Riduzione NOx nei cementifici: SCR o SNCR?

Un responsabile ambientale di un cementificio che deve abbassare le emissioni di NOx si trova quasi sempre davanti alla stessa domanda: basta ottimizzare la SNCR già installata, o è il caso di valutare una SCR? La risposta non dipende da un giudizio generico su quale tecnologia sia migliore, ma dal limite autorizzativo specifico che l’impianto deve rispettare e dall’assetto del forno. Se cerchi prima una spiegazione generale, la differenza tra SCR e SNCR è già trattata altrove sul blog. Qui il confronto si concentra sull’applicazione ai forni da cemento, dove polveri, temperature e configurazione dell’impianto rendono il quadro molto diverso rispetto a una centrale termoelettrica o a un impianto marino.

Perché il NOx è un problema nei forni da cemento

La cottura del clinker avviene a temperature molto elevate, tra il forno rotante e la torre di precalcinazione. In queste condizioni si forma NOx termico, in quantità che dipendono dal combustibile utilizzato, dall’assetto di combustione e dal tipo di forno. Le BAT Conclusions per il settore cemento (Decisione di esecuzione 2013/163/UE) indicano, per i forni a preheater e precalciner, un livello di emissione associato alle BAT generalmente compreso tra 200 e 500 mg/Nm³ di NOx (come NO2, al 10% di O2, media giornaliera). Per i forni Lepol e i forni lunghi l’intervallo di riferimento sale a 400-800 mg/Nm³.

Nei cementifici che co-inceneriscono rifiuti si aggiunge il limite di base fissato dall’Allegato VI della direttiva IED (2010/75/UE), pari a 500 mg/Nm³, poi declinato nella singola Autorizzazione Integrata Ambientale (AIA). Alcuni Paesi hanno scelto soglie più severe: la Germania, ad esempio, impone limiti giornalieri vicini a 200 mg/Nm³ per i cementifici che co-incinerano rifiuti, proprio per spingere l’adozione della SCR dove la SNCR non basta. In Italia i valori NOx in AIA per i forni clinker si collocano di norma nella stessa forchetta europea, con margini più stretti nelle aree critiche per la qualità dell’aria. Il valore vincolante resta sempre quello scritto nell’autorizzazione del singolo impianto, non un valore generico di riferimento. Per un quadro più ampio sulle tecnologie di abbattimento NOx applicate agli impianti industriali in generale, non solo al cemento, si veda anche l’approfondimento su come ridurre le emissioni NOx negli impianti industriali.

Come funzionano SNCR e SCR

SNCR: iniezione ad alta temperatura

Nella SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) il reagente, ammoniaca in soluzione o urea, viene iniettato direttamente nel flusso di gas caldi, in una finestra di temperatura tra 800 e 1000°C. La reazione tra NOx e reagente li riduce ad azoto molecolare e acqua, senza bisogno di catalizzatore. Nei forni a preheater e precalciner questa finestra si trova con relativa facilità nella torre di scambio termico. Nei forni lunghi, a via umida o semisecca, lo spazio utile è più ridotto e l’efficienza della SNCR tende a calare.

Il controllo del dosaggio è delicato. Se la temperatura scende sotto la soglia utile, o il reagente viene iniettato in eccesso, aumenta lo slip di ammoniaca: la quota di reagente che non reagisce e finisce in atmosfera.

SCR: reazione catalitica a bassa temperatura

Nella SCR (Selective Catalytic Reduction) il reagente reagisce su un catalizzatore, in genere a base di ossidi di titanio, vanadio e tungsteno, in una finestra di temperatura molto più bassa: tra 200 e 400°C. Nei cementifici sono possibili due configurazioni: tail-end, con il reattore dopo il filtro polveri, oppure high-dust, prima del filtro.

La configurazione high-dust è quella più critica. I fumi del forno clinker trasportano carichi di polvere molto elevati, nell’ordine di 50-100 g/Nm³, che richiedono sistemi di pulizia ad aria compressa (soot blowing) e geometrie del reattore studiate apposta per evitare intasamento e abrasione del catalizzatore. Serve inoltre stabilizzare la temperatura dei fumi nella finestra catalitica: questo comporta ventilatori di rilancio, eventuali by-pass e talvolta torri di condizionamento dedicate, con un aumento di complessità impiantistica non da poco.

Efficienza a confronto: SNCR e SCR nei cementifici

Applicata ai cementifici, la differenza di prestazione tra le due tecnologie è netta. La tabella seguente riassume gli ordini di grandezza più ricorrenti nella letteratura tecnica di settore (BREF cemento, studi VDZ ed ECRA, casi industriali documentati).

