Mangaani, monipuolinen metalli, löytää käyttökohteita useilla teollisuudenaloilla, kuten metallurgiassa (Sun et al., 2022), akkujen valmistuksessa (Song et al., 2023) ja biolääketieteen aloilla (Sisakhtnezhad et al., 2023). Tällä hetkellä sähköajoneuvojen kasvava globaali kysyntä lisää tehoakkujen kysyntää, mikä lisää mangaanimetallin kysyntää (Maisel et al., 2023). Vuoden 2022 tiedot Kiinan mangaanimalmin kulutuksesta viittaavat mangaanin käytön huomattavaan lisääntymiseen litium-ioni-akuissa yli 1 %:n rajan (IMNI, 2023). Kiina ei ole vain maailman neljänneksi suurin mangaanimalmin tuottaja Etelä-Afrikan, Gabonin (USGS, 2023) ja Australian jälkeen, vaan se on myös suurin elektrolyyttisen mangaanimetallin (EMM) tuottaja (DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). Nykyinen tilanne on, että suuria{24}}EMM-tuotantoyrityksiä on vain Kiinassa ja Etelä-Afrikassa. Vuodesta 2008 lähtien Kiina on jatkuvasti tuottanut yli 98 prosenttia maailmanlaajuisesta EMM-tuotannosta, mikä on vakiinnuttanut asemansa johtavana tuottajana maailmanlaajuisesti (Han ja Wu, 2019).
Mangaanimetallin elektrolyysituotanto edustaa jalostusteollisuutta, jolle on ominaista lisääntynyt resurssien ja energian kulutus, huomattava saasteiden syntyminen, korkeat kustannukset ja suhteellisen alhaiset voitot (Ning et al., 2010). Suurin osa Kiinan EMM-tuotantoyrityksistä on keskittynyt tunnettuun mangaanikolmioon, jota rajaavat Hunan, Guizhou ja Chongqing. Alueen yrityksiltä puuttui kuitenkin ympäristötietoisuus, mikä johti näiden yritysten aiheuttamiin merkittäviin ympäristövahinkoihin ja saasteisiin (SC He et al., 2021). EMM:n teollisen tuotannon aiheuttama saastuminen, mukaan lukien elektrolyyttisen mangaanijäännös, Mn:n vapautuminen2+, ja ammoniakkityppi, muodostavat vakavan uhan ekosysteemeille ja ihmisten terveydelle (Chen et al., 2022). Siksi EMM-tuotannon ympäristövaikutukset Mangaanikolmion alueella on arvioitava kokonaisvaltaisesti, jotta voidaan tehdä suosituksia puhtaampaan tuotantoon.
Elinkaariarviointi (LCA) on tehokas työkalu ympäristöanalyysiin, joka mittaa järjestelmällisesti tuotteiden, prosessien tai toimintojen ympäristövaikutuksia (ISO 14040, 2006). LCA:ta käytetään laajasti eri aloilla, kuten maataloudessa (van der Werf et al., 2020), rakentamisessa (Rodrigues et al., 2023) ja kaivostoiminnassa (Tao et al., 2022), ja se tarjoaa kattavan ymmärryksen ympäristövaikutuksista. Mangaanimetalliteollisuuden osalta Westfall et al. (2016) keräsi perustiedot 16:lta mangaanilejeeringin tuottajalta maailmanlaajuisesti ja suoritti LCA:n. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että kokonaisGWP, AP ja POCP 1 kg:lle keskimääräistä mangaanilejeeringiä oli 6 kg CO.2ekv, 45 g SO2eq ja 3 g C2H4ekv, vastaavasti. Ning et ai. (2010) teki kattavan materiaalitase- ja epäpuhtausanalyysin EMM-teollisuudesta Kiinassa, paljastaen tärkeimpien epäpuhtauksien lähteet ja kohteet. Heidän tutkimuksensa ei kuitenkaan käsitellyt ilmastonmuutosta. Peng et ai. (2011) käyttivät LCA:ta vertaillakseen