Acqua e birra: gli impianti ad osmosi

L’obiettivo ultimo di questa serie sarà spiegarvi passo passo come fare birra in casa partendo da acqua pura, ricostruita con gli appositi sali. In poche parole come birrificare conoscendo le concentrazioni esatte (o quasi) dei sali discolti.

Nello scorso articolo ci siamo chiesti se, economicamente, conviene. Abbiamo concluso che non solo fa bene alle nostre tasche, ma anche al pianeta.

Oggi dunque vorrei parlarvi degli impianti ad osmosi in generale e di come funziano. Andremo poi, nel successivo articolo, ad analizzare i vari prodotti cercando di capire quale può essere la soluzione migliore per ognuno. Pazientate dunque ancora una manciata di righe e leggete tutto fino in fondo, così eviterete di fare acquisti sbagliati.

Standard primari e standard secondari

La nostra acqua di rete è buona da bere, ma non va bene per fare birra. Non ascoltate chi vi dice l’opposto: la domanda non è SE riuscirete a produrre ma, piuttosto COME e COSA produrrete. Ad onor del vero è bene dire che certi stili ben si adattano alla nostra acqua di rete, tale e quale esce (previa bollitura o riposo, si intende). Molti altri, invece, poprio no.

Oltre a cloro, possibili sedimenti, residui industriali o agricoli (che per legge non devono essere presenti se non in minima parte), altri tipi di residui ed elementi della tavola periodica che ci interessano poco o nulla, a noi birrai interessa soprattutto la concentrazione di sali disciolti.

Ci sono cioè alcuni valori che devono essere ben tenuti in considerazione da tutti, come ad esempio gli inquinanti o le sostanze potenzialmente dannose di cui sopra. Altri risultati d’analisi, invece, perlopiù sali (che al birraio interessano maggiormente) spesso in una scheda manco si trovano tutti. Questi sono considerati valori secondari dai più, ma per il birraio diventano fondamentali in quanto, in una o più parti del processo produttivo, intervengono per modificare il profilo finito o il risultato del mosto. Principalmente ci si riferisce a:

  • Calcio;
  • Magnesio;
  • Sodio;
  • Solfato;
  • Cloruro;
  • Bicarbonato.

Per un ulteriore approfondimento su questi uscirà un articolo in merito, a parte. Per il momento basti dire che, combinandoli e bilanciandoli tra loro, è possibile ottenere da questi soli sei elementi qualsiasi profilo adatto a birrificare ogni stile.

Per fare le cose con un minimo di criterio e scientificità è tuttavia necessario conoscere la loro concentrazione. E ciò, a meno di non possedere costosi macchinari da laboratorio o una serie di test a reagente (neanche troppo affidabili, che ci indicano degli intervalli) è impossibile.

La soluzione più pratica è perciò partire da acqua osmotica pura, solamente H2O, e da lì costruirci un profilo con appositi sali. Scordatevi i negozi che vendono acqua osmotica pura (principalmente di acquari): nella stragrande maggioranza dei casi questa è quasi acqua di rubinetto, nell’altra (la più rosea) va bene per gli acquari ma non per la nostra salute, come vedremo tra poco. In ogni caso è costosa: meglio prodursela da soli.

L’acqua e l’osmosi

Tramite l’utilizzo di apposite membrane è possibile ottenere acqua pura. Che, come ho già detto, è un ottimo solvente: riesce cioè a dissolvere al suo interno molte sostanze con discreta facilità.

L’acqua è anche veicolo di vita. Senza acqua, non ci sarebbe vita e non perché lo dicono i tiggì o il senso comune, ma perché l’acqua viene usata dagli esseri viventi come veicolo per l’assorbimento o la cessione di una miriade di sostanze, ma andiamo con ordine.

