Comment le CO2 de fermentation est-il récupéré et réutilisé dans la production sans alcool ?
Le marché des boissons sans alcool a progressé de 31 % en Europe occidentale entre 2022 et 2024 (IWSR), reflétant un changement durable dans les habitudes de consommation. Cette dynamique concerne aussi bien les bières désalcoolisées que les spiritueux NA, les kombuchas et les boissons botaniques fonctionnelles qui structurent désormais l'offre des cavistes et bars spécialisés.
Le CO2 produit par la fermentation (1 mol glucose → 2 mol éthanol + 2 mol CO2) est récupéré en tête de cuve, purifié par piège à mousse + charbon actif + séchage, puis liquéfié sous pression pour stockage. Ce CO2 fermentaire récupéré est réinjecté pour la carbonatation du produit fini, remplaçant le CO2 industriel acheté. Une brasserie de 50 000 hL/an peut récupérer 50–70 % de ses besoins en CO2 par ce procédé.
Comment le CO2 issu de la fermentation est-il récupéré et réutilisé dans la production de boissons sans alcool?
La récupération du CO2 de fermentation (CO2 biogénique) constitue une démarche à la fois économique et environnementale dans la production de boissons sans alcool. Lors de la fermentation alcoolique ou de la fermentation acétique-lactique, le CO2 est produit en quantité stoechiométrique: 1 mole d'glucose génère 2 moles d'éthanol et 2 moles de CO2. Pour une brasserie produisant 100.000 hl de bière par an, la quantité théorique de CO2 produit est d'environ 400 à 500 tonnes, dont la grande partie est perdue si aucun système de récupération n'est en place.
Le processus de récupération industrielle du CO2 de fermentation comprend plusieurs étapes successives. La collecte primaire se fait par un système de dômes de récupération posés sur les tanks de fermentation, reliant toutes les sources en un collecteur commun. Le CO2 brut récupéré contient initialement de 80 à 98% de CO2 pur, accompagné d'eau, de traces d'éthanol (0,1 à 0,5% vol.), de composés organiques volatils issus de la fermentation (acétaldéhyde, acétate d'éthyle, sulfure d'hydrogène) et d'air résiduel. Selon les données du VLB Berlin (Brauereitechnik, 2021), sans traitement, ce CO2 brut est impropre à la réinjection directe dans les boissons du fait de ces contaminants organiques.
La purification du CO2 récupéré s'effectue en quatre étapes: compression à 12 à 20 bar (compresseur à vis ou à piston), lavage à l'eau pour éliminer les composés hydrosolubles (éthanol, acétaldéhyde), passage sur charbon actif pour éliminer les composés organiques traces, puis séchage par tamis moléculaires pour ramener la teneur en eau à moins de 10 ppm. Le CO2 ainsi purifié doit atteindre une pureté supérieure à 99,9% et respecter les spécifications de la norme ISBT (International Society of Beverage Technologists, édition 2020) pour être réinjecté dans la ligne de carbonatation. Les installations modernes de récupération atteignent un taux de récupération de 75 à 85% du CO2 théoriquement disponible.
Pour les producteurs de boissons sans alcool produisant par fermentation arrêtée ou désalcoolisation, la récupération du CO2 présente un double intérêt. D'une part, elle réduit les achats de CO2 commercial (coût de 0,15 à 0,40 euro par kg pour le CO2 alimentaire commercial en France selon les données de marché 2023). D'autre part, elle garantit une traçabilité complète du CO2 utilisé en carbonatation, ce qui est valorisable commercialement dans un positionnement "produit zéro-traitement industriel".
L'INRAE a développé des protocoles de certification du CO2 biogénique récupéré de fermentation pour les producteurs bio et naturels souhaitant valoriser cette origine dans leur communication. Ces protocoles incluent une analyse isotopique (rapport 13C/12C) qui permet de distinguer le CO2 biogénique issu de la fermentation du CO2 fossile d'origine industrielle, avec une précision de 0,1 unité delta permil selon la méthode IRMS (Isotope Ratio Mass Spectrometry).
Les petites structures artisanales ne pouvant amortir une installation complète de récupération (coût d'investissement entre 150.000 et 800.000 euros selon la capacité) peuvent opter pour des systèmes de collecte et de pré-compression plus simples, puis faire purifier leur CO2 par un prestataire spécialisé. Cette approche mutualisée se développe dans les zones de forte concentration brassicole française (région Grand Est, Bretagne, Nouvelle-Aquitaine) et permet de valoriser économiquement le CO2 biogénique même pour des productions de l'ordre de 5.000 à 20.000 hl/an.
La réglementation française impose aux brasseries et producteurs de boissons fermentées traitant plus de 5.000 hl/an de déclarer leurs émissions de CO2 dans le cadre de la réglementation européenne sur les gaz à effet de serre (EU ETS, directive 2003/87/CE pour les installations industrielles). L'installation d'un système de récupération du CO2 permet de réduire les émissions nettes de CO2 de l'installation et peut générer des crédits carbone valorisables sur les marchés volontaires. L'INRAE estime qu'une brasserie de 50.000 hl/an avec récupération complète du CO2 de fermentation réduit ses émissions nettes de CO2 d'environ 150 à 200 tonnes par an, représentant une valeur de 10.000 à 15.000 euros sur les marchés volontaires au cours de 2023.
Sources: VLB Berlin, Brauereitechnik 2021 (processus de récupération et purification CO2). Norme ISBT 2020 (spécifications CO2 alimentaire). INRAE, Protocoles certification CO2 biogénique, 2022. Institut Français des Boissons, Référentiel carbonatation et CO2, 2023.
| Étape de purification | Paramètre | Contaminant éliminé | Résultat |
|---|---|---|---|
| Compression | 12 à 20 bar | Air résiduel | CO2 concentré à 95-98% |
| Lavage à l'eau | Colonne de lavage | Éthanol, acétaldéhyde | Composés hydrosolubles éliminés |
| Charbon actif | Lit fixe | COV organiques traces | Moins de 10 ppm COV |
| Tamis moléculaires | Régénération cyclique | Eau résiduelle | Moins de 10 ppm H2O |
| CO2 final récupéré | Supérieur à 99,9% CO2 | Norme ISBT 2020 | Prêt pour carbonatation |
zeroproof.one s'intéresse aux pratiques de production responsables qui façonnent l'industrie sans alcool premium.