随着现代工业化发展愈发迅速，温室气体CO2的排放量越来越大，加剧了环境污染的程度。啤酒企业若将发酵产生的CO2充分回收并循环利用，达到收支平衡，不仅体现了啤酒厂清洁生产的管理水平，符合“低能耗、低污染、低排放”的低碳要求。也体现了低碳时代下啤酒企业的高度社会责任感。
    理论上，CO2产生量（约20kg/KL）与生产过程消耗量（约16~20kg/KL）基本相当，但在实际生产过程中，CO2的实际回收量不能满足生产消耗。分析原因是多方面的，有回收与使用环节的技术问题，也有产销因素，也有设备投入与管理等等，文中结合这些问题及实际生产管理经验提出一些想法和建议，与同行们共同探讨。
一、序言
1、CO2的重要作用
    如今消费者越来越注重啤酒的“新鲜、美味、清爽、健康”。因此，对啤酒厂而言，使用高纯度的CO2气体隔氧是提高啤酒的新鲜度、抑菌及延长保质期最理想的选择。另外，CO2也是啤酒重要的组分，能赋予啤酒足够的杀口力和刺激感，有开胃、清凉之效；CO2的释放能促进泡沫形成和持久，也有利于啤酒香味的散发；还能促进啤酒苦味更加柔和、口味清爽。
2、CO2回收利用的理论依据
    理论上，啤酒发酵过程中每公斤麦芽糖、葡萄糖可分别获得0.514 kg、0.489 kg CO2。而且CO2很容易实现气、液、固三相的转变，即在低温加压的情况下，二氧化碳会变成无色具有流动性的液体，最终变成雪花状固体，这为CO2回收、处理及使用提供了依据。同时，生产过程中诸如罐体备压等环节二次回收的CO2仍可送至CO2回收系统循环回收。
3、CO2气体用量及经济效益计算实例
1）CO2消耗量概算
    啤酒生产过程中，CO2主要用于过滤添加、罐体（发酵罐、清酒罐等）备压、脱氧水制备、灌酒机酒缸备压及抽真空以及管道引酒等环节。
①国标规定成品啤酒CO2含量为0.4~0.65% (m/m)，随高浓酿造技术的发展，过滤稀释阶段CO2填充量约为4.5~5 kg/KL。
②罐体（清酒罐、脱氧水罐、缓冲罐等）及添加桶（硅藻土、硅胶）备压和制备脱氧水约计CO2消耗3.5~4 kg/KL。
③ 供酒管道引酒、灌酒机酒缸备压及抽真空等约消耗CO2 8~8.5kg/KL。
    因此，从滤酒到灌装CO2消耗量约为17kg/KL。
2）经济效益
    为保证生产和产品质量，不少啤酒厂均部分使用外购高纯度CO2。如按每公斤外购CO2售价0.65元折算，并假设千升酒消耗6 kg外购CO2，则会增加千升酒成本3.9元。若全部使用回收CO2，则按回收1kg CO2耗电0.18kwh、电价按0.76元折算，则每回收5 kg CO2耗电成本约为0.70，则就本实例而言，全部使用回收CO2至少可节约成本3.2元/千升酒。因此，如何循环利用CO2是啤酒企业节约成本的最佳途径之一。
二、CO2回收环节的问题及解决措施
1、合适的回收储存能力
    由于啤酒生产存在淡旺季之分，CO2的回收储存能力必须考虑生产不均衡性及投料密集时CO2的最大产量，而储存能力必须保证旺季生产至少一周的生产需求量。其次，保证CO2回收处理系统运行通畅、高效，因此要求设备维修人员要对CO2回收处理系统进行定期的检查和维护保养。只有结合以上几点，才能保证CO2收支平衡。
2、合理均衡安排糖化投料，避免密集投料
    生产安排要在产销、在制品及库存成品之间寻求平衡点，但实际生产中常出现这些环节不同步，使得CO2回收储存不连续，导致发酵产生的CO2不能全部回收，滤酒及包装生产时又必须外购CO2。这样，不仅增加可利用资源浪费，加重环境污染，而且增加生产成本。因此，生产安排必须连续均衡合理。