Tali scambi avvengono grazie all’osmosi, un principio chimico-fisico presente in natura. Grazie all’osmosi, quando due soluzioni acquose che contengono concentrazioni di sali (soluto) differenti sono separate tra loro grazie ad una membrana semipermeabile, c’è un passaggio di acqua (solvente) dalla soluzione A, più scarica di sali, alla soluzione B, più concentrata (dunque con meno solvente) sino al raggiungimento della stessa salinità, o concentrazione che di si voglia. La spinta che così viene a nascere tra le due soluzioni è detta pressione osmotica: maggiore è la differenza di concentrazione di soluto, maggiore è la spinta.

Grazie al principio appena esposto la membrana cellulare è perciò in grado di mantenere regolare la propria pressione, garantendo la propria permeabilità all’acqua ma non a determinati soluti come sali, zuccheri o proteine. Un discorso interessante pure per quanto riguarda il lievito (specie quello secco), ma non è questo il luogo per parlarne. Proprio attraverso questo meccanismo diciamo infine che le piante riescono ad assorbire nutrienti. Se foste interessati al discorso vi lascio un paio di approfodnimenti più seri dei miei… ma meno birrosi. [link1] [link2]

E l’osmosi inversa?

In natura questo processo non è, in linea generale, reversibile. Noi birrai però siamo dei nerd e abbiamo scoperto la contropressione. Esercitando infatti un’adeguata contropressione (maggiore di quella osmotica) il processo è reversibile. E di qui nascono le membrane ad osmosi inversa.

Queste membrane, per farla breve, fanno passare l’acqua in senso opposto a quanto questa farebbe in maniera naturale con la presenza di una membrana semipermeabile posta tra due soluzioni: dalla soluzione più carica di sali (detti soluto, dunque con meno solvente[=acqua]) a quella più scarica. In sostanza alla fine avremo due acque: una molto carica di sali, dunque più concentrata, e una molto povera.

Questo è il motivo per cui gli impianti ad osmosi hanno un’entrata ma due uscite. La prima, più carica, è detta acqua di scarto, la seconda permeato o acqua osmotica.

image credits: http://www.acqua2o.com/Osmosi%20inversa.htm

Basta solo una membrana?

Grazie alle membrane ad osmosi inversa la nostra acqua di rete verrà perciò spogliata di tutte le sostanze che non siano H2O pura, in linea generale. Dunque basta solamente una membrana osmotica? Purtroppo no.

Oltre alle altre sostanze e sali soluti in essa, infatti, ho detto essere presenti pure sedimenti e cloro che possono causare non pochi problemi.

Infatti per quanto riguarda i primi, essendo solidi più o meno grandi, il loro passaggio attraverso la membrana osmotica potrebbe danneggiare od ostruire la stessa. Il secondo, invece, danneggia le membrane fino a comprometterle definitivamente.

Date le circostanze si rende perciò necessario l’ausilio di due ulteriori filtri, da anteporre ai nostri impianti ad osmosi propriamente detti, cioè alla membrana osmotica.

I filtri per i sedimenti

Per combattere ed eliminare in entrata nei nostri impianti qualsiasi sedimento dannoso si antepongono uno o più filtri, che devono costituire sempre il primo stadio. In genere l’acqua in uscita dai nostri rubinetti è sicura, pulita e non fa poi così schifo. Perciò in genere è necessario solamente un prefiltro la cui maglia si aggira generalmente sui 5 micron.

Oltre a trattenere sabbia, ruggine, argilla, scagliescaglietteescaglione, tali prefiltri hanno anche la funzione di trattenere un gran numero di microorganismi patogeni e non, e dunque di evitare proliferazioni batteriche su membrana e, di conseguenza, sull’acqua di osmosi.

I filtri a carbone

Il cloro viene eliminato dal carbone attivo. Quest’ultimo è di origine principalmente vegetale e va tenuto come secondo elemento all’interno dei nostri impianti ad osmosi. Come materiale il mio filtro utilizza un carbone che ha orgine dal cocco e andrebbe sostituito (assieme ai sedimenti) con regolarità.

Oltre a trattenere il dannosissimo cloro (che nel nostro caso forma i clorofenoli), i filtri a carbone attivi trattengono anche la maggior parte di residui di pesticidi e contaminanti che potrebbero essere presenti nei nostri acquedotti.

