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Oxidations-Katalysatoren (OxKat/RCO) in der Zementklinkerproduktion: Errichtung einer erstmaligen und innovativen Anlage zur Emissionsminderung ohne Einsatz fossiler Primärenergie (KAREm)

Die Holcim (Süddeutschland) GmbH ist spezialisiert auf die Herstellung und den Vertrieb von Baustoffen. Das Unternehmen bietet ein breites Sortiment an Zement, Gesteinskörnungen, Beton sowie Dienstleistungen für Bauvorhaben an. Der Prozess der Zementklinkerherstellung ist sehr energieintensiv und verursacht sowohl brennstoff- als auch rohstoffbedingte Emissionen. Letztere resultieren aus den chemischen Zusammensetzungen der verwendeten Rohstoffe wie Kalkstein, Sand, Ton und z.B. eisenhaltigen Zusatzstoffen. Neben Staub sind insbesondere gasförmige Abgaskomponenten, wie NO X , NH 3 und SO X , organische Verbindungen sowie Schwermetalle von Bedeutung. In der 17. BImSchV, der für Zementwerke maßgeblichen Immissionsschutzregelung, gibt es jedoch für eine Vielzahl von Parametern (SO X , organische Gesamtemissionen, NH 3 , Hg) die Möglichkeit, rohmaterialbedingte Ausnahmen von den allgemeinen Grenzwerten zuzulassen. Am Standort Dotternhausen gelten derzeit Ausnahmen für die Emissionsgrenzwerte von CO, VOCs und NH 3 , da bisher keine Reduzierung der rohstoffbedingten Emissionen implementiert ist. Zur Minderung von NO X -Emissionen wird im Zementwerk Dotternhausen aktuell das Verfahren der selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) betrieben. Im Rahmen des Vorhabens soll im Zementwerk der HOLCIM Süddeutschland GmbH in Dotternhausen eine Anlage zur kombinierten Abgasreinigung errichtet werden. Damit sollen zum einen die Emissionen des Zementwerks deutlich reduziert (z.B. NO X , NH 3 , VOCs, CO) und zum anderen der fossile Energiebedarf für die Emissionsminderung in Zementwerken deutlich gesenkt werden. Die Anlage besteht aus einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der mit einem Oxidationskatalysator in einer Funktionseinheit kombiniert wird. Der Oxidationskatalysator wird erstmalig in der Zementindustrie eingesetzt. Der Einsatz von Oxidationskatalysatoren wird seit langem als vielversprechende Technologie für den Einsatz in der Zementindustrie gehandelt, aufgrund des hohen technischen Risikos aber bisher noch nicht eingesetzt. Durch diese Anlagenkombination werden zukünftig sowohl brennstoffbedingte als auch rohmaterialbedingte Emissionen eingespart und gezielt insbesondere NO X , NH 3 , organische Gesamtemissionen und besonders problematische Einzelverbindungen (z. B. Benzol, PAKs, PCB) sowie CO gemindert. So sollen bei Umsetzung des Projektes im Dauerbetrieb Emissionswerte für Ammoniak unterhalb der allgemeinen gesetzlichen Anforderungen eingehalten werden: 10 Milligramm pro Kubikmeter statt 30 Milligramm pro Kubikmeter für Ammoniak im Tagesmittel. CO wird nahezu vollständig zu CO 2 oxidiert. Zusätzlich werden die Emissionen organischer Verbindungen soweit reduziert, dass keine nach 17. BImSchV allgemein zulässige rohmaterialbedingte Ausnahme für organische Emissionen erforderlich ist und ein Wert unterhalb von 10 Milligramm pro Kubikmeter im Dauerbetrieb und allen Betriebszuständen eingehalten wird. Auch bei relevanten organischen Einzelkomponenten (z. B. Benzol, Dioxine/Furane, PCB) wird eine nahezu vollständige Zerstörung erwartet. Damit werden bei erfolgreicher Umsetzung des Projektes die Emissionen unterhalb des Emissionsniveaus der aktuell fortschrittlichsten Anlagen liegen. Ziel ist, nach erfolgreicher Umsetzung des Projektes auf die Inanspruchnahme rohmaterialbedingter Ausnahmen für NH 3 , organische Gesamtemissionen und CO verzichten zu können. Darüber hinaus kann bei der innovativen Technologiekombination aus selektiver katalytischer Reduktion und einem Oxidationskatalysator auf den Einsatz fossiler Energieträger komplett verzichtet werden. Die geplante Anlagenkombination ist auf andere Anlagen der Zementindustrie und ggf. auch auf Unternehmen anderer Branchen übertragbar, da es sich bei dem Ofenabgas der Zementklinkerproduktion um ein sehr herausforderndes Umfeld für die Anwendung abgassensibler Minderungstechniken handelt. Die Demonstration der Funktionsfähigkeit des Verfahrens kann daher Hürden für andere Bereiche abbauen helfen. Weiterhin ist davon auszugehen, dass auch eine Nachrüstung von Oxidationskatalysatoren als eigenständiges Element in Werken mit Low-Dust-SCR-Anlagen und ggf. auch anderen SCR-Varianten zur weitergehenden Reduktion von organischen und CO-Emissionen möglich ist. Branche: Glas und Keramik, Verarbeitung von Steinen und Erden Umweltbereich: Luft Fördernehmer: Holcim GmbH Bundesland: Baden-Württemberg Laufzeit: seit 2025 Status: Laufend

