Mangan, et allsidig metall, finner anvendelse på tvers av ulike bransjer som metallurgi (Sun et al., 2022), batteriproduksjon (Song et al., 2023) og biomedisinske felt (Sisakhtnezhad et al., 2023). For tiden driver den økende globale etterspørselen etter elektriske kjøretøy etterspørselen etter strømbatterier, og øker dermed etterspørselen etter manganmetall (Maisel et al., 2023). Dataene fra 2022 om Kinas forbruk av manganmalm antyder en merkbar økning i bruken av mangan i litium{11}}ionbatterier, som overgår 1 %-grensen (IMNI, 2023). Kina er ikke bare rangert som verdens fjerde-største produsent av manganmalm, etter Sør-Afrika, Gabon (USGS, 2023) og Australia, men har også toppposisjonen som den største produsenten av elektrolytisk manganmetall (EMM) (DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). Den nåværende situasjonen er at store-produksjonsbedrifter for EMM bare eksisterer i Kina og Sør-Afrika. Siden 2008 har Kina konsekvent bidratt til over 98 % av den globale produksjonen av EMM, og etablert seg som den ledende produsenten over hele verden (Han og Wu, 2019).
Elektrolyseproduksjonen av manganmetall representerer en prosessindustri preget av økt ressurs- og energiforbruk, betydelig forurensningsgenerering, høye kostnader og relativt lav fortjeneste (Ning et al., 2010). Flertallet av EMM-produksjonsbedrifter i Kina er konsentrert i det anerkjente mangantriangelet, avgrenset av Hunan, Guizhou og Chongqing. Imidlertid manglet bedrifter i regionen miljøbevissthet, noe som resulterte i betydelig miljøskade og forurensning forårsaket av disse bedriftene (SC He et al., 2021). Forurensningen som genereres av industriell produksjon av EMM, inkludert elektrolytiske manganrester, frigjøring av Mn2+, og ammoniakknitrogen, utgjør en alvorlig trussel mot økosystemer og menneskers helse (Chen et al., 2022). Det er derfor nødvendig å vurdere miljøpåvirkningen av EMM-produksjon i Mangan Triangle-regionen for å komme med anbefalinger for renere produksjon.
Livssyklusvurdering (LCA) står som et potent verktøy for miljøanalyse, som systematisk kvantifiserer miljøpåvirkningen av produkter, prosesser eller aktiviteter (ISO 14040, 2006). Utbredt brukt på tvers av ulike sektorer, inkludert landbruk (van der Werf et al., 2020), konstruksjon (Rodrigues et al., 2023) og gruvedrift (Tao et al., 2022), gir LCA en omfattende forståelse av miljøimplikasjoner. For manganmetallindustrien har Westfall et al. (2016) samlet inn primærdata fra 16 produsenter av manganlegeringer over hele verden og gjennomførte en LCA. Resultatene av studien viser at total GWP, AP og POCP for 1 kg gjennomsnittlig manganlegering var 6 kg CO2ekv. 45 g SO2ekv. og 3 g C2H4eq, henholdsvis. Ning et al. (2010) gjennomførte en omfattende materialbalanse og forurensningsanalyse av EMM-industrien i Kina, og avslørte kildene og destinasjonene til viktige forurensninger. Studien deres tok imidlertid ikke opp aspektet ved klimaendringer. Peng et al. (2011) brukte LCA for å sammenligne miljøpåvirkningene av EMM-produksjon i Kina og Sør-Afrika, med fokus utelukkende på det globale oppvarmingspotensialet og forsuringspotensialet. Davourie et al. (2017) gjennomførte en LCA for å evaluere partikkelutslipp i produksjon av manganlegeringer. Resultatene avslørte at 66 % av produksjonsrelaterte partikkelutslipp skjer utenfor mangananlegg, med direkte eller{13}}på stedet utslipp som står for 34 % av de totale PM-utslippene. Den studerte imidlertid bare svevestøv og undersøkte ikke andre forurensninger. Farjana et al. (2019) utførte en LCA-analyse av manganmalmproduksjon basert på Ecoinvent-databasen, men dekket ikke den påfølgende elektrolysedelen av mangankonsentrat. Zhang et al. (2020) utførte en detaljert LCA-analyse av EMM-produksjon i Kina, men de utvalgte gruve- og elektrolysedataene ble ikke hentet fra samme virksomhet, noe som resulterte i romlige avvik. Videre har flertallet av eksisterende studier knyttet til EMM hovedsakelig fokusert på analysen av dets forurensninger. For eksempel, Zhang et al. (2023) undersøkte tungmetallforurensningssituasjonen til Mn, Zn, Pb og andre i et nord-kinesisk EMM-industriområde og det omkringliggende miljøet. Sun et al. (2020) brukte svovelressursgjenvinning fra brenning av elektrolytisk manganrester og avsvovling av manganmalm for ren produksjon av elektrolytisk mangan. Xu et al. (2014) foreslo en omfattende behandlingsmetode for avløpsvann for EMM-produksjon gjennom en studie om vannbalansen til EMM-bedrifter. Konklusjonen er at Kina for tiden mangler en omfattende-kvalitetsstudie av LCA om miljøpåvirkningene av EMM-produksjon. For å løse dette valgte denne studien det mest representative produksjonsselskapet for elektrolytisk mangan i Mangantriangelet, regionen med de rikeste manganforekomstene i Kina. En LCA ble utført på elektrolytisk manganproduksjon fra gruvestadiet til elektrolysestadiet.
Denne studien har som mål å (1) analysere miljøbelastningen av EMM-produksjon i Mangan Triangle-regionen i Kina ved å bruke LCA-metoden; (2) innhente kvantitative resultater av livssykluskonsekvensvurdering (LCIA) sammen med usikkerhetsinformasjon og identifisere de viktigste påvirkningskategoriene på miljøet; (3) identifisere nøkkelprosesser og stoffer, utføre sensitivitetsanalyse på nøkkelprosesser og undersøke graden av variasjon i LCIA-resultater; (4) simulere ulike energiscenarier, sammenligne deres tilsvarende miljøpåvirkninger og foreslå optimaliseringsstrategier for den elektrolytiske manganmetallproduksjonsindustrien i Kina. Etter å ha gjennomført en kvantitativ LCA, analyser fra flere perspektiver, inkludert bidrag, usikkerhet og sensitivitet, for å vurdere gjeldende status og miljøpåvirkninger av EMM-produksjonsteknologi i Kina. Denne analysen tar sikte på å optimalisere ressurs- og energiforbruk og redusere intensiteten av forurensningsutslipp. Foreslå tekniske tiltak for å oppnå ren og effektiv EMM-produksjon og for å bygge et grønt og bærekraftig energisystem.
