수제 맥주 양조장에서는 양조, 포장, 서빙 과정에서 놀라울 정도로 다양한 용도로 CO2를 사용합니다. 맥주나 제품을 탱크에서 탱크로 옮기거나, 제품을 탄화시키거나, 포장 전 산소를 정화하거나, 맥주를 포장하는 과정에서, 세척 및 살균 후 영국산 맥주 탱크를 미리 플러싱하거나, 레스토랑이나 바에서 생맥주를 병입하는 등 다양한 용도로 CO2를 사용합니다. 이는 단지 시작에 불과합니다.
보스턴에 본사를 둔 Dorchester Brewing Co.의 수석 마케팅 매니저인 맥스 맥케나는 "우리는 양조장과 바 전체에서 CO2를 사용합니다."라고 말했습니다. "우리는 모든 단계에서 맥주를 제공합니다."
많은 수제 양조장과 마찬가지로 Dorchester Brewing도 운영하는 데 필요한 상업용 품질의 CO2가 부족합니다(이 부족 현상에 대한 자세한 이유는 여기에서 확인할 수 있습니다).
맥케나는 "계약 덕분에 다른 시장의 가격 상승에도 불구하고 기존 CO2 공급업체들은 가격을 인상하지 않았습니다."라고 말했습니다. "지금까지는 주로 제한된 유통망에 영향을 미쳤습니다."
CO2 부족을 보완하기 위해 Dorchester Brewing에서는 어떤 경우에는 CO2 대신 질소를 사용합니다.
"많은 작업을 질소로 전환할 수 있었습니다."라고 맥케나는 덧붙였다. "가장 중요한 작업 중 하나는 캔 세척과 캔 포장 및 밀봉 과정에서 가스를 차단하는 작업이었습니다. 이러한 공정에는 많은 이산화탄소가 필요하기 때문에 이것이 저희에게는 단연 가장 큰 추가 작업입니다. 오랫동안 특수 질소 생산 시설을 운영해 왔습니다. 특수 질소 발생기를 사용하여 바(전용 질소 생산 라인과 맥주 블렌드)에 필요한 모든 질소를 생산합니다."
N2는 가장 경제적인 불활성 가스로, 수제 맥주 양조장 지하, 주류 판매점, 바 등에서 사용할 수 있습니다. N2는 음료 제조 시 CO2보다 저렴하며, 지역별 공급 상황에 따라 더 쉽게 구할 수 있습니다.
N2는 고압 실린더에 기체로, 듀어병이나 대형 저장 탱크에 액체로 구입할 수 있습니다. 질소는 질소 발생기를 사용하여 현장에서 생산할 수도 있습니다. 질소 발생기는 공기 중의 산소 분자를 제거하는 방식으로 작동합니다.
질소는 지구 대기에서 가장 풍부한 원소(78%)이며, 나머지는 산소와 미량 기체입니다. 또한 이산화탄소 배출량이 적어 환경 친화적입니다.
양조 및 포장 공정에서 N2는 맥주 내 산소 유입을 차단하는 데 사용될 수 있습니다. 제대로 사용하면 (대부분 탄산 맥주를 다룰 때 CO2와 N2를 혼합합니다) 탱크 세척, 맥주 이동, 보관 전 케그 가압, 캡 아래 공기 주입 등에 사용할 수 있습니다. 맛과 식감을 위한 재료입니다. 술집에서는 수돗물 라인에 니트로피브(nitropiv)를 사용하는 동시에 고압/장거리 적용에도 질소를 일정 비율의 CO2와 혼합하여 맥주 거품 발생을 방지합니다. 공정에 N2를 사용하는 경우, 물의 탈기 가스(boil-off gas)로도 사용할 수 있습니다.
CO2 결핍에 대한 이전 글에서 언급했듯이, 질소는 모든 양조 분야에서 CO2를 완벽하게 대체할 수 있는 것은 아닙니다. 이 두 기체는 서로 다른 작용을 하며, 분자량과 밀도가 서로 다릅니다.
