항저우 누주오 테크놀로지 그룹 유한회사

수제 맥주 양조장에서는 맥주 양조, 포장, 서빙 과정에서 놀라울 정도로 다양한 용도로 이산화탄소를 사용합니다. 예를 들어, 맥주나 제품을 탱크에서 탱크로 옮길 때, 제품을 탄산화할 때, 포장 전 산소를 정화할 때, 맥주를 포장할 때, 세척 및 살균 후 브릿지 탱크를 사전 세척할 때, 레스토랑이나 바에서 생맥주를 병에 담을 때 등이 있습니다. 이는 시작에 불과합니다.
보스턴에 위치한 도체스터 브루잉 컴퍼니의 수석 마케팅 매니저인 맥스 맥케나는 "저희는 양조장과 바 전체에서 이산화탄소를 사용합니다. 맥주를 제공하는 모든 단계에서 이산화탄소를 활용하는 것이죠."라고 말합니다.
다른 많은 수제 맥주 양조장과 마찬가지로 도체스터 브루잉도 양조 운영에 필요한 상업용 이산화탄소 부족에 직면해 있습니다(이 부족 현상의 모든 원인은 여기에서 확인할 수 있습니다).
맥케나는 "계약 덕분에 현재 이산화탄소 공급업체들은 시장의 다른 부분에서 가격이 인상되었음에도 불구하고 가격을 올리지 않았다"며 "현재까지는 유통망이 제한적인 부분에만 영향을 미치고 있다"고 말했다.
도체스터 브루잉은 이산화탄소 부족을 보완하기 위해 경우에 따라 이산화탄소 대신 질소를 사용합니다.
맥케나는 "많은 공정을 질소 방식으로 전환할 수 있었습니다."라고 말을 이었다. "가장 중요한 공정 중 일부는 캔 세척과 캔 포장 및 밀봉 과정에서 가스를 차단하는 것이었습니다. 이러한 공정에는 많은 양의 이산화탄소가 필요하기 때문에 이는 우리에게 가장 큰 변화입니다. 오랫동안 우리는 특수 질소 생산 설비를 운영해 왔습니다. 바에 필요한 모든 질소를 생산하기 위해 특수 질소 발생기를 사용했는데, 여기에는 전용 질소 라인과 맥주 블렌딩에 필요한 질소가 포함됩니다."
질소(N2)는 생산 비용이 가장 저렴한 불활성 가스로, 수제 맥주 양조장 지하실, 주류 판매점, 바 등에서 사용할 수 있습니다. 음료 제조에 있어 이산화탄소(CO2)보다 저렴하며, 지역에 따라 공급량도 더 많을 수 있습니다.
질소(N2)는 고압 실린더에 담긴 기체 형태나 듀어 용기 또는 대형 저장 탱크에 담긴 액체 형태로 구입할 수 있습니다. 또한 질소 발생기를 사용하여 현장에서 직접 생산할 수도 있습니다. 질소 발생기는 공기 중에서 산소 분자를 제거하는 방식으로 작동합니다.
질소는 지구 대기에서 가장 풍부한 원소(78%)이며, 나머지는 산소와 미량 기체입니다. 또한 질소를 사용하면 이산화탄소 배출량이 줄어들어 환경 친화적입니다.
맥주 양조 및 포장 과정에서 질소(N2)는 맥주에 산소가 들어가지 않도록 하는 데 사용될 수 있습니다. 적절하게 사용하면(대부분의 경우 탄산 맥주를 만들 때 이산화탄소(CO2)와 질소를 혼합합니다) 질소는 탱크 세척, 탱크 간 맥주 이송, 저장 전 케그 가압, 캡 아래 공기 주입 등에 활용될 수 있습니다. 질소는 맥주의 맛과 질감을 향상시키는 데에도 사용됩니다. 바에서는 수돗물 라인에 질소를 주입하여 질소화 효과를 내거나, 고압/장거리 이송 시 특정 비율의 이산화탄소와 혼합하여 생맥주의 거품 발생을 방지하는 데 사용됩니다. 또한, 공정 중 물의 탈기 과정에서 질소를 증발 가스로 사용할 수도 있습니다.
