Meting van kooldioxide (CO2) in brouwerijen en wijnkelders

Het meten van kooldioxide (CO2) in brouwerijen en wijnkelders wordt elk jaar eenvoudiger, sneller en betrouwbaarder. Bij de vergisting van bier, wijn en andere producten ontstaat kooldioxide in relatief hoge concentraties. Iedereen kent ongetwijfeld de scène uit een wijnkelder of brouwerij waar een kaars brandt en niet mag uitgaan. Vroeger werd een kaars juist gebruikt als een eenvoudige detector van een gevaarlijke concentratie kooldioxide. 

Eenheden voor kooldioxideconcentratie (CO2)

De eenheden voor de concentratie van kooldioxide CO2 en in het algemeen van alle gassen en mengsels kunnen met twee eenheden worden aangeduid. De klassieke eenheid is procent. Het aandeel van de concentratie van een component ten opzichte van de concentratie van het volledige mengsel, vermenigvuldigd met 100, drukt de concentratie uit in volumeprocenten (%Vol.). Bij toxische gassen zijn al lage concentraties gevaarlijk. Het zou echter onpraktisch zijn om deze uit te drukken in honderdsten of duizendsten van een procent. Daarom is de eenheid ppm ingevoerd. Ppm is een afkorting van het Latijnse pars per million. Het gaat dus om één deeltje per miljoen deeltjes van het geheel. 

100 % = 1 000 000 ppm

1 % = 10 000 ppm

1 ‰ = 1 000 ppm

Eigenschappen van kooldioxide CO2

Kooldioxide is een kleurloos gas zonder geur en smaak. In lage concentraties komt het normaal in de lucht voor. CO2 is tegenwoordig een veelbesproken onderwerp in verband met de opwarming van de aarde. Tienmaal hogere concentraties worden gemeten in het kader van de luchtkwaliteit in kantoren, ziekenhuizen of scholen. Bij een verhoogde CO2-concentratie, gecombineerd met een hogere temperatuur en luchtvochtigheid, kunnen concentratieverlies, vermoeidheid en slaapstoornissen optreden. Bij vergisting ontstaan echter nog een orde van grootte hogere concentraties kooldioxide. Dus tienduizenden ppm CO2. 

Kooldioxide is 1,5 keer zwaarder dan lucht. Daaruit volgt dat het zich dicht bij de vloer ophoudt en zich daar ophoopt. Met deze belangrijke eigenschap moet rekening worden gehouden bij de installatie van sensoren en gasdetectoren. De geldende normen schrijven de instelling van alarmdrempels voor. De richtlijn van de Europese Commissie bepaalt de maximale blootstellingslimiet op de werkplek, TWA. Gedurende 8 uur mag de kooldioxideconcentratie de waarde van 5000 ppm niet overschrijden. Een kortetermijnlimiet van 15 minuten is in de richtlijn niet voorgeschreven. Voor de beoordeling van de luchtkwaliteit geldt de norm ČSN EN 16798-3, die EN 13779 heeft vervangen. 

Ontstaan van kooldioxide CO2 bij vergisting

Kooldioxide CO2 ontstaat in de natuur op verschillende manieren. In een brouwerij en wijnkelder ontstaat het vooral bij vergisting, oftewel fermentatie. Tijdens het gistingsproces worden suikers zonder aanwezigheid van lucht (anaërobe vergisting) omgezet in ethanol en kooldioxide.

Bij bier ontstaat volgens de formule van Balling dus 0,9565 g CO2 uit 2,0665 g vergistbaar extract. Jong bier bindt CO2 slechts in beperkte mate. Het grootste deel van de CO2 komt daarom vrij in de ruimte en zakt vervolgens naar de grond. De meeste kooldioxide ontstaat tijdens de hoofdgisting en vervolgens tijdens de nagisting. Ook bij fermentatie tijdens de wijnproductie ontsnapt een grote hoeveelheid kooldioxide in de ruimte. Werknemers in zowel brouwerijen als wijnbedrijven moeten tegen vergiftiging door dit gas worden beschermd.