Stickstoffoxid-Emissionen

<p> <p>Stickstoffoxide entstehen hauptsächlich bei Verbrennungsprozessen in Anlagen und Motoren. Geringe Emissionen entstehen auch in bestimmten Industrieprozessen und in der Landwirtschaft. Trotz erheblicher Reduzierungen sind weitere Maßnahmen nötig, um die seit 2010 einzuhaltenden Höchstmengen dauerhaft zu unterschreiten und die Minderungsverpflichtungen seit 2020 und 2030 einzuhalten.</p> </p><p>Stickstoffoxide entstehen hauptsächlich bei Verbrennungsprozessen in Anlagen und Motoren. Geringe Emissionen entstehen auch in bestimmten Industrieprozessen und in der Landwirtschaft. Trotz erheblicher Reduzierungen sind weitere Maßnahmen nötig, um die seit 2010 einzuhaltenden Höchstmengen dauerhaft zu unterschreiten und die Minderungsverpflichtungen seit 2020 und 2030 einzuhalten.</p><p> Entwicklung seit 1990 <p>Emissionsangaben von Stickstoffoxiden (NOx) werden als NO2 berechnet. Diese übliche Umrechnung erfolgt, weil Stickstoffoxide zwar überwiegend als Stickstoffmonoxid (NO) emittiert werden, anschließend aber atmosphärisch zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidieren. Von 1990 bis 2024 ist ein Rückgang der NOx-Emissionen um knapp 2 Millionen Tonnen (Mio. t) oder 72 % zu verzeichnen (siehe Abb. „Stickstoffoxid-Emissionen nach Quellkategorien“). Dieser Rückgang erfolgte in allen Quellkategorien – mit einem Minus von über 1,1 Mio. t am deutlichsten im Verkehr. Trotz dieser Minderung ist der Verkehrsbereich mit einem Emissionsanteil von fast 36 % weiterhin mit Abstand der größte Verursacher von NOx-Emissionen (siehe Tab. „Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien“).</p> <p>Obwohl die Stickstoffoxid-Emissionen im Verkehrssektor insgesamt sinken, nimmt der Anteil des giftigen Stickstoffdioxids an den gesamten Stickstoffoxid-Emissionen zu. Als Grund hierfür wird neben der natürlichen Umwandlung von NO zu NO2 der höhere Anteil von NO2 im Abgas von mit Oxidationskatalysatoren ausgestatteten Dieselfahrzeugen diskutiert. Das in diesen Katalysatoren gebildete NO2 wird direkt emittiert und führt zum Beispiel in verdichteten Innenstädten zu erhöhten Stickstoffdioxid-Konzentrationen.</p> <p>Emissionsminderungen in den anderen Bereichen resultierten aus dem Einsatz emissionsärmerer Brennstoffe, dem effizienteren Energieeinsatz, dem Einsatz von mobilen und stationären Katalysatoren sowie historisch in Folge des Strukturwandels in den neuen Bundesländern.</p> <p>Die NOx-Freisetzung aus landwirtschaftlichen Böden dominiert die Emissionen aus der Landwirtschaft. Sie gingen zwischen 1990 und 2024 um 34,1 % zurück. Die Stagnation auf hohem Niveau in den Jahren 2014 bis 2016 konnte in den letzten Jahren mit deutlichen Rückgängen beendet werden. 2024 sanken die Emissionen auf den niedrigsten Stand der gesamten Zeitreihe.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/2_Abb_Stickstoffoxid-Emi_2026-06-09.png"> </a> <strong> Stickstoffoxid (NOx, gerechnet als NO2) -Emissionen nach Quellkategorien </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_Abb_Stickstoffoxid-Emi_2026-06-09.pdf">Diagramm als PDF (47,77 kB)</a></li> </ul> </p><p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/image/3_Tab_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.png"> </a> <strong> Tab: Emissionen ausgewählter Luftschadstoffe nach Quellkategorien </strong> Quelle: Umweltbundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_Tab_Emi-ausgew-Luftschadst_2026-06-09.pdf">Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung (163,25 kB)</a></li> </ul> </p><p> Verursacher <p>Zu den Stickstoffoxiden (NOx) zählen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2). Sie entstehen größtenteils bei Verbrennungsvorgängen in Anlagen und Motoren und werden überwiegend als NO ausgestoßen und anschließend zu NO2 umgewandelt. Der prozessbedingte Anteil (2024 bei ca. sechs Prozent) wird von den energieintensiven Industrien der Wirtschaftssektoren Steine und Erden sowie Metallindustrie dominiert.</p> <p>Die Bildung von NOx variiert in den Verbrennungsanlagen stark. Die höchsten Emissionen je Einheit verbrauchter Energie weist der Verkehrsbereich auf, gefolgt von den Kraftwerken. Die niedrigsten spezifischen Emissionen werden an den Kleinfeuerungen der Haushalte festgestellt, in der Summe sind die Emissionen aus diesem Bereich jedoch signifikant. Die entstehenden NOx-Emissionen können durch Nachbehandlung (Katalysatoren im Verkehrsbereich, DENOX-Anlagen bei Großfeuerungen) erheblich vermindert werden. Aber auch die Landwirtschaft (2024: 12,1 %) ist weiterhin eine relevante Emissionsquelle, wobei vor allem die landwirtschaftlichen Böden NOx emittieren.</p> </p><p> Erfüllungsstand der Emissionsminderungsbeschlüsse <p>Im <a href="https://unece.org/environment-policy/air/protocol-abate-acidification-eutrophication-and-ground-level-ozone">Göteborg-Protokoll</a> zur <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/unece">UNECE</a>-Luftreinhaltekonvention und in der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/nec-richtlinie">NEC-Richtlinie</a> (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) der EU wird festgelegt, dass die jährlichen NOx-Emissionen ab 2020 um 39 % niedriger sein müssen als 2005. Diese Ziele wurden 2021, 2022, 2023 und 2024 eingehalten.&nbsp;</p> <p>Auf EU-Ebene legt die NEC-Richtlinie (<a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX%3A32016L2284">EU 2016/2284</a>) auch fest, dass ab 2030 die jährlichen Emissionen 65 % niedriger gegenüber 2005 sein sollen. Dieses Ziel wurde bisher nicht erreicht.</p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Heterogene Photokatalyse: NOx-Reduktion und Kohlenwasserstoff-Oxidation an Halbleitern

Im Zusammenhang mit der Reinigung von durch Kohlenwasserstoffe bzw. Stickoxide belasteten Abgasen ist der Einsatz von Halbleitern, wie z.B. TiO2, als Photokatalysatoren vor allem deshalb interessant, weil die Verbrennungs- bzw. Reduktionsreaktionen bei Raumtemperatur ablaufen können. Die praktische Anwendung ist allerdings durch die bisher erreichten, noch zu geringen Katalysatoraktivitäten begrenzt. Im Rahmen des Projektes sollen der Einfluss von Lichtwellenlänge, Lichtintensität und Kristallitgröße auf Geschwindigkeit und Selektivität (z.B. NO2, NO, N2O, N2) der Umsetzung untersucht werden. Es umfasst die Katalyse aus Sicht der Technischen Chemie und das Problem der Herstellung und Charakterisierung nanokristalliner, d.h. grenzflächendominierter Materialien aus Sicht der Festkörper Physikochemie. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es vor allem, am Beispiel ausgewählter Reaktionen die Einflüsse der Eigenschaften des Katalysatormaterials auf den Ablauf von mit Photohalbleitern katalysierten Gasreaktionen herauszuarbeiten und in einem Modell zusammenzuführen.