앞서 이산화탄소 결핍에 대한 글에서 언급했듯이, 질소는 모든 양조 과정에서 이산화탄소를 완벽하게 대체할 수 있는 것은 아닙니다. 이 두 기체는 분자량과 밀도가 다르기 때문에 서로 다른 특성을 보입니다.
예를 들어, 이산화탄소는 질소보다 액체에 더 잘 녹습니다. 이것이 바로 질소가 맥주에서 더 작은 기포를 만들고 입안에서 느껴지는 감촉이 다른 이유입니다. 양조업자들이 맥주를 질산화할 때 기체 질소 대신 액체 질소 방울을 사용하는 이유도 바로 이 때문입니다. 또한 이산화탄소는 질소에는 없는 약간의 쓴맛이나 신맛을 더해 맥주의 풍미를 바꿀 수 있다는 의견도 있습니다. 질소로 전환한다고 해서 이산화탄소 관련 문제가 모두 해결되는 것은 아닙니다.
브루어스 인스티튜트의 기술 양조 프로그램 책임자인 척 스케펙은 "잠재력은 있지만, 질소가 만병통치약이나 빠른 해결책은 아닙니다. 이산화탄소와 질소는 상당히 다르게 작용합니다. 이산화탄소를 제거하는 것보다 탱크 안의 공기와 질소가 더 많이 섞이게 되므로 더 많은 질소가 필요합니다. 이런 이야기를 정말 많이 듣습니다."라고 말합니다.
제가 아는 한 양조업자는 정말 똑똑하게도 이산화탄소를 질소로 대체하기 시작했는데, 그 결과 맥주에 산소가 훨씬 더 많이 함유되게 되었습니다. 그래서 지금은 질소와 이산화탄소를 혼합해서 사용하고 있는데, 좀 더 나은 결과를 얻고 있습니다. 단순히 "질소를 사용하면 모든 문제가 해결될 거야"라고 생각하는 것이 아니라, 실제로 연구를 통해 최적의 대체 방법을 찾아내는 사람들이 늘어나고 있다는 점이 고무적입니다.
이러한 가스들은 밀도가 다르기 때문에 공급 방식이 달라지며, 이로 인해 엔지니어링이나 보관 방식에 일부 변경이 필요할 수 있습니다. 알라가쉬 브루잉 컴퍼니(Allagash Brewing Co.)의 수석 양조사인 제이슨 퍼킨스가 가압 병입에는 이산화탄소(CO2)를, 밀봉 및 기포 제거에는 질소(N2)를 사용하도록 병입 라인과 가스 매니폴드를 업그레이드한 과정을 설명합니다. 보관 방식은 상황에 따라 다를 수 있습니다.
맥케나는 "질소를 얻는 방식 때문에 분명히 몇 가지 차이점이 있습니다."라고 말했습니다. "저희는 듀어 용기에 담긴 순수 액체 질소를 얻기 때문에 보관 방식이 이산화탄소 탱크와는 매우 다릅니다. 액체 질소 탱크는 크기가 작고, 이동식 바퀴가 달려 있으며, 냉동고에 보관됩니다. 저희는 이산화탄소를 질소로 전환하는 데 한 단계 더 나아갔지만, 맥주의 품질을 최상으로 유지하기 위해 효율적이고 책임감 있는 방식으로 전환하는 데 매우 신중을 기하고 있습니다. 어떤 경우에는 간단한 플러그 앤 플레이 교체로 충분했지만, 다른 경우에는 재료, 인프라, 제조 공정 등에 상당한 개선이 필요했습니다."
펜실베이니아주 외 지역에서 공기 압축기, 공기 건조기 및 공기 압축기 서비스를 제공하는 Titus Co.의 이 훌륭한 기사에 따르면 질소 발생기는 다음 두 가지 방식 중 하나로 작동합니다.
