Energieeinsparungen im Sudhaus, Teil 1

Zu Zeiten hoher Energiepreise suchen die Brauer nach Möglichkeiten zur Energieeinsparung. Eine Optimierung des Energieverbrauches ist in vielen Bereichen möglich. Und trotzdem: Technisch und technologisch müssen an allererster Stelle die Aufgaben der Prozesse erfüllt werden, um eine hohe Produktqualität zu gewährleisten.

Prof. Martin Krottenthaler, HSWT, gibt in diesem zweiteiligen Beitrag einen Überblick über Hintergründe und Potenziale zur Energieeinsparung beim Maischen und Läutern, beim Kochen und im Whirlpool. Denn Bierbrauen ist zwar ein energieintensiver Prozess, bei dem es aber trotzdem zahlreiche Stellschrauben gibt, an denen sich drehen lässt.

Maischen & Läutern

Es ist üblich, bei der Würzekühlung Warmwasser für den Einmaisch- und Anschwänzvorgang zu gewinnen. Niedrige Einmaischtemperaturen können jedoch zu einem Überschuss an Warmwasser führen, da weniger Warmwasser für den Hauptguss verwendet wird. Wenn der Warmwassertank überläuft, geht damit unnötig Energie verloren.

TIPP: Durch Zubrühen von Warmwasser zur Maische kann die Maische aufgeheizt werden. Die Menge Warmwasser lässt sich mit Gleichung 1 errechnen.

Vor allem bei Dekoktionsverfahren müssen Verdampfungsverluste vermieden werden, da es meist nicht wirtschaftlich ist, bei Maischgefäßen einen Pfannendunstkondensator zu installieren. Ein Aufheizen der Kochmaische auf maximal 95 °C ist für den physikalischen Aufschluss der Maischepartikel ausreichend und verhindert gleichzeitig Verdampfungsverluste. Dann besteht energetisch kein Unterschied zum Infusionsverfahren.

TIPP: Wenn Sie schon außerhalb der Brauerei die Schwaden vom Maischen riechen, haben Sie hier eine unerwünschte Verdampfung und damit Energieverlust.

Eine Absenkung der Heizmittelvorlauftemperatur kann den Wirkungsgrad des Dampfkessels erhöhen und somit Energie sparen. Die Aufheizrate der Gesamtmaische nach DIN 8777 ist mit 0,5 – 1,0 K/min angegeben, um die Maischezeit möglichst kurzzuhalten. Für Kochmaische gilt ein Wert von 1,0 – 1,5 K/min. Grundsätzlich sind Abweichungen tolerabel, wenn die enzymatischen Prozesse beim Maischen zufriedenstellend verlaufen. Kontrolliert wird dies über Würze- und Bieranalysen sowie über den Verlauf der Gärung und Reifung.

TIPP: Prüfen Sie, ob die Maischezeit einen Engpass im Sudrhythmus darstellt und ob die Temperatur des Heizmediums abgesenkt werden kann!

Ein Aufheizen auf Verkleisterungstemperatur (Gerstenmalz ca. 62 – 65 °C) und Verzuckerungstemperatur (ca. 72 – 78 °C) ist zur Extraktlösung bzw. Sudhausausbeute notwendig. Die Läutertemperatur soll möglichst hoch sein, um die Viskosität und folglich die Läuterzeit geringzuhalten. Maximal dürfen 80 °C erreicht werden, da sonst die Alpha-Amylase und somit die Verzuckerung inaktiviert wird. Es droht ein Blausud, der eine Jodfärbung zeigt und im Bier zu Trübungen und Filtrationsproblemen führen sowie die mikrobiologische Anfälligkeit erhöhen kann.

TIPP: Prüfen Sie die Isolierung Ihres Läuterbottichs!

Würzekochen

Ein Erhitzen der Würze auf mindestens 90 °C hat sich bewährt, um den klassischen Biergeschmack zu erhalten, den die Konsumenten gewöhnt sind. Maßgeblich ist hierfür die Maillard-Reaktion, also die nicht-enzymatische Bräunungsreaktion. Sie ist auch verantwortlich für die Farbe und das Aroma vieler Spezialmalze.