EMM-tuotannon ympäristövaikutuksia Kiinassa ja Etelä-Afrikassa keskittyen pelkästään ilmaston lämpenemispotentiaaliin ja happamoitumispotentiaaliin. Davourie et ai. (2017) suoritti LCA:n arvioidakseen hiukkaspäästöjä mangaanilejeeringin tuotannossa. Tulokset paljastivat, että 66 % tuotantoon liittyvistä{12}}hiukkaspäästöistä tapahtuu mangaanilaitosten ulkopuolella, ja suorien tai paikan päällä tapahtuvien päästöjen osuus on 34 % kaikista hiukkaspäästöistä. Se tutki kuitenkin vain hiukkasia eikä muita epäpuhtauksia. Farjana et ai. (2019) teki mangaanimalmin tuotannosta LCA-analyysin Ecoinvent-tietokantaan perustuen, mutta ei käsittänyt mangaanirikasteen myöhempää elektrolyysiosaa. Zhang et ai. (2020) teki yksityiskohtaisen LCA-analyysin EMM-tuotannosta Kiinassa, mutta valitut kaivos- ja elektrolyysitiedot eivät olleet peräisin samalta yritykseltä, mikä johti alueellisiin eroihin. Lisäksi suurin osa olemassa olevista EMM:ää koskevista tutkimuksista on keskittynyt pääasiassa sen saasteiden analysointiin. Esimerkiksi Zhang et ai. (2023) tutki Mn:n, Zn:n, Pb:n ja muiden raskasmetallien saastumista Pohjois-Kiinan EMM-teollisuusalueella ja sitä ympäröivässä ympäristössä. Sun et ai. (2020) hyödynsi elektrolyyttisen mangaanijäännöksen rikkivarojen talteenottoa ja mangaanimalmin rikinpoistoa elektrolyyttisen mangaanin puhtaaseen tuotantoon. Xu et ai. (2014) ehdotti kattavaa jäteveden käsittelymenetelmää EMM-tuotantoon EMM-yritysten vesitasetutkimuksen kautta. Yhteenvetona voidaan todeta, että Kiinasta puuttuu tällä hetkellä korkealaatuinen{33}}kattava LCA-tutkimus EMM-tuotannon ympäristövaikutuksista. Tämän selvittämiseksi tässä tutkimuksessa valittiin edustavin elektrolyyttisen mangaanin tuotantoyhtiö Mangaanikolmiossa, alueella, jolla on Kiinan rikkaimmat mangaaniesiintymät. LCA suoritettiin elektrolyyttisen mangaanin tuotannossa kaivosvaiheesta elektrolyysivaiheeseen.
Tämän tutkimuksen tavoitteena on (1) analysoida EMM-tuotannon ympäristökuormitusta Mangaanikolmion alueella Kiinassa käyttämällä LCA-menetelmää; (2) saada kvantitatiivisia tuloksia elinkaarivaikutusten arvioinnista (LCIA) sekä epävarmuustietoja ja tunnistaa tärkeimmät ympäristövaikutusluokat; (3) tunnistaa keskeiset prosessit ja aineet, suorittaa herkkyysanalyysin tärkeimmistä prosesseista ja tutkia LCIA-tulosten vaihteluastetta; (4) simuloida erilaisia energiaskenaarioita, vertailla niiden vastaavia ympäristövaikutuksia ja ehdottaa optimointistrategioita elektrolyyttisen mangaanimetallin tuotantoteollisuudelle Kiinassa. Kun olet suorittanut kvantitatiivisen elinkaariarvioinnin, analysoi useista näkökulmista, mukaan lukien panos, epävarmuus ja herkkyys, jotta voit arvioida kattavasti EMM-tuotantoteknologian nykytilan ja ympäristövaikutukset Kiinassa. Tämän analyysin tavoitteena on optimoida resurssien ja energian kulutusta ja vähentää saastepäästöjen intensiteettiä. Ehdota teknisiä toimenpiteitä puhtaan ja tehokkaan EMM-tuotannon saavuttamiseksi ja vihreän ja kestävän energiajärjestelmän rakentamiseksi.
