Ener­gie­ein­satz in der Brauerei

Aus Sicht des Ener­gie­ein­sat­zes ist Bier ein rela­tiv undank­ba­res Pro­dukt. Zuerst wird die Mai­sche über lan­ge Zei­ten warm gehal­ten, dann wird gekocht, nur um im Anschluss wie­der zu küh­len, und zwar im Fal­le von unter­gä­ri­gem Bier um ca. 90°C. Kein Wun­der also, dass Ener­gie und Ener­gie­kos­ten schon immer eine trei­ben­de Kraft für Inno­va­tio­nen in der Brau­in­dus­trie waren, und tat­säch­lich wur­den hier in den letz­ten Jahr­zehn­ten extre­me Ver­bes­se­run­gen gemacht. Zum einen war es mög­lich den pri­mä­ren Ener­gie­ein­satz ste­tig zu ver­rin­gern, zum ande­ren wur­den immer wei­te­re Mög­lich­kei­ten der Ener­gie­rück­ge­win­nung entwickelt.

Ener­gie­land­kar­te einer Brauerei

In der Braue­rei tritt Ener­gie bzw. der Ener­gie­ver­brauch in ver­schie­de­nen For­men und in den unter­schied­li­chen Pro­zes­sen der Bier­her­stel­lung auf. Rein phy­si­ka­lisch gibt es zwar kei­ne Käl­te­en­er­gie, der Ein­fach­heit hal­ber wer­de ich die­sen gän­gi­gen Begriff aber übernehmen.

Schau­en wir uns zunächst ver­ein­facht den Brau­pro­zess an:

Um einen bes­se­ren Über­blick über die Ener­gie­art, den Ener­gie­trä­ger und den Pro­zess­schritt, in dem die­se ver­braucht wer­den, zu gewin­nen, habe ich die­se Infor­ma­tio­nen als Matrix angeordnet:

Fosi­le Energieträger /
Elek­tri­sche Energie
Elek­tri­sche EnergieMög­lich­kei­ten
Pro­zessWär­meKäl­teBewe­gungDruck­luftCO2der Energie-
rückgewinnung
Mai­schenXXX
Läu­ternX
KochenX
Whirl­poolX
Wür­ze­küh­lungXXX
Anstel­lenXX
Haupt­gä­rungXX
Lage­rungX(X)
Fil­tra­ti­onXXX
Abfül­lungXXXX
Tabel­le 1: Ener­gie­ar­ten und Ener­gie­trä­ger nach Prozessschritten

Dabei ent­fal­len etwa 75% des Ver­brauchs auf die Wär­me­er­zeu­gung und 25% auf elek­tri­sche Ener­gie. [ ] Der Gesamt­ener­gie­be­darf teilt sich dabei wie folgt auf die ein­zel­nen Ver­brau­cher auf [ ]:

Ener­gie­artVer­brau­cherAnteil an Energieverbrauch
Elek­tri­sche EnergieSchro­te­rei und Sudhaus10–15%
Gär‑, Lager‑, Filter- und Drucktankkeller10–15%
Flaschen- und Fassabfüllung15–20%
Käl­te­an­la­ge25–40%
Kes­sel­haus, Druck­luft, CO2, Was­ser­auf­be­rei­tung und Sonstiges10%
Beleuch­tung10%
Wär­meMai­schen15–20%
Wür­ze­be­rei­tung30–45%
Abfül­lung15–25%
Gebäu­de­hei­zung und Sonstiges15%
Tabel­le 2: Ener­gie­ver­brauch in der Braue­rei nach Verbraucher

Ener­gie­ver­brauch heute

Um den Ener­gie­ver­brauch ver­gleich­bar zu machen, hat sich in der Brau­in­dus­trie die Kenn­zahl Kilo­watt­stun­den je Hek­to­li­ter Ver­kaufs­bier eta­bliert [kWh/​hl], die auch als spe­zi­fi­scher Ener­gie­ver­brauch bezeich­net wird.

