CÔNG TY TNHH TẬP ĐOÀN CÔNG NGHỆ HANGZHOU NUZHUO

Các nhà máy bia thủ công sử dụng CO2 trong rất nhiều ứng dụng đáng ngạc nhiên trong quá trình sản xuất, đóng gói và phục vụ: vận chuyển bia hoặc sản phẩm từ bể này sang bể khác, cacbon hóa sản phẩm, lọc oxy trước khi đóng gói, đóng gói bia trong quá trình sản xuất, súc rửa trước các bể chứa bia sau khi làm sạch và khử trùng, đóng chai bia tươi tại nhà hàng hoặc quán bar. Đây chỉ là một vài ví dụ ban đầu.
“Chúng tôi sử dụng CO2 trong toàn bộ nhà máy bia và quầy bar,” Max McKenna, quản lý tiếp thị cấp cao tại Dorchester Brewing Co. có trụ sở tại Boston, cho biết. “Phục vụ bia – ở mọi giai đoạn của quy trình.”
Giống như nhiều nhà máy bia thủ công khác, Dorchester Brewing đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt CO2 chất lượng thương mại cần thiết cho hoạt động (đọc về tất cả các lý do dẫn đến tình trạng thiếu hụt này tại đây).
“Do các hợp đồng hiện tại, các nhà cung cấp CO2 của chúng tôi không tăng giá dù giá cả ở các phân khúc khác của thị trường đã tăng”, McKenna cho biết. “Cho đến nay, tác động chủ yếu là ở khâu phân phối hạn chế.”
Để bù đắp cho sự thiếu hụt CO2, Dorchester Brewing sử dụng nitơ thay vì CO2 trong một số trường hợp.
“Chúng tôi đã có thể chuyển nhiều công đoạn sang sử dụng khí nitơ,” McKenna tiếp tục. “Một số công đoạn quan trọng nhất là làm sạch lon và che phủ khí trong quá trình đóng lon và niêm phong. Đây là sự bổ sung lớn nhất đối với chúng tôi vì các quy trình này cần rất nhiều CO2. Trước đây, chúng tôi có một nhà máy sản xuất khí nitơ chuyên dụng. Chúng tôi sử dụng một máy tạo khí nitơ đặc biệt để sản xuất toàn bộ khí nitơ cho quầy bar – cho một đường dẫn khí nitơ riêng và hỗn hợp bia của chúng tôi.”
N2 là loại khí trơ tiết kiệm nhất để sản xuất và có thể được sử dụng trong các hầm chứa bia thủ công, cửa hàng bán rượu và quán bar. N2 rẻ hơn CO2 dùng trong đồ uống và thường dễ kiếm hơn, tùy thuộc vào nguồn cung ở khu vực của bạn.
Nitơ (N2) có thể được mua dưới dạng khí trong các bình chứa áp suất cao hoặc dưới dạng lỏng trong bình Dewar hoặc các bể chứa lớn. Nitơ cũng có thể được sản xuất tại chỗ bằng máy tạo nitơ. Máy tạo nitơ hoạt động bằng cách loại bỏ các phân tử oxy khỏi không khí.
Nitơ là nguyên tố dồi dào nhất (78%) trong khí quyển Trái đất, phần còn lại là oxy và các khí vết. Điều này cũng giúp thân thiện hơn với môi trường vì lượng khí thải CO2 sẽ ít hơn.
Trong sản xuất và đóng gói bia, N2 có thể được sử dụng để ngăn oxy xâm nhập vào bia. Khi sử dụng đúng cách (hầu hết mọi người trộn CO2 với N2 khi làm việc với bia có ga), N2 có thể được dùng để làm sạch bồn chứa, chuyển bia từ bồn này sang bồn khác, tạo áp suất cho thùng trước khi bảo quản, đồng thời sục khí dưới nắp. N2 cũng là một thành phần tạo nên hương vị và cảm giác khi uống. Trong các quán bar, nitro được sử dụng trong đường ống nước vòi cho nitropiv cũng như trong các ứng dụng áp suất cao/khoảng cách xa, nơi nitơ được trộn với một tỷ lệ CO2 nhất định để ngăn bia sủi bọt khi rót. N2 thậm chí có thể được sử dụng như một loại khí bay hơi để khử khí trong nước nếu đây là một phần của quy trình sản xuất.
