui couvrent 80 % des brasseries, de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers de barils par an », explique Peter Askini, responsable du développement commercial des gaz industriels chez Atlas Copco. « Une brasserie peut ainsi augmenter la capacité de ses générateurs d'azote pour accompagner sa croissance tout en préservant son efficacité. De plus, la conception modulaire permet d'ajouter un second générateur en cas d'expansion significative de l'activité. »
« L'utilisation de l'azote ne vise pas à remplacer complètement le CO2 », explique Asquini, « mais nous pensons que les vignerons peuvent réduire leur consommation d'environ 70 %. Le principal moteur est la durabilité. Il est très facile pour tout vigneron de produire son propre azote. N'utilisez pas plus de gaz à effet de serre. » C'est mieux pour l'environnement. Cela sera rentable dès le premier mois, ce qui aura un impact direct sur les résultats. Si vous n'en constatez pas les effets avant l'achat, n'achetez pas. Voici nos règles simples. La demande de CO2 explose pour produire des produits comme la glace carbonique, qui utilise de grandes quantités de CO2 et est nécessaire au transport des vaccins. Les brasseries américaines s'inquiètent du niveau d'approvisionnement et se demandent si elles pourront maintenir un prix compatible avec leurs besoins.
Comme mentionné précédemment, la pureté de l'azote sera un enjeu majeur pour les brasseurs artisanaux. À l'instar du CO2, l'azote interagit avec la bière ou le moût et transporte des impuretés. C'est pourquoi de nombreux générateurs d'azote pour l'industrie agroalimentaire sont présentés comme des modèles sans huile (découvrez les avantages des compresseurs sans huile en matière de propreté dans la dernière phrase de l'encadré ci-dessous).
« Lorsque nous recevons du CO2, nous vérifions sa qualité et son niveau de contamination, ce qui est essentiel pour bien choisir notre fournisseur », explique McKenna. « L’azote est un peu différent, c’est pourquoi nous achetons toujours de l’azote liquide pur. Nous étudions également la possibilité d’acquérir un générateur d’azote interne et d’en évaluer le prix, en privilégiant là encore la pureté de l’azote produit afin de limiter l’absorption d’oxygène. Nous considérons cela comme un investissement potentiel, de sorte que les seuls processus de la brasserie entièrement dépendants du CO2 seront la carbonatation de la bière et l’entretien de l’eau du robinet. »
« Mais un point essentiel à retenir – un détail qui peut paraître anodin, mais qui est pourtant crucial pour la qualité de la bière – est que tout générateur d'azote doit produire de l'azote à deux décimales près (soit une pureté de 99,99 %) afin de limiter l'absorption d'oxygène et le risque d'oxydation. Ce niveau de précision et de pureté engendre un coût plus élevé pour le générateur d'azote, mais garantit la qualité de l'azote et, par conséquent, celle de la bière. »
L'utilisation de l'azote par les brasseurs exige un contrôle qualité rigoureux et une grande quantité de données. Par exemple, lors du transfert de la bière entre cuves, la stabilité du CO₂ dans la cuve et dans la bouteille doit être surveillée en permanence. Dans certains cas, l'azote pur peut s'avérer inefficace (notamment pour le remplissage des contenants) car il absorbe le CO₂ de la solution. C'est pourquoi certains brasseurs utilisent un mélange à parts égales de CO₂ et d'azote pour remplir la cuve, tandis que d'autres l'évitent complètement.
Conseil N2 Pro : Parlons maintenance. Les générateurs d'azote sont extrêmement fiables et fonctionnent sans souci, mais certains consommables, comme les filtres, nécessitent un remplacement régulier. En général, cette intervention est nécessaire toutes les 4 000 heures environ. La même 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 d'un réservoir diffère de la purge à l'azote pour plusieurs raisons. L'azote se mélange bien à l'air et n'interagit donc pas avec l'oxygène comme le fait le dioxyde de carbone. De plus, l'azote étant plus léger que l'air, il remplit le réservoir de haut en bas, tandis que le dioxyde de carbone le remplit de bas en haut. Il faut donc plus d'azote que de dioxyde de carbone pour purger un réservoir de stockage et cela nécessite souvent un grenaillage plus poussé. Réalisez-vous toujours des économies ?