Shell Catalysts & Technologies Leuna GmbH – Wesentliche Änderung der Anlage zur Herstellung von Edelmetall-Katalysatoren

Die Shell Catalysts & Technologies Leuna GmbH, im Folgenden auch als Shell bezeichnet, betreibt am Chemiestandort Leuna mehrere Anlagen zur Herstellung und zum Lagern von Katalysatoren. Shell beabsichtigt in der bestehenden Anlage zur Herstellung von Edelmetall- Katalysatoren in Bau 7680 BE 40 die Dosierstation für Hydrazin zu erneuern sowie eine neue Lageranlage für Hydrazin an Bau 7680 und eine zugehörige Entladestelle an Bau 7671 zu errichten und zu betreiben und damit eine wesentliche Änderung der bestehenden Anlage vorzunehmen. Hydrazin wird in der Katalysatorenherstellung der Shell Catalysts & Technologies Leuna GmbH zur Tränkung der Rohkatalysatoren verwendet. Dazu wird das Hydrazin derzeit in Fässern angeliefert, in der Dosierstation zwischengelagert, nacheinander an die Hydrazinstation im Bau 7680 angeschlossen, verdünnt und zu den Verbrauchern gefördert. Gemäß Änderungsgenehmigungsantrag vom Februar 2011 ist in Bau 7680 ein Hold up an Hydrazin von 600 kg genehmigt. Im Rahmen der geplanten Änderung soll Hydrazin in Fässern auf Paletten bzw. IBC per LKW angeliefert, auf der neuen Entladerampe von Bau 7671 per Stapler entladen, zum geplanten Lagercontainer B4060 transportiert und dort eingelagert werden. Zur weiteren Verarbeitung ist geplant, die Fässer bzw. IBC palettenweise nacheinander an die neue Hydrazindosierstation im Bau 7680 anzuschließen, das Hydrazin auf 1,5 – 4,5 % zu verdünnen und zu den Verbrauchern zu fördern. Im Rahmen der geplanten Änderung wird eine maximale Lagermenge von 4.000 l max. 64 % Hydrazin im Lagercontainer angestrebt. Bei der Anlieferung in IBCs befindet sich nur ein angeschlossener IBC in der Hydrazindosierstation. Dadurch würden maximal weitere 1.000 l 64% Hydrazin in der Hydrazindosierstation vorgehalten. Somit wird im Rahmen der geplanten Änderung ein Hold up von insgesamt 5.000 l max. 64 % Hydrazin beantragt. Die in Dosieranlage und Lagercontainer anfallende Abluft wird in die bestehende Abluftanlage eingebunden. Die Abluftreinigung der Abgase erfolgt in einer DeNOx-Anlage durch selektive katalytische Reduktion (SCR) der im Abgas enthaltenen Stickstoffoxide mit Ammoniakwasser in Anwesenheit eines Katalysators. Nach der Entstickung erfolgt die Entstaubung der Rauchgase, sowie der Luft aus der Apparateentstaubung im Schlauchfilter.

Untersuchungen zum Einsatz von Oxidationskatalysatoren an landwirtschaftlichen Biogasverbrennungsmotoren

In dem Projekt werden detaillierte Informationen hinsichtlich des Einsatzes von Abgaskatalysatoren auf landwirtschaftlichen Biogasanlagen erarbeitet.

Schadstoffabtrennung und -deponie bei Kohleumwandlungsanlagen

Untersuchung des Langzeitverhaltens von Katalysatoren fuer die Stickoxidumwandlung in Abgasen aus Industrieprozessen. Ueberlegungen zur abfalltechnischen Behandlung verbrauchter Katalysatoren. Verfolgung der Schadstoffbildung und Erstellen von Stoffbilanzen bei Verbrennungsprozessen. Arbeiten zur Bewertung der Deponiefaehigkeit von Kraftwerksreststoffen. Bestimmung der Wechselwirkung zwischen den abgelagerten Materialien und der mineralischen Deponieabdeckung sowie des Auslaugverhaltens unter praxisnahen Bedingungen. Entwicklung eines Trocknersystems unter Einsatz der Pulsbrennertechnik fuer die Energiedarbietung.