Detectiesysteem voor kooldioxide CO₂

Een detectiesysteem voor kooldioxide CO₂ moet vooral zorgen voor een veilige bedrijfsvoering van brouwerijen en wijnbedrijven. In veel kleine wijnbedrijven is de al jarenlang ingeburgerde gewoonte om een kaars aan te steken nog steeds gebruikelijk; die dooft wanneer zich een grote hoeveelheid CO2 ophoopt. Een moderne en steeds betaalbaardere aanpak om de veiligheid te waarborgen bestaat uit afzonderlijke sensoren met optische NDIR-sensoren, een evaluatiecentrale en optische of akoestische signalering. 

Optische NDIR-sensoren werken volgens het principe van de wet van Beer-Lambert, waarbij bepaalde golflengten van infrarood licht worden geabsorbeerd door de moleculen van het gemeten gas.

De sensor bestaat uit twee meetbuizen. In beide bevinden zich een infraroodlamp en een infrarooddetector. In de ene buis bevindt zich een referentiegas, meestal stikstof, en in de andere het te meten gas. De geabsorbeerde golflengten van het gemeten gas worden vergeleken met die van het referentiegas. 

Kooldioxide is zwaarder dan lucht en blijft daarom dicht bij de grond. Dat betekent dat sensoren zo dicht mogelijk bij de vloer moeten worden geïnstalleerd. Gewoonlijk is 10–20 cm boven de vloer de ideale plaatsing. De afzonderlijke sensoren sturen vervolgens continu een signaal met de gemeten concentratie naar de centrale in de schakelkast. De centrale beoordeelt daarna alle concentraties en schakelt de ventilatie of de waarschuwingssignalering in. 

De instelling van de schakeldrempels van de centrale is afhankelijk van de wetgeving en van de hoeveelheid kooldioxide die tijdens de vergisting wordt uitgestoten. Richtlijn 2006/15/EG van de Europese Commissie stelt maximale blootstellingslimieten vast voor de duur van de werktijd. Volgens deze richtlijn is een CO2-concentratie van 5000 ppm gedurende 8 uur toegestaan.

Kortdurende overschrijding van de concentratie moet om veiligheidsredenen worden bewaakt. De aansluiting van waarschuwings- en andere veiligheidselementen op de afzonderlijke alarmdrempels moet per toepassing individueel worden beoordeeld. Op de afzonderlijke schakeldrempels kunnen verschillende elementen worden aangesloten, zoals ventilatoren, sirenes, zwaailichten en waarschuwingsborden. Door een drukknop aan te sluiten kan de schakelfunctie van het volledige systeem worden getest. 

Bij het bereiken van de alarmdrempel van 5000 ppm schakelt de centrale het ventilatiesysteem in dat op de centrale is aangesloten, vervolgens gaat bij 15 000 ppm de waarschuwingssignalering branden, bij overschrijding van 25 000 ppm wordt de akoestische signalering geactiveerd en bij de drempel van 30 000 ppm worden lichtborden ingeschakeld die personen waarschuwen om de ruimte niet te betreden. 

Concentratiesensor E2618-CO2-50K is onderdeel van de nieuwe serie multifunctionele meetinstrumenten PluraSens®. Voor gebruik in brouwerijen en wijnbedrijven wordt deze geleverd met een temperatuurgecompenseerde optische NDIR-sensor met een bereik van 0-50000 ppm CO2.

De sensoren uit de E2618-serie zijn een intelligente oplossing voor moderne toepassingen met ModBus RS485-communicatie en twee analoge uitgangen 4-20mA/0-10V.

De CO2-detectiecentrale is leverbaar in een uitvoering voor 10 sensoren of voor 6 sensoren. De centrale is bedoeld voor het verzamelen en evalueren van informatie van de afzonderlijke sensoren van het detectiesysteem. De instellingen van de centrale zijn aangepast voor gebruik in de verschillende toepassingen. 

SVN 500 LED-lichtbord is een van de mogelijke randapparaten voor het kooldioxidedetectiesysteem in brouwerijen en wijnbedrijven. Bij overschrijding van een voor de gezondheid gevaarlijke concentratie van het bewaakte toxische gas geeft het detectiesysteem een signaal door en licht het waarschuwingsbord op. De behuizing van de SVN 500 bestaat uit een aluminium profiel met geanodiseerde oppervlaktebehandeling, rode (transparante) en zilverkleurige (ondoorzichtige) plexiglas wanden en zijpanelen van zwart kunststof. Het LED-lichtbord kan zowel binnen als buiten worden gemonteerd.