Im ersten Teil dieser Serie ging es um eine scheinbar einfache Frage:
Warum können zwei Biere mit demselben CO₂-Gehalt völlig unterschiedlich prickeln?
Die Antwort: Der CO₂-Gehalt ist nur ein Teil der Geschichte. Entscheidend ist auch, wie das CO₂ später aus dem Bier freigesetzt wird.
Bevor wir uns mit Blasenbildung, Keimbildung und Schaum beschäftigen, müssen wir deshalb einen Schritt zurückgehen:
Wie kommt das CO₂ überhaupt ins Bier?
Warum kann kaltes Bier mehr CO₂ aufnehmen als warmes?
Warum führt ein höherer Druck zu mehr gelöstem CO₂?
Und warum bedeutet ein bestimmter Druck im Keg noch lange nicht, dass das Bier bereits vollständig karbonisiert ist?
CO₂ wird nicht einfach „ins Bier gepresst“
Beim Heimbrauen sagt man gerne:
„Ich gebe CO₂ auf das Keg.“
Das ist für die Praxis völlig richtig. Physikalisch passiert aber etwas anderes.
Das CO₂ befindet sich zunächst als Gas im Kopfraum des Kegs. Von dort geht es an der Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit in das Bier über und löst sich darin.
Vereinfacht:
CO₂-Gas
↓
Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche
↓
gelöstes CO₂ im Bier
Solange die Bedingungen es erlauben, nimmt das Bier weiteres CO₂ auf.
Dabei entstehen nicht einfach sichtbare kleine Gasblasen. Ein großer Teil des CO₂ liegt zunächst unsichtbar gelöst im Bier vor.
Das ist ein wichtiger Unterschied.
Denn:
Karbonisiertes Bier ist nicht dasselbe wie Bier voller kleiner Gasblasen.
Die Blasen entstehen erst später, wenn sich die Bedingungen ändern.
Was bedeutet „Gleichgewicht“?
Stell dir ein Keg mit Bier vor, das zunächst nur wenig CO₂ enthält.
Jetzt wird CO₂ in den Kopfraum gegeben.
Der CO₂-Druck steigt.
Ein Teil des CO₂ geht in Lösung.
Die CO₂-Konzentration im Bier steigt.
Dieser Vorgang setzt sich fort, bis sich ein Gleichgewicht zwischen dem CO₂ in der Gasphase und dem gelösten CO₂ im Bier eingestellt hat.
Dieses Gleichgewicht hängt vor allem von drei Faktoren ab:
Temperatur
CO₂-Partialdruck
Eigenschaften der Flüssigkeit
Wird der Druck erhöht, kann mehr CO₂ im Bier gelöst werden.
Wird der Druck reduziert, verschiebt sich das Gleichgewicht in die andere Richtung und CO₂ beginnt wieder aus dem Bier auszutreten.
Genau das passiert beim Öffnen einer Flasche oder beim Zapfen aus einem Keg.
Henrys Gesetz: Warum Druck die Karbonisierung beeinflusst
Die grundlegende physikalische Beschreibung dafür liefert das Henry-Gesetz.
Vereinfacht gesagt gilt:
Je höher der CO₂-Partialdruck über einer Flüssigkeit ist, desto mehr CO₂ kann sich bei gleicher Temperatur darin lösen.
Für den Hobbybrauer bedeutet das:
höherer CO₂-Druck → mehr gelöstes CO₂
niedrigerer CO₂-Druck → weniger gelöstes CO₂
Das ist die Grundlage der Zwangskarbonisierung.
Wir erhöhen den CO₂-Druck über dem Bier und schaffen damit die Bedingungen dafür, dass weiteres CO₂ in Lösung geht.
So einfach das Prinzip ist, so wichtig ist es, die Randbedingungen zu verstehen.
Achtung: bar ist nicht gleich bar
Bei der Arbeit mit Kegs taucht schnell eine wichtige Frage auf:
Was zeigt eigentlich mein Druckmanometer an?
Die meisten Manometer an CO₂-Druckminderern zeigen den Überdruck, also den Druck relativ zum atmosphärischen Druck.
