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
![\[ Q=m \cdot c \cdot \Delta T \]](https://braumagazin.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5a28ee2bd4e70ae2b8f4580c9eac161d_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
wobei 
die Masse des Wassers von 
, 
die spezifische Wärmekapazität des Wassers von 
und 
die Temperaturdifferenz zwischen 
und 
, also 
ist. Das Ergebnis in Kilojoule wird noch mit 1kJ = 0,000278 kWh umgerechnet. Es ergibt sich
![\[ Q = 1 kg \cdot 4,19 \frac{kJ}{kg \cdot K} \cdot 83 K = 348 kJ = \uuline{0,097 kWh} \]](https://braumagazin.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ee0c257bee4d11b662bcdd3dbeaf654f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
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:
| Gerät | Leistung | Dauer | Energieverbrauch | Kosten | Verhältnis |
|---|---|---|---|---|---|
| Wasserkocher | 1,9 kW | 3min | 0,107 kWh | 0,04 € | 100% |
| Induktionskocher | 3,5 kW | 3min | 0,167 kWh | 0,07 € | 156% |
| Elektrokochplatte | 1,6 kW | 11min | 0,272 kWh | 0,11 € | 254% |
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 (
).
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
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: 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 :
| Baujahr | 1980 | 1985 | 1990 | 1995 | 2000 | 2005 (A) | 2005 (A+) | 2005 (A++) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kühlschränke (ohne Sternefach) | 232 | 213 | 194 | 161 | 135 | 100 | 76 | 54 |
| Kühl-Gefrier-Kombinationen | 262 | 210 | 207 | 166 | 148 | 115 | 88 | 63 |
| Gefrierschränke | 368 | 300 | 279 | 263 | 247 | 155 | 118 | 84 |
| Gefriertruhen | 279 | 216 | 200 | 184 | 163 | 138 | 106 | 75 |
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.
Abbildungen:
- Titelbild: אברהם שלמה, להבה של כיריים גז, CC BY-SA 4.0
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