Karbonisierungsrechner
Karbonisierungsrechner DIYBrew
Berechne die passende Zuckermenge für die Nachgärung oder den Spunddruck für Fass/Keg – nach der Braukaiser-Formel für gelöstes CO₂.
Berechnungsprinzip des Karbonisierungsrechners
Die richtige Karbonisierung ist ein wichtiger Bestandteil eines guten Bieres. Zu wenig CO2 lässt das Bier schal und flach wirken, während zu viel CO2 zu einem übermäßig spritzigen Mundgefühl und Problemen beim Ausschank führen kann.
Der Karbonisierungsrechner von DIYBrew hilft dabei, die benötigte Zuckermenge für die Flaschenkarbonisierung oder den erforderlichen CO2-Druck für die Zwangskarbonisierung zu bestimmen.
Die Berechnung basiert im Wesentlichen auf vier Faktoren:
- gewünschter CO2-Gehalt
- vorhandenes Rest-CO2 im Bier
- Temperatur des Bieres
- Art der Karbonisierung
1. Der CO2-Gehalt wird in Volumes angegeben
Der CO2-Gehalt von Bier wird häufig in „Volumes of CO2“ oder kurz „Vol. CO2“ angegeben.
1 Vol. CO2 bedeutet vereinfacht, dass in 1 Liter Bier eine CO2-Menge gelöst ist, die unter Normbedingungen einem Volumen von etwa 1 Liter CO2 entspricht.
Beispiele:
2,0 Vol. CO2 = moderate Karbonisierung
2,5 Vol. CO2 = typische Karbonisierung vieler Ales
3,0 Vol. CO2 = stärker karbonisiertes Bier, z. B. manche Weizenbiere
Der Zielwert hängt stark vom Bierstil und vom gewünschten Mundgefühl ab.
2. Das Bier enthält bereits CO2
Bei der Berechnung der Karbonisierung darf nicht davon ausgegangen werden, dass das fertig vergorene Bier vollständig CO2-frei ist.
Während der Gärung produziert die Hefe CO2. Ein Teil dieses CO2 bleibt im Bier gelöst.
Dieses sogenannte Rest-CO2 hängt vor allem von der Temperatur ab.
Für die Flaschenkarbonisierung gilt deshalb:
Benötigte CO2-Zugabe = Ziel-CO2 – Rest-CO2
Beispiel:
Ziel-CO2 = 2,5 Vol.
Rest-CO2 = 0,85 Vol.
Benötigte CO2-Zugabe = 2,5 – 0,85 = 1,65 Vol.
Nur diese zusätzliche CO2-Menge muss anschließend durch die Nachgärung erzeugt werden.
3. Warum spielt die Temperatur eine so große Rolle?
CO2 ist in kaltem Bier deutlich besser löslich als in warmem Bier.
Sinkt die Temperatur, kann das Bier mehr CO2 aufnehmen und halten.
Vereinfacht gilt:
Temperatur sinkt
-> CO2-Löslichkeit steigt
-> mehr CO2 bleibt im Bier gelöst
Umgekehrt:
Temperatur steigt
-> CO2-Löslichkeit sinkt
-> CO2 tritt leichter aus dem Bier aus
Deshalb ist die Temperatur ein zentraler Faktor bei jeder Karbonisierungsberechnung.
4. Rest-CO2 und Gärtemperatur
Für die Flaschenkarbonisierung ist insbesondere die höchste Temperatur relevant, die das Bier während oder gegen Ende der Gärung erreicht hat.
Der Grund ist das Gleichgewicht zwischen gelöstem CO2 und CO2 in der Gasphase.
Ein Bier, das während der Gärung beispielsweise 20 °C erreicht hat, enthält unter Gleichgewichtsbedingungen weniger gelöstes CO2 als dasselbe Bier bei 10 °C.
Wird das Bier anschließend auf 5 °C gekühlt, steigt zwar seine Fähigkeit, CO2 zu lösen. Für die Berechnung der notwendigen Priming-Zuckermenge sollte jedoch nicht einfach die aktuelle kalte Temperatur als Ausgangswert für das gesamte Rest-CO2 verwendet werden.
Für eine praxisgerechte Priming-Berechnung wird deshalb normalerweise die höchste Gärtemperatur berücksichtigt.
5. Berechnung der Rest-CO2-Menge
Für die Abschätzung des Rest-CO2 kann eine empirische Temperaturformel verwendet werden.
