Çok yönlü bir metal olan manganez, metalurji (Sun ve diğerleri, 2022), pil üretimi (Song ve diğerleri, 2023) ve biyomedikal alanlar (Sisakhtnezhad ve diğerleri, 2023) gibi çeşitli endüstrilerde uygulama alanı bulur. Şu anda, elektrikli araçlara yönelik artan küresel talep, güç pillerine olan talebi artırarak manganez metaline olan talebi artırıyor (Maisel ve diğerleri, 2023). Çin'in manganez cevheri tüketimine ilişkin 2022 verileri, lityum{11}}iyon pillerde manganezin kullanımında %1 sınırını aşarak dikkate değer bir artış olduğunu gösteriyor (IMNI, 2023). Çin, Güney Afrika, Gabon (USGS, 2023) ve Avustralya'nın ardından{15}}dünyanın en büyük dördüncü manganez cevheri üreticisi olmakla kalmıyor, aynı zamanda en büyük elektrolitik manganez metali (EMM) üreticisi olarak da ilk sırada yer alıyor (DJ He ve diğerleri, 2021; Li ve diğerleri, 2023). Mevcut durum, büyük-ölçekli EMM üretim işletmelerinin yalnızca Çin ve Güney Afrika'da mevcut olmasıdır. Çin, 2008 yılından bu yana sürekli olarak küresel EMM üretiminin %98'inden fazlasına katkıda bulunarak kendisini dünya çapında lider üretici haline getirmiştir (Han ve Wu, 2019).
Manganez metalinin elektroliz üretimi, yüksek kaynak ve enerji tüketimi, önemli miktarda kirlilik üretimi, yüksek maliyetler ve nispeten düşük karlarla karakterize edilen bir işleme endüstrisini temsil eder (Ning ve diğerleri, 2010). Çin'deki EMM üretim işletmelerinin çoğunluğu, Hunan, Guizhou ve Chongqing tarafından tanımlanan ünlü Manganez Üçgeni'nde yoğunlaşmıştır. Ancak bölgedeki işletmelerin çevre bilincinin eksikliği, bu işletmelerin neden olduğu önemli çevresel zararlara ve kirliliğe neden olmaktadır (SC He vd., 2021). Elektrolitik manganez kalıntısı da dahil olmak üzere EMM'nin endüstriyel üretiminin yarattığı kirlilik, Mn salınımı2+ve amonyak nitrojeni ekosistemler ve insan sağlığı için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır (Chen ve diğerleri, 2022). Bu nedenle, temiz üretime yönelik önerilerde bulunabilmek için Manganez Üçgeni bölgesindeki EMM üretiminin çevresel etkisinin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir.
Yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA), ürünlerin, süreçlerin veya faaliyetlerin çevresel etkilerini sistematik olarak ölçen, çevresel analiz için güçlü bir araç olarak duruyor (ISO 14040, 2006). Tarım (van der Werf ve diğerleri, 2020), inşaat (Rodrigues ve diğerleri, 2023) ve madencilik (Tao ve diğerleri, 2022) dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde yaygın olarak uygulanan LCA, çevresel etkilerin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlar. Manganez metal endüstrisi için Westfall ve ark. (2016) dünya çapındaki 16 manganez alaşımı üreticisinden birincil veriler topladı ve bir LCA gerçekleştirdi. Çalışmanın sonuçları, 1 kg ortalama manganez alaşımı için toplam GWP, AP ve POCP'nin 6 kg CO olduğunu göstermektedir.2eşdeğer, 45 g SO2eşdeğer ve 3 g C2H4sırasıyla eşitlik. Ning ve ark. (2010), Çin'deki EMM endüstrisinin kapsamlı bir malzeme dengesi ve kirletici analizi gerçekleştirerek, başlıca kirleticilerin kaynaklarını ve varış noktalarını ortaya çıkardı. Ancak araştırmaları iklim değişikliğinin boyutunu ele almıyordu. Peng ve diğerleri. (2011), Çin