Ce nouveau gaz industriel soulève également de nouvelles questions de sécurité. Une brasserie devrait impérativement installer des capteurs d'oxygène afin que les employés puissent visualiser la qualité de l'air intérieur, à l'instar des réservoirs d'azote stockés dans les réfrigérateurs aujourd'hui.
Mais la rentabilité peut facilement surpasser celle des usines de récupération de CO2. Dans ce webinaire, Dion Quinn de Foth Production Solutions (une société d'ingénierie) indique que la production d'azote coûte entre 8 et 20 dollars la tonne, tandis que la capture du CO2 dans une usine de récupération coûte entre 50 et 200 dollars la 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 un gain d'espace de stockage, les brasseries pouvant produire et stocker la quantité nécessaire, ce qui supprime la nécessité de stocker et de transporter des bouteilles d'azote. Comme pour le CO2, les frais d'expédition et de manutention de l'azote sont à la charge du client. Grâce aux générateurs d'azote, ce problème est résolu.
Les générateurs d'azote s'intègrent généralement facilement dans une brasserie. Les plus petits peuvent être fixés au mur, ce qui permet de gagner de la place au sol, et fonctionnent silencieusement. Ces générateurs supportent bien les variations de température ambiante et sont très résistants aux fluctuations thermiques. Ils peuvent être installés à l'extérieur, mais cette option est déconseillée dans les climats aux températures extrêmes.
De nombreux fabricants proposent des générateurs d'azote, notamment Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb et Holtec Gas Systems. Selon M. Asquini, un petit générateur d'azote peut coûter environ 800 $ par mois dans le cadre d'un contrat de location-acquisition sur cinq ans.
« En fin de compte, si l'azote vous convient, vous avez le choix entre divers fournisseurs et technologies », a déclaré Asquini. « Trouvez la solution qui vous convient et assurez-vous de bien comprendre le coût total de possession. Comparez également les coûts d'énergie et de maintenance des différents appareils. Vous constaterez souvent que l'option la moins chère n'est pas la plus adaptée à vos besoins. »
Les systèmes de génération d'azote utilisent un compresseur d'air, et la plupart des brasseries artisanales en possèdent déjà un, ce qui est pratique.
Quels compresseurs d'air sont utilisés dans les brasseries artisanales ? Ils servent à propulser les fluides dans les tuyaux et les cuves, à fournir l'énergie nécessaire au transport et au contrôle pneumatiques, à aérer le moût, la levure ou l'eau, et à actionner une vanne de régulation. Ils permettent également d'injecter du gaz de purge pour chasser les boues des cuves lors du nettoyage et pour faciliter le débouchage des trous.
De nombreuses applications brassicoles exigent l'utilisation de compresseurs d'air 100 % sans huile. Si l'huile entre en contact avec la bière, elle tue les levures et fait retomber la mousse, ce qui altère la boisson et rend la bière impropre à la consommation.
Cela représente également un risque pour la sécurité. Le secteur agroalimentaire étant très sensible, des normes strictes de qualité et de pureté y sont appliquées, et à juste titre. Par exemple, les compresseurs d'air sans huile de la série Sullair SRL, d'une puissance de 10 à 15 ch (de 7,5 à 11 kW), sont parfaitement adaptés aux brasseries artisanales. Ces dernières apprécient le fonctionnement silencieux de ce type de machines. La série SRL offre un niveau sonore très faible, jusqu'à 48 dBA, ce qui rend le compresseur utilisable en intérieur sans cabine insonorisée.
Lorsque la pureté de l'air est essentielle, notamment dans les brasseries et les microbrasseries, l'utilisation d'air sans huile est indispensable. Les particules d'huile présentes dans l'air comprimé peuvent contaminer les étapes de production en aval. De nombreuses brasseries produisant des milliers de barils ou plusieurs caisses de bière par an, ce risque est inacceptable. Les compresseurs sans huile sont particulièrement adaptés aux applications où l'air est en contact direct avec les matières premières. 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 contribue à la pureté du produit final, pour une tranquillité d'esprit assurée.