Như chúng tôi đã đề cập trong bài viết trước về sự thiếu hụt CO2, nitơ không phải là chất thay thế hoàn toàn cho CO2 trong tất cả các ứng dụng sản xuất bia. Hai loại khí này có tính chất khác nhau. Chúng có trọng lượng phân tử và mật độ khác nhau.
Ví dụ, CO2 hòa tan trong chất lỏng tốt hơn N2. Đó là lý do tại sao nitơ tạo ra bọt khí nhỏ hơn và cảm giác khác biệt khi uống bia. Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất bia sử dụng nitơ lỏng thay vì nitơ dạng khí để nitrat hóa bia. Carbon dioxide cũng tạo thêm vị đắng hoặc chua mà nitơ không có, điều này có thể làm thay đổi hương vị của bia, theo nhận định của nhiều người. Việc chuyển sang sử dụng nitơ sẽ không giải quyết được tất cả các vấn đề của carbon dioxide.
“Có tiềm năng,” Chuck Skepek, giám đốc các chương trình kỹ thuật sản xuất bia tại Viện Sản xuất Bia, nói, “nhưng nitơ không phải là thuốc chữa bách bệnh hay giải pháp nhanh chóng. CO2 và nitơ hoạt động khá khác nhau. Bạn sẽ có nhiều nitơ lẫn vào không khí trong thùng hơn là khi bạn loại bỏ CO2. Vì vậy, sẽ cần nhiều nitơ hơn. Tôi nghe điều này lặp đi lặp lại nhiều lần.”
“Một nhà sản xuất bia mà tôi quen biết rất thông minh và bắt đầu thay thế carbon dioxide bằng nitơ, và bia của họ có nhiều oxy hơn, vì vậy bây giờ họ sử dụng hỗn hợp nitơ và carbon dioxide, với một chút may mắn. Không chỉ đơn giản là, “Này, chúng ta sẽ bắt đầu sử dụng nitơ để giải quyết tất cả các vấn đề của mình.” Thật tốt khi thấy nhiều hơn về điều này trong các tài liệu, chúng ta bắt đầu thấy nhiều người thực sự tiến hành nghiên cứu, và, bạn biết đấy, để đưa ra các phương pháp tốt nhất cho việc thay thế này.
Việc cung cấp các loại khí này sẽ khác nhau do chúng có mật độ khác nhau, điều này có thể dẫn đến một số thay đổi về kỹ thuật hoặc lưu trữ. Hãy nghe Jason Perkins, chuyên gia sản xuất bia tại Allagash Brewing Co., thảo luận về việc nâng cấp dây chuyền đóng chai và hệ thống phân phối khí của mình để sử dụng CO2 cho việc chiết rót vào bình chứa dưới áp suất và N2 cho chất bịt kín và chất phá bọt. Thời gian lưu trữ có thể khác nhau.
“Chắc chắn có một số khác biệt, một phần là do cách chúng tôi lấy nitơ,” McKenna nói. “Chúng tôi lấy nitơ lỏng tinh khiết trong các bình Dewar, vì vậy việc bảo quản nó rất khác so với các bình CO2 của chúng tôi: chúng nhỏ hơn, được đặt trên con lăn và được bảo quản trong tủ đông. Chúng tôi đã nâng cấp nó lên một tầm cao mới, chuyển đổi từ carbon dioxide sang nitơ, nhưng một lần nữa, chúng tôi rất cẩn thận về cách thực hiện quá trình chuyển đổi một cách hiệu quả và có trách nhiệm để đảm bảo chất lượng bia luôn ở mức cao nhất trong suốt quá trình. Điều quan trọng là, trong một số trường hợp, đó chỉ là một thao tác thay thế đơn giản, trong khi ở những trường hợp khác, nó đòi hỏi những cải tiến đáng kể về vật liệu, cơ sở hạ tầng, sản xuất, v.v.”
Theo bài viết xuất sắc này từ Công ty Titus (một nhà cung cấp máy nén khí, máy sấy khí và dịch vụ máy nén khí bên ngoài Pennsylvania), máy tạo khí nitơ hoạt động theo một trong hai cách sau:
Hấp phụ dao động áp suất: Phương pháp hấp phụ dao động áp suất (PSA) hoạt động bằng cách sử dụng sàng phân tử carbon để tách các phân tử. Sàng có các lỗ xốp cùng kích thước với các phân tử oxy, giữ lại các phân tử oxy khi chúng đi qua và cho phép các phân tử nitơ lớn hơn đi qua. Sau đó, máy tạo khí sẽ giải phóng oxy qua một buồng khác. Kết quả của quá trình này là độ tinh khiết của nitơ có thể đạt tới 99,999%.
