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Kohlenstoffdioxid
Kohlendioxid (CO2), genauer gesagt Kohlenstoffdioxid, ist ein Oxid des Kohlenstoffs, welches bei der vollständigen Oxydation von Kohlenstoff entsteht. Ist nicht genügend Sauerstoff bei einer Verbrennung vorhanden, kommt es zu einer unvollständigen Oxydation und dabei entsteht Kohlen(stoff)monoxid (allerdings nicht bei der Gärung. Kohlenstoffdioxid ist auch ein Nebenprodukt bei der Zellatmung von Organismen. Unsere Bierhefe baut unter anaeroben Bedingungen Zucker zu Ethanol und CO2 ab. Unter aeroben Bedingungen dagegen entstehen CO2 und Wasser.
Kohlendioxid hat eine Normdichte von 1,977 kg/m3 bei 0°C und 1013 hPa (mbar) oder ein Volumen von 0,505 m3/kg (Achtung: 0.5458 m3/kg bei 21°). Also eine 2kg CO2 Flasche enthält ca. 1 m3 Gas.
Beim Carbonisieren wird Kohlendioxid im Bier unter Druck auf verschiedene Arten gelöst und es entsteht Kohlensäure.
Beim Zapfen wird Kohlendioxid oder Stickstoff als „Schankgas“ in Flaschen verwendet. Als Schankgase sind nur die lebensmittelrechtlich unbedenklichen Gase Kohlendioxid (CO2, E290), Stickstoff (N2) oder Gemische aus beiden Gasen (N2 / CO2) sowie unter besonderen Bedingungen Druckluft zugelassen. Kohlendioxid, oder umgangssprachlich Kohlensäure, ist das am häufigsten verwendete Druckgas.
Grenzwerte
- 250-350 ppm Normalwert
- 350-1000 ppm (1800 mg/m3) gut belüftete Innenräume, Amtssprache: hygienisch unbedenklich
- 1000-2000 ppm Schwindel und schlechte Luft, Amtssprache: hygienisch auffällig
- 2000-5000 ppm, 0.2-0.5%, -9100 mg/m3 Kopfweh, Schläfrigkeit, erhöhter Herzschlag, Amtssprache: hygienisch inakzeptabel (Europa)
- 5000 ppm Limit am Arbeitsplatz in den USA
- 20000 ppm, 2%, 36400 mg/m3
- >40000 ppm, 4%, 72800 mg/m3 Gesundheitsschäden durch Sauerstoffmangel, Durchblutungsänderungen im Gehirn.
- >80000 ppm, 8%, R.I.P.
- >100000 ppm, 10%, Kerze erlischt
- Umrechnung PPM: 0,1% = 1000ppm 1% = 10.000ppm)
Demnach soll bei Überschreitung der Momentankonzentration von 1000 ppm Kohlendioxid gelüftet werden. Bei Überschreitung eines Wertes von 2000 ppm muss gelüftet werden. Reichen die Lüftungsmaßnahmen (ggf. Einführung eines Lüftungsplans) nicht aus, um den Leitwert von 2000 ppm zu unterschreiten, so sind weitergehende organisatorische, lüftungstechnische oder bauliche Maßnahmen erforderlich. Hierzu zählen z.B. die Verringerung der Personenzahl im Raum oder der Einbau einer technisch geregelten Lüftung.
Gefährdungsbeurteilung bei Gärung
Grundsätzlich entsteht bei der Gärung kontinuierlich CO2. Dies führt zu einer wesentlich geringeren Gefährdungsbeurteilung als wenn eine CO2-Druckgasflasche verwendet wird (siehe unten). Während bei der Vergärung von 1000l Bier 7kg CO2 über den Tag anfallen, muss man bei einer 10kg Gasflasche mit Sofortfreisetzung von 10kg rechnen, um dem Gesetz genüge zu tun.
Unterstellt man beispielsweise einen Stammwürzegehalt von 12 % und einen wirklichen Extrakt nach der Gärung von 4,4 %, so entstehen aus 7,6 kg Extrakt rund 3,5 kg CO2/hl Jungbier bzw. 1,77 m3 CO2/hl Jungbier1).