예를 들어, 이산화탄소는 질소보다 액체에 더 잘 녹습니다. 이것이 질소가 맥주에 더 작은 기포를 발생시키고 다른 식감을 주는 이유입니다. 양조업자들이 맥주를 질산화하기 위해 기체 질소 대신 액체 질소 방울을 사용하는 이유입니다. 이산화탄소는 질소가 주지 못하는 쓴맛이나 신맛을 더해 풍미를 변화시킬 수 있다고 사람들은 말합니다. 질소로 전환한다고 해서 모든 이산화탄소 문제가 해결되는 것은 아닙니다.
"잠재력은 있습니다." 브루어스 연구소의 기술 양조 프로그램 책임자인 척 스케펙은 이렇게 말합니다. "하지만 질소는 만병통치약이나 빠른 해결책이 아닙니다. 이산화탄소와 질소는 상당히 다른 방식으로 작용합니다. 이산화탄소를 제거하는 것보다 탱크 안의 공기와 더 많은 질소가 섞이게 됩니다. 따라서 더 많은 질소가 필요하게 됩니다. 저는 이런 말을 자주 듣습니다.
제가 아는 한 양조업자는 정말 똑똑해서 이산화탄소를 질소로 대체하기 시작했는데, 그 맥주에는 산소가 훨씬 더 많았습니다. 그래서 지금은 질소와 이산화탄소를 혼합해서 사용하고 있는데, 운도 좀 더 따라주죠. 단순히 "이봐, 우리는 모든 문제를 해결하기 위해 질소를 사용하기 시작할 거야."라고 말하는 게 아닙니다. 이 문제에 대한 문헌이 많이 나와서 기쁩니다. 더 많은 사람들이 실제로 연구를 하고, 이 대체 방안에 대한 모범 사례를 제시하기 시작했습니다.
이러한 가스는 밀도가 다르기 때문에 공급 방식이 다를 수 있으며, 이로 인해 엔지니어링 또는 저장 방식에 변화가 생길 수 있습니다. Allagash Brewing Co.의 수석 양조업자인 제이슨 퍼킨스가 가압 용기 충전에는 CO2를, 실란트 및 버블 브레이커에는 N2를 사용하도록 병입 라인과 가스 매니폴드를 업그레이드하는 방법에 대해 이야기합니다. 저장 방식은 다를 수 있습니다.
"질소를 얻는 방식 때문에 확실히 몇 가지 차이점이 있습니다."라고 맥케나는 말했습니다. "듀어에서 순수 액체 질소를 얻기 때문에 보관 방식이 CO2 탱크와는 매우 다릅니다. CO2 탱크는 더 작고, 롤러에 장착되어 냉동고에 보관됩니다. 저희는 한 단계 더 발전시켰습니다. 이산화탄소에서 질소로 전환하는 방식이지만, 맥주의 모든 단계에서 최고 수준을 유지하기 위해 효율적이고 책임감 있는 전환 방식에 매우 신중을 기하고 있습니다. 핵심은 경우에 따라 플러그 앤 플레이 방식으로 간단히 교체할 수 있었지만, 다른 경우에는 자재, 인프라, 제조 방식 등에서 상당한 개선이 필요했습니다."
펜실베이니아 외 지역에서 공기 압축기, 공기 건조기 및 공기 압축기 서비스를 제공하는 The Titus Co.의 훌륭한 기사에 따르면, 질소 발생기는 다음 두 가지 방식 중 하나로 작동합니다.
압력 변동 흡착: 압력 변동 흡착(PSA)은 탄소 분자체를 사용하여 분자를 분리합니다. 이 분자체는 산소 분자와 같은 크기의 기공을 가지고 있어 산소 분자가 통과할 때 포집하고 더 큰 질소 분자는 통과시킵니다. 그 후, 발생기는 다른 챔버를 통해 산소를 방출합니다. 이 과정을 통해 질소 순도는 99.999%에 도달할 수 있습니다.