L’unico difetto del carbone attivo è che andrebbe sciacquato prima dell’utilizzo e dunque prima di collegare questo prefiltro alla membrana. La prima acqua che passa attraverso di esso è infatti completamente nera. Solamente quando questa si sarà schiarita totalmente, potremo collegare i nostri prefiltri all’impianto.

La membrana osmotica

Finalmente giungiamo al cuore del nostro impianto. Le membrane osmotiche si differenziano tra loro per quantità di sostanze trattenute (o meglio separate) e velocità di produzione. Tutte.

Per lavorare correttamente esse necessitano di una certa pressione o, meglio, contropressione. Questa si viene a creare grazie a dei restringimenti di linea o attraverso pompe. Dipendentemente dalla pressione in entrata, infatti, si può rendere necessario l’acquisto di una pompa di rilancio, detta pompa booster in grado di aumentare la pressione sulla membrana.

Le membrane ad osmosi hanno infatti un intervallo di pressione ideale che si aggira intorno ai 4 bar. Aumentando la pressione si diminuisce il tempo di produzione necessario e lo scarto del sistema. Insomma, per produrre un litro di osmosi ci vuole meno acqua (perciò meno tempo) e, dunque, si crea meno scarto.

Dipendentemente dalla pressione misurata sul proprio impianto si deve valutare perciò l’acquisto di una eventuale pompa. Io che produco acqua a pian terreno e ho una discreta pressione nelle linee casalinghe, non ho bisogno di alcuna pompa. La pressione prima della mia membrana si assesta sui 3.75 bar ed essa ha un utilizzo nominale ottimale a 3.8 bar. Fortuna? Molto probabile.

In genere i tubi per gli impianti ad osmosi sono molto stretti e si posiziona, prima della membrana, un apposito restrittore che è, per semplificare impropriamente, una valvolina che aumenta la spinta in entrata.

La membrana andrebbe lavata di tanto in tanto facendo scorrere acqua in direzione opposta, ma di ciò parleremo tra un paio di puntate, dopo i consigli per gli acquisti.

Il permeato in uscita dalla membrana sarà dunque, facendo le cose a dovere, H2O quasi pura. QUASI.

Che cosa rimane

Ci sono elementi che, tuttavia, una membrana osmotica non riesce a trattenere. Essi sono perlopiù ioni, composti che prendono il nome di:

  • Nitrati (NO3);
  • Fosfati (PO4);
  • Silicati (SiO4).

I primi e i secondi sono in genere di origine agricola. I secondi sono presenti in quantità discrete nel malto e servono al lievito; i primi sono composti dell’azoto considerati dannosi per la salute, perciò severamente regolamentati per le nostre forniture. Gli ultimi sono un po’ più complicati ma,  per la maggior parte delle nostre acque, non dovrebbero rappresentare un problema per i nostri utilizzi, se non che contribuiscono a formare depositi ed incrostazioni.

Questi tre elementi possono essere rimossi mediante apposite resine deionizzanti. Alcune sono pure a viraggio di colore, per capire quando è opportuno sostituirle. Putroppo il consumo umano dell’acqua ottenuta attraverso queste resine è ancora controverso. Insomma, se ci beviamo l’acqua passata attraverso queste resine potremmo morire male tra atroci sofferenze, noi e la nostra discendenza.

Perciò, visto che questi non sono parametri fondamentali per il profilo minerale dell’acqua di birrificazione come i sei elencati sopra, suggerisco di infischiarsene. A meno che le vostre linee non siano piene di silicati o nitrati, non valutate l’idea di inserire uno stadio di filtrazione a resine deionizzanti dopo l’uscita del permeato dalla membrana ad osmosi.

Chiudo dandovi appuntamento a mercoledì, quando parleremo di cosa acquistare nello specifico.

Iacopo Zannoni

Da sempre bevitore di birra, scopre quasi per gioco il mondo dell'homebrewing e ne rimane incantato. Paranoico, attivo e molto noioso, nella vita è attualmente un laureato in lettere con velleità editoriali. Nel tempo libero cerca di spacciarsi come macellaio.

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