Ener­gie­spa­ren für Hobbybrauer

Die aktu­el­le Situa­ti­on der explo­die­ren­den Ener­gie­prei­se machen auch die Ener­gie­ein­spa­rung für Hob­by­brau­er zu einer loh­nen­den Über­le­gung. Aber wo und wie viel kann man wirk­lich einsparen?

Im Arti­kel „Ener­gie­ein­satz in der Braue­rei” hat Jan das The­ma für kom­mer­zi­el­le Braue­rei­en beleuch­tet. Dort wie beim Hob­by­brau­en sind die gro­ßen Ener­gie­ver­brau­cher im Sud­haus (Mai­schen, Kochen) und bei der Kühl­tech­nik zu suchen.

Was­ser erhitzen

Ein klei­nes Expe­ri­ment soll zei­gen, wie schon die Aus­wahl des Was­ser­ko­chers den Ener­gie­ver­brauch bei der Berei­tung kochen­den Was­sers beein­flusst. Es wird 1 Liter Was­ser von 15 auf 98°C erhitzt. Als Kocher ste­hen ein Was­ser­ko­cher mit im Was­ser lie­gen­der Heiz­wen­del und 1,9 kW Leis­tung, ein Induk­ti­ons­koch­feld mit 3,5 kW Leis­tung und 10 Liter Edel­stahl­topf sowie eine gute alte elek­tri­sche Koch­plat­te mit 1,6 kW Leis­tung umd dem sel­ben Topf zur Ver­fü­gung. Der Ener­gie­ver­brauch wird mit einem han­dels­üb­li­chen Ener­gie­kos­ten­mess­ge­rät (Pol­lin PMB‑2) ermit­telt – sicher nicht ganz exakt, aber für unse­re Zwe­cke aus­rei­chend genau.

Theo­re­tisch berech­net sich die Ener­gie für das Erhit­zen mit

\[ Q=m \cdot c \cdot \Delta T \]

wobei m die Mas­se des Was­sers von 1kg, c die spe­zi­fi­sche Wär­me­ka­pa­zi­tät des Was­sers von 4,19 kJ/(kg \cdot K) und \Delta T die Tem­pe­ra­tur­dif­fe­renz zwi­schen 15 und 98 ^\circ C, also 83 K ist. Das Ergeb­nis in Kilo­joule wird noch mit 1kJ = 0,000278 kWh umge­rech­net. Es ergibt sich

\[ Q = 1 kg \cdot 4,19 \frac{kJ}{kg \cdot K} \cdot 83 K = 348 kJ = \uuline{0,097 kWh} \]

Zu die­ser theo­re­ti­schen Ener­gie­men­ge addiert sich noch die Ener­gie für das Erhit­zen von Topf und Kocher sowie Ver­lus­te durch Kon­vek­ti­on und Strah­lung. Hier das Ergeb­nis des Versuchs:

GerätLeis­tungDau­erEner­gie­ver­brauchKos­tenVer­hält­nis
Was­ser­ko­cher1,9 kW3min0,107 kWh0,04 €100%
Induk­ti­ons­ko­cher3,5 kW3min0,167 kWh0,07 €156%
Elek­tro­koch­plat­te1,6 kW11min0,272 kWh0,11 €254%
Ener­gie­ver­brauch beim Erhit­zen von 1 Liter Was­ser von 15 auf 98°C

Die Unter­schie­de sind deut­lich: Sie­ger ist mit Abstand der Was­ser­ko­cher, der mit sei­ner innen lie­gen­den Heiz­wen­del die Ener­gie direkt und mit sehr gerin­gen Ver­lus­ten auf das Was­ser über­trägt. Dafür benö­tigt er nur 0,107 kWh und kommt mit einem Wir­kungs­grad von über 90% dem theo­re­tisch Mög­li­chen sehr nahe.

Im Mit­tel­feld liegt das Induk­ti­ons­koch­feld. Es braucht mit 0,167 kWh gut 50% mehr Ener­gie. Sein elek­tro­ma­gne­ti­sches Feld indu­ziert zum Hei­zen Wir­bel­strö­me direkt im Koch­topf­bo­den und über­trägt damit die Ener­gie noch rela­tiv ver­lust­arm. Durch sei­ne hohe Leis­tung von 3,5 kW ist es zumin­dest eben­bür­tig in punc­to Geschwin­dig­keit. Außer­dem punk­tet es damit, dass man die Topf­grö­ße an die Was­ser­men­ge anpas­sen kann. Bei guter Iso­lie­rung kann das Koch­feld mit einem ent­spre­chend gro­ßen Topf bis zu 50 Liter Was­ser in akzep­ta­bler Zeit zum Kochen bringen.