막 질소 생성. 막 질소 생성은 고분자 섬유를 사용하여 분자를 분리하는 방식으로 작동합니다. 이 섬유는 속이 비어 있으며, 표면 기공은 산소가 통과할 수 있을 만큼 작지만, 질소 분자가 가스 흐름에서 산소를 제거하기에는 너무 작습니다. 이 방법을 사용하는 생성기는 최대 99.5% 순도의 질소를 생산할 수 있습니다.
PSA 질소 발생기는 많은 양조장에서 필요로 하는 가장 순수한 질소인 초순도 질소를 대량과 높은 유량으로 생산합니다. 초순도란 99.9995%~99%를 의미합니다. 멤브레인 질소 발생기는 99%~99.9% 순도가 허용되는 저용량, 저유량 대안이 필요한 소규모 양조장에 이상적입니다.
최신 기술을 사용하는 Atlas Copco 질소 발생기는 압축 공기 흐름에서 질소를 분리하는 특수 다이어프램이 장착된 소형 산업용 공기 압축기입니다. 수제 맥주 양조장은 Atlas Copco의 주요 고객입니다. Atlas Copco 백서에 따르면, 양조업체는 일반적으로 현장에서 질소를 생산하는 데 세제곱피트당 0.10달러에서 0.15달러를 지불합니다. 이 비용은 CO2 비용과 어떻게 비교됩니까?
"저희는 연간 수천 배럴에서 수십만 배럴에 이르기까지 전체 양조장의 80%를 포괄하는 6가지 표준 패키지를 제공합니다."라고 Atlas Copco의 산업용 가스 사업 개발 매니저인 Peter Askini는 말합니다. "양조장은 효율성을 유지하면서 성장에 필요한 질소 발생기 용량을 늘릴 수 있습니다. 또한, 모듈식 설계 덕분에 양조장 운영이 크게 확장될 경우 추가 발생기를 추가할 수 있습니다."
"질소를 사용한다고 해서 이산화탄소를 완전히 대체할 수는 없습니다."라고 아스퀴니는 설명합니다. "하지만 와인메이커들이 소비량을 약 70% 줄일 수 있다고 생각합니다. 가장 큰 원동력은 지속 가능성입니다. 어떤 와인메이커든 스스로 질소를 생산하는 것은 매우 쉽습니다. 온실가스를 더 많이 사용하지 마세요." 환경에 더 좋은 방법입니다. 첫 달부터 효과가 나타나 최종 수익에 직접적인 영향을 미치므로 구매하기 전에 효과가 없다면 구매하지 마세요. 간단한 규칙은 다음과 같습니다. 백신 운반에 필요한 드라이아이스와 같은 제품을 생산하기 위해 이산화탄소 수요가 급증하고 있습니다. 미국 양조장들은 공급 수준에 대해 우려를 표명하고 있으며, 양조장의 요구에 맞춰 가격 수준을 유지할 수 있을지 고민하고 있습니다."
앞서 언급했듯이, 질소 순도는 수제 맥주 양조업체에게 중요한 문제입니다. 이산화탄소와 마찬가지로 질소는 맥주나 맥즙과 반응하여 불순물을 함께 운반합니다. 이러한 이유로 많은 식음료용 질소 발생기가 오일프리 제품으로 광고되는 것입니다(아래 사이드바의 마지막 문장에서 오일프리 컴프레서의 청결 이점에 대해 자세히 알아보세요).