Abgasmessungen an PKW, LKW und Motorrad

Das Forschungsprojekt befasst sich mit dynamischen Messungen auf Rollenpruefstaenden an Pkws, Lkws und motorisierten Zweiraedern. Gemessen werden Kraftstoffverbrauch sowie limitierte und nichtlimitierte schadstoffkomponenten fuer Otto- und Dieselfahrzeuge nach gesetzlich vorgeschriebenen oder freien Fahrzyklen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt bei der Untersuchung von Katalysator- oder Russfilterproblemen sowie bei neuartigen bis alternativen Kraftstoffen und Antriebskonzepten. Anwendungsbereiche: Referenzen: IAV, VW, Mercedes, Umweltbundesamt, Dekra, Senatsverwaltung fuer Stadtentwicklung und Umweltschutz, Stiftung Warentest.

Experimental investigations into the influence of organic complexing agents and inorganic anions (Cl-, NO3-, SO42- und PO43-) on the transformation behaviour and the mobility of metallic palladium (Pd) and PdO

The projects goal is to examine the Mobility and transformation behaviour of emitted palladium from automobile exhaust catalysts into the environment. To achieve this, I will examine the influence of commonly present organic complexing agents like citric acid, amino acid (L-Methionin) and ethylenediamine tetra acetic acid (EDTA), as well as inorganic anion species (Cl-, NO3-, SO42- und PO43-), on the chemical behaviour and transformation of metallic palladium (Pd-Mohr) and PdO into more soluble species. The analytical experiments will be conducted over different time periods (1, 10, 20, 30, 40, 50 and 60 days), involving different concentrations of the various complexing agents under examination (0.001, 0.01 and 0.1 M). The results will help clarify the extent to which Pd Mobility is influenced by time and the presence of various complexing agents at different concentrations. In addition, surface analyses of isolated particles using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) will be used to examine the influence of organic compounds and inorganic anion species, on the transformation of metallic palladium and PdO. The proposed study will significantly help to shed light on questions related to the environmental transformation of Pd into more toxic species following emission in car exhausts, a poorly understood process to date.

Katalysatorweiterentwicklung - Metalltraegertechnologie -

Darstellung eines Hauptkatalysators auf Metalltraegerbasis. Optimierung des Druckverlustes. Ausnutzen des gesamten Katalysatorenquerschnitts durch gleichmaessige Beaufschlagung. Einsatz speziell strukturierter Zellformen, um Aktivitaeten des Katalysators zu erhoehen. Einsparung von Traegermaterial und damit Kosten sowie verringertes Gewicht durch Zellstrukturierung. Serieneinfuehrung des Metalltraegers bei verschiedenen Porsche-Modellen.

International Collaboration in Chemistry: First Principles Multi-Lattice Kinetic Monte Carlo Simulations of NOx Storage Reduction Catalysts

The broad objective of the research is to gain a fundamental understanding of the surface reaction chemistry of exhaust catalysts operating under cycling conditions. Using an integrated theoretical approach we specifically target NOx abatement, with particular emphasis on the appearance and destruction of surface oxide phases as the reactor conditions cycle from oxidative to reductive during the operation of the NOx Storage Reduction (NSR) catalyst system. Methodologically this requires material-specific, quantitative and explicitly time-dependent simulation tools that can follow the evolution of the system over the macroscopic time-scales of NSR cycles, while simultaneously accounting for the atomic-scale site heterogeneity and spatial distributions at the evolving surface. To meet these challenging demands we will develop a novel multi-scale methodology relying on a multi-lattice first-principles kinetic Monte Carlo (kMC) approach. As representative example the simulations will be carried out on a PdO(101)/Pd(100) surface oxide model, but care will be taken to ensure a generalization of the multi-lattice first-principles kMC approach to other systems in which phase transformations may occur and result in a change in the surface lattice structure depending upon environmental variables.

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