Abge­schla­gen ist die tra­di­tio­nel­le elek­tri­sche Koch­plat­te, die mit 0,272 kWh gut 2½ mal so viel Ener­gie wie der Was­ser­ko­cher für das Erhit­zen des Was­sers braucht. Das liegt an der ver­lust­rei­chen Wär­me­lei­tung zwi­schen Koch­plat­te und Topf­bo­den und an den gro­ßen, trä­gen Mas­sen der Koch­plat­te, die zunächst mit erhitzt wer­den müs­sen und dann beim Abschal­ten noch unnö­tig lan­ge nach­hei­zen. Letz­te­res wür­de sich bei einer grö­ße­ren Was­ser­men­ge und geschick­ter Steue­rung etwas rela­ti­vie­ren, ändert aber nichts am letz­ten Platz für die­sen Oldtimer.

Ein Ein­koch­topf mit außen lie­gen­der Heiz­spi­ra­le wür­de sich übri­gens zwi­schen Induk­ti­ons­ko­cher und Koch­plat­te ein­ord­nen, weil er zwar eine fast eben­so schlech­te Wär­me­über­tra­gung wie die Koch­plat­te hat, aber nicht so trä­ge ist.

Fazit: wo immer Was­ser erhitzt wer­den muss, greift man am bes­ten zum Was­ser­ko­cher. Bei grö­ße­ren Men­gen schlägt sich das leis­tungs­star­ke Induk­ti­ons­koch­feld zwar ener­ge­tisch etwas schlech­ter, punk­tet aber mit Geschwin­dig­keit und varia­blem Volumen.

Die Kos­ten habe ich übri­gens mit dem aktu­el­len Durch­schnitts­preis von 0,39 €/​kWh berech­net (Stand Mit­te März 2022). Bei den momen­ta­nen Stei­ge­rungs­ra­ten für Ener­gie­prei­se dürf­te sich der Unter­schied wei­ter vergrößern.

Iso­la­ti­on

Sowohl beim Erhit­zen als auch beim Hal­ten einer Tem­pe­ra­tur ver­liert ein hei­ßes Gefäß über sei­ne Außen­flä­che Ener­gie. Das geschieht einer­seits durch Kon­vek­ti­on, also Abga­be der Wär­me an vor­über­strei­chen­de Luft, und ande­rer­seits durch (Wärme-)Strahlung der hei­ßen Topf­wand. Ent­schei­dend für den Ener­gie­ver­lust sind Tem­pe­ra­tu­ren, Flä­che und Wär­me­leit­fä­hig­keit des Gefäß­ma­te­ri­als und der Wär­me­über­gangs­wi­der­stand zwi­schen Topf und Medien.

Je klei­ner die Flä­che der Topf­wand ist, des­to weni­ger Wär­me kann abge­ge­ben wer­den. Des­we­gen soll­te die Topf­grö­ße immer an die Was­ser­men­ge ange­passt wer­den – zu gro­ße Töp­fe ver­lie­ren unnö­tig viel Ener­gie über ihre gro­ße Wandfläche.

Die Tem­pe­ra­tur der Topf­wand folgt der Was­ser­tem­pe­ra­tur und ist durch dem Maisch­plan und beim Kochen gege­ben. Durch Iso­la­ti­on kann aber die Wär­me­ab­ga­be durch Strah­lung ver­rin­gert wer­den, denn die Ober­flä­che des Iso­la­ti­ons­ma­te­ri­als bleibt nahe­zu auf Umge­bungs­tem­pe­ra­tur. Auch die Ver­lus­te über Kon­vek­ti­on wer­den durch die küh­le­re Außen­flä­che stark verringert.

Die Höhe der Ver­lus­te ist theo­re­tisch bere­chen­bar, aber das Sys­tem mit Topf, Deckel, Koch­plat­te und even­tu­ell sogar Rühr­werk ist so kom­plex, dass ein ein­fa­ches Expe­ri­ment sinn­vol­ler erscheint.

Dies­mal erhit­zen wir 7 Liter Was­ser in einem Topf von 15°C auf 80°C, las­sen das Was­ser dann bei einer Umge­bungs­tem­pe­ra­tur von 15°C abküh­len und mes­sen peri­odisch die Tem­pe­ra­tur. Der Ver­such wird ein­mal mit und ein­mal ohne Iso­lie­rung des Top­fes durch­ge­führt. Als Iso­lie­rung dient eine 20mm star­ke, um den Topf gewi­ckel­te Armaflex-​Platte (\lambda=40\frac{W}{m \cdot K}).

