Mangaan, mitmekülgne metall, leiab rakendusi erinevates tööstusharudes, nagu metallurgia (Sun et al., 2022), akude tootmine (Song et al., 2023) ja biomeditsiini valdkonnad (Sisakhtnezhad et al., 2023). Praegu suurendab ülemaailmne nõudlus elektrisõidukite järele nõudlust akude järele, suurendades seeläbi nõudlust mangaanmetalli järele (Maisel et al., 2023). 2022. aasta andmed Hiina mangaanimaagi tarbimise kohta viitavad mangaani kasutamise märkimisväärsele suurenemisele liitium{11}}ioonakudes, ületades 1% piiri (IMNI, 2023). Hiina ei ole mitte ainult maailma suuruselt neljas{15}}mangaanimaagi tootja Lõuna-Aafrika, Gaboni (USGS, 2023) ja Austraalia järel, vaid on ka suurim elektrolüütilise mangaani metalli (EMM) tootja (DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). Praegune olukord on selline, et suuremahulised -EMMi tootmisettevõtted on olemas ainult Hiinas ja Lõuna-Aafrikas. Alates 2008. aastast on Hiina pidevalt panustanud üle 98% ülemaailmsest elektroonikaseadmete toodangust, olles sellega maailma juhtiv tootja (Han ja Wu, 2019).
Metalli mangaani elektrolüüs kujutab endast töötlevat tööstust, mida iseloomustab suurenenud ressursi- ja energiatarbimine, märkimisväärne saaste teke, kõrged kulud ja suhteliselt väike kasum (Ning et al., 2010). Enamik Hiina EMM-i tootmisettevõtteid on koondunud kuulsasse Mangaani kolmnurka, mida piiritlevad Hunan, Guizhou ja Chongqing. Piirkonna ettevõtetel aga puudus keskkonnateadlikkus, mille tagajärjeks olid nende ettevõtete põhjustatud keskkonnakahjud ja -reostus (SC He et al., 2021). EMM-i tööstuslikul tootmisel tekkiv saaste, sealhulgas elektrolüütilise mangaani jääk, Mn eraldumine2+, ja ammoniaaklämmastik, kujutab tõsist ohtu ökosüsteemidele ja inimeste tervisele (Chen et al., 2022). Seega on vaja põhjalikult hinnata EMM-i tootmise keskkonnamõju Mangaani kolmnurga piirkonnas, et anda soovitusi puhtamaks tootmiseks.
Olelusringi hindamine (LCA) on tõhus keskkonnaanalüüsi tööriist, millega süstemaatiliselt kvantifitseeritakse toodete, protsesside või tegevuste keskkonnamõju (ISO 14040, 2006). LCA, mida kasutatakse laialdaselt erinevates sektorites, sealhulgas põllumajanduses (van der Werf et al., 2020), ehituses (Rodrigues et al., 2023) ja kaevanduses (Tao jt, 2022), annab keskkonnamõjudest igakülgse ülevaate. Mangaani metallitööstuse jaoks on Westfall et al. (2016) kogusid esmaseid andmeid 16 mangaanisulami tootjalt üle maailma ja viisid läbi LCA. Uuringu tulemused näitavad, et kogu GWP, AP ja POCP 1 kg keskmise mangaanisulami kohta oli 6 kg CO2ekv, 45 g SO2ekv ja 3 g C2H4ekv. Ning et al. (2010) viis läbi põhjaliku materjalibilansi ja saasteainete analüüsi Hiina EMM-tööstuse kohta, selgitades välja peamiste saasteainete allikad ja sihtkohad. Kuid nende uuring ei käsitlenud kliimamuutuste aspekti. Peng jt. (2011) kasutas LCA-d, et võrrelda Hiinas ja Lõuna-Aafrikas EMM-i tootmise keskkonnamõjusid, keskendudes ainult globaalse soojenemise potentsiaalile ja hapestumise potentsiaalile. Davourie et al. (2017) viisid läbi LCA, et hinnata mangaanisulamite tootmisel tekkivate tahkete osakeste heitkoguseid. Tulemused näitasid, et 66% tootmisega{12}}seotud tahkete osakeste heitkogustest tekivad väljaspool mangaani rajatisi, kusjuures otsene või kohapealne heide moodustab 34% tahkete osakeste koguheitest. Kuid see uuris ainult tahkeid osakesi ja ei uurinud muid saasteaineid. Farjana jt. (2019) tegi Ecoinvent andmebaasi põhjal mangaanimaagi tootmise kohta LCA analüüsi, kuid ei hõlmanud mangaanikontsentraadi hilisemat elektrolüüsi osa. Zhang et al. (2020) viis läbi üksikasjaliku LCA analüüsi EMM-i tootmise kohta Hiinas, kuid valitud kaevandus- ja elektrolüüsiandmed ei pärinenud samast ettevõttest, mistõttu tekkisid ruumilised lahknevused. Lisaks on enamik olemasolevaid EMM-i käsitlevaid uuringuid keskendunud peamiselt selle saasteainete analüüsile. Näiteks Zhang et al. (2023) uuris Mn, Zn, Pb ja teiste raskmetallide reostuse olukorda Põhja-Hiina EMM-i tööstuspiirkonnas ja seda ümbritsevas keskkonnas. Sun et al. (2020) kasutas elektrolüütilise mangaani puhtaks tootmiseks väävliressursside taaskasutamist elektrolüütilise mangaani jäägi röstimisel ja mangaanimaagi väävlitustamisel. Xu et al. (2014) pakkus EMM-ettevõtete veebilansi uuringu kaudu välja tervikliku reoveepuhastusmeetodi EMM-i tootmiseks. Kokkuvõtteks võib öelda, et Hiinal puudub praegu kvaliteetne{33}}kvaliteetne LCA uuring elektroonikaseadmete tootmise keskkonnamõjude kohta. Selle probleemi lahendamiseks valiti selles uuringus välja kõige tüüpilisem elektrolüütilise mangaani tootmisettevõte Mangaani kolmnurgas, Hiina rikkaimate mangaanivarudega piirkonnas. Elektrolüütilise mangaani tootmisel viidi läbi LCA alates kaevandamisetapist kuni elektrolüüsi etapini.
Selle uuringu eesmärk on (1) analüüsida EMM-i tootmise keskkonnakoormust Hiina mangaanikolmnurga piirkonnas, kasutades LCA meetodit; (2) saada olelusringi mõju hindamise (LCIA) kvantitatiivsed tulemused koos määramatuse teabega ja teha kindlaks peamised mõjukategooriad keskkonnale; (3) tuvastada peamised protsessid ja ained, viia läbi võtmeprotsesside tundlikkusanalüüs ja uurida LCIA tulemuste varieeruvuse astet; (4) simuleerida erinevaid energiastsenaariume, võrrelda nende vastavaid keskkonnamõjusid ja pakkuda välja optimeerimisstrateegiaid elektrolüütilise mangaani metalli tootmiseks Hiinas. Pärast kvantitatiivse LCA läbiviimist analüüsige mitmest vaatenurgast, sealhulgas panusest, määramatusest ja tundlikkusest, et hinnata põhjalikult EMM-i tootmistehnoloogia hetkeseisu ja keskkonnamõjusid Hiinas. Selle analüüsi eesmärk on optimeerida ressursi- ja energiatarbimist ning vähendada saasteainete heite intensiivsust. Tehniliste meetmete pakkumine puhta ja tõhusa EMM-i tootmise saavutamiseks ning rohelise ja säästva energiasüsteemi ülesehitamiseks.
