Primäre und sekundäre Maßnahmen zur Minderung der NO_x-Emissionen an einer Drehrohrofenanlage mit Vorkalzinator zum Brennen von Zementklinker

Kurzbeschreibung

Bei der Herstellung von Zementklinkern werden fossile Brennstoffe unter hoher Flammentemperatur und Luft-Überschuss eingesetzt. Beim Verbrennen entsteht überwiegend Stickstoff-Monoxid (NO). Dieses reagiert beim Abkühlen unter 200 °C mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO₂).

Für Menschen ist Stickstoffdioxid besonders schädlich, da es die Lungenfunktion beeinträchtigt. Außerdem erzeugen Stickstoffoxide (Sammelbezeichnung NO_x) in Verbindung mit Wasser Salpetersäure. Dies führt zum Versauern und Überdüngungen (Eutrophie) der Böden und Gewässer. In der kalten Jahreszeit reagieren gasförmige Stickoxide und Ammoniak zu partikelförmigen Ammoniumnitrat. Dieses ist mitverantwortlich für die großräumige Belastung durch Feinstaub (PM 10).

Anfang der 90er Jahre emittierten Zementwerke mehr als 1,5 Gramm Stickoxide pro Kubikmeter Abgas (bezogen auf 10 Prozent sauerstoffgehalt im Abgas). Innerhalb Deutschlands trug die Zementindustrie somit wesentlich zu den Stickoxidemissionen bei. Um diese Belastung zu verringern, war es Ziel, die Emissionswerte der TA Luft für Zementwerke auf 0,8 Gramm Stickoxid/Kubikmeter zu reduzieren.

Erste Maßnahmen, wie etwa eine NOx-arme Feuerungstechnik, reichten nicht, die Emissionen ausreichend zu mindern. Eine weitere Möglichkeit, Abgase zu "entsticken", war die selektive nichtkatalytische Reduktion (SNCR). Sie kam damals bereits in abgetrennten Feuerungsräumen erfolgreich zum Einsatz, etwa in Kraftwerken.

Mit diesem Vorhaben und mit einem weiteren Vorhaben (HeidelbergCement AG) sollte an zwei verschiedenen Zementofentypen erstmals großtechnisch demonstriert werden, dass mit Hilfe eines prozessintegrierten SNCR-Verfahrens die NOx-Emissionen von Zementöfen deutlich reduziert werden können.

Beim SNCR-Verfahren spritzen Düsen Ammoniak (NH₃) in den Feuerungsraum ein. Das Ammoniak reagiert selektiv mit den Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser. Um die Stickoxide spürbar zu reduzieren und gleichzeitig das Entstehen von Ammoniakschlupf oder das Verbrennen von Ammoniak zu vermeiden, ist ein Temperaturbereich von 850 bis 1.000°C erforderlich.

Mit Hilfe der SNCR-Technik gelang es damals, in Zementwerken die NOx-Emissionen auf unter 0,8 Gramm/Kubikmeter zu senken. Die beiden Fördervorhaben hatten maßgeblichen Anteil daran, dass in der TA Luft die Emissionswerte für Anlagen zur Herstellung von Zementklinker deutlich gesenkt werden konnten.

Die SNCR-Technik kommt heute europaweit zum Einsatz, in ca. 100 Drehöfen von Zementwerken sowie in anderen Verbrennungsanlagen. Dadurch sanken die Belastungen der Luft durch Stickstoffoxide merklich. Gleichwohl sind sie in Zementwerken noch immer vergleichsweise hoch. Sie zu mindern, bleibt daher auch in Zukunft eine Herausforderung. Dies gilt vor allem im Hinblick auf das Erreichen der gesetzlichen Luftqualitätsziele.

Ein weiteres Verfahren ist die SCR-Technik. Sie hat sich in Müllverbrennungs- und Stromerzeugungsanlagen etabliert. Mittlerweile wird sie auch in der Zementproduktion häufig eingesetzt. Das Besondere: sie nutzt einen Katalysator, um die Stickstoffoxidemissionen zu verringern. Ein Vorteil des Verfahrens sind die im Vergleich zur SNCR-Technik niedrigen Ammoniakemissionen. Nachteile können höherer Strom- und thermischer Energiebedarf sein.