3、提高CO2回收量的一些措施
    实际生产中，CO2的回收量低于理论值，有必要采取一些技术措施提高CO2回收量。
1）通过检测发酵初期CO2纯度和糖度两项指标，依据设备状况设定最佳的CO2回收点（体积分数表示的纯度达到97%~99%），通常将CO2纯度、满罐时间及糖度下降值作为经验数据来确定回收CO2的起点。
2）两罐法发酵倒入罐或清酒罐罐体酸洗且为CO2背压，则进酒过程排出气体送至CO2回收。发酵罐和清酒罐碱洗时，用压缩空气置换罐内CO2前对CO2先行回收。
3）当可供回收CO2的发酵罐少于2只时，可考虑延时回收，主要因为系统负荷不足，回收量不足以满足系统再生耗气，且设备频繁开关增加电耗。
4、CO2回收系统关键控制点
    CO2回收及使用流程示意图见图1，合理配置、实现自动化控制、生产中做好设备维护保养及操作人员操作技能培训与评估是保证CO2回收系统发挥最大效率的关键所在，以下列举一些控制点，仅供参考。
1) 控制好气囊气态CO2的量，保证回收系统正常运行，避免压缩机等频繁开关。
2) 加强不凝气的排放，通过降低在液化处理过程中O2和N2的分压，达到降低CO2气体中O2和N2气体的含量的目的。
3) 水洗塔要有排气装置，防止CO2经过水洗塔时吸入水中的氧气。
4) 吸附塔中的活性碳要及时更换，避免活性碳长时间使用残留不良异味。洗涤塔、吸附塔、干燥塔等要定期再生，并定期对回收设备及管道进行CIP。
5) 回收过程中一定要控制好各发酵罐的压力平衡和阀门开度，以免影响回收量和发酵罐内酒体的正常对流。
6) 控制好满罐麦汁量，避免大量泡沫带入CO2回收系统。
7) 干燥过程中防止结冰，堵塞阀门和管道。经常检查发酵罐安全阀、回收系统的密封性能，减少泄漏。
8) 气态CO2在使用前再经过一级气体过滤器，防止回收系统内不良微粒等进入啤酒中造成不必要的质量问题。
三、CO2的应用范围
    啤酒生产中CO2的应用范围很广，一般认为有直接添加至酒体和气封隔氧两种用途，主要集中在以下几个方面。
1、制备低溶解氧含量的脱氧水用于高浓稀释工艺生产啤酒；
2、为保证成品酒CO2含量,必须依据稀释比例及发酵液CO2含量对清酒进行在线填充CO2；
3、过滤和灌装过程中，采用CO2引酒、顶水、二次抽真空和酒缸、罐体等背压，目的是除氧；
4、糖化锅槽背压、两罐法倒酒发酵罐背压、硅胶、硅藻土等助剂添加桶背压等；
5、对发酵液洗涤和饱和，除去双乙酰、硫化物、醛等挥发性生青味物质，加快啤酒成熟；
四、生产中CO2平衡串压的循环利用技术
    平衡串压可理解为：在滤酒生产时，罐体（发酵罐、缓冲罐、清酒罐、脱氧水罐等）可以全部串联起来组成一个庞大的缓冲体系，即保证背压的CO2气体在此体系内压力互补而不对外排放，减少CO2的消耗，从而达到安全稳定、节能降耗的目的。但必须注意清酒罐背压气体必须是清洁无污染的，且必须有单向阀等安全装置。
1、采用CO2平衡串压的用气点
1）发酵罐背压；
2）过滤工段缓冲罐、酒头酒尾贮罐背压；
3）清酒罐背压；
4）脱氧水贮罐背压。
2、采用CO2平衡串压的流程示意图（见图2）图2  CO2平衡串压流程示意图
3、CO2平衡串压生产管理要点
    随啤酒过滤的进行，清酒罐压力会上升，可将超出工艺压力值的CO2平衡至其余罐体背压，目的是保证滤酒过程中系统CO2零排放。