Tạo khí nitơ bằng màng lọc. Phương pháp tạo khí nitơ bằng màng lọc hoạt động bằng cách tách các phân tử bằng sợi polymer. Các sợi này rỗng, với các lỗ trên bề mặt đủ nhỏ để oxy đi qua, nhưng quá nhỏ để các phân tử nitơ có thể loại bỏ oxy khỏi dòng khí. Máy tạo khí nitơ sử dụng phương pháp này có thể tạo ra khí nitơ có độ tinh khiết lên đến 99,5%.
Máy tạo khí nitơ PSA sản xuất khí nitơ siêu tinh khiết với số lượng lớn và tốc độ dòng chảy cao, là dạng nitơ tinh khiết nhất mà nhiều nhà máy bia yêu cầu. Siêu tinh khiết có nghĩa là độ tinh khiết từ 99,9995% đến 99%. Máy tạo khí nitơ màng lọc lý tưởng cho các nhà máy bia nhỏ cần một giải pháp thay thế với thể tích và tốc độ dòng chảy thấp, trong đó độ tinh khiết từ 99% đến 99,9% là chấp nhận được.
Sử dụng công nghệ tiên tiến nhất, máy tạo khí nitơ Atlas Copco là một máy nén khí công nghiệp nhỏ gọn với màng ngăn đặc biệt giúp tách nitơ ra khỏi luồng khí nén. Các nhà máy bia thủ công là một đối tượng khách hàng lớn của Atlas Copco. Theo một báo cáo của Atlas Copco, các nhà sản xuất bia thường trả từ 0,10 đến 0,15 đô la mỗi foot khối để sản xuất nitơ tại chỗ. Chi phí này so với chi phí CO2 của bạn như thế nào?
“Chúng tôi cung cấp sáu gói tiêu chuẩn bao phủ 80% tất cả các nhà máy bia – từ vài nghìn đến hàng trăm nghìn thùng mỗi năm,” Peter Askini, giám đốc phát triển kinh doanh khí công nghiệp tại Atlas Copco cho biết. “Một nhà máy bia có thể tăng công suất máy tạo khí nitơ để đáp ứng sự tăng trưởng trong khi vẫn duy trì hiệu quả. Ngoài ra, thiết kế dạng mô-đun cho phép bổ sung thêm máy tạo khí thứ hai nếu hoạt động của nhà máy bia mở rộng đáng kể.”
“Việc sử dụng nitơ không nhằm mục đích thay thế hoàn toàn CO2,” Asquini giải thích, “nhưng chúng tôi nghĩ rằng các nhà sản xuất rượu vang có thể giảm mức tiêu thụ khoảng 70%. Động lực chính là tính bền vững. Bất kỳ nhà sản xuất rượu vang nào cũng rất dễ dàng tự sản xuất nitơ. Đừng sử dụng thêm khí nhà kính.” Điều này tốt hơn cho môi trường. Nó sẽ mang lại lợi ích ngay từ tháng đầu tiên, ảnh hưởng trực tiếp đến lợi nhuận, nếu không thấy hiệu quả trước khi mua, thì đừng mua. Đây là những quy tắc đơn giản của chúng tôi. Nhu cầu về CO2 đang tăng vọt để sản xuất các sản phẩm như đá khô, sử dụng lượng lớn CO2 và cần thiết để vận chuyển vắc-xin. Các nhà máy bia ở Mỹ đang bày tỏ lo ngại về mức cung và tự hỏi liệu họ có thể duy trì mức giá phù hợp với nhu cầu của nhà máy bia hay không.”
Như đã đề cập trước đó, độ tinh khiết của nitơ sẽ là mối quan tâm lớn đối với các nhà sản xuất bia thủ công. Giống như CO2, nitơ sẽ tương tác với bia hoặc dịch nha và mang theo các tạp chất. Đó là lý do tại sao nhiều máy tạo nitơ dùng trong ngành thực phẩm và đồ uống được quảng cáo là các thiết bị không dầu (tìm hiểu về lợi ích làm sạch của máy nén không dầu trong câu cuối cùng ở phần chú thích bên dưới).