Das ist der sogenannte Gauge Pressure oder Relativdruck.
Für die physikalische Betrachtung des Gases ist dagegen der absolute Druck relevant.
In etwa gilt auf Meereshöhe:
1 bar Überdruck ≈ 2 bar absolut
und:
2 bar Überdruck ≈ 3 bar absolut
Das ist kein Detail, das man ignorieren sollte. Besonders wenn man Tabellen, Formeln oder wissenschaftliche Angaben zur CO₂-Löslichkeit miteinander vergleicht, muss klar sein, welche Druckangabe gemeint ist.
Für den Hobbybrauer ist deshalb die wichtigste Regel:
Immer prüfen, ob eine Angabe in bar als Überdruck oder als Absolutdruck gemeint ist.
Temperatur: Der zweite große Faktor
Neben dem Druck spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle.
CO₂ löst sich bei niedrigen Temperaturen besser in Bier als bei höheren Temperaturen.
Das ist der Grund, warum Bier normalerweise vor der Zwangskarbonisierung heruntergekühlt wird.
Ein einfaches Beispiel:
Ein Bier bei 5 °C kann bei einem bestimmten CO₂-Druck mehr CO₂ in Lösung halten als dasselbe Bier bei 15 °C.
Das bedeutet:
Für denselben CO₂-Gehalt benötigt kaltes Bier weniger Druck als warmes Bier.
Oder umgekehrt:
Bei gleichem Druck nimmt kaltes Bier mehr CO₂ auf als warmes Bier.
Genau deshalb sind Temperatur und Druck in jeder Carbonation-Tabelle miteinander verknüpft.
Warum wird Bier vor dem Karbonisieren gekühlt?
Nehmen wir ein frisch vergorenes Bier.
Nach der Gärung liegt es beispielsweise noch bei etwa:
18 °C
Wenn man jetzt direkt karbonisieren möchte, ist dafür ein relativ hoher CO₂-Druck erforderlich.
Kühlt man das Bier dagegen auf beispielsweise:
5 °C
herunter, steigt die Löslichkeit von CO₂.
Der gewünschte CO₂-Gehalt lässt sich nun bei einem niedrigeren Druck erreichen.
Ein typischer Ablauf sieht deshalb so aus:
Gärung abschließen
↓
Bier herunterkühlen
↓
Cold Crash bzw. Kühlung auf Lagertemperatur
↓
Zwangskarbonisierung
↓
Lagerung und Ausschank bei niedriger Temperatur
Das hat neben der Karbonisierung weitere Vorteile, etwa für die Klärung des Bieres.
Der Druck am Manometer ist noch nicht der CO₂-Gehalt des Bieres
Hier liegt eine der häufigsten Fehlannahmen bei der Zwangskarbonisierung.
Angenommen, das Bier steht bei 5 °C im Keg und wir stellen einen bestimmten CO₂-Druck ein.
Das Manometer zeigt sofort den gewünschten Druck.
Ist das Bier damit bereits vollständig karbonisiert?
Nein.
Der Druck im Kopfraum kann sich sehr schnell verändern. Das CO₂ muss aber erst von der Gasphase in die Flüssigkeit übergehen und sich im gesamten Bier verteilen.
Das braucht Zeit.
Am Ende soll ein Gleichgewicht entstehen zwischen:
CO₂-Druck in der Gasphase
und
CO₂-Konzentration im Bier.
Deshalb ist:
Keg-Druck ≠ automatisch CO₂-Gehalt des Bieres
Der eingestellte Druck bestimmt die Bedingungen für die Gleichgewichtskarbonisierung.
Er sagt aber nicht unbedingt, dass dieses Gleichgewicht bereits erreicht wurde.
Warum braucht Carbonation Zeit?
CO₂ muss die Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit überwinden und anschließend im Bier verteilt werden.
Wie schnell das geschieht, hängt unter anderem ab von:
- Temperatur
- Druck
- Flüssigkeitsmenge
- Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche
- Bewegung des Bieres
- Geometrie des Kegs
- Zeit
Bei einem ruhigen Keg ist die Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit relativ begrenzt.
