太陽能在啤酒釀製廠的應用

▓撰文：翁鳳英

重要綠色能源之一的太陽能，自研發應用以來即以輔助一般家庭用電為主要使用範疇，對於工業用途如：融解、烘乾、染色、減菌消毒、漂白或清洗等能源密集程序，則仍屬於未開發的範圍，因此相當多的跨部門結合應用是可以藉太陽能來輔助完成，其開發潛力值得重視。

太陽能在工業上的應用至今仍遲滯不前，其部分原因首先是在於工業應用面的太陽能為新型態的技術範圍，必須投入更多的研發力量；再則對於產出超過攝氏100度以上的設備以符合相關的工業需求，這類設備費用太過昂貴，必須先前以試驗應用設備完成測試才有可能投入量產。事實上，以太陽能研發卓著的德國，希望將太陽能應用在工業程序，節約傳統油源的使用量，想法由來已久，無奈德國全年的日照時間短且日照強度不足，因此也使研究久久未見成效，廠商也興致缺缺。雖然太陽能在輔助高溫攝氏100度以上的工業需求目前仍進展有限，但對於低於100度的應用則技術已稱成熟，且有關太陽能設備已可發揮相當高的效率。目前最大的挑戰在於如何將太陽能設備與工業程序整合在一起，發揮最大的效應。

太陽能與啤酒釀製

美味的德國啤酒向來全球聞名，全德國大大小小的私人啤酒釀製廠非常多，啤酒在釀製的過程並不超過攝氏100度的需求，使啤酒釀製與太陽能設備變成非常有趣的組合。在巴發利亞區的艾許泰德（Eichstaett）有一家名為Hofmuehl的啤酒釀製廠即建構太陽能設備做為提供釀製啤酒的能源，目地在於長期地節省油源和瓦斯的用量。

該計畫係由德國聯邦政府的聯邦環境、自然保護與核能安全部（Bundesministerium fuer Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit）在2000年開始所主導的Solarthermie2000plus計畫中所輔導的項目之一，自開始實踐以來，將於今（2011）年提出具體實踐成效以供各界參採。

一般認為，太陽能為輔助啤酒釀製廠能源需求的理想方式，原因在於啤酒飲料市場在夏天有極大的流動需求量，而德國南部在夏天也享有較長且較強的太陽光，可幫助減少一般的能源用量。對於Hofmuehl的啤酒釀製廠而言，在有了太陽能設備補充能源之後，可在夏天產出相較於冬天2倍的啤酒產量。拜設計切合整套系統的熱能儲存槽調節之賜，除了讓釀製過程可在相對低溫進行之外，並使每日甚或每週的熱能需求量都趨於穩定。

啤酒的釀製過程

在瞭解太陽能設備應用於啤酒釀製過程之前，必須先介紹啤酒的發酵釀製過程。啤酒的製造可以3個範疇來說明：啤酒發酵廠中產出麥芽汁，進入發酵程序，裝瓶或裝桶以利儲存。麥芽汁的產出是由大麥加水烹煮，之後透過淨化的程序所得，之後加入啤酒花進入發酵過程，即成啤酒等待裝瓶儲存步驟。

在這些程序中，以烹煮和淨化等程序需要大量的熱水為最大部分的能源需求，再則是冷卻過程也需要大量能源，也就是說絕大部分的能源密集程序都發生在啤酒發酵廠中。在裝瓶廠中，啤酒瓶與啤酒桶必須在裝進啤酒之前先進行清洗與消毒，所耗費的能源大約占整個程序的四分之一，另外還有建築物本身的暖氣需求。

發酵與儲存程序必須在低溫環境進行，因此大都在啤酒廠的地窖中進行，通常在地窖中都設有大型冰庫用以進行發酵與儲存程序。在此冰庫所需要的大量能源也可部分由太陽能來供應，因而省下相當多的能源費用。

Hofmuehl啤酒廠太陽能應用實例

事實上，配合太陽能使用以降低啤酒釀製之能源需求的嘗試已經悄悄進行了很多年，現在所要說明的應用實例可幫助節約60％的能源需求。這個實例的核心作法為，釀製成的麥芽汁被儲存在一個圓錐型的容器中加熱，通過汽化作用可快速去除掉或減少許多難聞的氣味，而可以縮短原本預計的100分鐘的烹煮時間變成40分鐘，其次也可使蒸汽爐和冷卻通風調節設備的運作達到最佳化。