“Khi nhận CO2, chúng tôi kiểm tra chất lượng và độ nhiễm bẩn, đây là một phần rất quan trọng khác khi làm việc với nhà cung cấp tốt,” McKenna nói. “Nitơ thì hơi khác một chút, đó là lý do tại sao chúng tôi vẫn mua nitơ lỏng tinh khiết. Một điều khác mà chúng tôi đang xem xét là tìm kiếm và định giá một máy tạo nitơ nội bộ – một lần nữa, tập trung vào nitơ mà nó tạo ra với độ tinh khiết để hạn chế sự hấp thụ oxy. Chúng tôi coi đây là một khoản đầu tư tiềm năng, vì vậy các quy trình duy nhất trong nhà máy bia hoàn toàn phụ thuộc vào CO2 sẽ là quá trình cacbon hóa bia và bảo dưỡng nước máy.”
“Nhưng có một điều thực sự quan trọng cần ghi nhớ – một điều tưởng chừng nhỏ nhặt nhưng lại rất quan trọng để duy trì chất lượng bia – đó là bất kỳ máy tạo khí nitơ nào cũng cần tạo ra khí nitơ với độ tinh khiết đến hai chữ số thập phân [tức là 99,99%] để hạn chế sự hấp thụ oxy và nguy cơ oxy hóa. Độ chính xác và độ tinh khiết này đòi hỏi chi phí máy tạo khí nitơ cao hơn, nhưng đảm bảo chất lượng của khí nitơ và do đó chất lượng của bia.”
Các nhà sản xuất bia cần rất nhiều dữ liệu và kiểm soát chất lượng khi sử dụng nitơ. Ví dụ, nếu nhà sản xuất bia sử dụng N2 để vận chuyển bia giữa các thùng chứa, thì độ ổn định của CO2 trong thùng và trong thùng hoặc chai phải được theo dõi trong suốt quá trình. Trong một số trường hợp, N2 tinh khiết có thể không hoạt động hiệu quả (ví dụ, khi chiết rót vào các thùng chứa) vì N2 tinh khiết sẽ loại bỏ CO2 khỏi dung dịch. Do đó, một số nhà sản xuất bia sẽ sử dụng hỗn hợp 50/50 CO2 và N2 để chiết rót, trong khi những người khác sẽ hoàn toàn tránh sử dụng hỗn hợp này.
Mẹo hay từ N2: Hãy cùng bàn về bảo trì. Máy tạo khí nitơ thực sự rất dễ sử dụng, gần như là "cài đặt xong là quên đi", nhưng một số vật tư tiêu hao, chẳng hạn như bộ lọc, cần được thay thế định kỳ. Thông thường, việc bảo dưỡng này cần thiết sau khoảng 4000 giờ hoạt động. Nhóm kỹ thuật viên bảo trì máy nén khí của bạn cũng sẽ bảo trì máy tạo khí nitơ. Hầu hết các máy tạo khí nitơ đều đi kèm với bộ điều khiển đơn giản tương tự như iPhone của bạn và cung cấp đầy đủ khả năng giám sát từ xa thông qua ứng dụng.
Súc rửa bể chứa khác với súc rửa bằng nitơ vì một số lý do. N2 trộn lẫn tốt với không khí, vì vậy nó không tương tác với O2 như CO2. N2 cũng nhẹ hơn không khí, nên nó lấp đầy bể từ trên xuống dưới, trong khi CO2 lấp đầy từ dưới lên trên. Cần nhiều N2 hơn CO2 để súc rửa bể chứa và thường cần nhiều lần phun cát hơn. Vậy bạn vẫn đang tiết kiệm tiền chứ?
Các vấn đề an toàn mới cũng phát sinh với loại khí công nghiệp mới này. Một nhà máy bia chắc chắn nên lắp đặt cảm biến O2 để nhân viên có thể hình dung chất lượng không khí trong nhà – giống như việc người ta thường sử dụng bình chứa N2 trong tủ lạnh hiện nay.
Tuy nhiên, lợi nhuận có thể dễ dàng vượt trội so với chi phí của các nhà máy thu hồi CO2. Trong hội thảo trực tuyến này, Dion Quinn của Foth Production Solutions (một công ty kỹ thuật) cho biết chi phí sản xuất N2 dao động từ 8 đến 20 đô la mỗi tấn, trong khi việc thu giữ CO2 bằng nhà máy thu hồi có chi phí từ 50 đến 200 đô la mỗi tấn.