Das CO₂ muss nach und nach in Lösung gehen.
Deshalb kann eine langsame Karbonisierung mehrere Tage benötigen.
Das ist nicht unbedingt ein Nachteil.
Im Gegenteil:
Eine langsame Karbonisierung bei konstantem Druck und konstanter Temperatur ist sehr gut kontrollierbar.
Warum beschleunigt Schütteln die Karbonisierung?
Wer schneller karbonisieren möchte, kann die Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche erhöhen.
Eine Möglichkeit ist, das Keg zu bewegen oder zu schütteln.
Dabei wird das Bier ständig umgewälzt und kommt mit CO₂ in Kontakt.
Die effektive Oberfläche zwischen Gas und Flüssigkeit steigt.
Dadurch kann CO₂ deutlich schneller in Lösung gehen.
Das Prinzip ist einfach:
ruhiges Keg
→ begrenzte Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche
→ langsamer Stoffübergang
versus
bewegtes Keg
→ größere effektive Kontaktfläche
→ schnellerer Stoffübergang
Deshalb funktioniert Schütteln.
Schnell bedeutet aber nicht automatisch besser
Das Problem bei schnellen Carbonation-Methoden ist nicht die Physik, sondern die Kontrolle.
Wenn sehr viel CO₂ sehr schnell in das Bier eingebracht wird, kann es schwierig sein, den tatsächlichen CO₂-Gehalt zu beurteilen.
Man kann schneller als gewünscht karbonisieren.
Dann ist das Bier plötzlich:
überkarbonisiert.
Besonders problematisch wird das, wenn man zusätzlich mit hohem Druck arbeitet und gleichzeitig die Temperatur verändert.
Für den Hobbybrauer gibt es deshalb zwei grundsätzlich unterschiedliche Ansätze.
Langsame Karbonisierung
niedrige Temperatur + definierter Druck + Zeit
Vorteile:
- gut kontrollierbar
- reproduzierbar
- wenig Aufwand
- geringes Risiko einer starken Überkarbonisierung
Schnelle Karbonisierung
höherer Druck + größere Gas-Flüssigkeits-Kontaktfläche
Vorteil:
- deutlich schneller
Nachteile:
- schwieriger zu kontrollieren
- höheres Risiko der Überkarbonisierung
- mehr Schaumbildung beim Testen und Zapfen möglich
Für reproduzierbare Ergebnisse ist die langsame Methode oft die angenehmere Lösung.
Was bedeutet eigentlich „2,5 Vol. CO₂“?
Jetzt kommen wir zu einer Angabe, die jeder Hobbybrauer kennt:
Vol. CO₂
Ein Wert von beispielsweise:
2,5 Vol. CO₂
beschreibt die Menge an gelöstem CO₂.
Vereinfacht kann man sagen:
In einem Liter Bier sind so viel CO₂ gelöst, dass dieses CO₂ bei den definierten Standardbedingungen ein Gasvolumen von etwa 2,5 Litern einnehmen würde.
Bei:
20 Litern Bier
und:
2,5 Vol. CO₂
entspricht das vereinfacht einem CO₂-Gasvolumen von etwa:
50 Litern
unter den jeweiligen Referenzbedingungen.
Die Volumenangabe ist deshalb praktisch, weil sie unabhängig davon beschreibt, wie viel CO₂ tatsächlich im Bier gelöst ist.
Für die Einstellung des Keg-Drucks reicht diese Zahl allein aber noch nicht.
Denn dafür brauchen wir zusätzlich die Temperatur.
Das Ziel von 2,5 Vol. CO₂ bedeutet nicht, dass 2,5 Vol. zusätzlich ins Bier müssen
Hier kommt ein weiterer Punkt ins Spiel, der bei Carbonation-Berechnungen oft übersehen wird.
Ein frisch vergorenes Bier enthält bereits CO₂.
Während der Gärung entsteht:
Zucker → Alkohol + CO₂
Ein Teil des CO₂ entweicht.
Ein anderer Teil bleibt im Bier gelöst.
Wie viel CO₂ nach der Gärung noch vorhanden ist, hängt unter anderem von der Temperatur während und nach der Gärung und vom Druck ab.