압력 스윙 흡착(PSA): 압력 스윙 흡착(PSA)은 탄소 분자체를 이용하여 분자를 분리하는 방식입니다. 이 분자체는 산소 분자와 같은 크기의 기공을 가지고 있어 산소 분자가 통과할 때 산소 분자를 포집하고 더 큰 질소 분자는 통과시킵니다. 그런 다음 발생기는 다른 챔버를 통해 산소를 방출합니다. 이 과정을 통해 질소 순도를 99.999%까지 높일 수 있습니다.
막 질소 발생 방식은 고분자 섬유를 이용하여 분자를 분리하는 원리로 작동합니다. 이 섬유는 속이 비어 있으며, 표면의 작은 기공은 산소는 통과시킬 수 있지만 질소 분자가 산소를 제거하기에는 너무 작습니다. 이 방식을 사용하는 발생기는 최대 99.5% 순도의 질소를 생산할 수 있습니다.
PSA 질소 발생기는 많은 양조장에서 요구하는 가장 순수한 형태의 질소인 초순수 질소를 대량으로 높은 유량으로 생산합니다. 초순수란 99.9995%에서 99%의 순도를 의미합니다. 멤브레인 질소 발생기는 99%에서 99.9%의 순도가 허용되는 소량, 저유량 방식의 대안이 필요한 소규모 양조장에 적합합니다.
최신 기술을 적용한 아틀라스 콥코 질소 발생기는 특수 다이어프램을 통해 압축 공기 흐름에서 질소를 분리하는 소형 산업용 공기 압축기입니다. 아틀라스 콥코는 수제 맥주 양조장을 주요 고객으로 삼고 있습니다. 아틀라스 콥코 백서에 따르면, 양조장들은 일반적으로 현장에서 질소를 생산하는 데 입방피트당 0.10달러에서 0.15달러를 지불합니다. 이 비용은 이산화탄소 생산 비용과 비교했을 때 어떻습니까?
아틀라스 코프코의 산업용 가스 사업 개발 매니저인 피터 아스키니는 “당사는 연간 생산량이 수천 배럴에서 수십만 배럴에 이르는 모든 양조장의 80%를 커버하는 6가지 표준 패키지를 제공합니다.”라고 말합니다. “양조장은 효율성을 유지하면서 성장에 맞춰 질소 발생기의 용량을 늘릴 수 있습니다. 또한 모듈식 설계 덕분에 양조장 규모가 크게 확장될 경우 두 번째 발생기를 추가할 수 있습니다.”
아스퀴니는 "질소를 사용하는 것은 이산화탄소를 완전히 대체하기 위한 것이 아닙니다."라고 설명하며, "하지만 와인 생산자들이 이산화탄소 소비량을 약 70%까지 줄일 수 있을 것으로 생각합니다. 가장 중요한 것은 지속가능성입니다. 어떤 와인 생산자든 자체적으로 질소를 생산하는 것은 매우 쉽습니다. 온실가스를 더 이상 사용하지 마세요."라고 덧붙였습니다. 환경에도 더 좋습니다. 첫 달부터 효과가 나타나 수익에 직접적인 영향을 미칠 것입니다. 구매 전에 효과가 나타나지 않으면 구매하지 마세요. 저희의 간단한 규칙은 다음과 같습니다. 드라이아이스와 같이 대량의 이산화탄소를 사용하는 제품 생산과 백신 운송에 필요한 이산화탄소 수요가 급증하고 있습니다. 미국의 양조장들은 공급량에 대한 우려를 표명하며 양조장의 필요에 맞는 가격을 유지할 수 있을지 고민하고 있습니다.
앞서 언급했듯이, 질소의 순도는 수제 맥주 양조업체에게 중요한 문제입니다. 이산화탄소와 마찬가지로 질소도 맥주나 맥아즙과 반응하여 불순물을 함께 운반합니다. 이러한 이유로 많은 식품 및 음료용 질소 발생기는 오일 프리 장치로 광고됩니다(아래 사이드바의 마지막 문장에서 오일 프리 압축기의 청결성 이점에 대해 자세히 알아보세요).
