Mangan, en mångsidig metall, hittar tillämpningar inom olika industrier som metallurgi (Sun et al., 2022), batteritillverkning (Song et al., 2023) och biomedicinska områden (Sisakhtnezhad et al., 2023). För närvarande driver den ökande globala efterfrågan på elfordon efterfrågan på kraftbatterier, vilket ökar efterfrågan på manganmetall (Maisel et al., 2023). Uppgifterna från 2022 om Kinas manganmalmförbrukning tyder på en anmärkningsvärd ökning av användningen av mangan i litium{11}}jonbatterier, vilket överstiger 1 %-strecket (IMNI, 2023). Kina rankas inte bara som världens fjärde-största producent av manganmalm, efter Sydafrika, Gabon (USGS, 2023) och Australien, utan har också toppositionen som den största tillverkaren av elektrolytisk manganmetall (EMM) (DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). Den nuvarande situationen är att storskaliga EMM-produktionsföretag bara finns i Kina och Sydafrika. Sedan 2008 har Kina konsekvent bidragit till över 98 % av den globala produktionen av EMM, och etablerat sig som den ledande tillverkaren över hela världen (Han och Wu, 2019).
Elektrolysproduktionen av manganmetall representerar en processindustri som kännetecknas av hög resurs- och energiförbrukning, betydande föroreningsgenerering, höga kostnader och relativt låga vinster (Ning et al., 2010). Majoriteten av EMM-produktionsföretag i Kina är koncentrerade i den berömda mangantriangeln, avgränsad av Hunan, Guizhou och Chongqing. Men företagen i regionen saknade miljömedvetenhet, vilket resulterade i betydande miljöskador och föroreningar orsakade av dessa företag (SC He et al., 2021). Föroreningarna som genereras av industriell produktion av EMM, inklusive elektrolytiska manganrester, utsläpp av Mn2+, och ammoniakkväve, utgör ett allvarligt hot mot ekosystem och människors hälsa (Chen et al., 2022). Det är därför nödvändigt att heltäckande utvärdera miljöpåverkan av EMM-produktion i Mangantriangelregionen för att kunna ge rekommendationer för renare produktion.
Livscykelanalys (LCA) är ett kraftfullt verktyg för miljöanalys, som systematiskt kvantifierar miljöpåverkan från produkter, processer eller aktiviteter (ISO 14040, 2006). LCA används i stor utsträckning inom olika sektorer, inklusive jordbruk (van der Werf et al., 2020), konstruktion (Rodrigues et al., 2023) och gruvdrift (Tao et al., 2022), och ger en omfattande förståelse för miljökonsekvenser. För manganmetallindustrin har Westfall et al. (2016) samlade in primärdata från 16 tillverkare av manganlegeringar över hela världen och genomförde en LCA. Resultaten av studien visar att total GWP, AP och POCP för 1 kg genomsnittlig manganlegering var 6 kg CO2ekv, 45 g SO2ekv och 3 g C2H4ekv. Ning et al. (2010) genomförde en omfattande materialbalans och föroreningsanalys av EMM-industrin i Kina, och avslöjade källorna och destinationerna för viktiga föroreningar. Deras studie tog dock inte upp aspekten av klimatförändringar. Peng et al. (2011) använde LCA för att jämföra miljöpåverkan från EMM-produktion i Kina och Sydafrika, med fokus enbart på den globala uppvärmningspotentialen och försurningspotentialen. Davourie et al. (2017) genomförde en LCA för att utvärdera partikelutsläpp vid tillverkning av manganlegeringar. Resultaten avslöjade att 66 % av produktionsrelaterade-partikelutsläpp sker utanför mangananläggningar, med direkta-utsläpp eller utsläpp på plats som står för 34 % av de totala partikelutsläppen. Den studerade dock bara partiklar och undersökte inte andra föroreningar. Farjana et al. (2019) genomförde en LCA-analys av manganmalmsproduktion baserad på Ecoinvent-databasen, men täckte inte den efterföljande elektrolysdelen av mangankoncentrat. Zhang et al. (2020) genomförde en detaljerad LCA-analys av EMM-produktion i Kina, men de valda gruv- och elektrolysdata hämtades inte från samma företag, vilket resulterade i rumsliga avvikelser. Dessutom har majoriteten av befintliga studier som hänför sig till EMM huvudsakligen fokuserat på analys av dess föroreningar. Till exempel, Zhang et al. (2023) undersökte tungmetallföroreningssituationen för Mn, Zn, Pb och andra i ett nordkinesiskt EMM-industriområde och dess omgivande miljö. Sun et al. (2020) använde återvinning av svavelresurser från rostning av elektrolytisk manganrester och avsvavling av manganmalm för ren produktion av elektrolytisk mangan. Xu et al. (2014) föreslog en omfattande reningsmetod för avloppsvatten för EMM-produktion genom en studie om vattenbalansen i EMM-företag. Sammanfattningsvis saknar Kina för närvarande en omfattande-lCA-studie av hög kvalitet om miljöpåverkan från EMM-produktion. För att ta itu med detta valde denna studie ut det mest representativa företaget för tillverkning av elektrolytisk mangan i Mangantriangeln, regionen med de rikaste manganfyndigheterna i Kina. En LCA genomfördes på elektrolytisk manganproduktion från gruvstadiet till elektrolysstadiet.
Denna studie syftar till att (1) analysera miljöbelastningen av EMM-produktion i Mangantriangelregionen i Kina med hjälp av LCA-metoden; (2) erhålla kvantitativa resultat av livscykelkonsekvensbedömning (LCIA) tillsammans med information om osäkerhet och identifiera de största påverkanskategorierna på miljön; (3) identifiera nyckelprocesser och ämnen, utföra känslighetsanalyser på nyckelprocesser och undersöka graden av variation i LCIA-resultat; (4) simulera olika energiscenarier, jämföra deras motsvarande miljöpåverkan och föreslå optimeringsstrategier för den elektrolytiska manganmetallindustrin i Kina. Efter att ha genomfört en kvantitativ LCA, analysera från flera perspektiv, inklusive bidrag, osäkerhet och känslighet, för att heltäckande bedöma den aktuella statusen och miljöpåverkan av EMM-produktionsteknik i Kina. Denna analys syftar till att optimera resurs- och energiförbrukning och minska utsläppsintensiteten för föroreningar. Föreslå tekniska åtgärder för att uppnå ren och effektiv EMM-produktion och för att bygga ett grönt och hållbart energisystem.