Das Hei­zen dau­ert in bei­den Fäl­len knapp 12 Minu­ten und ver­braucht etwa 0,65 kWh Ener­gie. Die Tem­pe­ra­tur schwingt leicht um 1°C über und fällt dann nahe­zu line­ar ab.

Ohne Iso­lie­rung fällt die Tem­pe­ra­tur um etwa 0,2°C pro Minu­te. Beim Mai­schen in einer Single-​Step-​Infusion müss­te man also alle 10 Minu­ten nach­hei­zen, wenn man im Bereich von ±1K um die Ziel­tem­pe­ra­tur blei­ben will.

Mit Iso­lie­rung fällt die Tem­pe­ra­tur nur etwa halb so schnell, also mit ca. 0,1°C pro Minu­te. Nach­hei­zen wäre erst nach 20 Minu­ten nötig.

Im Ver­suchs­auf­bau bleibt der Topf auf dem Koch­feld ste­hen und ver­liert so über den Boden noch rela­tiv viel Wär­me. Wenn man das Gefäß auch von unten iso­lie­ren kann, etwa indem man einen unbe­heiz­ten Maisch­bot­tich auf eine Iso­lier­plat­te stellt, kann man den Iso­la­ti­ons­ef­fekt noch verbessern.

Ener­gie­op­ti­mier­te Maischprogramme

In der fer­ne­ren Ver­gan­gen­heit war das Mai­schen oft ein sehr auf­wän­di­ger Pro­zess. Der Mai­sche wur­de der Zucker regel­recht abge­run­gen, weil die Brau­er den oft ungleich­mä­ßig und eher schlecht gelös­ten Mal­zen mit hohen Tem­pe­ra­tu­ren und lan­gen Maisch­zei­ten zu Lei­be rücken muss­ten. Auf die­se Wei­se ent­stan­den so auf­wän­di­ge Maisch­plä­ne wie das Drei­ma­isch­ver­fah­ren, in dem gleich drei mal eine Teil­mai­sche gekocht wurde.

Dreimaischverfahren: lang und energieintensiv

Dreimaischverfahren: lang und energieintensiv

Moder­ne Mal­ze sind bes­ser und vor allem zuver­läs­si­ger gelöst. Ein Blick in die Malz­ana­ly­sen (vgl. „Lesen und beur­tei­len einer Malz­ana­ly­se”) zeigt, dass die Ver­zu­cke­rungs­zeit bei hel­len Mal­zen meist unter 15 Minu­ten liegt, bei dunk­len unter 35 Minu­ten. War­um also stun­den­lan­ge Maisch­pro­gram­me, womög­lich noch mit Dekoktion?

Aus ener­ge­ti­scher Sicht ist ein Maisch­pro­gramm um so bes­ser, je kür­zer sei­ne Dau­er und je nied­ri­ger sei­ne Tem­pe­ra­tur ist. Über­lan­ge Maisch­zei­ten ver­lan­gen Nach­hei­zen der Mai­sche, und mehr­fa­ches Erhit­zen und Kochen von Teil­mai­schen kos­ten zusätz­lich Energie.

In die­ser Hin­sicht opti­mal dürf­te ein Einschritt-​Infusionsverfahren bei 65 – 69°C sein, bei dem rela­tiv dick an der Ober­gren­ze der Maisch­tem­pe­ra­tur in einen gut iso­lier­ten Bot­tich ein­ge­maischt wird. Sin­ken­de Tem­pe­ra­tu­ren wer­den durch ein- oder zwei­ma­li­ge Zuga­be von kochen­dem Was­ser (sie­he oben) aus­ge­gli­chen.

Single-Step-Infusion

Single-Step-Infusion: kurz und einfach - lediglich zweimal 1 Liter kochendes Wasser zum Nachheizen

Auch Mehrschritt-​Infusionsverfahren, am bes­ten mit einer Kom­bi­na­ti­on aus Zubrü­hen von kochen­dem Was­ser und Nach­hei­zen in einer iso­lier­ten Maisch­pfan­ne, sind alle­mal ener­gie­tech­nisch spar­sa­mer als jedes Dekoktionsverfahren.

Koch­zeit minimieren

Der Löwen­an­teil der Ener­gie wird beim Brau­en zum Kochen der Wür­ze benö­tigt. Hier läuft für einen 20-​Liter-​Sud der Ein­ko­cher mit 2kW Leis­tung für ein bis zwei Stun­den durch und ver­braucht dabei 2 – 4 kWh an Ener­gie. Jede Ver­kür­zung der Koch­zeit wür­de bares Geld sparen.