맥케나는 "이산화탄소를 공급받으면 품질과 오염 여부를 확인하는데, 이는 좋은 공급업체와 협력하는 데 있어 매우 중요한 부분입니다."라고 말했습니다. "질소는 조금 다르기 때문에 여전히 순수 액체 질소를 구매하고 있습니다. 또한, 자체 질소 발생기를 알아보고 가격을 비교하는 것도 검토 중입니다. 산소 흡수를 최소화하기 위해 순수 질소를 생산하는 데 중점을 두고 있습니다. 이는 잠재적인 투자라고 생각하며, 양조장에서 이산화탄소에 전적으로 의존하는 공정은 맥주 탄산화와 수돗물 관리뿐일 것입니다."
"하지만 꼭 명심해야 할 중요한 점이 하나 있습니다. 사소해 보일 수 있지만 맥주 품질 유지에 매우 중요한 부분인데, 질소 발생기는 산소 흡수와 산화 위험을 최소화하기 위해 소수점 둘째 자리까지(즉, 99.99% 순도) 질소를 생산해야 한다는 것입니다. 이러한 정확도와 순도를 위해서는 질소 발생기 가격이 더 비싸지만, 질소의 품질과 그에 따른 맥주의 품질을 보장할 수 있습니다."
양조업자는 질소를 사용할 때 많은 데이터와 품질 관리가 필요합니다. 예를 들어, 맥주를 탱크 사이로 이동시키기 위해 질소를 사용하는 경우, 탱크 내부와 탱크 또는 병 내부의 이산화탄소(CO2) 안정성을 전 과정에 걸쳐 모니터링해야 합니다. 어떤 경우에는 순수 질소가 용액에서 CO2를 제거하기 때문에 (예: 용기 충전 시) 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 따라서 일부 양조업자는 CO2와 질소를 50/50으로 혼합하여 용기를 채우는 반면, 어떤 양조업자는 질소 사용을 완전히 피하기도 합니다.
N2 전문가 팁: 유지보수에 대해 이야기해 보겠습니다. 질소 발생기는 "설정 후 신경 쓸 필요 없는" 장비에 가깝지만, 필터와 같은 소모품은 주기적으로 교체해야 합니다. 일반적으로 약 4,000시간마다 교체가 필요합니다. 에어 컴프레서를 관리하는 팀에서 질소 발생기도 관리해 드립니다. 대부분의 질소 발생기는 아이폰과 유사한 간단한 컨트롤러를 제공하며, 앱을 통해 원격으로 모든 기능을 모니터링할 수 있습니다.
탱크 퍼지는 질소 퍼지와 여러 면에서 다릅니다. 질소(N2)는 공기와 잘 섞이기 때문에 이산화탄소(CO2)처럼 산소(O2)와 반응하지 않습니다. 또한 질소는 공기보다 가볍기 때문에 탱크를 위에서 아래로 채우는 반면, 이산화탄소는 아래에서 위로 채웁니다. 저장 탱크를 퍼지하는 데에는 이산화탄소보다 질소가 더 많이 필요하며, 종종 더 많은 쇼트 블라스팅 작업이 요구됩니다. 그렇다면 여전히 비용을 절감할 수 있을까요?
새로운 산업용 가스로 인해 새로운 안전 문제도 발생합니다. 양조장에서는 직원들이 실내 공기 질을 시각적으로 확인할 수 있도록 산소 센서를 반드시 설치해야 합니다. 마치 요즘 냉장고에 질소 용기를 보관하는 것처럼 말입니다.
하지만 수익성이 이산화탄소 회수 설비 투자 비용을 쉽게 상쇄할 수 있습니다. 이번 웨비나에서 엔지니어링 회사인 Foth Production Solutions의 Dion Quinn은 질소 생산 비용은 톤당 8달러에서 20달러 사이인 반면, 이산화탄소 회수 설비를 이용한 이산화탄소 포집 비용은 톤당 50달러에서 200달러 사이라고 밝혔습니다.