1）清酒与包装不同步时，可与对应供酒的发酵罐平衡背压。当发酵罐体空出后，还可以考虑罐体内CO2回收至CO2回收处理系统，但回收不会彻底。
2）当清酒与包装同步时，可与其它供酒去包装的清酒罐平衡背压，或者可以将压力卸至其他空清酒罐（尤其罐体碱洗后）背压除氧。
3）还可与清酒缓冲罐或脱氧水贮罐平衡背压。
4、CO2平衡串压技术对降低消耗的测算
    在过滤一罐发酵液到清酒罐过程中，罐体在进酒的同时会溢出相应容积的CO2，即可以回收发酵罐、缓冲罐（背压）、清酒罐（背压）3处的CO2，若采用平衡串压技术则可以近似认为一只发酵罐气量相当于三只发酵罐气量。若不采用平衡串压技术而是单独送CO2至回收站则会增加两处CO2回收的电耗，同时因总CO2消耗一定，若不回收CO2则会增加外购CO2消耗量。
假设一只发酵罐总容积为200M3、备压至表压为0.08MPa，则空罐备压CO2耗量为：（200÷22.4）×44×1.8=707kg（其中22.4—气体摩尔系数；44—CO2的摩尔质量；1.8—发酵罐背压的绝对压力）。采用平衡串压技术则相当于一只发酵罐CO2消耗量为707÷3=235.7kg ，也就是说滤酒过程中会降低2/3的备压CO2消耗。
    另外，如前文所述，回收1kg CO2耗电0.18kwh，采用平衡串压技术，可以节约滤酒过程回收备压CO2的耗电。按0.18kwh/回收1kg CO2 ，这里也将产生可观的经济效益，同时也将节约可观的能源。
五、降低CO2消耗的技术措施
    除上述的CO2平衡串压技术能直接降低CO2消耗外，还有一些技术措施也能有效降低CO2消耗，主要是以下几点。
1、精细化工艺管理
1）调整发酵罐、清酒罐、缓冲罐、脱氧水贮罐及灌酒机酒缸CO2背压压力至合理范围，以减少罐体背压CO2消耗；
2）依据发酵液乙醛等挥发性风味物质指标确定是否采用CO2洗涤工艺。若乙醛含量达到0.5mg/L/°P以内即可不采取两罐法倒酒CO2洗涤工艺；若乙醛含量超过0.5mg/L/°P则可采取两罐法倒酒CO2洗涤工艺，但必须控制洗涤流量（依据实际情况确定）；
3）两罐法发酵倒酒时借助倒出罐压力（CO2保护层）及变频泵倒酒，当压力降低不足维持倒酒时用压缩空气背压至倒酒结束；同样，发酵液供清酒过滤也可考虑此操作方法；
4）提高发酵贮酒压力，不仅可以降低滤酒在线填充CO2量，而且可以将制备脱氧水填充CO2阀门关小或关闭；
5）对发酵贮酒罐和清酒罐采用带压酸洗工艺，以降低置换除氧所增加的CO2消耗；
6）对主发酵罐碱洗后采用无菌压缩空气控制微压；清酒罐罐体碱洗后可采用无菌水置换除氧（用CO2把水顶出），使用时直接进酒不用CO2背压。
2、生产过程细节控制
1）控制硅胶、硅藻土等添加桶CO2背压流量或阀门开度及时间；
2）选择性对糖化锅槽进行CO2背压，必须制定工艺，明确背压时间、流量等参数；
3）定期对CO2分流管线和阀门接口处密封状况进行检查，并及时修复确保无泄漏；
4）对各用气点安装计量表，并记录CO2使用情况，最终纳入绩效考核。
    结束语
    CO2既是啤酒不可或缺的成分，又对提升啤酒新鲜度等方面具有极其重要的作用，同时对环境保护也具有深远影响。CO2的科学管理不仅反应了啤酒企业的生产管理水平，也反应了啤酒企业的成本控制和清洁生产的水平。本文只是抛砖引玉，希望CO2平衡串压等技术措施以及其它一些措施能与大家共享，尤其CO2平衡串压技术对提升啤酒厂CO2的循环利用、实施清酒生产具有深远意义。当然还有很多降低CO2消耗的技术和管理措施，需要不断改进和总结。