在艾許泰德的Hofmuehl的啤酒釀製廠的情形為，在兩棟古老建築物和新建的倉庫的屋頂，總共835平方公尺的面積上架設太陽能真空管設備。這些太陽能真空管設備有些是直接架設在屋頂上，有些則是以腳架支撐；呈水平架設，方位都朝西南方以接收更多的太陽光，傾斜角度為23～26度之間。

太陽能真空管設備以拋物鏡溝槽為設計原理，優點在於取得最佳發熱點，太陽能拋物鏡溝槽發電系統目前是建構成本最為低廉的太陽能發電設備。拋物鏡溝槽發電系統的作法是，一定長度的拋物鏡被做成單軸溝槽，用來接收太陽能，在這溝槽中間的聚焦線上設有一條長管，做為吸收太陽能之用，管中注有特殊合成油料或鹽。溝槽聚集80倍以上的太陽能，理想中可將長管內的油料或鹽加熱至攝氏400度，這樣的能量將被儲存在2個大約為55立方公尺的熱能儲存槽中。這2個儲存槽以並排方式組合，第1個儲存槽管理太陽能設備的熱能回流，再將之輸送至第2個儲存槽，這些熱能可供應需要溫度100度作用程序所需之能量。

在這個實例中，屋頂上的太陽能設備與2個熱能儲存槽形成一個環狀的作業系統，最高溫度可達攝氏110度。這個作業系統大致為，接收太陽能的太陽能設備產出熱能，首先經由熱能交換器以攝氏90度的高溫供應啤酒瓶清洗設備所需的能量，再來是以階段式的方法供應釀製過程中所需要的攝氏60～90度之間的熱水需求，最後也供應維持酒廠暖氣設備所需的攝氏45～65度的能量需求。

冷卻程序以冷水達到冷卻效果，這些熱水將再經過太陽能集中槽加溫，之後在2個熱能儲存槽之間流動以供隨時所需，這2個儲存槽在夏日時光溫度可達攝氏100～115度之間，可供使用的溫度為攝氏50～80度之間，足夠供應釀製過程中的烹煮程序，廠內暖氣設備以及秋冬防止霜凍的能源所需。

日照長度與強度決定產量

根據酒廠表示，釀製無法有每週固定的時間表，必須依日照時間長短而定。換句話說，就是釀製產量在日照時間強烈且漫長時有增高的情形，反之則減少。在熱能儲存槽之間環繞的水，其水量也依日照強弱與長短而有不同，若是日照薄弱則環繞的水量減少。雖然如此，卻因為水量減少而能使水溫迅速升高至所需要的溫度，因此整個產量也可以如期進行，只是產量不似日照強烈且漫長的日子多，而是較少。在日照強且較長的時間裡，水量會自動增加而加大啤酒產量，對於啤酒釀製廠而言，這種作法長期來看可省下可觀的能源費用。

結論

Hofmuehl的啤酒釀製廠的太陽能應用實例所得到的分析資料成為往後應用的重要依據，若是要使太陽能在工業上的應用普遍化，必須有計劃地降低耗能設備的設置，並盡力以創新的思維將太陽能技術整合入工業系統程序中。太陽能設備必須由原本只用做輔助一般家庭暖氣能源需求的範疇，轉變為可供工業水加熱的範圍，溫度必須由原本的攝氏35度至少升高至60度。另外，也加強設備的效率以及增加其市場適應度也成為不可或缺的條件。

基本上，上述計畫已獲得正面的效應，一般也認為太陽能在工業上的應用應有其潛能，只是有待更進一步的開發。其他可能也適合整合太陽能進入運作程序的工業，還有像是金屬加工業、食品加工業、洗衣廠以及汽車清洗站也將是可能的應用產業，有待進一步開發。（作者為本刊駐德國特約記者，同時也是台灣公共電視派駐德國杜塞道夫新聞特派員╱有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.solarthermie2000plus.de）