"CO2를 공급받을 때 품질과 오염도를 확인합니다. 이는 좋은 공급업체와 협력하는 데 있어 매우 중요한 부분입니다."라고 맥케나는 말했습니다. "질소는 약간 다르기 때문에 여전히 순수 액체 질소를 구매합니다. 또 다른 고려 사항은 내부 질소 발생기를 찾고 가격을 책정하는 것입니다. 다시 말해, 산소 흡수를 제한하기 위해 Purity를 사용하여 생성된 질소에 중점을 둡니다. 우리는 이를 잠재적인 투자로 보고 있기 때문에 양조장에서 CO2에 전적으로 의존하는 유일한 공정은 맥주 탄산화와 수돗물 관리입니다.
하지만 정말 중요한 한 가지는, 다시 한번 강조하지만 간과하기 쉬운 부분이지만 맥주 품질 유지에 필수적인 부분입니다. 모든 질소 발생기는 산소 흡수와 산화 위험을 제한하기 위해 소수점 둘째 자리까지(즉, 99.99% 순도) 질소를 생산해야 한다는 것입니다. 이러한 수준의 정확도와 순도를 위해서는 질소 발생기 비용이 더 많이 들지만, 질소의 품질과 결과적으로 맥주의 품질을 보장합니다.
양조업자는 질소를 사용할 때 많은 데이터와 품질 관리가 필요합니다. 예를 들어, 양조업자가 탱크 간 맥주 이동에 질소(N2)를 사용하는 경우, 탱크 내부와 탱크 또는 병 내부의 이산화탄소(CO2) 안정성을 공정 전반에 걸쳐 모니터링해야 합니다. 경우에 따라 순수 질소(N2)는 용액에서 이산화탄소를 제거하기 때문에 제대로 작동하지 않을 수 있습니다(예: 용기에 맥주를 채울 때). 따라서 일부 양조업자는 용기에 이산화탄소와 질소(N2)를 50/50으로 혼합하여 채우는 반면, 다른 양조업자는 아예 사용하지 않습니다.
N2 전문가 팁: 유지 보수에 대해 이야기해 보겠습니다. 질소 발생기는 "설정하고 잊어버리는" 것과 거의 비슷하지만, 필터와 같은 일부 소모품은 반주기적으로 교체해야 합니다. 일반적으로 이 서비스는 약 4,000시간마다 필요합니다. 공기 압축기를 관리하는 팀이 발전기도 관리합니다. 대부분의 질소 발생기에는 iPhone과 유사한 간단한 컨트롤러가 포함되어 있으며, 앱으로 원격 모니터링 기능을 완벽하게 제공합니다.
탱크 퍼지는 여러 가지 이유로 질소 퍼지와 다릅니다. 질소(N2)는 공기와 잘 섞이므로 이산화탄소(CO2)처럼 산소(O2)와 반응하지 않습니다. 또한 질소(N2)는 공기보다 가벼워 탱크를 위에서 아래로 채우는 반면, 이산화탄소(CO2)는 아래에서 위로 채웁니다. 저장 탱크를 퍼지하는 데는 이산화탄소(CO2)보다 질소(N2)가 더 많이 필요하며, 종종 샷 블라스팅(shot blasting)이 더 많이 필요합니다. 그래도 비용을 절약하고 계신가요?
새로운 산업용 가스와 관련하여 새로운 안전 문제도 발생합니다. 양조장에서는 직원들이 실내 공기질을 시각적으로 확인할 수 있도록 산소 센서를 반드시 설치해야 합니다. 마치 요즘 냉장고에 질소(N2) 듀어를 보관하는 것과 같습니다.
하지만 수익성은 CO2 회수 플랜트를 훨씬 능가할 수 있습니다. 이 웨비나에서 엔지니어링 회사인 Foth Production Solutions의 Dion Quinn은 N2 생산 비용이 톤당 8달러에서 20달러 사이인 반면, 회수 플랜트를 이용한 CO2 포집 비용은 톤당 50달러에서 200달러라고 설명합니다.