Lei­der lässt sich das nicht all zu weit trei­ben, denn eine gewis­se Min­dest­koch­zeit muss ein­ge­hal­ten wer­den. Ins­be­son­de­re das Aus­trei­ben von DMS und ande­rer uner­wünsch­ter Aro­men und die Iso­me­ri­sie­rung des Hop­fens brau­chen ihre Zeit. Trotz­dem kann man die in vie­len Rezep­ten übli­chen 90 Minu­ten Koch­zeit pro­blem­los auf 60 Minu­ten ver­kür­zen, wenn man die Was­ser­men­gen und Hop­fen­ga­ben ent­spre­chend anpasst.

Haupt- und/​oder Nach­guss müs­sen ins­ge­samt um die ver­rin­ger­te Ver­damp­fungs­men­ge redu­ziert werden.

Bei­spiel: bei 10% Ver­damp­fung pro Stun­de und einer Ver­kür­zung der Koch­zeit um 30 Minu­ten muss die Was­ser­men­ge von Haupt- und Nach­guss bei einem 20-​Liter-​Sud also um ins­ge­samt einen Liter ver­rin­gert werden.

Beim Hop­fen muss die ver­rin­ger­te Iso­me­ri­sie­rung der Bit­ter­ga­be aus­ge­gli­chen wer­den, wenn die Koch­zeit des Hop­fens ver­kürzt wird. Die zusätz­lich nöti­ge Hop­fen­men­ge rech­net man am bes­ten mit einem der Rezept-​Kalkulatoren aus. Als Dau­men­wert kann man bei einer Ver­kür­zung der Hopfen-​Kochzeit von 90 auf 60 Minu­ten von einer zusätz­lich nöti­gen (Bitter-)Hopfenmenge um 5 – 10% ausgehen.

Küh­lung

Küh­lung tref­fen wir im Hobby-​Braukeller gleich an meh­re­ren Stellen:

  • beim Küh­len der Wür­ze auf Anstelltemperatur
  • bei der Küh­lung wäh­rend der Gärung
  • beim Küh­len des Jung­biers wäh­rend der Reifung
  • bei Lage­rung und Aus­schank des Fertigbiers

Wäh­rend grö­ße­re Braue­rei­en gera­de bei der Wür­ze­küh­lung hohes Ein­spar­po­ten­ti­al durch Nut­zung der Abwär­me haben, arbei­tet der Hob­by­brau­er sel­ten so kon­ti­nu­ier­lich, dass er das war­me Kühl­was­ser gleich wie­der zum Ein­mai­schen nut­zen kann.

Zumin­dest kos­ten­mä­ßig lässt sich etwas spa­ren, wenn man das Kühl­was­ser nicht aus dem teu­ren Trink­was­ser ent­nimmt, son­dern mit Zisternen- oder Ober­flä­chen­was­ser arbei­ten kann. Auch die Rege­lung des Was­ser­durch­flus­ses nach der Tem­pe­ra­tur hilft beim Wassersparen.

Für die Küh­lung bei Gärung, Rei­fung und Lage­rung bie­tet sich im Hob­by­bereich ein geräu­mi­ger Kühl­schrank oder eine Gefrier­tru­he an. Oft wer­den die Gerä­te aus Kos­ten­grün­den vom Gebraucht­markt bezo­gen. Hier soll­te man genau­er hin­se­hen, denn bei älte­ren Gerä­ten droht ein Schock beim Blick auf die Energiebilanz.

Ein aktu­el­ler Kühl­schrank mit knapp 200 Liter Nutz­in­halt ver­braucht unter 80 kWh pro Jahr [ ]. Die Ent­wick­lung der Ver­bräu­che pro 100l Nutz­in­halt von 1980 bis 2005 zeigt fol­gen­de Tabel­le [ ]:

Bau­jahr198019851990199520002005 (A)2005 (A+)2005 (A++)
Kühl­schrän­ke (ohne Sternefach)2322131941611351007654
Kühl-​Gefrier-​Kombinationen2622102071661481158863
Gefrier­schrän­ke36830027926324715511884
Gefrier­tru­hen27921620018416313810675
Durch­schnitt­li­cher Ener­gie­ver­brauch von Kühl- und Gefrier­ge­rä­ten pro 100 Liter Nutz­in­halt und Jahr in kWh dif­fe­ren­ziert nach Bau­jahr bzw. Ener­gie­ef­fi­zi­enz­klas­se (Öko-​Institut, Rüdenau­er und Gensch 2005)