질소 발생기의 장점 중 하나는 이산화탄소와 질소 공급 계약에 대한 의존도를 없애거나 최소화할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 양조장은 필요한 만큼 생산하고 저장할 수 있으므로 저장 공간을 절약할 수 있으며, 질소 병을 보관하고 운송할 필요가 없어집니다. 이산화탄소와 마찬가지로 질소의 운송 및 취급 비용은 고객이 부담해야 하지만, 질소 발생기를 사용하면 더 이상 문제가 되지 않습니다.
질소 발생기는 양조장 환경에 쉽게 통합할 수 있습니다. 소형 질소 발생기는 벽에 설치할 수 있어 바닥 공간을 차지하지 않고 조용하게 작동합니다. 이 질소 저장 백은 주변 온도 변화에 잘 견디며 온도 변동에 매우 강합니다. 실외 설치도 가능하지만 극한의 고온 및 저온 환경에는 권장하지 않습니다.
아틀라스 콥코, 파커 하니핀, 사우스텍 시스템즈, 밀카브, 홀텍 가스 시스템즈 등 많은 질소 발생기 제조업체가 있습니다. 아스퀴니는 소형 질소 발생기의 경우 5년 약정 구매 프로그램으로 월 약 800달러 정도의 비용이 들 수 있다고 말했습니다.
아스퀴니는 "결국 질소 냉각이 적합하다면 다양한 공급업체와 기술 중에서 선택할 수 있습니다."라고 말했습니다. "자신에게 맞는 것을 찾고 총 소유 비용(TCO)을 제대로 이해하며 장비별 전력 및 유지 보수 비용을 비교해야 합니다. 가장 저렴한 제품을 구매하는 것이 항상 최적의 선택은 아니라는 것을 알게 될 것입니다."
질소 발생 시스템은 공기 압축기를 사용하는데, 대부분의 수제 맥주 양조장에는 이미 공기 압축기가 있어서 편리합니다.
수제 맥주 양조장에서 사용되는 공기 압축기는 무엇인가요? 파이프와 탱크를 통해 유체를 밀어내는 데 사용됩니다. 공압 이송 및 제어에 필요한 에너지를 공급합니다. 맥아즙, 효모 또는 물에 공기를 주입합니다. 제어 밸브가 있습니다. 탱크 청소 중 진흙을 제거하고 구멍 청소를 돕기 위해 퍼지 가스를 공급합니다.
많은 양조 공정에서는 100% 오일 프리 공기 압축기를 특수 용도로 사용해야 합니다. 오일이 맥주와 접촉하면 효모가 죽고 거품이 사라져 맥주가 상하게 되기 때문입니다.
이는 보안상의 위험이기도 합니다. 식품 및 음료 산업은 매우 민감하기 때문에 엄격한 품질 및 순도 기준이 적용되며, 이는 당연한 조치입니다. 예를 들어, 10~15마력(7.5~11kW)의 Sullair SRL 시리즈 무오일 공기 압축기는 수제 맥주 양조장에 적합합니다. 양조장에서는 이러한 유형의 기계가 조용하다는 점을 선호합니다. SRL 시리즈는 48dBA까지 낮은 소음 수준을 제공하여 별도의 방음실 없이 실내에서 사용하기에 적합합니다.
양조장이나 수제 맥주 양조장처럼 깨끗한 공기가 필수적인 곳에서는 오일이 없는 공기가 필수적입니다. 압축 공기 속의 오일 입자는 후속 공정 및 생산을 오염시킬 수 있습니다. 많은 양조장이 연간 수천 배럴 또는 수 상자의 맥주를 생산하기 때문에 이러한 위험을 감수할 여유는 없습니다. 오일이 없는 압축기는 공기가 원료와 직접 접촉하는 용도에 특히 적합합니다. 포장 라인과 같이 원료와 공기가 직접 접촉하지 않는 경우에도 오일이 없는 압축기는 최종 제품의 청결도를 유지하여 안심하고 사용할 수 있도록 도와줍니다.