Meist wird die Würze unter atmosphärischem Druck oder Überdruck gekocht, sodass Temperaturen von 95 – 105 °C erreicht werden. Aufgaben des Prozesses sind unter anderem die Eiweißkoagulation, Hopfen­isomerisierung, Inaktivierung von Enzymen und Spaltung des DMS-P (Dimethylsulfid-Precursors) – Prozesse, die mit steigenden Temperaturen schneller ablaufen. Der Biercharakter, also Geschmack und Aroma, werden hierdurch ebenfalls beeinflusst.

Durch die Verdampfung von Wasser erhöht sich die Stammwürze. Für die Energieeinsparung soll die Gesamtverdampfung aber reduziert werden. Wird weniger verdampft, verringert sich die Wassermenge für Haupt- und Nachguss. Hier gilt es, die optimale Sudhausausbeute bei gleichzeitig minimaler Verdampfung zu finden.

Zu beachten ist jetzt die Glattwassernutzschwelle. Sie beschreibt diejenige Glattwasserkonzentration, bei der der Läutervorgang beendet werden sollte. Ein weiteres Auslaugen der Treber würde zwar zu einem Extraktgewinn führen, jedoch wären die Energiekosten zum Verdampfen des überschüssigen Wassers höher als die Kosteneinsparung beim Malzeinsatz. Will man länger abläutern, dann kann das überschüssige Glattwasser aber auch bei einem anderen Sud eingesetzt werden (Glattwasserwiederverwendung).

Die Verdampfung beeinflusst den Biergeschmack. Aromastoffe wie DMS, Streckeraldehyde aus der Maillard-Reaktion sowie Hopfenaromastoffe werden ausgedampft. Es hat sich gezeigt, dass innerhalb von 10 – 20 Minuten viele der oben genannten Aromastoffe weitgehend ausgedampft sind. Längere Kochung führt dann zu einem Gleichgewicht zwischen Bildung und Ausdampfung, sodass die Konzentration in der Würze gleichbleibt. Durch eine Kochpause können die temperaturbedingten Reaktionen weiterlaufen und gleichzeitig die energetischen Verluste durch die Verdampfung reduziert werden.

TIPP: Bringen Sie die Würze zum Kochen, halten Sie die Würze in der anschließenden Kochpause auf Kochtemperatur, ohne zu verdampfen. Dann kochen Sie die Würze 10 – 20 Minuten mit Verdampfung, bevor Sie sie in den Whirlpool ausschlagen!

Die oben beschriebenen Sachverhalte gelten für alle Kochsysteme. Es haben sich viele unterschiedliche Kochsysteme in der Praxis bewährt. Dennoch kann die Parametrierung aller Kochsysteme im Hinblick auf eine Energieeinsparung optimiert werden. Ein Beispiel: Bei Energiespeicher und Läuterwürzevorerhitzung sollte die Verdampfung bei einem Sud so hoch sein, dass die gesamte Energie zum Aufheizen des Folgesudes verwendet werden kann. Es gibt ein Optimum (Gleichung 2).

Weitere Beispiele: Bei der Verwendung eines Brüdenverdichters schlagen nur z. B. die Stromkosten während der Kochzeit zu Buche. Eine Kochzeitverkürzung bringt meist wenig Energieeinsparung. Bei Vakuumverdampfungssystemen ist die Verdampfung mit einer Abkühlung der Würze verbunden. Ist kein Energierückgewinnungssystem vorhanden, sollte die Gesamtverdampfung minimiert werden.

Betriebs-Warmwasser, das im Sudhaus z. B. am Pfannendunstkondensator gewonnen werden kann, wird oft in anderen Bereichen des Betriebes (z. B. Kellerbereich, Abfüllung, Büroräume) genutzt. Hier sollte die Sinnfälligkeit derartiger Warmwassernetze geprüft werden, denn oft sind dezentrale Wärmeerzeugungen wirtschaftlicher.

Weiter geht’s mit Tipps zur effizienten Whirlpool-Arbeit im zweiten Teil dieses Beitrags.