Questi ordini di grandezza vanno intesi come riferimento tecnico, non come valori garantiti per un impianto specifico. La resa reale dipende dall’assetto del forno, dal combustibile utilizzato e dal punto di iniezione o dalla posizione del reattore.

Perché la maggior parte dei cementifici sceglie ancora la SNCR

La SCR è più efficiente della SNCR, eppure resta poco diffusa nel cemento rispetto a centrali termoelettriche o impianti marini. Le ragioni sono soprattutto impiantistiche. Il carico di polveri dei fumi, insieme alla presenza di alcalini e metalli nella farina cruda, aumenta il rischio di intasamento e disattivazione del catalizzatore, in particolare in configurazione high-dust. Le materie prime e i combustibili con zolfo possono generare SO2 e sali di ammonio che favoriscono il fouling del reattore.

A questo si aggiunge la variabilità di esercizio tipica di un forno da cemento: avviamenti, fermate, cambi di assetto del mulino crudo. Sono transitori che spostano temperatura e portata dei fumi fuori dalla finestra ottimale per il catalizzatore. Il risultato è che la SNCR, pur meno efficiente, resta la scelta di default per la maggior parte degli impianti che devono restare entro i 400-500 mg/Nm³ tipici di molte autorizzazioni europee.

Quando conviene valutare la SCR

La SCR diventa una scelta giustificata quando il limite autorizzativo scende intorno ai 200 mg/Nm³ o meno, oppure quando l’autorità competente impone un controllo molto stretto sullo slip di ammoniaca insieme alla riduzione NOx.

Il cementificio Solnhofer, in Germania, ha installato nel 2001 la prima SCR full-scale su un forno da cemento, in configurazione high-dust: le emissioni sono scese a circa 200 mg/Nm³, con efficienza superiore all’80% e slip di ammoniaca sotto 1 mg/Nm³. In Italia, la cementeria di Monselice utilizza una SCR high-dust dal 2006, con NOx ridotta fino a 50 mg/Nm³ (circa il 95% di riduzione) e un calo netto anche di ammoniaca e composti organici volatili. Più recente il caso dello stabilimento di Pederobba: l’inasprimento dei limiti entrato in vigore nel 2023 ha reso insufficiente la SNCR a pellet di urea preesistente, portando all’installazione di una torre SCR tail-end dedicata.

Sono casi che mostrano una costante. La SCR viene scelta quasi sempre per rispondere a un vincolo autorizzativo preciso, raramente come aggiornamento tecnologico generico.

Come Azotal risponde a questa esigenza

Per i cementifici che lavorano con SNCR, la qualità e la concentrazione del reagente incidono direttamente sull’efficienza di abbattimento e sul controllo dello slip di ammoniaca. NOTNOx di Azotal è la soluzione ureica ad alta purezza, disponibile nelle concentrazioni al 33%, 40% e 45%, pensata per i sistemi di abbattimento SCR e SNCR degli impianti industriali a combustione. Nei cementifici, tramite tecnologia SNCR e iniezione tra 850 e 1050°C, consente riduzioni degli NOx fino all’80%.

È un composto stabile, inodore, incolore, atossico e non infiammabile: più semplice da gestire rispetto all’ammoniaca anidra, sia in stoccaggio sia in movimentazione. La concentrazione va scelta in base al punto di iniezione e alla configurazione del forno. Per questo il team tecnico di Azotal, produttore e distributore di prodotti chimici industriali con sede a Casalmaggiore (CR), affianca il cliente nella scelta della fornitura più adatta al proprio impianto.

Conclusione: come orientarsi tra SCR e SNCR

La scelta tra SCR e SNCR in un cementificio dipende dal limite autorizzativo da rispettare e dall’assetto impiantistico esistente, più che da un giudizio assoluto su quale tecnologia sia più efficiente. Se il vincolo AIA si colloca nella fascia 400-500 mg/Nm³, una SNCR con un reagente di qualità e un punto di iniezione ben progettato è generalmente sufficiente. Se il limite scende sotto i 200 mg/Nm³, o se lo slip di ammoniaca è sotto stretto controllo, la valutazione si sposta verso la SCR, con i relativi costi di investimento più elevati.

Prima di decidere, è opportuno verificare il limite specifico della propria autorizzazione e valutare l’assetto del forno insieme a un tecnico esperto. Contatta il team Azotal per una consulenza tecnica sulla soluzione più adatta al tuo impianto.

Domande frequenti su riduzione NOx nei cementifici