Lợi ích của máy tạo khí nitơ bao gồm việc loại bỏ hoặc ít nhất là giảm sự phụ thuộc vào các hợp đồng và nguồn cung cấp CO2 và nitơ. Điều này giúp tiết kiệm không gian lưu trữ vì các nhà máy bia có thể sản xuất và lưu trữ lượng khí nitơ tùy theo nhu cầu, loại bỏ việc phải lưu trữ và vận chuyển các bình khí nitơ. Cũng như với CO2, chi phí vận chuyển và xử lý nitơ do khách hàng chi trả. Với máy tạo khí nitơ, điều này không còn là vấn đề nữa.
Máy tạo khí nitơ thường dễ dàng tích hợp vào môi trường nhà máy bia. Các máy tạo khí nitơ nhỏ hơn có thể được gắn trên tường để không chiếm diện tích sàn và hoạt động êm ái. Các túi khí này chịu được sự thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh và rất bền với sự dao động nhiệt độ. Có thể lắp đặt ngoài trời, nhưng không được khuyến khích ở những vùng khí hậu quá nóng hoặc quá lạnh.
Có nhiều nhà sản xuất máy tạo khí nitơ, bao gồm Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb và Holtec Gas Systems. Theo ông Asquini, một máy tạo khí nitơ nhỏ có thể có giá khoảng 800 đô la một tháng theo chương trình thuê mua trả góp 5 năm.
“Tóm lại, nếu nitơ là lựa chọn phù hợp với bạn, bạn có rất nhiều nhà cung cấp và công nghệ để lựa chọn,” Asquini nói. “Hãy tìm ra lựa chọn phù hợp nhất và đảm bảo bạn hiểu rõ tổng chi phí sở hữu (TCO) cũng như so sánh chi phí điện năng và bảo trì giữa các thiết bị. Bạn thường sẽ thấy rằng mua loại rẻ nhất chưa chắc đã phù hợp với công việc của mình.”
Hệ thống tạo khí nitơ sử dụng máy nén khí, và hầu hết các nhà máy bia thủ công đều đã có sẵn máy nén khí, điều này rất tiện lợi.
Những loại máy nén khí nào được sử dụng trong các nhà máy bia thủ công? Đẩy chất lỏng qua các đường ống và bể chứa. Cung cấp năng lượng cho việc vận chuyển và điều khiển bằng khí nén. Sục khí cho dịch nha, men hoặc nước. Van điều khiển. Khí xả để đẩy bùn ra khỏi bể chứa trong quá trình vệ sinh và hỗ trợ làm sạch lỗ hổng.
Nhiều ứng dụng trong ngành sản xuất bia yêu cầu sử dụng máy nén khí hoàn toàn không dầu. Nếu dầu tiếp xúc với bia, nó sẽ giết chết men và làm xẹp bọt, làm hỏng đồ uống và khiến bia bị hỏng.
Đây cũng là một rủi ro về an ninh. Vì ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống rất nhạy cảm, nên có những tiêu chuẩn chất lượng và độ tinh khiết nghiêm ngặt, và điều đó là hoàn toàn hợp lý. Ví dụ: Máy nén khí không dầu dòng Sullair SRL từ 10 đến 15 mã lực (từ 7,5 đến 11 kW) rất phù hợp cho các nhà máy bia thủ công. Các nhà máy bia đánh giá cao sự yên tĩnh của các loại máy này. Dòng SRL có độ ồn thấp, chỉ xuống đến 48dBA, giúp máy nén khí phù hợp để sử dụng trong nhà mà không cần phòng cách âm riêng.
Khi không khí sạch là yếu tố cực kỳ quan trọng, chẳng hạn như trong các nhà máy bia và nhà máy bia thủ công, không khí không dầu là điều thiết yếu. Các hạt dầu trong khí nén có thể làm ô nhiễm các quy trình và sản phẩm tiếp theo. Vì nhiều nhà máy bia sản xuất hàng nghìn thùng hoặc vài thùng bia mỗi năm, nên không ai có thể chấp nhận rủi ro đó. Máy nén khí không dầu đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng mà không khí tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu đầu vào. Ngay cả trong các ứng dụng không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa các nguyên liệu và không khí, chẳng hạn như trong dây chuyền đóng gói, máy nén khí không dầu cũng giúp giữ cho sản phẩm cuối cùng sạch sẽ, mang lại sự an tâm.