Hefeabziehen auf Schwäbisch: clever und sparsam

Der Bierabsatz in Deutschland schrumpft seit Jahren moderat. Um im Wettbewerb bestehen zu können, müssen gerade kleine und mittelständische Brauer die Effizienz im Brauprozess steigern und Produktverluste senken. Die Löwenbrauerei Hall Fr. Erhard GmbH & Co. KG hat mit dem Anlagenbauer Wellmann Engineering eine mobile Pumpeneinheit entwickelt, die das Hefemanagement optimiert. Durch sinkenden Bierschwand und Wasserverbrauch hat sich die fünfstellige Investition der Familienbrauerei binnen zwei Jahren amortisiert.

Mit etwa 70 Mitarbeitern, 70.000 Hektoliter Bier-Ausstoß und rund 10 Millionen Euro Umsatz pro Jahr ist die Löwenbrauerei Hall eine typische mittelständische Familienbrauerei mit angegliedertem Mineralbrunnenbetrieb. Bis ins Jahr 1724 gehen die Wurzeln der Brauerei zurück. Heute ist die Haller Löwenbrauerei Mitglied bei Slow Brewing e. V. und den Freien Brauern. Beide Organisationen haben sich die Bewahrung von Biervielfalt und Bierkultur auf die Fahnen geschrieben. Die beiden geschäftsführenden Gesellschafter Hans Firnkorn und Peter Theilacker sind direkte Nachfahren von Johann David Deutelin, dem Begründer der Haller Löwenbräu Brautradition, und leiten das Familienunternehmen in zehnter Generation. Beständig wurden auch Brauverfahren und Hefemanagement modernisiert. Mitte der 1990er-Jahre begannen die Haller, auf Eintankverfahren umzustellen. Die Weiterentwicklung des Hefemanagements führte dann zur Integration einer Assimilationsanlage für Hefe, welche bis 2014 im Einsatz war. Auf sie folgte der Bau eines vollautomatischen Hefekellers. Mit einem Verfahren aus Erntehefe und Assimilationshefe produziert die Privatbrauerei seitdem rund ein Dutzend Biere ganzjährig sowie eine Handvoll saisonaler Bierspezialitäten.

Optimierungspotenzial sah Diplom-Braumeister Hermann Mayerle 2017 bei der Abtrennung der Hefe, die sich nach der Gärung im unteren Teil der Zylindrokonischen Tanks (ZKTs) absetzt. Wie in vielen kleinen und mittelständischen Brauereien bewerkstelligte die Löwenbrauerei diesen Prozessschritt händisch: Die Hefe wurde mittels manuell geführter Pumpe aus dem Tank abgesogen, während der Brauer durch ein Sichtfenster überwacht, ob er noch Hefe oder schon Bier absaugt. Durch die von außen kaum kontrollierbare Strudelbildung im Tank kam es dabei immer zu hohen Produktverlusten, Bierschwand genannt, während etwa Hefeanhaftungen an den Tankwänden nicht vollständig erfasst und abgesogen wurden. Riss der Hefestrom zwischenzeitlich ab, wurde genießbares Bier abgesaugt und unnötig entsorgt. Die im Tank verbliebenen Hefefladen und -pfropfen legten sich im nächsten Prozessschritt, der Filtration, regelmäßig auf den Filtrationsflächen ab und beeinträchtigten Filterleistung und Filterstandzeiten.

„Das Verfahren war nicht mehr zeitgemäß – zu unkontrolliert und unwirtschaftlich“, sagt Diplom-Braumeister Hermann Mayerle, denn zu dem hohen Bierschwand band es unnötig Personal. Hinzu kam: Baulich bedingt beträgt der Weg der Rohrleitungen zwischen Pumpe und Lager für die landwirtschaftliche Verwertung der abgezogenen Hefe rund 50 Meter. Und die Viskosität der abgezogenen Hefe schwankte je nach Gärungszustand zwischen dünnflüssig und zähflüssig. Um das Medium über die gesamte Leitungsstrecke pumpbar zu halten, mussten die Haller Trinkwasser hinzudosieren. Mayerle wollte ein effizienteres, exakt aussteuerbares, reproduzierbares Verfahren, um die Hefe abzuziehen und den Bierschwand zu senken. Das setzte eine exakte Phasentrennung zwischen Bier und Hefe voraus. Ebenfalls sollte das Hefeabziehen weitergehend automatisiert werden, um weniger Personal zu binden.

Analyse der physikalischen Phänomene, die beim Hefeabziehen entstehen

Mayerle machte sich auf die Suche nach einem Partner für Verfahrenstechnik, Automation und Montage, den er in Wellmann Engineering, ebenfalls Mitglied bei Slow Brewing e. V., fand. Gemeinsam wurde der Prozessablauf des Hefe-Abpumpvorgangs analysiert. Im Fokus standen die maßgeblichen physikalischen Parameter wie Fließgeschwindigkeit sowie pumpeneinlauf- und pumpenauslaufseitiger Gassättigungs- und Differenzdruck. Weitere wichtige Aspekte bestanden im Verlauf der Rohrleitung und der Hefebeschaffenheit. Aufgrund der variierenden Homogenität der Hefe im Verlauf der Gärung wurde eine Reihe von Viskositätsmessungen durchgeführt. Auf Basis der Viskositätsanalyse und der gegebenen Rohrleitungswegen konnte eine passgenaue Pumpe ausgewählt und Steuerungstechnik realisiert werden. Rasch kristallisierte sich heraus, dass eine mobile Pumpeneinheit die variabelste Lösung sein würde. Die Wellmann-Automation hatte die Aufgabe, einen kompakten Schaltschank mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und Touch-Bedienoberfläche zu realisieren, die die verbaute Mess- und Regeltechnik bedient. Über verschiedene Abpump-Programme kann der Bediener den gewünschten Abpump-Vorgang starten. Das System erkennt über die eingebaute Messtechnik unter anderem die Trennung von Hefe zu Bier und schaltet entsprechend den Abpump-Vorgang ab. Zusätzlich überwacht und regelt weitere Sensorik den Hefefluss während des Pumpvorgangs. Je nach Hefetyp kann die Pumpe individuell und bedarfsgerecht gefahren werden, sodass die Hefe im Gärtank nachrutschen kann und vom Pumpensog erfasst wird. Die frequenzgeregelte Pumpe arbeitet stufenlos, sodass der Hefestrom nicht abreist und sich keinerlei Rückstände im Konus der ZKTs bilden, die bei der Filtration wieder zu Störungen führen können. Gleichzeitig realisiert das Aggregat die exakte Trennung der Phasen Hefe und Bier.

Nach zwei Jahren im Regelbetrieb zieht Braumeister Mayerle ein rundum positives Fazit: „Mit dem mobilen Pumpenaggregat erhöhen wir die Effizienz und Wertschöpfung im Brauprozess und meine Kollegen können sich stärker auf ihre wertschöpfenden Kerntätigkeiten konzentrieren.“ Bierschwand und Der Wasserverbrauch konnte signifikant reduziert werden, der Gesamtbierschwand sank um circa 15 Prozent, sodass sich die fünfstellige Investition innerhalb von 24 Monaten vollständig amortisierte.