질소 발생기의 장점은 CO2와 질소의 계약 및 공급에 대한 의존도를 없애거나 최소한 낮출 수 있다는 것입니다. 양조장에서 필요한 만큼 생산하고 보관할 수 있으므로 저장 공간이 절약되고, 질소 병을 보관하고 운반할 필요가 없습니다. CO2와 마찬가지로 질소의 운송 및 취급 비용은 고객이 부담합니다. 질소 발생기를 사용하면 이러한 문제가 더 이상 발생하지 않습니다.
질소 발생기는 양조장 환경에 쉽게 통합할 수 있습니다. 소형 질소 발생기는 벽면에 설치하여 바닥 공간을 차지하지 않고 조용하게 작동합니다. 이 질소 발생기는 주변 온도 변화에도 잘 견디며 온도 변화에도 매우 강합니다. 실외 설치도 가능하지만, 극한의 고온 및 저온 환경에는 권장하지 않습니다.
Atlas Copco, Parker Hannifin, South-Tek Systems, Milcarb, Holtec Gas Systems 등 질소 발생기 제조업체가 많습니다. Asquini는 5년 임대-소유(LSE) 프로그램을 이용하면 소형 질소 발생기 한 대의 월 비용이 약 800달러가 될 수 있다고 말했습니다.
"결국 질소가 자신에게 맞다면 다양한 공급업체와 기술 중에서 선택할 수 있습니다."라고 아스퀴니는 말했습니다. "어떤 제품이 자신에게 맞는지 확인하고, 총소유비용(TCO)을 정확히 이해해야 하며, 각 장치 간의 전력 및 유지 관리 비용을 비교해 보세요. 가장 싼 제품을 구매하는 것이 자신의 업무에 적합하지 않다는 것을 알게 될 것입니다."
질소 발생기 시스템은 공기 압축기를 사용하는데, 대부분의 수제 맥주 양조장에서는 이미 공기 압축기를 갖추고 있어 편리합니다.
수제 맥주 양조장에서는 어떤 공기 압축기를 사용하나요? 파이프와 탱크를 통해 유체를 밀어냅니다. 공압 이송 및 제어를 위한 에너지입니다. 맥즙, 효모 또는 물의 통기입니다. 제어 밸브입니다. 청소 중 탱크에서 진흙을 제거하고 구멍 청소를 돕기 위한 퍼지 가스입니다.
많은 양조장에서는 100% 오일프리 공기 압축기를 특별히 사용해야 합니다. 오일이 맥주에 닿으면 효모가 죽고 거품이 뭉개져 음료의 품질이 떨어지고 맥주의 맛도 나빠집니다.
보안 위험도 있습니다. 식음료 산업은 매우 민감하기 때문에 엄격한 품질 및 순도 기준이 적용되며, 이는 당연한 일입니다. 예를 들어, 10~15마력(7.5~11kW)의 Sullair SRL 시리즈 오일프리 공기 압축기는 수제 맥주 양조장에 적합합니다. 양조장에서는 이러한 유형의 기계가 제공하는 정숙성을 선호합니다. SRL 시리즈는 최대 48dBA의 낮은 소음 수준을 제공하여 별도의 방음실 없이도 실내에서 사용하기에 적합합니다.
양조장이나 수제 맥주 양조장처럼 깨끗한 공기가 중요한 곳에서는 오일프리 공기가 필수적입니다. 압축 공기의 오일 입자는 후속 공정과 생산 과정을 오염시킬 수 있습니다. 많은 양조장에서 매년 수천 배럴 또는 여러 상자의 맥주를 생산하기 때문에 누구도 그러한 위험을 감수할 여유가 없습니다. 오일프리 컴프레서는 특히 공기가 원료와 직접 접촉하는 분야에 적합합니다. 포장 라인처럼 원료와 공기가 직접 접촉하지 않는 분야에서도 오일프리 컴프레서는 최종 제품을 깨끗하게 유지하여 안심할 수 있도록 도와줍니다.
게시 시간: 2023년 1월 6일