Die wei­te­re Ent­wick­lung seit 2005 hat den Durch­schnitts­ver­brauch noch ein­mal um gut 25% sin­ken las­sen. Wenn man also den 200-​Liter-​Kühlschrank-​Oldie von 1980 (rund 450 kWh Jah­res­ver­brauch) gegen ein moder­nes Gerät der bes­ten Effi­zi­enz­klas­se mit 72 kWh Jah­res­ver­brauch tauscht, kann man fast 380 kWh oder nach aktu­el­len Strom­kos­ten rund 150€ pro Jahr einsparen.

Zusätz­lich gel­ten natür­lich die bekann­ten Regeln für Kühl­ge­rä­te: bedarfs­ge­rech­ten, aber nicht zu gro­ßen Nutz­in­halt wäh­len, Tem­pe­ra­tur nicht zu nied­rig ein­stel­len, Stand­ort mit guter Belüf­tung des Wär­me­tau­schers wäh­len, kei­ne war­men Güter ein­fül­len, nicht unnö­tig öff­nen, bei Nicht­ge­brauch aus­schal­ten, Ver­damp­fer regel­mä­ßig rei­ni­gen und wenn nötig abtauen.

Im Zwei­fel soll­te man in einer typi­schen Nut­zungs­si­tua­ti­on ein Energieverbrauchs-​Messgerät anschlie­ßen, um den wah­ren Ver­brauch des eige­nen Kühl­schranks zu ermitteln.

Die Nut­zung der Abwär­me aus der Gär- und Bier­küh­lung ist im Hob­by­maß­stab lei­der kaum mög­lich. Trotz­dem habe ich einen Tipp parat, der den Kühl­en­er­gie­be­darf schlag­ar­tig verringert:

Ober­gä­rig Brauen!

Die höhe­ren Gär- und Lager­tem­pe­ra­tu­ren ober­gä­ri­ger Bie­re spa­ren in jeder der oben ange­spro­che­nen Kühl­pha­sen Mas­sen von Ener­gie. Beim Küh­len der Wür­ze kom­men wir ohne Pro­ble­me allein mit Was­ser auf die Anstell­tem­pe­ra­tur von – je nach Bier­typ – etwa 15 bis 23°C. Wei­te­res ener­gie­in­ten­si­ves Küh­len mit Eis­was­ser oder im Kühl­schrank entfällt.

Bei der Gärung reicht im All­ge­mei­nen die Küh­lung durch die Umge­bungs­luft. Not­falls muss der Gär­bot­tich in einen küh­len Kel­ler­raum trans­por­tiert wer­den. Soll­te doch ein Kühl­schrank nötig sein, kann er auf mini­ma­le Leis­tung ein­ge­stellt werden.

Die Rei­fung kann eben­so bei Umge­bungs­tem­pe­ra­tur erfol­gen. Will man für eine bes­se­re Klä­rung und Rei­fung das Jung­bier den­noch kühl rei­fen las­sen, rei­chen wesent­lich kür­ze­re Zei­ten als bei unter­gä­ri­gen Bieren.

Und schließ­lich wer­den Ales, Stouts und Co. auch bei höhe­ren Tem­pe­ra­tu­ren getrun­ken, was die Küh­lung in Lager und Aus­schank ver­ein­facht. Nicht nur dem Magen, son­dern auch den Aro­men tut es gut, ein Ale bei Kel­ler­tem­pe­ra­tur zu trinken.

Fazit

Ener­gie­spa­ren ist beim Hob­by­brau­en sicher nicht die obers­te Prio­ri­tät. Wir pro­du­zie­ren – ver­gli­chen mit einer grö­ße­ren Braue­rei – ins­ge­samt so teu­er, dass die paar Euro für die Ener­gie kaum ins Gewicht fal­len. Trotz­dem gibt es gute Grün­de, Ener­gie und damit Kos­ten zu spa­ren. Die Wahl des Was­ser­ko­chers, die Iso­la­ti­on des Maisch­bot­tichs und der Koch­pfan­ne sind so bekann­te Maß­nah­men wie ein mög­lichst effi­zi­en­tes Kühl­ge­rät. Viel Ener­gie spart aber auch, wer sich auf ober­gä­ri­ge Bie­re spe­zia­li­siert und damit die lan­gen Kühl­pha­sen und tie­fen Tem­pe­ra­tu­ren der Lager­bie­re vermeidet.


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