Wenn die Temperatur in Fahrenheit angegeben wird:
Rest-CO2 (Vol.) =
3,0378 – 0,050062 x T + 0,00026555 x T²
Dabei gilt:
T = höchste Gärtemperatur in °F
Für die Verwendung mit Celsius muss zunächst umgerechnet werden:
T (°F) = T (°C) x 1,8 + 32
Die Formel liefert eine Näherung für die Menge an CO2, die nach der Gärung bereits im Bier vorhanden sein kann.
6. Von der benötigten CO2-Menge zur Zuckermenge
Bei der Flaschenkarbonisierung wird die zusätzliche CO2-Menge durch die Vergärung eines zugesetzten Zuckers erzeugt.
Vereinfacht:
Zucker + Hefe
-> Alkohol + CO2
Das entstehende CO2 kann in der verschlossenen Flasche nicht entweichen und löst sich deshalb zunehmend im Bier.
Die benötigte Zuckermenge hängt dabei von drei Faktoren ab:
- Biermenge
- zusätzlich benötigte CO2-Menge
- verwendete Zuckerart
Eine vereinfachte Berechnung für Dextrose lautet beispielsweise:
Zuckermenge (g) =
CO2-Zugabe (Vol.)
x Biermenge (L)
x Zuckerfaktor
Der verwendete Zuckerfaktor hängt von der Zuckerart und der zugrunde gelegten Berechnungsmethode ab.
Deshalb können Rechner für Dextrose, Haushaltszucker oder andere vergärbare Zucker leicht unterschiedliche Werte liefern.
7. Zwangskarbonisierung im Keg
Bei der Zwangskarbonisierung wird kein zusätzlicher Zucker benötigt.
Stattdessen wird CO2 direkt aus einer Gasflasche in das Keg geleitet.
Das Ziel ist ein Gleichgewicht zwischen:
CO2 in der Gasphase
und
CO2 im Bier
Dabei spielen vor allem zwei Größen eine Rolle:
- Temperatur
- CO2-Druck
Grundsätzlich gilt:
CO2-Druck steigt
-> mehr CO2 löst sich im Bier
Temperatur sinkt
-> CO2-Löslichkeit steigt
-> bei gleichem Druck kann mehr CO2 im Bier gelöst werden
Daher gibt es keinen einzelnen festen CO2-Druck, der für jede Temperatur zu einem bestimmten CO2-Gehalt führt.
Der erforderliche Druck muss immer zusammen mit der Temperatur betrachtet werden.
8. Warum ist der CO2-Druck entscheidend?
Die Aufnahme von CO2 durch Bier kann physikalisch mit dem Henry-Gesetz beschrieben werden.
Vereinfacht bedeutet dies:
CO2-Konzentration im Bier steigt mit dem CO2-Partialdruck.
In einem gut gespülten Keg besteht die Gasphase überwiegend aus CO2. Deshalb kann der angezeigte CO2-Druck näherungsweise als relevanter CO2-Partialdruck betrachtet werden.
Das bedeutet:
CO2-Druck steigt
-> CO2-Konzentration im Bier steigt
CO2-Druck sinkt
-> das Gleichgewicht verschiebt sich
-> CO2 kann aus dem Bier in die Gasphase übergehen
Für die praktische Berechnung werden deshalb meist experimentell bestimmte CO2-Löslichkeitsdaten oder etablierte Karbonisierungstabellen verwendet.
9. Temperatur und Druck wirken zusammen
Temperatur und Druck dürfen bei der Zwangskarbonisierung nicht getrennt betrachtet werden.
Für denselben Zielwert von beispielsweise 2,5 Vol. CO2 gilt:
Bei niedriger Temperatur wird weniger Druck benötigt.
Bei höherer Temperatur wird mehr Druck benötigt.
Vereinfacht:
Temperatur niedrig + niedriger CO2-Druck
-> kann den gleichen CO2-Gehalt ergeben
Temperatur hoch + höherer CO2-Druck
-> kann ebenfalls den gleichen CO2-Gehalt ergeben
Der Karbonisierungsrechner verbindet deshalb:
Ziel-CO2 + Temperatur
-> erforderlicher CO2-Druck
10. Warum wird Bier häufig kalt karbonisiert?
Die bessere CO2-Löslichkeit bei niedrigen Temperaturen macht die Kaltkarbonisierung besonders praktisch.