Die­se Kenn­zahl wird von vie­len Fak­to­ren beein­flusst. Einer davon ist die Grö­ße der Braue­rei. Das lässt sich vor allem auf zwei Effek­te zurück­füh­ren. Je klei­ner die Braue­rei ist, des­to wahr­schein­li­cher wird nicht durch­ge­hend gebraut, wäh­rend Groß­braue­rei­en häu­fig im Schicht­be­trieb 24/​7 pro­du­zie­ren. Im dis­kon­ti­nu­ier­li­chen Betrieb sind aber die Ver­lus­te höher, da z.B. Anla­gen abküh­len. Außer­dem kann die Ener­gie wesent­lich weni­ger effi­zi­ent zurück­ge­won­nen bzw. wei­ter­ver­wen­det wer­den. So heizt z.B. das Küh­len des einen Suds auf Anstell­tem­pe­ra­tur das Ein­mai­sch­was­ser des nächs­ten Sudes auf.

Ein wei­te­rer Effekt sind Ener­gie­ver­lus­te. Grund­sätz­lich ist das Ver­hält­nis von Ober­flä­che, an der Ver­lus­te durch Abstrah­lung etc. auf­tre­ten, zum Volu­men bei klei­ne­ren Gefä­ßen und Rohr­lei­tun­gen schlech­ter als bei grö­ße­ren, das heißt ein klei­ne­res Gefäß hat mehr Ober­flä­che bei weni­ger Volu­men und damit mehr Verluste.

Die fol­gen­de Tabel­le gibt Richt­wer­te für den spe­zi­fi­schen Ener­gie­ver­brauch unter­schied­lich gro­ßer Braue­rei­en an.

Aus­stoßbis 20.000hl
20–50.000hl50–100.000hl100–500.000hl>500.000hl
Wär­me62,8kWh/hl58,7kWh/hl53kWh/​hl42,9kWh/hl28,5kWh/hl
Elek­tri­sche Energie18,2 kWh/​hl15,6 kWh/​hl14,1 kWh/​hl12,5 kWh/​hl10,9 kWh/​hl
Tabel­le 3: Spe­zi­fi­scher Ener­gie­ver­brauch für Braue­rei­en unter­schied­li­cher Grö­ßen­klas­sen [3]

Oft wer­den ja bei der Dis­kus­si­on Craft­bier vs. indus­tri­ell her­ge­stell­tes Bier die ver­meint­lich bes­se­ren Zuta­ten ins Feld geführt. Hier aber zeigt sich bereits ein ande­rer Fak­tor: wäh­rend der Klein­brau­er Ener­gie­kos­ten von 4,53 EUR je hl hat, gibt die Groß­braue­rei ledig­lich 2,28 EUR aus, wobei hier noch nicht mal unter­schied­li­che Ein­kaufs­prei­se auf Grund der höhe­ren Abnah­me berück­sich­tigt wur­den. [ ] [ ] [ ] Prof. Dr.-Ing. Mat­thi­as Putz nimmt den Anteil der Ener­gie­kos­ten an den gesam­ten Pro­duk­ti­ons­kos­ten mit etwa 5–10% an. [ ]

His­to­ri­sche Energiedaten

Dass der Fokus auf den Ener­gie­ver­brauch in Braue­rei­en kei­ne moder­ne Erfin­dung des erstar­ken­den Umwelt­be­wusst­seins ist, zei­gen diver­se Paten­te, wie etwa das von John Allen aus dem Jah­re 1729: ein neu­ar­ti­ger Befeue­rungs­ofen, der expli­zit ver­spricht, Brenn­stoff einzusparen.
Auch die Ein­füh­rung der soge­nann­ten Dampf­bier­braue­rei, also der Ein­satz von Heiz­dampf in der Braue­rei, geht vor allem auf die Energie- und Zeit­ein­spa­rung bei Auf­heiz­pro­zes­sen zurück. Zudem stand mit dem Dampf nun auch ein Ener­gie­trä­ger zur Ver­fü­gung, der mit­tels Dampf­ma­schi­ne in mecha­ni­sche Arbeit umge­setzt wer­den konnte.
Eine wei­te­re Trei­ben­de Kraft waren die bei­den Ölkri­sen 1973 und 1979/​80. Die­se fie­len zudem mit dem Zeit­punkt zusam­men, als ein gro­ße Anzahl an Braue­rei­en, die nach dem Ende des zwei­ten Welt­krieg die tech­ni­schen Anla­gen auf­ge­baut haben, drin­gend moder­ni­sie­ren muss­ten. So stell­ten vie­le Betrie­be z.B. ihre Pro­zes­se von Dekok­ti­on auf die ener­gie­spa­ren­de­re Infu­si­on um.