Das bedeutet:
Wenn unser Ziel beispielsweise ist:
2,5 Vol. CO₂
und das Bier bereits:
0,8 Vol. CO₂
enthält, müssen wir nicht weitere 2,5 Volumen CO₂ hinzufügen.
Wir müssen ungefähr noch:
2,5 − 0,8 = 1,7 Vol. CO₂
ergänzen.
Deshalb berücksichtigen gute Carbonation-Rechner immer auch die Restkarbonisierung des Bieres.
Warum ist die Gärtemperatur für die Carbonation wichtig?
Hier wird die Verbindung zwischen Fermentation und Carbonation deutlich.
Angenommen, zwei Biere werden beide auf denselben Zielwert karbonisiert.
Bei Bier A endet die Gärung bei:
18 °C
Bei Bier B bei:
5 °C
Das Bier, das wärmer war, enthält unter sonst gleichen Bedingungen weniger gelöstes CO₂.
Deshalb kann die benötigte Nachkarbonisierung unterschiedlich sein.
Die Gärtemperatur ist also nicht nur für die Hefe und das Aroma wichtig.
Sie beeinflusst auch:
Wie viel CO₂ bereits vorhanden ist, wenn die eigentliche Carbonation beginnt.
Es gibt deshalb keine universelle „Carbonation Pressure“
Man findet im Internet häufig Angaben wie:
„Bei 5 °C und 1 bar bekommt man X Vol. CO₂.“
Solche Angaben können nützlich sein.
Aber man sollte sie nicht als universelles Rezept verstehen.
Denn für die tatsächliche Situation müssen mehrere Dinge zusammenpassen:
Temperatur
CO₂-Partialdruck
bereits vorhandenes CO₂
Zeit bis zum Gleichgewicht
Zusammensetzung des Bieres
Deshalb ist die richtige Frage nicht:
„Wie viel bar brauche ich?“
Sondern:
„Welche Temperatur und welcher CO₂-Druck führen bei meinem Bier langfristig zum gewünschten CO₂-Gehalt?“
Und trotzdem haben wir die eigentliche Blasenfrage noch nicht beantwortet
Bis hierhin wissen wir jetzt:
Druck beeinflusst die CO₂-Löslichkeit.
Temperatur beeinflusst die CO₂-Löslichkeit.
Zeit ermöglicht den Gleichgewichtszustand.
Während der Gärung entsteht bereits CO₂.
Damit können wir ziemlich gut erklären, wie viel CO₂ im Bier gespeichert werden kann.
Aber eine entscheidende Frage bleibt offen:
Wenn dieses CO₂ im Bier gelöst ist und der Druck beim Zapfen fällt – warum entstehen daraus überhaupt Blasen?
Und noch wichtiger:
Warum entstehen manche Blasen klein und fein, während andere schnell wachsen und deutlich größer werden?
Genau hier beginnt der nächste Teil der Serie.
Aus gelöstem CO₂ wird eine Blase
Wenn der Druck sinkt, ist das Bier irgendwann nicht mehr im Gleichgewicht mit seiner Umgebung.
Das Bier enthält mehr CO₂, als unter den neuen Bedingungen dauerhaft gelöst bleiben kann.
Es wird übersättigt.
Jetzt beginnt die Suche nach einem Weg aus der Flüssigkeit.
Aber CO₂ bildet nicht einfach überall gleichzeitig kleine Blasen.
Es braucht einen geeigneten Ausgangspunkt.
Dieser Vorgang heißt:
Nukleation – Keimbildung.
Warum eine winzige Unebenheit im Glas ausreicht, um eine Blase entstehen zu lassen, warum manche Gläser stärker perlen als andere und warum die Größe der entstehenden Blasen für das Mundgefühl so wichtig ist, schauen wir uns im nächsten Teil an.
Denn erst wenn wir verstehen, wie eine Blase entsteht, können wir verstehen, warum sich Kohlensäure fein, weich oder aggressiv anfühlen kann.
Bild Quelle: Evgeniy Alekseyev von Pexels
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