- 50l mit 12 Plato ergeben 1.75kg CO2, 0.35kg pro Tag, geringe Gefahr, ausser in Kühltruhen und kleinen Kellern ohne Lüftung.
- 100l mit 12 Plato ergeben 3.5kg CO2, 0.7kg pro Tag, Gefahr ohne Belüftung in Kellerräumen.
- 200l mit 12 Plato ergeben 7kg CO2, 1.2kg pro Tag! Gefahr!
- 500l mit 12 Plato ergeben 17.5kg CO2, 3.5kg pro Tag! Gefahr!
- 1000l mit 12 Plato ergeben 35kg CO2, 7kg pro Tag. Gefahr! Unbedingt ein CO2-Warngerät benutzen oder CO2 nach draussen ableiten.
Im Forum wurde folgendes berechnet: 2g Zucker vergärt zu 1 g CO2 und 1 g Alkohol. Bei 50l mit 13 Plato Stammwürze ergeben ca. 50l*13°*10g = 6500g Zucker und 6.5/2 = 3,25kg CO2 über 5 Tage verteilt (hier fehlt vermutlich das Subtrahieren des Restextraktes: 13-4=9). Ein Mensch atmet Luft aus mit ca 80mg CO2 pro Liter Atemluft. Bei 4l/min Atemluft erzeugt er pro Tag 460g CO2. Also erzeugt die Biergärung von 50l Würze auf 5 Tage gerechnet in etwa so viel CO2 wie es 1-2 Menschen auch tun würden2). Aber auch Menschen können in geschlossenen Keller(!)-Räumen ersticken.
Gefährdungsbeurteilung bei Zapfanlagen
Um Tod durch CO2 vorzubeugen gibt es unzählige Publikationen vom Arbeitskreis „Getränkeschankanlagen” im Fachausschuss Nahrung und Genuss der Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gaststätten (BGN), die auch für Heimbrauer interessant zu lesen sind. Speziell das Dokument ASI BGN 6.80/08 3) gibt Hinweise zu Gefahren. Im Gegensatz zum Hobbybrauer darf sich der gewerbliche Gastronom nicht ohne weiters selbst oder Angestellte gefährden. Der Gesetzgeber drückt das durch eine Fülle von Vorschriften und Regulierungen aus, die unüberblickbar sind.
Im Grunde basiert alles auf der „Gefährdungsbeurteilung nach dem Arbeitsschutzgesetz“ (siehe auch ASI 10.0 „Handlungsanleitung Betriebliche Gefährdungsbeurteilung“). Es ist messtechnisch oder rechnerisch zu prüfen, ob CO2 in gefahrdrohender Konzentration auftreten kann.
Wenn die angeschlossene Gasmenge im Verhältnis zur Raumgröße so gering ist, dass eine gefährliche Gaskonzentration selbst bei Austreten des gesamten Flascheninhaltes nicht entstehen kann, brauchen keine weiteren Maßnahmen getroffen werden. Bei der Aufstellung der Druckgasflaschen ist es wichtig, alle Räume durch die Gasleitungen verlaufen, also insbesondere die Getränke- und Grundstofflagerräume, in die Gefährdungsbeurteilung mit einzubeziehen, denn die Ursache der meisten Unfälle durch austretendes Gas waren undichte Verbindungsstellen an Gasleitungen, z. B. am Leitungsanschlussteil, sodass Druckgas in den Getränkelagerraum (Getränkekühlraum) ausströmen konnte4).
Berechnung nach BGN ASI:
- CO2 Volumen Vc: 10kg Flasche * 0.55 m3/kg = 5.5 m3 Co2
- Raumvolumen Vr: L x B x H in Meter (Beispiel 4m*4m*2m hoch = 32)
- % CO2: Vc/Vr * 100 (Beispiel: 5.5/32 * 100 = 17% und das ist tödlich, weil >8%)