ve Güney Afrika'daki EMM üretiminin çevresel etkilerini karşılaştırmak için LCA'yı kullanmış ve yalnızca küresel ısınma potansiyeli ve asitlenme potansiyeline odaklanmıştır. Davourie ve ark. (2017), manganez alaşımı üretiminde partikül madde emisyonlarını değerlendirmek için bir LCA yürütmüştür. Sonuçlar, üretimle ilgili partikül madde emisyonlarının %66'sının manganez tesislerinin dışında meydana geldiğini ve doğrudan veya saha içi emisyonların toplam PM emisyonlarının %34'ünü oluşturduğunu ortaya çıkardı. Ancak yalnızca parçacık maddeyi inceledi ve diğer kirleticileri araştırmadı. Farjana ve ark. (2019), Ecoinvent veritabanını temel alarak manganez cevheri üretimine ilişkin bir LCA analizi gerçekleştirdi ancak manganez konsantresinin sonraki elektroliz kısmını kapsamadı. Zhang ve diğerleri. (2020), Çin'deki EMM üretimine ilişkin ayrıntılı bir LCA analizi gerçekleştirdi ancak seçilen madencilik ve elektroliz verileri aynı kuruluştan alınmadı ve bu da mekansal farklılıklara neden oldu. Ayrıca, EMM ile ilgili mevcut çalışmaların çoğunluğu ağırlıklı olarak kirleticilerin analizine odaklanmıştır. Örneğin Zhang ve ark. (2023), Çin'in kuzeyindeki bir EMM sanayi bölgesi ve çevresindeki ortamda Mn, Zn, Pb ve diğerlerinin ağır metal kirliliği durumunu araştırdı. Sun ve ark. (2020), elektrolitik manganezin temiz üretimi için elektrolitik manganez kalıntısının kavrulmasından ve manganez cevherinin kükürtten arındırılmasından kükürt kaynağının geri kazanımından yararlandı. Xu ve diğerleri. (2014), EMM işletmelerinin su dengesi üzerine yaptıkları bir çalışmayla EMM üretimi için kapsamlı bir atık su arıtma yöntemi önermişlerdir. Sonuç olarak, Çin'de şu anda EMM üretiminin çevresel etkilerine ilişkin yüksek-kaliteli, kapsamlı bir LCA çalışması bulunmuyor. Bu konuyu ele almak için bu çalışma, Çin'deki en zengin manganez yataklarına sahip bölge olan Manganez Üçgeni'ndeki en temsili elektrolitik manganez üretim şirketini seçti. Madencilik aşamasından elektroliz aşamasına kadar elektrolitik manganez üretimine ilişkin bir LCA gerçekleştirildi.
Bu çalışma (1) Çin'in Manganez Üçgeni bölgesindeki EMM üretiminin çevresel yükünü LCA yöntemini kullanarak analiz etmeyi; (2) belirsizlik bilgileri ile birlikte yaşam döngüsü etki değerlendirmesinin (LCIA) niceliksel sonuçlarını elde etmek ve çevre üzerindeki ana etki kategorilerini belirlemek; (3) temel süreçleri ve maddeleri belirlemek, temel süreçler üzerinde hassasiyet analizi yapmak ve LCIA sonuçlarındaki farklılık derecesini incelemek; (4) çeşitli enerji senaryolarını simüle edin, bunlara karşılık gelen çevresel etkileri karşılaştırın ve Çin'deki elektrolitik manganez metal üretim endüstrisi için optimizasyon stratejileri önerin. Kantitatif bir LCA gerçekleştirdikten sonra, Çin'deki EMM üretim teknolojisinin mevcut durumunu ve çevresel etkilerini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için katkı, belirsizlik ve hassasiyet dahil olmak üzere birçok perspektiften analiz yapın. Bu analiz, kaynak ve enerji tüketimini optimize etmeyi ve kirletici emisyon yoğunluğunu azaltmayı amaçlamaktadır. Temiz ve verimli EMM üretimi sağlamak ve yeşil ve sürdürülebilir bir enerji sistemi oluşturmak için teknik önlemler önerin.