Beispielsweise:
Bier auf 4 °C kühlen
-> CO2-Löslichkeit steigt
-> gewünschter CO2-Gehalt wird mit geringerem Druck erreicht
Zusätzlich erleichtert kaltes Bier die Aufnahme von CO2 während der Zwangskarbonisierung.
Deshalb wird Bier im Keg häufig zunächst heruntergekühlt und anschließend mit CO2 karbonisiert.
11. Was passiert, wenn sich die Temperatur später verändert?
Das CO2-Gleichgewicht verändert sich mit der Temperatur.
Beispiel:
Ein Keg wurde bei 4 °C auf 2,5 Vol. CO2 karbonisiert.
Wird das Bier anschließend deutlich wärmer, sinkt die Löslichkeit von CO2.
Ein Teil des gelösten CO2 geht deshalb in die Gasphase über.
Dadurch kann der Druck im Keg steigen.
Umgekehrt kann beim Abkühlen wieder mehr CO2 im Bier gelöst werden.
Das bedeutet:
Die Karbonisierung eines Bieres ist kein vollständig temperaturunabhängiger Wert.
Der CO2-Gehalt und der Druck müssen immer im Zusammenhang mit der Temperatur betrachtet werden.
12. Flaschenkarbonisierung und Zwangskarbonisierung im Vergleich
Flaschenkarbonisierung
Bei der Flaschenkarbonisierung wird eine berechnete Menge vergärbarer Zucker zugesetzt.
Der Ablauf ist:
Zucker
-> Nachgärung
-> CO2-Produktion
-> CO2 löst sich im Bier
-> gewünschter CO2-Gehalt
Die wichtigste Berechnung lautet:
Benötigte CO2-Zugabe =
Ziel-CO2 – Rest-CO2
Danach wird aus der benötigten CO2-Menge die erforderliche Zuckermenge berechnet.
Zwangskarbonisierung
Bei der Zwangskarbonisierung wird CO2 direkt aus einer Druckgasflasche zugeführt.
Der Ablauf ist:
CO2-Druck
-> CO2 löst sich im Bier
-> Gleichgewicht zwischen Gasphase und Bier
-> gewünschter CO2-Gehalt
Hier ist vor allem die Kombination aus Temperatur und CO2-Druck entscheidend.
13. Die Berechnungslogik des Karbonisierungsrechners
Der gesamte Rechenweg lässt sich vereinfacht so darstellen:
Biermenge
+
Ziel-CO2
+
Temperatur
+
Karbonisierungsmethode
↓
Rest-CO2 bzw. CO2-Löslichkeit bestimmen
↓
benötigte zusätzliche CO2-Menge bestimmen
↓
Flaschenkarbonisierung:
Zuckermenge berechnen
oder
Zwangskarbonisierung:
erforderlichen CO2-Druck bestimmen
14. Wichtig für die Praxis
Ein Karbonisierungsrechner liefert einen berechneten Startwert. Das tatsächliche Ergebnis kann leicht abweichen.
Einfluss haben unter anderem:
- tatsächliche Gärtemperatur
- Dauer und Verlauf der Gärung
- tatsächlicher Restextrakt
- Temperatur beim Karbonisieren
- verwendete Zuckerart
- Genauigkeit der Temperaturmessung
- Druck- und Temperaturstabilität beim Keg
- Dichtigkeit des Systems
Gerade bei der Flaschenkarbonisierung sollte außerdem berücksichtigt werden, dass nur dann eine kontrollierte Nachgärung stattfinden kann, wenn noch ausreichend vitale Hefe vorhanden ist.
Fazit
Die Karbonisierung von Bier basiert auf einem einfachen Grundprinzip:
Das gewünschte CO2-Niveau wird mit dem bereits vorhandenen CO2 verglichen.
Bei der Flaschenkarbonisierung muss die Differenz durch eine kontrollierte Nachgärung erzeugt werden.
Bei der Zwangskarbonisierung wird die benötigte CO2-Menge direkt über Druck und Temperatur eingestellt.
Der wichtigste Zusammenhang lautet:
Temperatur sinkt
-> CO2-Löslichkeit steigt
CO2-Druck steigt
-> CO2-Aufnahme steigt
Deshalb müssen Temperatur und Druck bei der Zwangskarbonisierung immer gemeinsam betrachtet werden.
Der Karbonisierungsrechner übersetzt diese Zusammenhänge in eine praktische Empfehlung für die benötigte Zuckermenge oder den erforderlichen CO2-Druck.