Ins­ge­samt lässt sich sagen, dass der spe­zi­fi­sche Ener­gie­be­darf in der Brau­in­dus­trie zwi­schen den 1970er Jah­ren und 2010 im Schnitt auf ein Vier­tel gefal­len ist. [ ] [ ]

Entwicklung des spezifischen Energiebedarfs je hl

Kon­zep­te der Zukunft

Dampf war und ist in der Pra­xis seit nun­mehr 200 Jah­ren einer der Haupt­en­er­gie­trä­ger in Braue­rei­en. Aller­dings sind hier auf Grund der Ver­lus­te von Dampf­sys­te­men Gren­zen bei der Ener­gie­ein­spa­rung gesetzt.

Nutzwärme und Energieverluste Dampfsystem

Das Nie­der­tem­pe­ra­tur­kon­zept, wie es z.B. von der Fir­ma Stein­ecker ange­bo­ten wird, macht sich dabei zu Nut­ze, dass in der Braue­rei eigent­lich kein Pro­zess Tem­pe­ra­tu­ren von über 100°C erfor­dert und damit eine Heiz­me­di­en­tem­pe­ra­tur von 115°C völ­lig aus­rei­chend ist. Damit wer­den die Ver­lus­te mini­miert. Ener­gie­spei­cher bau­en zudem Ver­brauchs­spit­zen ab. Mit sol­chen Sys­te­men lässt sich ein spe­zi­fi­scher Ener­gie­be­darf von unter 19kWh je hl Bier rea­li­sie­ren. [ ]

Ein Pro­blem der Ener­gie­rück­ge­win­nung in der Braue­rei besteht dar­in, dass ein rela­tiv hoher Anteil an Kühl­was­ser mit mode­ra­ten Tem­pe­ra­tu­ren anfällt. Dazu kom­men ener­gie­rei­che Rest­stof­fe, wie etwa Tre­ber, die der­zeit unge­nutzt blei­ben. Hier set­zen „ganz­heit­li­che“ Kon­zep­te an, die den Brau­pro­zess mit der Umge­bung der Braue­rei kop­peln. So las­sen sich, z.B. die Kühl­wäs­ser mit mode­ra­ten Tem­pe­ra­tu­ren als Fern­wär­me für braue­r­ei­na­he Haus­hal­te nut­zen. Eine ande­re Ener­gie­nut­zung stellt die Bio­ga­ser­zeu­gung aus Rest­stof­fen der Braue­rei, wie Tre­ber, Hefe und bio­lo­gisch belas­te­tem Abwas­ser da. Über die Nut­zung des so erzeug­ten Bio­ga­ses in einem Block­heiz­kraft­werk mit Kraft-​Wärme-​Kopplung lässt sich der Energie- bzw. CO₂-​Abdruck des Brau­pro­zes­ses sehr stark redu­zie­ren. [ ] [ ] [ ]

Kopplung des Brauprozesses mit der Umgebung der Brauerei

Einen wei­te­ren, sehr inter­es­san­ten Weg geht AB InBev in Bel­gi­en. Durch den andau­ern­den Trend zu alko­hol­frei­en und alko­hol­re­du­zier­ten Bie­ren fal­len in Bel­gi­en etwa 75.000l Etha­nol aus der Ent­al­ko­ho­li­sie­rung an. Die­ser wird von der bel­gi­schen Alco­group zu Bio­sprit ver­ar­bei­tet. Je Hek­to­li­ter wer­den so etwa 18l Sprit gewon­nen. [ ] Laut ADAC ist der Toyo­ta Yaris 1.5 Hybrid CVT mit 3.8l auf 100km das spar­sams­te Auto auf dem Deut­schen Markt. Wer also 25km zur Arbeit pen­delt, muss „nur“ etwas mehr als 10 Hal­be alko­hol­frei­es trin­ken um prak­tisch ener­gie­neu­tral zur Arbeit und zurück zu kommen.

Quel­len

[ ]

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